Реферат на тему выпрямители

Обновлено: 04.07.2024

В технике электропитания широко распространены преобразователи переменного тока в постоянный, называемые выпрямителями.

Для преобразования переменного тока в постоянный необходимо располагать вентильными устройствами (элементами с односторонней проводимостью) и электрическими накопители инерционности, роль которых выполняют L и C.

Выпрямители строятся по двум основным принципам:

- с трансформаторным входом;

- с бестрансформаторным входом.

Структурные схемы ВУ

Достоинством данной схемы выпрямления является регулируемая транзистором гармоническая развязка первичного источника питания (ПИП) и нагрузки, что обязательно при заземленном режиме нагрузки.

Кроме того, трансформатором довольно просто реализуется преобразование входного напряжения к уровню, подходящему для последующего использования.

Центральным недостатком этой схемы (трансформаторный вход) является наличие габаритного, большой массы силового трансформатора на обычно низкой частоте, питающего напряжения (на промышленной частоте 50 Гц).

Опыт показывает, что увеличение рабочей частоты в инверторе позволяет существенно уменьшить массу и габариты источника, против выпрямителей решающих ту же задачу, но построенных по схем с трансформатором на входе.

В технике электропитания в настоящее время имеется явно выраженная тенденция построения ВУ с безтрансформаторным входом.

Достоинством схемы являются уменьшенные масса и габариты источников.

Недостатки - сложность схемы, наличие многих элементов (увеличение стоимости, уменьшение надежности);

- высокие требования к вентилям во входном ВЗ1.

- повышенные требования к быстродействию элементов инвертора (транзисторы, лампы).

Внутренние и внешние характеристики ВУ

Параметры, характеризующие режим работы элементов схемы ВУ и нагрузки, а также эксплуатационные характеристики ВУ удобно рассмотреть, обращаясь к схеме выпрямителя с трансформаторным входом.

Как видно из структурной схемы любое выпрямительное устройство может быть охарактеризовано внешними электрическими параметрами.

- коэффициент пульсации (5)

В дополнение к характеристикам по входу и выходу каждое ВУ характеризуется КПД:

По внешним характеристикам ВУ (как и другие устройства) условно можно разделить на:

- маломощные (ММ) с

- средней мощности (СМ)

- большой мощности (БМ)

Возможны классификации: по току, выходным напряжениям (высоковольтные, низковольтные) и т.д..

U>1000 [B] - высоковольтный источник.

К внешним характеристикам при анализе возможностей ВУ и их показателей качества относят:

- массу и габариты;

- допустимый диапазон рабочих температур;

Внутренние характеристики ВУ представляют собой электрические и эксплуатационные параметры режимов работы различных элементов схемы.

- коэффициент использования транзистора (10)

В вентильном звене:

Представляют интерес следующие электрически характеристики. В В3 для каждого вентиля схемы интересуются:

- максимальным значением тока (амплитуда);

- действующим значением тока ;

- среднее значение тока: ;

- максимальное обратное напряжение

По каждому показателю выбираются при проектировании подходящие стандартные вентильные устройства.

Применительно к сглаживающим фильтрам из внутренних электрических характеристик представляют общий интерес:

- пропускаемый через фильтр в нагрузку ток ;

- максимальное напряжение источника на элементах

Вентили для ВУ. Параллельное и последовательное соединение вентилей в схемах ВУ

Электрический вентиль - устройство с односторонней проводимостью.

Для выпрямления тока используются электрические вентили следующих типов:

- с электронно-ионной проводимостью.

Любой электрический вентиль при действии на него напряжения в прямом направлении имеет малое сопротивление току, при подаче напряжения в противоположном обратном направлении, сопротивление вентиля резко увеличивается.

Типичная ВАХ для полупроводникового вентиля имеет вид:

При использовании вентилей в ВУ для каждого типа не должны превышаться допустимые значения прямого тока Iпр и обратного напряжения Uобр.

В тех случаях, когда имеющиеся в распоряжении вентили не обеспечивают необходимого тока в нагрузку, применяя параллельное включение нескольких вентилей по следующей схеме (рис 4).

Добавляют Rдоб в 2-5 раза больше Rпр. На добавочных сопротивлениях в мощных выпрямителях могут возникать недопустимые рассеивания энергии. В таких случаях возможно для выравнивания тока в вентилях применение индуктивных реакторов (рис 5).

В тех случаях, когда обратное напряжение на вентилях превышает максимально допустимое, прибегают к последовательному соединению нескольких вентилей.

В тех случаях, когда ВУ высоковольтное можно добавить емкости. Параллельное и последовательное соединение вентилей широко применяется в ВУ хотя существенно усложняет схему, увеличивается масса и объем, стоимость. А в случаях последнего соединения - увеличивается внутреннее сопротивление Rпр.

Работа многофазного выпрямителя на активную нагрузку

Работы ВУ на различные нагрузки (активные, реактивные, индуктивного характера, емкостного характера). Отличается определенной спецификой.

Наиболее простым является работа на чисто активную нагрузку

Рассмотрим особенности этого режима на примере однотактного выпрямителя для трехфазной сети переменного тока выполненной по схеме Миткевича.

В дальнейшем рассмотрении будут использованы предположения:

- об идеальности транзистора т.е. Rгр = Xгр = 0

- об идеальности вентилей Rпр = 0; Rобр =

- схема совершенно симметрична Uа = Uб = Uc

- Внутреннее сопротивление фазы равно 0

Задача состоит в анализе электрических процессов выпрямления и в вычислении связи между электрическими характеристиками режима работы трансформатора и вентильного звена (с первой стороны) и электрическими характеристиками режима работы нагрузки (с другой стороны):

1. - вторичная обмотка

Анализ удобно провести, пользуясь временными диаграммами токов и напряжений, действующих в цепях и элементах схемы ВУ.

Можно убедится, что напряжение в каждой фазе может обеспечить ток через вентиль в этой фазе при выполнении 2-х условий:

- это напряжение для вентиля является прямым;

- оно больше чем положительное напряжение в смежных фазах.

Вентиль в рабочей фазе, будучи идеальным представляет собой КЗ и падение напряжения на нем равно 0. Напряжение, на закрытых вентилях образуемое из ЭДС соответствующих фаз и ЭДС работающей фазы, определяется линейным межфазным напряжением.

Подобно формулам для напряжений могут быть выведены формулы для токов. Необходимо принять во внимание, что ток в вентиле:

Если интересоваться действительным значением тока, то необходимо вычислять среднее значение интеграла от квадрата ток и извлекать квадратный корень.

Для расчета тока первичной обмотки трансформатора необходимо учесть тот факт что постоянная составляющая тока, протекающего по фазам вторичной системы обмоток, не трансформируется.

Трансформируется через коэффициент трансформации только переменная составляющая.

По рассчитанным значениям тока и напряжения в 1-й и во второй обмотках могут быть определены полные мощности в 1-й и во 2-й обмотках и габаритная мощность.

Относительно пульсаций выходного напряжения в данной схеме необходимо отметить следующее:

- как видно из физики работы схемы временных диаграмм за период выпрямляемого напряжения ток в нагрузке появляется 3 раза;

- пульсация напряжения в связи с этим имеет вид полуволн;

- колебания (интенсивность пульсаций) можно оценить рассматривая их гармонические составляющие, т.е. разлагая их в ряд Фурье:

Пользуясь этим соотношением, запишем коэффициент по К-гармоникам:

В данном случае m=3коэффициент пульсации по первой наиболее интенсивной гармонике составит:

Проведенный анализ непосредственно распространяется только на случай чисто активной нагрузки.

Как видно из проведенного анализ особенностью работы выпрямителя на чисто активную нагрузку является:

- напряжение на выходе выпрямителя как функция времени определяется огибающей ЭДС действующих фаз;

- каждая фаза в рассмотренной схеме работает 1 раз за период а импульсы тока через нагрузку вентилей совпадают по форме с действующей фазой ЭДС. Длительность импульса тока равно 2?/м где м - число импульсов тока за период выпрямляемого напряжения;

- работа выпрямителей на чисто активную нагрузку на практике распространена сравнительно мало, т.к. непосредственно выпрямленное напряжение содержит значительную пульсацию. Для сглаживания этой пульсации применяют различные рода фильтры НЧ, которые в любой технике называют сглаживающими.

Простейшими сглаживающими фильтрами (СФ) являются индуктивные фильтры или емкостные.

Таким образом, на практике широко распространены режимы работы выпрямления, на нагрузку с индуктивной или емкостной реакцией.

Эти режимы имеют определенное отличие от режима работы на чисто активную нагрузку. Эти отличия определяют и различия требований к элементам схемы, а также особенности расчетных формул, связывающих напряжение и ток с нагрузки с напряжениями и токами в вентилях и трансформаторах.

Особенности работы выпрямителя на нагрузку емкостного характера

В качестве основы берем ту же схему Миткевича:

Считаем что трансформатор идеальный, т.е. Rтр = 0 Xтр = 0 вентили идеальны. Схема совершенно симметрична:

Емкость (мгновенно в идеальном случае) заряжается до напряжения в фазе и напряжение на емкости будет, изменяется в соответствие с ЭДС по достижении его максимального значения. При уменьшении напряжения в фазе емкость разряжается на нагрузку по экспоненциальному закону и если напряжение на ней выше, чем в фазе, вентиль закрывается разностью этих воздействий.

Принято оценивать длительность импульса тока угловой мерой . - угол отсечки.

Если мы увеличиваем нагрузку, то длительность импульса тока уменьшается и наоборот.

Как видно из проведенного рассуждения.

Работа выпрямителя на нагрузку емкостного характера. Особенности:

- напряжение на выходе выпрямителя представляет собой сравнительно сложную функцию, составленную из периодически чередующихся отрезков косинусов и экспоненты:

- длительность импульса тока а фазе и в вентиле (чаще всего)

- отведенное время для работы фазы.

При прочих требованиях к току в нагрузке, ток через вентиль в импульсном режиме, соответствующем емкостному характеру нагрузки, имеет большую амплитуду, чем в случае чисто активного сопротивления нагрузки.

Таким образом, требования к пропускной способности вентиля по току при работе на емкостную нагрузку, существенно увеличивается против случая с активной нагрузкой, что является платой за достигаемое сглаживание пульсаций.

ЛИТЕРАТУРА

Иванов-Цыганов А.И. Электротехнические устройства радиосистем: Учебник. - Изд. 3-е, перераб. и доп.-Мн: Высшая школа, 200

Алексеев О.В., Китаев В.Е., Шихин А.Я. Электрические устройства/Под ред. А.Я.Шихина: Учебник. - М.: Энергоиздат, 200- 336 с.

Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Три Л, 2000. - 400 с.

Шустов М.А. Практическая схемотехника. Источники питания и стабилизаторы. Кн. 2. - М.: Альтекс а, 2002. -191 с.

Файл: Реферат ВЫПРЯМИТЕЛИ.docx

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлена: 30.04.2019

Скачиваний: 84

1 Общие принципы построения выпрямительных устройств………………….3

1.2 Структурная схема и классификация выпрямителей………………….3

1.2 Классификация полупроводниковых выпрямителей………………….4

2 Основные схемы выпрямления………………………………………………. 6

2.1 Однофазные выпрямители………………………………………………6

2.2 Двухполупериодная схема со средней точкой (схема Миткевича)…..7

2.3 Мостовая схема (схема Греца)………………………………………. 10

3 Трехфазные выпрямители…………………………………………………….12

3.1 Трехфазная нулевая схема (звезда-звезда)……………………………12

3.2 Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова)……………………. 13

Список использованной литературы……………………………………………16

Производство и распределение электрической энергии в основном осуществляется на переменном токе, вследствие простоты трансформации напряжения. Однако значительная часть производимой электрической энергии (30-35%) используется на постоянном токе, в том числе и для передачи на расстояния.

Выпрямитель – это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное.
Основными элементами полупроводниковых выпрямителей являются трансформатор и вентили, с помощью которых обеспечивается одностороннее протекание тока в цепи нагрузки, в результате чего переменное напряжение преобразуется в пульсирующее. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения к выходным зажимам выпрямителя подключают электрический сглаживающий фильтр. Для регулирования или стабилизации выпрямленного напряжения и тока потребителя к выходным зажимам фильтра подключают регулятор или стабилизатор (стабилизатор может быть включён и на стороне переменного тока выпрямителя).

Режимы работы и параметры отдельных элементов выпрямителя, фильтра, регулятора и стабилизатора согласуются с заданными условиями работы потребителя постоянного тока, поэтому основная задача теории выпрямительных устройств сводится к определению расчётных соотношений, позволяющих по заданному режиму работы потребителя определить электрические параметры элементов стабилизатора, регулятора, фильтра, а также вентилей и трансформатора выпрямителя и затем произвести выбор этих элементов по каталогу или, если это необходимо, рассчитать их.

1 Общие принципы построения выпрямительных устройств

1.2 Структурная схема и классификация выпрямителей

Выпрямитель можно представить в виде обобщенной структурной схемы (рис. 1) и структурной схемы с протекающими в нем напряжениями и токами (рис. 1.1), в которую входят:

силовой трансформатор (СТ),

вентильный блок (ВБ),

фильтрующее устройство (ФУ),

цепь нагрузки (Н), в которую может входить стабилизатор напряжения (СН) .

Рис. 1. Обобщенная структурная схема выпрямителя.

Рис. 1.1. Структурная схема выпрямителя с протекающими в нем напряжениями и токами.

Силовой трансформатор служит для согласования входного и выходного напряжений выпрямителя. Возможны различные соединения обмоток трансформатора соответственно с различными схемами выпрямления. Напряжение вторичной обмотки трансформатора U ₂ определяет значение выпрямленного напряжения U _н (или U _d ).

Трансформатор позволяет одновременно гальванически развязать питающую сеть U ₁ , I ₁ с частотой f ₁ , и цепь нагрузки с U _н , I _н (или U _d , I _d ). В последнее время в связи с появившейся возможностью разрабатывать и изготавливать высоковольтные инверторы, работающие на высокой частоте и при непосредственном выпрямлении напряжения сети, используются беcтрансформаторные схемы выпрямления, в которых вентильный блок присоединяется непосредственно к первичной питающей сети.

Вентильный блок выпрямляет переменный ток, подключая вторичное напряжение соответствующей фазы трансформатора к цепи постоянного тока. В вентильном блоке используются, как правило, полупроводниковые диоды или сборки на их основе. На выходе вентильного блока получают знакопостоянное напряжение с высоким уровнем пульсаций, определяемым только числом фаз питающей сети и выбранной схемой выпрямления.

Фильтрующее устройство обеспечивает требуемый уровень пульсаций выпрямленного тока в цепи нагрузки. В качестве ФУ используются последовательно включаемые резистор или сглаживающий дроссель и параллельно включаемые конденсаторы. Иногда ФУ строится по более сложным схемам. В выпрямителях малой мощности установка резистора или дросселя не обязательна.

При использовании многофазных (чаще всего трехфазных) схем выпрямления уровень пульсаций естественно снижается, и облегчаются условия работы ФУ.

Стабилизатор напряжения служит для уменьшения внешних воздействий, таких как: изменение напряжения питающей сети, изменение температуры, частоты и т.д.

1.2 Классификация полупроводниковых выпрямителей

Полупроводниковые выпрямители можно классифицировать по следующим признакам :

1) по выходной мощности (маломощные - до 600 Вт, средней мощности - до 100 кВт, и большой мощности - более 100 кВт);

2) по числу фаз источника (однофазные, многофазные);

3) по пульсности ( р ) выпрямителя, определяемой числом полупериодов протекания тока во вторичной обмотке трансформатора за полный период напряжения U ₁ ;

4) по числу знакопостоянных импульсов в кривой выпрямленного напряжения U ₂ за период питающего напряжения:

Выпрямители могут быть построены на управляемых вентилях (тиристорах, транзисторах) – управляемые выпрямители и на неуправляемых вентилях (диодах) – неуправляемые выпрямители.

Для работы и расчета выпрямителя принципиальное значение имеет характер нагрузки включенной на выходе выпрямителя. Различают следующие режимы работы выпрямителя:

а) на активную нагрузку;

б) на активно-индуктивную нагрузку;

в) на активно-емкостную нагрузку;

Разные формы потребляемых из сети токов и их продолжительность при различном характере нагрузки выпрямителя приводит к тому, что методы расчетов выпрямителей существенно различаются.

Расчет выпрямителя сводится к выбору схемы выпрямления, типа диодов, определению электромагнитных нагрузок на обмотках трансформатора, диодах и элементах сглаживающего фильтра, а также энергетических показателей.

Выбор схемы выпрямителя зависит от ряда факторов, которые должны учитываться в зависимости от требований, предъявляемых к выпрямительному устройству. К ним относятся:

- величины выпрямленного напряжения и мощности;

- частота и величина пульсации выпрямленного напряжения;

- число диодов и величина обратного напряжения на них;

- коэффициент полезного действия (к.п.д.);

- коэффициент мощности и другие энергетические показатели.

При расчете выпрямителя большое значение имеет также коэффициент использования трансформатора по мощности , который определяется как:

где U _d , I _d - средние значения выпрямленного напряжения и тока, U ₁ , I ₁ - действующие значения первичного напряжения и тока, U ₂ , I ₂ - действующие значения вторичного напряжения и тока.

При увеличении коэффициента использования трансформатора габариты выпрямителя в целом уменьшаются, а коэффициент полезного действия возрастает.

2 Основные схемы выпрямления

2.1 Однофазные выпрямители

Схемы выпрямителей однофазного питания применяются в основном для питания бытовых потребителей (бытовых устройств) и используют однофазные трансформаторы, в которых ток течет по двум проводам - фаза и ноль. Первичная и вторичная обмотка трансформаторов таких выпрямителей является однофазной.

Однофазная, однополупериодная схема.

Однофазную, однополупериодную схему (рис. 1.2, а) обычно применяют для выпрямления токов до нескольких десятков миллиампер и в тех случаях, когда не требуется высокой степени сглаживания выпрямленного напряжения. Эта схема характеризуется низким коэффициентом использования трансформатора по мощности и большими пульсациями выпрямленного напряжения.

Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу однополупериодного выпрямителя на активную нагрузку с учетом потерь в трансформаторе и вентиле, представлены на рис. 1.2,б.

Рис. 1.2. Однофазная, однополупериодная схема выпрямления (а) и диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку (б).

Под действием ЭДС вторичной обмотки e ₂ ток в цепи нагрузки i _d может проходить только в течение тех полупериодов, когда анод диода имеет положительный потенциал относительно катода. Диод пропускает ток i _vd в первый полупериод, во второй полупериод, когда потенциал анода становится отрицательным, ток в цепи равен нулю. Выпрямленное напряжение u _d в любой момент времени меньше ЭДС вторичной обмотки e ₂ , так как часть напряжения теряется на активных сопротивлениях трансформатора и открытого вентиля (учитывается сопротивлением r ). Максимальное обратное напряжение на вентиле U _обрmax , как видно из рис. 1.2,б, достигает амплитудного значения ЭДС вторичной обмотки E _2m .

Диаграмма первичного тока трансформатора подобна диаграмме вторичного тока, если пренебречь током намагничивания и исключить из него постоянную составляющую I _d , которая в первичную обмотку не трансформируется . В сердечнике трансформатора за счет постоянной составляющей тока вторичной обмотки создается добавочный постоянный магнитный поток, насыщающий сердечник. Это явление называют – вынужденное подмагничивание сердечника трансформатора постоянной составляющей тока, которое является главным недостатком этой схемы. В результате насыщения намагничивающий ток трансформатора возрастает в несколько раз по сравнению с током в нормальном режиме намагничивания сердечника. Возрастание намагничивающего тока обусловливает увеличение сечения провода первичной обмотки, следствием чего являются завышенные размеры трансформатора и габариты выпрямителя в целом.

2.2 Двухполупериодная схема со средней точкой (схема Миткевича)

Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средним (нулевым) выводом вторичной обмотки трансформатора (рис. 1.3, а) применяют в низковольтных устройствах. Он позволяет уменьшить вдвое число диодов и тем самым понизить потери, но имеет более низкий коэффициент использования трансформатора и, следовательно, большие габариты по сравнению с однофазным мостовым выпрямителем, который рассмотрен ниже. Обратное напряжение на диодах выше в этой схеме, чем в мостовой.

Необходимым элементом данного выпрямителя является трансформатор с двумя вторичными обмотками. Выпрямитель со средней точкой является по существу двухфазным, так как вторичная обмотка трансформатора со средней точкой создает две ЭДС, равные по величине, но противоположные по направлению. Таким образом, схема соединения обмоток такова, что одинаковые по величине напряжения на выводах вторичных обмоток относительно средней точки сдвинуты по фазе на 180º.

Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу двухполупериодного выпрямителя со средним выводом на активную нагрузку с учетом потерь в трансформаторе и вентилях, представлены на рис.1.3,б.

Рис. 1.3. Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой (а) и диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку (б).

Вторичные обмотки трансформатора подключены к анодам вентилей VD ₁ и VD ₂ . Напряжения на вторичных обмотках трансформатора w ₂₁ и w ₂₂ находятся в противофазе. Поэтому диоды схемы VD ₁ и VD ₂ проводят ток поочередно, каждый в соответствующий полупериод питающего напряжения. В течение первого полупериода положительный потенциал имеет анод диода VD ₁ и ток i _vd1 проходит через него, нагрузку и вторичную полуобмотку w ₂₁ трансформатора. В течение второго полупериода положительный потенциал имеет анод диода VD ₂ , ток i _vd2 проходит через него, нагрузку и вторичную полуобмотку w ₂₂ трансформатора, причем в цепи нагрузки ток i _d проходит в том же направлении, что и в первый полупериод.

Таким образом, в отличие от простейшего однополупериодного выпрямителя в выпрямителе со средней точкой выпрямленный ток проходит через нагрузку в течение обоих полупериодов переменного тока, но каждая из половин вторичной обмотки трансформатора оказывается нагруженной током только в течение полупериода . В результате встречного направления м.д.с. постоянных составляющих токов вторичных обмоток i ₂₁ и i ₂₂ в сердечнике трансформатора нет вынужденного подмагничивания.

Рассмотрим расчет коэффициента использования трансформатора по мощности для выпрямителя без потерь при активной нагрузке на примере двухполупериодной схемы со средней точкой.

Выходное напряжение u _d снимается в данной схеме между средней (нулевой) точкой трансформатора и общей точкой соединения катодов обоих вентилей. Среднее напряжение на нагрузке

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Кафедра ЭлектротехникиКурсовая работа

Выполнил: студент группы №372

Принял: Ситников Б. А.

СодержаниеЗадание . 3

Выпрямитель с удвоением напряжения . 5

Расчет диодов . 5

Параметры трансформатора . 5

Расчет конденсаторов . 7

Список литературы . 8

Рассчитать выпрямительRН=100 ОмUH=24 ВU1=220 В (сеть)Указать параметры трансформатора.Рис. 1Данная схема является двухполупериодным выпрямителем с удвоением напряжения. Введение. Питание радиоаппаратуры от электросетей переменного тока – наиболее экономичный, удобный и надежный способ электропитания. Но для питания для питания цепей требуется постоянный ток, для этого переменный ток электросети преобразуют в пульсирующий (ток постоянного напряжения, периодически изменяющийся по величине), уменьшая затем пульсации до столь малой величины, что он не создает заметных помех (фона) в громкоговорителе, телефоне, на экране и т. п. Преобразование переменного тока в пульсирующий называется выпрямлением, а сами преобразователи–выпрямителями. Процесс уменьшения пульсаций называется сглаживанием пульсаций и осуществляется сглаживающими фильтрами. Выпрямителем часто называют весь комплекс, в который входят как собственно выпрямитель, так и сглаживающий фильтр. Необходимыми частями выпрямителей являются электрические вентили – приборы, хорошо пропускающие ток в одном направлении и не пропускающие его (или плохо пропускающие) – в другом. В настоящее время используются полупроводниковые выпрямители, где в качестве вентилей применены германиевые или кремниевые диоды. Для питания радиоприемников, телевизоров и усилителей низкой частоты, применяют выпрямители нескольких типов:

Однополупериодный выпрямитель. Используется там, где требуется ток не более нескольких десятков миллиампер.Двухполупериодный выпрямитель. Используется для получения выпрямленного тока более 10 миллиампер.Мостовой выпрямитель. Является также двухполупериодным, применяется там, где нужно получить еще большую мощность.Выпрямитель с удвоением напряжения. Выгоден тем, что с его помощью можно получать выпрямленные напряжения, значения которых существенно больше действующего значения переменного напряжения на вторичной обмотке трансформатора питания.

Выпрямитель с удвоением напряжения.Выпрямитель состоит из двух диодов, которые работают поочередно; во время полупериодов питающего напряжения одного знака импульсами прямого тока через диод VD1 заряжается конденсатор С1 (Рис.1), а во время полупериодов обратного знака через диод VD2 заряжается конденсатор С2. Так как эти конденсаторы по отношению к нагрузке выпрямителя соединены между собой последовательно, на ней получается удвоенное напряжение. Расчет1. Диоды. Выбор типа диодов производят исходя из следующих

Выпрямители строятся по двум основным принципам:

- с трансформаторным входом;

- с бестрансформаторным входом.

Структурные схемы ВУ

Достоинством схемы являются уменьшенные масса и габариты источников.

Недостатки - сложность схемы, наличие многих элементов (увеличение стоимости, уменьшение надежности);

- высокие требования к вентилям во входном ВЗ1.

- повышенные требования к быстродействию элементов инвертора (транзисторы, лампы).

Внутренние и внешние характеристики ВУ

- коэффициент пульсации (5)

В дополнение к характеристикам по входу и выходу каждое ВУ характеризуется КПД:

По внешним характеристикам ВУ (как и другие устройства) условно можно разделить на:

- маломощные (ММ) с

- средней мощности (СМ)

- большой мощности (БМ)

Возможны классификации: по току, выходным напряжениям (высоковольтные, низковольтные) и т.д..

U>1000 [B] - высоковольтный источник.

К внешним характеристикам при анализе возможностей ВУ и их показателей качества относят:

- массу и габариты;

- допустимый диапазон рабочих температур;

- коэффициент использования транзистора (10)

В вентильном звене:

Представляют интерес следующие электрически характеристики. В В3 для каждого вентиля схемы интересуются:

- максимальным значением тока (амплитуда);

- действующим значением тока ;

- среднее значение тока: ;

- максимальное обратное напряжение

По каждому показателю выбираются при проектировании подходящие стандартные вентильные устройства.

- пропускаемый через фильтр в нагрузку ток ;

- максимальное напряжение источника на элементах

Вентили для ВУ. Параллельное и последовательное соединение вентилей в схемах ВУ

Электрический вентиль - устройство с односторонней проводимостью.

Для выпрямления тока используются электрические вентили следующих типов:

- с электронно-ионной проводимостью.

Типичная ВАХ для полупроводникового вентиля имеет вид:

Работа многофазного выпрямителя на активную нагрузку

Наиболее простым является работа на чисто активную нагрузку

В дальнейшем рассмотрении будут использованы предположения:

- об идеальности транзистора т.е. Rгр = Xгр = 0

- об идеальности вентилей Rпр = 0; Rобр =

- схема совершенно симметрична Uа = Uб = Uc

- Внутреннее сопротивление фазы равно 0

1. - вторичная обмотка

- это напряжение для вентиля является прямым;

- оно больше чем положительное напряжение в смежных фазах.

Трансформируется через коэффициент трансформации только переменная составляющая.

Относительно пульсаций выходного напряжения в данной схеме необходимо отметить следующее:

- пульсация напряжения в связи с этим имеет вид полуволн;

Пользуясь этим соотношением, запишем коэффициент по К-гармоникам:

В данном случае m=3коэффициент пульсации по первой наиболее интенсивной гармонике составит:

Проведенный анализ непосредственно распространяется только на случай чисто активной нагрузки.

Как видно из проведенного анализ особенностью работы выпрямителя на чисто активную нагрузку является:

- напряжение на выходе выпрямителя как функция времени определяется огибающей ЭДС действующих фаз;

Простейшими сглаживающими фильтрами (СФ) являются индуктивные фильтры или емкостные.

Особенности работы выпрямителя на нагрузку емкостного характера

В качестве основы берем ту же схему Миткевича:

Считаем что трансформатор идеальный, т.е. Rтр = 0 Xтр = 0 вентили идеальны. Схема совершенно симметрична:

Принято оценивать длительность импульса тока угловой мерой . - угол отсечки.

Если мы увеличиваем нагрузку, то длительность импульса тока уменьшается и наоборот.

Как видно из проведенного рассуждения.

Работа выпрямителя на нагрузку емкостного характера. Особенности:

- длительность импульса тока а фазе и в вентиле (чаще всего)

- отведенное время для работы фазы.

ЛИТЕРАТУРА

Шустов М.А. Практическая схемотехника. Источники питания и стабилизаторы. Кн. 2. - М.: Альтекс а, 2002. -191 с.

Рис. 1

Данная схема является двухполупериодным выпрямителем с удвоением напряжения.

Питание радиоаппаратуры от электросетей переменного тока – наиболее экономичный, удобный и надежный способ электропитания. Но для питания для питания цепей требуется постоянный ток, для этого переменный ток электросети преобразуют в пульсирующий (ток постоянного напряжения, периодически изменяющийся по величине), уменьшая затем пульсации до столь малой величины, что он не создает заметных помех (фона) в громкоговорителе, телефоне, на экране и т. п.

Преобразование переменного тока в пульсирующий называется выпрямлением, а сами преобразователи–выпрямителями.

Процесс уменьшения пульсаций называется сглаживанием пульсаций и осуществляется сглаживающими фильтрами. Выпрямителем часто называют весь комплекс, в который входят как собственно выпрямитель, так и сглаживающий фильтр.

Необходимыми частями выпрямителей являются электрические вентили – приборы, хорошо пропускающие ток в одном направлении и не пропускающие его (или плохо пропускающие) – в другом.

В настоящее время используются полупроводниковые выпрямители, где в качестве вентилей применены германиевые или кремниевые диоды.

Для питания радиоприемников, телевизоров и усилителей низкой частоты, применяют выпрямители нескольких типов:

Однополупериодный выпрямитель. Используется там, где требуется ток не более нескольких десятков миллиампер.

Двухполупериодный выпрямитель. Используется для получения выпрямленного тока более 10 миллиампер.

Мостовой выпрямитель. Является также двухполупериодным, применяется там, где нужно получить еще большую мощность.

Выпрямитель с удвоением напряжения. Выгоден тем, что с его помощью можно получать выпрямленные напряжения, значения которых существенно больше действующего значения переменного напряжения на вторичной обмотке трансформатора питания.

Выпрямитель с удвоением напряжения.

Выпрямитель состоит из двух диодов, которые работают поочередно; во время полупериодов питающего напряжения одного знака импульсами прямого тока через диод VD 1 заряжается конденсатор С1 (Рис.1), а во время полупериодов обратного знака через диод VD 2 заряжается конденсатор С2. Так как эти конденсаторы по отношению к нагрузке выпрямителя соединены между собой последовательно, на ней получается удвоенное напряжение.

1. Диоды. Выбор типа диодов производят исходя из следующих соображений: обратное напряжение на каждом из диодов не должно превышать максимально допустимого значения даже при наибольшем значении напряжения питающей электросети и при наибольшем выпрямленном напряжении, которое получается при отключении нагрузки от выпрямителя. В нашем случае это условие выполняется, когда U обр. и макс  1,7 U 0

U 0 = U H =24 В U обр. и макс  40,8 B

В месте с тем диоды должны удовлетворять условию: I вп. ср. макс  1,6 I 0 , где I вп. ср. макс – это средний за период ток через диод, при котором обеспечивается его надежная, длительная работа.

I
0 – ток через нагрузку:

Полученные параметры диодов

Средний за период ток через диод: I вп. ср. макс  0,383 A ;

Обратное напряжение на диоде: U обр. и макс  40,8 B .

Рассчитаем прямое сопротивление диода в омах по формуле:

, где U – падение напряжения на диоде, равное 0,15 В для выпрямителей выполненных с использованием в них германиевых диодов, и 0,25 В при использовании кремниевых диодов. В нашем случае используются кремниевые диоды, значит U =0,25 B . Получаем r д  0,25/0,24  1,04 Ом .

Рассчитаем значение мощности тока на входе сглаживающего фильтра Р о : Р о = U o I o =24  0,24=5,76 Вт

2. Параметры трансформатора. Найдем приведенное сопротивление трансформатора r т , поформуле:

r т =К 1 R 0 , где R 0 – сопротивление нагрузки, К 1 – коэффициент из номограммы на Рис.2

Р
ис.2

Для нашей схемы Р 0 =5,76 Вт , значит коэффициент К 1  0,022 . Получаем: r д =100  0,022=2,2 Ом .

Сопротивление диодов переменному току вычисляют по формуле: r ~= r т + r д =2,2+1,04=3,24 Ом

По отношению с помощью графика на рис. 3, найдем

Рис. 3 вспомогательный коэффициент К 3 и определим по формуле: Е 11 =К 3  U 0 э. д. с. вторичной обмотки трансформатора:

По графику находим К 3  0,5 ,

Вычислим Е11=0,524=12 В, следовательно для того что бы на нагрузке было 24 В, нужен трансформатор, с напряжением вторичной обмотки 12 В.

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора определим по формуле:

Полученные параметры трансформатора:

Приведенное сопротивление трансформатора r т =2,2 Ом;

Э. д. с. вторичной обмотки трансформатора Е 11 =12 В;

Действующее значение тока вторичной обмотки I 11 =0,8 A .

Расчет конденсаторов. Номинальное напряжение электролитических конденсаторов С1 и С2 должно быть не менее вычисленного по формуле: U НОМ  K 4  E 11 . При использовании конденсаторов К50-7 с U НОМ  400 В принимаем в этой формуле коэффициент K 4 равным 1,3 , а при использовании конденсаторов всех других типов и номинальных напряжений K 4 =1,5.

Возьмём конденсатор типа К50-7 , тогда U НОМ должно быть  1,3  12=15,6 В .

Чтобы коэффициент пульсации напряжения не превышал значения РН=0,05, он должен иметь ёмкость не менее вычисленной по формуле:

П
олученные параметры конденсаторов:

Номинальное напряжение U НОМ =15,6 В;

Нужная емкость С=3000 мкФ.

Данным условиям удовлетворяет электролитические конденсаторы К50-7 3300 Мкф номинальным напряжением 25 В.

Диоды – должны удовлетворять следующим условиям:

I вп. ср. макс  0,383 A и U обр. и макс  40,8; этим двум условиям удовлетворяет диод типа КД204В, у которого I вп. ср. макс =0,6 А , а U обр. и макс =50 В .

Конденсаторы должны удовлетворять условиям:

Ёмкость С=3000 мкФ:

Номинальное напряжение U НОМ =15,6 В. Этим условиям удовлетворяют электролитические конденсаторы С номинальным напряжением больше 16 В и ёмкостью больше 3000 МкФ.

Данным условиям удовлетворяет электролитические конденсаторы К50-7 3300 Мкф номинальным напряжением 25 В.

Используемый трансформатор должен иметь параметры:

Напряжение вторичной обмотки 12 В;

Сопротивление вторичной обмотки 2,2 Ома;

Ток вторичной обмотки 0,8 А.

Схема:

Удовлетворяет заданным параметрам т. е. имеет коэффициент пульсации меньше 0,05, выходное напряжение 24 В, если взять элементы: диоды VD 1- VD 2 - КД204В, у которого I вп. ср. макс =0,6 А , а U обр. и макс =50 В . Конденсаторы С1-С2 К50-7 емкостью 3300 Мкф и напряжением 25 В.

Трансформатор должен удовлетворять следующим условиям: напряжение на вторичной обмотке – 12В, сопротивление вторичной обмотки 2,2 Ома, ток вторичной обмотки 0,8 А.

Список используемой литературы

Берг А. И. Справочник начинающего радиолюбителя Москва, 1965г.

Выпрямители с умножением напряжения. Многофазные схемы выпрямителей

. многофазные схемы выпрямителей. Многофазные схемы выпрямителей Источником питания в многофазном выпрямителе является электроэнергетическая . трёхфазного выпрямления обеспечивает схема выпрямителя с расщепленной фазой. Выпрямитель с расщепленной фазой(Для .

Устройство и применение высокочастотного выпрямителя

. Выпрямители. Классификация Назначение и применение Характеристики Высокочастотные выпрямители Пример высокочастотного выпрямителя Литература 1. Выпрямители. Назначение и применение Выпрямитель . . Выпрямители электросиловых установок Выпрямители питания .

Спроектировать двенадцатипульсный составной управляемый выпрямитель с параллельным включением вентилей

. электрической схемы управления реверсивного выпрямителя. Проектирование управляемого выпрямителя предполагает проектировку сначала . дросселя фильтра: . Внутреннее сопротивление выпрямителя: . КПД выпрямителя: — коэффициент полезного действия трансформатора .

Неуправляемые и управляемые выпрямители

. совершены: 1. Расчет неуправляемого выпрямителя с активной нагрузкой 2. Расчет неуправляемого выпрямителя с емкостным фильтром 3. . Расчет управляемого выпрямителя с фильтром и .

Проектирование схемы трехфазного регулируемого выпрямителя

. Ведение Управляемые (регулируемые) выпрямители Регулируемыми называются преобразовательные устройства, совмещающие . 3 соответствует однофазным регулируемым кривая 2,3 — трехфазному регулируемому выпрямителю. Приведенные на рис. 3 .

Расчет управляемого выпрямителя и СИФУ

. схемы и расчет основных параметров выпрямителя 1.2 Основные параметры выпрямителя в управляемом режиме 1.3 Выбор . индуктивность дросселя фильтра: . Внутреннее сопротивление выпрямителя: . КПД выпрямителя: — коэффициент полезного действия трансформатора .

Управляемый микроконтроллером выпрямитель

. 5 Введение. 6 Управляемые выпрямители 7 Однофазный управляемый выпрямитель 7 Однофазный управляемый выпрямитель со средней точкой . ; удалённому контролю и управлению выпрямителем. Управляемые выпрямители Управляемые выпрямители на тиристорах позволяют: 1) .

Работа выпрямителей

. выпрямителя. Рисунок 3 - Схема двухполупериодного выпрямителя. Рисунок 4 - Осциллограмма двухполупериодного выпрямителя. Рисунок 5 - Схема мостового двухполупериодного выпрямителя .

Явление перекрытия фаз. Выпрямители однофазной цепи переменного тока

. разрешения технических противоречий. Однополупериодный выпрямитель Рисунок 5 (6) (7) Из . При активных нагрузках (в низкокачественных и ёмкостных (в маломощных . двухполупериодная схема выпрямителя. Двухполупериодная схема выпрямителя со средним .

Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей

. по теме: Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой . В результате имеем два трёхфазных выпрямителя, работающих параллельно через уравнительный . общую нагрузку. Основные параметры выпрямителя 1) Ориентировочное значение напряжения .

Читайте также: