Выпрямители назначение эксплуатация кратко

Обновлено: 02.07.2024

Виды выпрямителей и их характеристики. Выпрямителем называется устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное. Основное назначение выпрямителя заключается в сохранении направления тока в нагрузке при изменении полярности приложенного напряжения. Выпрямитель можно рассматривать как один из типов инверторов напряжения. В состав выпрямителя могут входить: силовой трансформатор СТ, вентильный блок ВБ, фильтрующее устройство ФУ и стабилизатор напряжения СН. Трансформатор СТ выполняет следующие функции: преобразует значение напряжения сети, обеспечивает гальваническую изоляцию нагрузки от силовой сети, преобразует количество фаз силовой сети. В импульсных источниках питания трансформатор обычно отсутствует, так как его функции выполняет высокочастотный инвертор.

Обобщенная структурная схема выпрямителя

Вентильный блок ВБ является основным звеном выпрямителя, обеспечивая однонаправленное протекание тока в нагрузке. В качестве вентилей могут использоваться электровакуумные, газоразрядные или полупроводниковые приборы, обладающие односторонней электропроводностью, например, диоды, тиристоры, транзисторы и др. Идеальные вентильные элементы должны пропускать ток только в одном (прямом) направлении и совсем не пропускать его в другом (обратном) направлении. Реальные вентильные элементы отличаются от идеальных прежде всего тем, что они пропускают некоторый ток в обратном направлении и имеют падение напряжения при протекании прямого тока. Это сказывается на снижении КПД вентильного блока и снижении эффективности выпрямителя в целом.

Фильтрующее устройство ФУ используется для ослабления пульсаций выходного напряжения. В качестве фильтрующего устройства обычно используются фильтры нижних частот (ФНЧ), выполненные на пассивных R, L, С элементах или, иногда, с применением активных элементов — транзисторов, операционных усилителей и пр. Качество ФУ оценивают по его способности увеличивать коэффициент фильтрации q , равный отношению коэффициентов пульсации на входе и выходе фильтра.

Стабилизатор напряжения СН предназначен для уменьшения влияния внешних воздействий: изменения напряжения питающей сети, температуры окружающей среды, изменения нагрузки и др., — на выходное напряжение выпрямителя. Если к стабильности выходного напряжения не предъявляется особых требований, то стабилизатор может быть или совсем исключен или его функции переданы другим узлам. Например, в импульсных источниках питания функции стабилизатора может выполнять регулируемый инвертор (РИ) или регулируемый вентильный блок.

Кроме основных узлов, в состав выпрямителя могут входить различные вспомогательные элементы и узлы, предназначенные для повышения его надежности: узлы контроля и автоматики, узлы защиты и др., например, узлы автоматического переключения напряжения питающей сети 110-220 В.

Классификация выпрямителей. Для классификации выпрямителей используют различные признаки: количество выпрямленных полуволн (полупериодов) напряжения, число фаз силовой сети, схему вентильного блока, тип сглаживающего фильтра, наличие трансформатора и др.

По количеству выпрямленных полуволн различают однополупериодные и двухполупериодные выпрямители. По числу фаз питающего напряжения различают однофазные, двухфазные, трехфазные и шестифазные выпрямители. При этом под числом фаз питающего напряжения понимают число питающих напряжений с отличными друг от друга начальными фазами.

Питание электронной аппаратуры чаще всего осуществляется с помощью маломощных выпрямителей, работающих от однофазной сети переменного тока. Такие выпрямители называются однофазными. Они делятся:

а) на однополупериодные, в которых ток через вентиль проходит в течение одного полупериода переменного напряжения сети;

б) двухполупериодные, в которых ток проходит через вентиль в течение обоих полупериодов;

в) схемы с умножением напряжения.

Для питания мощных промышленных установок используют выпрямители средней и большой мощности, работающие от трехфазной сети. В современных выпрямителях в качестве вентилей чаще всего используются полупроводниковые диоды.

В электронной аппаратуре широко применяются преобразователи постоянного напряжения, позволяющие преобразовать постоянный ток одного напряжения в постоянный или переменный ток другого напряжения.

Схемы однофазных выпрямителей приведены на рисунке ниже .

Однофазный однополупериодный выпрямитель , схема которого приведена на рисунке - а, является простейшим. Такой выпрямитель пропускает на выход только одну полуволну питающего напряжения. Такие выпрямители находят ограниченное применение в маломощных устройствах, так как они характеризуются плохим использованием трансформатора и сглаживающего фильтра.

Двухполупериодный выпрямитель , приведенный на рисунке - б, представляет собой параллельное соединение двух однофазных выпрямителей, питаемых от двух половин вторичной обмотки w ₂ и w ₂ ' . С помощью этих полуобмоток создаются два противофазных питающих выпрямители напряжения. Форма выходного напряжения такого выпрямителя приведена на рисунке - б. Этот выпрямитель характеризуется лучшим использованием трансформатора и фильтра. Его часто называют выпрямителем со средней точкой вторичной обмотки трансформатора.

Однофазный мостовой выпрямитель (рисунок - в) является двухполупериодным выпрямителем, питаемым от однофазной сети. В отличие от предыдущей схемы его можно использовать для выпрямления напряжения сети и без трансформатора. К его недостаткам относится удвоенное число выпрямительных диодов, однако трансформатор в таком выпрямителе используется наиболее полно, так как нет подмагничивания магнитопровода постоянным током и ток во вторичной обмотке протекает в течение обоих полупериодов. Из-за увеличенного падения напряжения на выпрямительных диодах такие выпрямители редко используются при выпрямлении низких напряжений (меньше 5 В)

Однофазный выпрямитель с удвоением напряжения (рисунок - г) представляет собой последовательное соединение двух однофазных однополупериодных выпрямителей. В первом полупериоде при положительном напряжении на аноде диода VDI заряжается конденсатор С ₁ а во втором полупериоде проводит диод VD2 и конденсатор С ₂ заряжается напряжением противоположной полярности. Так как эти конденсаторы включены последовательно, то выходное напряжение почти удваивается. Конденсаторы С ₁ и С ₂ могут использоваться как элементы фильтра. Трансформатор в этой схеме используется так же полно, как и в мостовой. Эту схему можно получить из мостовой схемы, изображенной на рисунке - в, если заменить диоды VD3 и VD4 конденсаторами С ₁ и С ₂ . В связи с этим такой выпрямитель часто называют полумостовым. К достоинствам схемы можно отнести уменьшение вдвое выходного напряжения трансформатора, а к недостаткам — наличие двух конденсаторов С ₁ и С ₂ .

С хемы выпрямителей, питаемых от однофазной сети: однополупериодный (а), двухфазный двухполупериодный (б), однофазный мостовой (в) и однофазный с последовательным включением (схема удвоения) (г)

Форма выходного напряжения такого выпрямителя приведена на рисунке ниже под буквой " б". Этот выпрямитель характеризуется лучшим использованием трансформатора и фильтра. Его часто называют выпрямителем со средней точкой вторичной обмотки трансформатора.

Формы напряжений на входе и выходе выпрямителей, питаемых от однофазной сети, при резистивной нагрузке без фильтра: однополупериодного (а) и двухполупериодного (б)

Виды стабилизаторов и их основные характеристики. Стабилизатором напряжения называют устройство, поддерживающее с определенной точностью неизменным напряжение на нагрузке. Изменение напряжения на нагрузке может быть вызвано рядом причин: колебаниями напряжения первичного источника питания (сети переменного напряжения, аккумулятора, гальванического элемента), изменением нагрузки, изменением температуры окружающей среды и др.

По принципу работы стабилизаторы делят на параметрические и компенсационные . В свою очередь параметрические стабилизаторы бывают однокаскадными, многокаскадными и мостовыми. Компенсационные стабилизаторы могут быть с непрерывным или импульсным регулированием; и те и другие могут быть последовательного или параллельного типа.

Параметрические стабилизаторы осуществляют стабилизацию напряжения за счет изменения параметров полупроводниковых приборов: стабилитронов, стабисторов, транзисторов и др. Изменяемым параметром полупроводниковых стабилизаторов напряжения является их сопротивление или проводимость.

Компенсационные стабилизаторы представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования напряжения на нагрузке, выполненные на полупроводниковых приборах. Выходное напряжение в этих стабилизаторах поддерживается равным или пропорциональным стабильному опорному напряжению, которое обычно создается одним из типов параметрических стабилизаторов. Компенсационные стабилизаторы содержат регулирующий элемент (обычно транзистор), который может включаться последовательно или параллельно нагрузке. Регулирующий элемент может работать в непрерывном или ключевом режимах. В импульсных стабилизаторах используется ключевой режим работы регулирующего элемента. В стабилизаторах с непрерывным регулированием регулирующий элемент работает в непрерывном режиме.

По выходной мощности стабилизаторы можно разделить на маломощные (до 1Вт), средней мощности (до 250 Вт) и большой мощности (свыше 250 Вт). Маломощные стабилизаторы используются в измерительной технике, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователях. Стабилизаторы средней мощности используются для питания маломощных электронных устройств. Мощные стабилизаторы применяют для питания лазерных установок, электронных микроскопов и др.

По точности поддержания выходного напряжения на нагрузке стабилизаторы делят на прецизионные (изменение напряжения не более 0,005%), точные (изменение напряжения от 0,01 до 0,005%), средней точности (изменение напряжения от 0,1 до 0,01%) и низкой точности (изменение напряжения от 1 до 0,1%). В прецизионных стабилизаторах для получения наивысшей точности поддержания выходного напряжения используются специальные устройства, исключающие влияние изменения температуры окружающей среды (термостаты или криостаты).

Основные параметры стабилизаторов напряжения. Параметры стабилизаторов напряжения позволяют сравнивать их по качеству работы, выбирать те, которые удовлетворяют требованиям эксплуатации электронных устройств. К таким параметрам относят: номинальное выходное напряжение U _вых , диапазон изменения входного напряжения U _вх.min и U _вх.max , диапазон изменения тока нагрузки I _н.min и I _н.max , коэффициент полезного действия η, коэффициент нестабильности по напряжению K _нU и коэффициент нестабильности по току K _нI , коэффициент сглаживания пульсаций K _СГ и быстродействие.

Номинальное напряжение стабилизации U _вых – это выходное напряжение стабилизатора при нормальных условиях его эксплуатации (определенное входное напряжение, заданный ток нагрузки, установленная температура окружающей среды). Если стабилизатор позволяет регулировать выходное напряжение, то задается диапазон изменения выходного напряжения U _вых.min и U _вых.max . Диапазон изменения входного напряжения U _вх позволяет установить пределы изменения напряжения на входе стабилизатора, при которых сохраняются точностные свойства стабилизатора.

Диапазон изменения тока нагрузки I _н позволяет установить пределы изменения тока нагрузки, при котором сохраняются точностные свойства стабилизатора.

Коэффициент полезного действия стабилизатора η _ст – это отношение мощности, отдаваемой в нагрузку Р _н , к мощности Р _пот , потребляемой от первичного источника питания:

Выпрямители электрического тока представляют собой различные преобразователи сигналов. Согласно характеру устройства, могут быть полупроводниками на базе диодов или транзисторов, механическими либо вакуумными. Функция агрегата – превращение переменного сигнала, идущего ко входу, в постоянный на выходе. Большая часть подобных устройств может создать пульсирующий электрический ток, оставляя на выходе пульсации. Поэтому требуется дополнительно доукомплектовывать цепь фильтрами, которые бы сглаживали колебания. Устройство, которое преобразует постоянный ток в переменный, называется инвертором и применяется в источниках бесперебойного питания и аккумуляторах.

Выпрямитель тока, схема с одним мостом

Какие бывают выпрямители

Построение устройств, выпрямляющих переменный ток, базируется на функции итогового агрегата. При необходимости только выравнивать колебания сборка на печатных платах производится за счет неуправляемых полупроводниковых элементов – диодов. Таким образом строятся простейшие выравнивающие элементы.

При необходимости изменений уровня мощности, которая передается на принимающее оборудование, устройство собирают с использованием контролируемых вентилей (тиристоров). Такие выпрямители тока требуются для работы некоторых двигателей, работающих за счет электричества. За счет регулировки подаваемого напряжения изменяется скорость вращения ротора.

N-фазные выпрямители

В подобных устройствах насчитывают более 3 фаз для выпрямления тока. Другие конструктивные особенности различаются. Многофазный выпрямитель может состоять как из полноценного моста, так и из четверти и половины. По количеству входов и распараллеливанию их делят на раздельные, объединенные звездами или кольцами. Кроме того, существуют последовательные виды.

Что такое выпрямитель

Выпрямители переменного тока – это схемы с использованием полупроводниковых элементов для преобразования питания переменного тока в однонаправленное питание постоянного тока. Этот преобразовательный процесс называется еще выпрямлением.

Область применения выпрямителей:

контактная сеть электрифицированного транспорта;
электроприводы, работающие на постоянном токе;
компьютерные блоки питания;
зарядные устройства для электронных приборов и т. д.

Обычно в качестве выпрямляющего элемента применяется диод. Вторая используемая деталь – тиристор. Выбор выпрямителя зависит от требований нагрузки. При этом учитываются характеристики компонентов схемы выпрямителя тока: напряжение пробоя, номинальный ток, мгновенный ток, диапазоны температур, требования к монтажу и т. д.

Выпрямляющие устройства классифицируются по разным признакам.

По числу фаз:

По управляемости:

неуправляемые на диодах;
управляемые на тиристорах (если требуется как выпрямление переменного тока, так и контроль напряжения);
частично управляемые с использованием в схеме диодов и тиристоров.

По значению мощности:

силовые;
выпрямители сигналов в устройствах малой мощности.

Принцип работы выпрямителей сигналов

Блок питания для шуруповерта 12в своими руками

Что такое выпрямитель? Устройство работает за счет свойств полупроводниковых радиоэлементов по пропусканию тока исключительно от анода к катоду. Поэтому при прохождении через устройство синусоиды переменного тока происходит обрезка отрицательной части волны. Таким образом на выходе радиоэлемента остается только положительная полуволна. Электрический ток подобного типа называется однополупериодным с пульсациями. От анода к катоду проходит сигнал только ½ всего времени. Колебания происходят от нуля до максимального значения.

Строение двухполупериодных устройств базируется на мосту из четырех вентилей, которые приводят к попаданию всех полуволн. При этом отрицательная полуволна инвертируется. Фактически строение двухполупериодных выпрямителей аналогично двум или более однополупериодным с катодами, направленными один на другой.

Устройство и принцип работы

Устройство сварочного выпрямителя включает в себя несколько блоков, обеспечивающих выполнение рабочего процесса. Основные элементы агрегата следующие:

понижающий трансформатор;
диоды;
охлаждающий модуль;
измерительные приборы;
регуляторы тока.

Принцип работы выпрямителя заключается в подаче перемененного тока на первичную обмотку понижающего трансформатора. За счет электромагнитной индукции на вторичной обмотке создается поток напряжения с уменьшенным значением V, и возросшей силой тока А. Холостой ход работы аппарата не должен превышать 48V.

Это напряжение поступает на диоды. В качестве последних используются кремниевые элементы. Диод является полупроводником, обеспечивающим прохождение тока только в одну сторону. Это устраняет колебание его частоты и в зону сварки подается уже постоянное напряжение.

Поскольку диоды при этом нагреваются, то рядом с ними располагаются радиаторы и вентилятор. Постоянный обдув холодным воздухом позволяет увеличить продолжительность активной работы устройства, без перерыва на охлаждение. Для контроля характеристик тока в систему устанавливаются амперметр и вольтметр. Многие модели снабжаются датчиком перегрева. При превышении показателей V срабатывает блок защиты, отключающий возможность сварки. Чтобы настраивать силу тока в соответствии с толщиной свариваемого соединения используется несколько видов регулировки.

Классификация по назначению и устройству

Разбираемся с электроизмерительными приборами

Выпрямители переменного тока разделяют на несколько различных видов, в зависимости от характеристик, использования периодов переменного тока, схем, по количеству фаз и типу пропускающего элемента. В общем виде классификация имеет следующий вид:

По количеству периодов, задействованных в работе (одно,- и двухполупериодные, а также с полным и неполным использованием волны);
По типажу устройства делят на включающие электронный мост, умножающие напряжение, с наличием или отсутствием трансформаторов;
По количеству фаз разделяют на однофазные, двух, трех,- и N-фазные;
Согласно типу устройства, пропускающего синусоиду, делят на полупроводниковые диодные и тиристорные, механические и вакуумные, ртутные;
По виду пропускаемой волны делят на импульсные, аналоговые и цифровые.

Однополупериодный выпрямитель (четвертьмост)

Представляет собой простейшее устройство, преобразовывающее сигнал из переменного электрического тока в постоянный. Таким образом происходит сглаживание уровня сигнала. Схема построена на одном полупроводниковом вентиле (диоде). Редко применяется в промышленности, так как для питания автоматики и аппаратуры требуется добавление в цепь питания фильтров, которые бы сглаживали полуволну. Поэтому размеры и масса устройств на базе данного выпрямителя выходят слишком значительными. Не подходит к электрическому току с промышленной частотой сигнала в 50-60 Герц.

Такая схема выпрямителя используется в импульсных БП. Требуется для компьютерной техники и с высокой частотой сигнала – около 10 Герц. Также применяется в промышленности для выпрямления высокочастотного тока.

Устройство отличается следующими достоинствами:

Высокая частота пульсация;
Повышенная нагрузка на выпрямляющее устройство;
Ухудшение работы трансформатора вследствие намагничивания;
Невысокий показатель соотношения габаритов к мощности.

Однополупериодный выпрямитель

Два четвертьмоста параллельно

Данная схема состоит из двух четвертьмостов с одним периодом, которые работают независимо один от одного, на одну мощность. Принцип работы заключается в распараллеливании полуволны на 2 части. При первом временном промежутке происходит на одну половину, затем через часть схемы.

Два полных моста последовательно

Это двухфазная схема, которая включает два последовательных диодных моста. При этом электродвижущая сила равняется удвоенной относительно полного моста с одной фазой. Относительно сопротивление увеличивается в 4 раза.

Двухполупериодный выпрямитель, мостовая схема

В таком устройстве диодные мосты подключается ко вторичной обмотке трансформирующего прибора. Полупроводниковые элементы работают попарно, каждый со своей очередностью, пропуская только положительную или отрицательную полуволну. Таким образом частота колебания мощности, которая была выпрямлена, вдвое выше частоты тока в сети.

Три полных моста параллельно (12 диодов)

Это менее распространенная схема, состоящая из 12 параллельно соединенных диодов. По большинству характеристик значительно превосходит другие выпрямители напряжения. При прохождении электрического тока через всю схему исходящее напряжение выходит без пульсаций.

Три полных моста последовательно

Последовательная схема с двенадцатью диодами представляет собой трехфазный выпрямитель тока. Сопротивление в ней эквивалентно трем диодным мостам, в каждом из которых уровень сопротивления равен 3R. Таким образом, общий уровень препятствия движению заряженных частиц приблизительно равен 9R. В то время как частота колебаний в 6 раз выше, чем такая же от поступающего сигнала. Достоинством такого выпрямителя является наибольшая средняя электродвижущая сила, поэтому он часто используется в источниках мощности с большим выходным напряжением.

Трехфазная схема выпрямления

Устройства с тремя входящими фазами являются достаточно распространенными. Они обрезают часть волны, за счет чего значительно снижают колебания. Наиболее популярна трехдиодная схема Миткевича и шестидиодная схема Ларионова.

Трехфазные выпрямители

Три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича последовательно (6 диодов)

Такая схема нередко называется шестифазной. По свойствам похожа на выпрямитель, состоящий из трех полных диодных блоков, соединенных последовательно. Однако в данной схеме значительно повышается уровень эквивалентного сопротивления. Последовательная схема состоит из 6 диодов и резистора, поэтому относительный ток через каждый из проводящих элементов вдвое выше.

Преимущества и недостатки

Современные сварочные аппараты отличаются хорошим функционалом и большой мощностью при скромных размерах. Наиболее компактными моделями являются инверторные. Специалисты определяют их в отдельную группу. Трансформатор в таких устройствах занимает не больше пятой части общего объема.

Основное отличие прочих выпрямителей от трансформаторов заключается в том, что они могут генерировать постоянный ток в то время как для трансформаторов эта функция недоступна. Именно такая особенность является фундаментом большого перечня достоинств аппаратов с выпрямителями:

электрод накаляется намного быстрее, когда на него вместо переменного тока подать постоянный;
значительно снижается непродуктивное потребление электричества и, соответственно, возрастает значение коэффициента полезного действия;
для дуги характерна стабильность горения;
равномерное плавление расходных материалов сопровождается минимальным количеством брызг расплава. Благодаря этому снижается вероятность травматизма среди сварщиков;
стабильность горения дуги дает возможность лучше контролировать шов. Он получается максимально ровным и прочным;
функционал сварочного аппарата с выпрямителем богаче, чем аналога с трансформатором;
уменьшен расход присадочного материала. Экономия становится тем ощутимее, чем больше объем выполненной работы.

Помимо достоинств выпрямителям свойственны и недостатки:

исключить потерю мощности полностью не удалось;
аппараты с выпрямителями хуже работают, чем трансформаторные, в случае понижения напряжения сети;
очень чувствительны к возникновению коротких замыканий в сети энергоснабжения. Выходят из строя при малейшем замыкании проводки;
большая часть моделей не рекомендуется использовать в условиях повышенной запыленности или влажности.

Основные соотношения для выпрямителя

Главные параметры для выпрямителя выбираются в момент времени. Расчет величин происходит по образной формуле:

Соотношения для выпрямителя

Где:

Um – параметр, соответствующий колебаниям синусоиды переменного тока;
U – текущее значение напряжения на синусоиде;
U2 – текущая величина мощности в обмотке трансформатора;
Ud – усредненный показатель выпрямленной мощности;
Udo – константа, которая отвечает за постоянное сглаженное напряжение без подачи питания.

Мостовой удвоитель напряжения

Схема сходна по структуре с мостом Гретца, однако дополнительно устанавливаются накопительные элементы. Это позволяет суммировать напряжение на выходе из мощности, накопленной конденсаторами за время прохождения тока. Удвоение представляет собой преобразование низкочастотного переменного напряжения в высокочастотное постоянное.

Удвоитель напряжения

Выпрямитель – это устройство, которое превращают переменный ток, полученный из сети, в нужный постоянный. При этом электрический ток на выходе может обладать сниженной амплитудой колебаний либо быть полностью сглаженным. Таким образом, устройства, требующие для работы постоянного напряжения, получают питание. Используется для зарядки большинства аккумуляторов, например, в зарядном устройстве Рассвет, сварочных аппаратах и электросиловых установках. Класс устройства определяется количеством диодов.

Основные неисправности и обслуживание сварочных аппаратов

Перед первым включением в сеть новые преобразователи необходимо продуть. Для этих целей подходит обыкновенный бытовой фен. Его включают на максимальные обороты при среднем уровне прогрева. Это делается для того, чтобы высушить возможное скопление влаги внутри и убрать пыль, снижающую сопротивление медной обмотки. Продувку нужно повторять примерно раз в квартал.

Наиболее распространенные неисправности сварочного оборудования и способы их устранения:

Если сварочный аппарат перестает выдерживать нужные рабочие параметры, то вероятной причиной может стать перегрев. Чтобы убедиться в этом, достаточно потрогать корпус. Если он горячий, то нужно дать передышку генератору и проверить насколько свободно проходит воздух к вентилятору.

Назначение сварочного выпрямителя сводится к тому, чтобы модулировать ток, исходящий от бытовой сети. На выходе он должен быть преобразован в постоянный ток с определенными параметрами. Основным показателем оборудования для сварочных работ является генерируемая сила тока, выраженная в Амперах. Данный показатель зависит от технических характеристик выпрямителя, который по своей сути является более совершенным трансформатором. Он не только способен модулировать электрический ток, но и выпрямить его.

Это основное отличие между сварочными аппаратами переменного и постоянного тока. Дополнительно (помимо выпрямителей) устройства оснащают конденсаторами и полупроводниковыми фильтрами, призванные нивелировать импульсы постоянного тока и сделать его равномерным. В соответствии с требованиями технологии выполнения сварочных работ применение выпрямителей целесообразней нежели трансформаторов. В этом случае более стабильной является дуга, а металл разбрызгивается намного меньше.

Что такое сварочный выпрямитель

Устройство является преобразовательным блоком с возможностью регулировки силы тока (ампераж) и напряжения (вольтаж). На выходе сварочного выпрямителя есть провода с клеммами – плюсовой и минусовой. Один из них подключается к электроду, а другой контактирует с заготовкой. В результате замыкания цепи образуется электрическая дуга. Ее высокая температура позволяет расплавлять металлы и сваривать их.

В зависимости от назначения выпрямители отличаются уровнем сложности и функционалом. Тем не менее, принципиальная рабочая схема остается типовой. Его основу составляет преобразователь – трансформатор, модулирующий нужное для конкретной ситуации напряжение. Помимо этого, в схеме есть определенное количество полупроводников, которые отсекают отрицательную часть синусоиды переменного тока, пропуская только положительный заряд.

Устройство и принцип работы сварочного выпрямителя

Ниже перечислены основные элементы, которые включаются в любую схему оборудования такого рода. Итак, сварочный выпрямитель состоит из:

трансформатора – узла, позволяющего регулировать напряжение. Сетевой ток проходит через трансформатор и преобразуется. В результате снижается силовая нагрузка;
блока выпрямления, который состоит из набора полупроводников, преобразующий переменный ток в постоянный;
регуляторов частотности и силы тока;
накопителей – сглаживают импульсы.

Чтобы разобраться в принципе работы оборудования, необходимо обратить внимание на механику работы полупроводников. Они открыты для прохождения электродов исключительно в положительном полупериоде. При условии, что схема содержит несколько полупроводников генерируется соответствующее количество полупериодных кривых. Они накладываются друг на друга, образуя постоянное напряжение.

Использование сварочных выпрямителей

Сварочные выпрямители применяются в работе при прямой и обратной полярности, с низкими и высокими токами. При выборе силовых параметров учитывается толщина заготовки, пластичность и тугоплавкость материала.

Устройства подходят для подключения:

тугоплавких вольфрамовых электродов;
легкоплавных угольных расходников;
насадок автоматов и полуавтоматов.

Принципиальная схема сварочного выпрямителя всегда идет в комплекте к оборудованию. Она используется специалистами при необходимости ремонта сварочного аппарата.

Основные типы сварочных выпрямителей

Преобразователи сварочного тока отличаются по двум показателям: типу конструкции и способу регулировки силовых показателей подключения.

Основные виды выпрямителей:

регулировка осуществляется посредством изменений в работе трансформатора;
модели с дросселем. Используется индукционная катушка, исключающая резкие перепады напряжения;
тиристорные. В качестве регуляторов, изменяющих напряжение, используются тиристоры.
транзисторные. В схему оборудования включены полупроводники, которые сглаживают амплитуду импульсов тока;
инвертор. Аппарат оснащен преобразователем с частотным повышением напряжения и регулятором силы тока.

Основные отличия сварочных аппаратов в зависимости от силовых показателей и особенностей их регулировки:

Модели для электрической дуговой сварки, подключаемые к трехфазной сети. Характеризуются большими размерами. Работа преобразователя сопряжена с ощутимыми потерями электричества. Возможности аппарата ограничиваются мощностью трансформатора и параметрами дополнительного сопротивления.
Автоматы и полуавтоматы. Сила тока на выходе зависит от мощности магнитного поля, которая в свою очередь управляется реостатом. Он позволяет изменить количество витков вторичной обмотки (за принципом вольтамперной регулировки). Помимо этого, устанавливается осциллограф, позволяющий контролировать импульсную регулировку. Изначально ток выпрямляется, после чего преобразовывается в переменный высокочастотный.
Трехфазные выпрямители дроссельного типа устанавливаются в дуговой аргоновой сварке. В их конструкции предусмотрен дополнительный сердечник с обмоткой. Его роль заключается в накоплении заряда, подаваемого на конденсатор-выпрямитель.

Преимущества и недостатки

электрод накаляется намного быстрее, когда на него вместо переменного тока подать постоянный;
значительно снижается непродуктивное потребление электричества и, соответственно, возрастает значение коэффициента полезного действия;
для дуги характерна стабильность горения;
равномерное плавление расходных материалов сопровождается минимальным количеством брызг расплава. Благодаря этому снижается вероятность травматизма среди сварщиков;
стабильность горения дуги дает возможность лучше контролировать шов. Он получается максимально ровным и прочным;
функционал сварочного аппарата с выпрямителем богаче, чем аналога с трансформатором;
уменьшен расход присадочного материала. Экономия становится тем ощутимее, чем больше объем выполненной работы.

Помимо достоинств выпрямителям свойственны и недостатки:

исключить потерю мощности полностью не удалось;
аппараты с выпрямителями хуже работают, чем трансформаторные, в случае понижения напряжения сети;
очень чувствительны к возникновению коротких замыканий в сети энергоснабжения. Выходят из строя при малейшем замыкании проводки;
большая часть моделей не рекомендуется использовать в условиях повышенной запыленности или влажности.

Основные неисправности и обслуживание сварочных аппаратов

Наиболее распространенные неисправности сварочного оборудования и способы их устранения:

Ещё в начале ХХ века имел место очень принципиальный спор между корифеями электротехники. Какой ток выгоднее передавать потребителю на большие расстояния: постоянный или переменный? Научный спор выиграли сторонники передачи переменного тока по проводам высоковольтных линий от подстанции к потребителю. Эта система принята во всём мире и успешно эксплуатируется до сих пор.

Но большинство электронной техники и не только бытовой, но и промышленной питается постоянными напряжениями и это привело к созданию целой отрасли электрики – преобразование (выпрямление) переменного тока. После того как электронная лампа была забыта, главным элементом любого выпрямителя стал полупроводниковый диод.

Схемотехника выпрямителей весьма обширна, но самым простым является однополупериодный выпрямитель.

Однополупериодный выпрямитель.

Напряжение с вторичной обмотки силового трансформатора подаётся на один единственный диод. Вот схема.

Поэтому выпрямитель и назван однополупериодным. Выпрямляется только один полупериод и на выходе получается импульсное напряжение. Форма его показана на рисунке.

Схема проста и не требует большого количества элементов. Это и сказывается на качестве выпрямленного напряжения. При низких частотах переменного напряжения (например, как в электросети - 50 Гц) выпрямленное напряжение получается сильно пульсирующим. А это очень плохо.

Для того чтобы снизить величину пульсации выпрямленного напряжения приходится брать величину конденсатора С1 очень большую, порядка 2000 – 5000 микрофарад, что увеличивает размер блока питания, так как электролиты на 2000 - 5000 мкф имеют довольно большие размеры. Поэтому на низких частотах эта схема практически не используется. Зато однополупериодные выпрямители прекрасно зарекомендовали себя в импульсных блоках питания работающих на частотах 10 – 15 кГц (килогерц). На таких частотах величина ёмкости фильтра может быть очень небольшой, а простота схемы уже не столь сильно влияет на качество выпрямленного напряжения.

Примером использования однополупериодного выпрямителя может служить простой зарядник от сотового телефона. Так как зарядник сам по себе маломощный, то в нём применяется однополупериодная схема, причём как во входном сетевом выпрямителе 220V (50Гц), так и в выходном, где требуется выпрямить переменное напряжение высокой частоты со вторичной обмотки импульсного трансформатора.

К несомненным достоинствам такого выпрямителя следует отнести минимум деталей, низкую стоимость и простые схемные решения. В обычных (не импульсных) блоках питания многие десятилетия успешно работают двухполупериодные выпрямители.

Двухполупериодные выпрямители.

Они бывают двух схемных решений: выпрямитель со средней точкой и мостовая схема, известная, как схема Гретца. Выпрямитель со средней точкой требует более сложного в исполнении силового трансформатора, хотя диодов там используется в два раза меньше чем в мостовой схеме. К недостаткам двухполупериодного выпрямителя со средней точкой можно отнести то, что для получения одинакового напряжения, число витков во вторичной обмотке трансформатора должно быть в два раза больше, чем при использовании мостовой схемы. А это уже не совсем экономично с точки зрения расходования медного провода.

Далее на рисунке показана типовая схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой.

Величина пульсаций выпрямленного напряжения меньше чем у однополупериодного выпрямителя и величину конденсатора фильтра так же можно использовать гораздо меньшую. Наглядно увидеть, как работает двухполупериодная схема можно по рисунку.

Как видим, на выходе выпрямителя уже в два раза меньше "провалов" напряжения - тех самых пульсаций.

Активно применяется схема выпрямителя со средней точкой в выходных выпрямителях импульсных блоков питания для ПК. Так как во вторичной обмотке высокочастотного трансформатора требуется меньшее число витков медного провода, то гораздо эффективнее применять именно эту схему. Диоды же применяются сдвоенные, т.е. такие, у которых общий корпус и три вывода (два диода внутри). Один из выводов - общий (как правило катод). По виду сдвоенный диод очень похож на транзистор.

Наибольшую популярность приобрела в бытовой и промышленной аппаратуре мостовая схема. Взгляните.

Можно без преувеличения сказать, что это самая распространённая схема. На практике вы с ней ещё не раз встретитесь. Она содержит четыре полупроводниковых диода, а на выходе, как правило, ставится RC-фильтр или только электролитический конденсатор для сглаживания пульсаций напряжения.

О данной схеме уже рассказывалось на странице про диодный мост. Стоит отметить, что и у мостовой схемы есть недостатки. Как известно, у любого полупроводникового диода есть так называемое прямое падение напряжения (Forward voltage drop - V_F). Для обычных выпрямительных диодов оно может быть 1 - 1,2 V (зависит от типа диода). Так вот, при использовании мостовой схемы на диодах теряется напряжение, равное 2 x V_F, т.е. около 2 вольт. Это происходит потому, что в выпрямлении одной полуволны переменного тока участвуют 2 диода (затем другие 2). Получается, что на диодном мосте теряется часть напряжения, которое мы снимаем со вторичной обмотки трансформатора, а это явные потери. Поэтому в некоторых случаях в составе диодного моста применяются диоды Шоттки, у которых прямое падение напряжения невелико (около 0,5 вольта). Правда, стоит учесть, что диод Шоттки не рассчитан на большое обратное напряжение и очень чувствителен к его превышению.

Большой интерес вызывает выпрямитель с удвоением напряжения.

Выпрямитель с удвоением напряжения.

Принцип удвоителя напряжения Латура-Делона-Гренашера основан на поочерёдном заряде-разряде конденсаторов С1 и С2 разными по полярности полуволнами входного напряжения. В результате между катодом одного диода и анодом второго диода возникает напряжение в два раза превышающее входное. Схема в студию:)

Стоит отметить, что данная схема применяется в блоках питания нечасто. Но её можно смело использовать, если необходимо вдвое увеличить напряжение, которое снимается со вторичной обмотки трансформатора. Это будет более логичным и правильным решением, чем перематывать вторичную обмотку трансформатора с целью увеличить выходное напряжение вторичной обмотки в 2 раза (ведь при этом придётся наматывать вторичную обмотку с вдвое большим числом витков). Так что, если не удалось найти подходящий трансформатор - смело применяем данную схему.

Развитием схемы стало создание умножителя на полупроводниковых диодах.

Умножитель напряжения.

На рисунке изображён четырёхзвенный умножитель и на выходе мы получаем напряжение в четыре раза превышающее входное (U). Эти выпрямители получили большое распространение там, где нужно получить высокое напряжение при достаточно малом токе. Например, по такой схеме были выполнены источники высокого напряжения в старых телевизорах и осциллографах для питания анода электронно-лучевой трубки.

Сейчас такие источники питания используются в научных лабораториях, в детекторах элементарных частиц, в медицинской аппаратуре (люстра Чижевского) и в оружии самообороны (электрошокер). При повторении подобных конструкций и подборе деталей, следует учитывать рабочее напряжение, как диодов, так и конденсаторов исходя из напряжения, которое вы хотите получить. Весь умножитель, как правило, заливается специальным компаундом или эпоксидной смолой во избежание высоковольтных пробоев между элементами схемы.

Для нормальной работы некоторых устройств как, например, люстры Чижевского необходимы достаточно высокие напряжения. Как считают специалисты, излучатель отрицательных аэроионов, эффективен только при напряжении не менее 60 киловольт.

Трёхфазные выпрямители.

Коэффициент пульсаций на нагрузке очень мал, что позволяет использовать конденсаторы фильтра небольшой ёмкости и малых габаритов.

Трёхфазные мощные выпрямители используются в электровозах, городском электротранспорте (трамвай, троллейбус, метро), в промышленных установках для электролиза. Так же промышленные системы очистки газовых смесей, буровое и сварочное оборудование используют трёхфазные выпрямители.

Теперь вы знаете, какие бывают выпрямители переменного тока и сможете легко обнаружить их на принципиальной схеме или печатной плате любого прибора. А для тех, кто хочет знать больше, рекомендуем ознакомиться с книгой "Полупроводниковые выпрямители".

Читайте также: