Однофазные выпрямители

НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

VII. ВЫПРЯМИТЕЛИ ОДНОФАЗНОГО И ТРЕХФАЗНОГО ТОКА

Выпрямителями называют электрические схемы, пред­назначенные для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока. Выпрямители являются основными источниками постоянного тока для питания устройств промышленной электроники. Питание электрон­ной аппаратуры чаще всего осуществляется с помощью маломощных выпрямителей, работающих от однофазной сети переменного тока. Для питания мощных промышлен­ных установок используют выпрямители средней и боль­шой мощности, работающие от трехфазной сети.

Обобщенная структурная схема выпрямительного устройства (рис. 8.1) включает силовой трансформатор, вентильную группу, сглаживающий фильтр и нагруз­ку. С помощью трансформатора производится преобра­зование входного напряжения, а также электрическое разделение отдельных цепей выпрямителя. Вентили обеспечивают одностороннее прохождение тока в цепи нагрузки, в результате чего переменное напряжение преобразуется в пульсирующее. Для сглаживания пуль­саций выпрямленного напряжения к выходным зажимам выпрямителя подключают сглаживающий фильтр.

Характер сопротивления нагрузки (активный, емкост­ный или индуктивный) существенно сказывается на режиме работы всех блоков выпрямителя и должен учиты­ваться при его расчете и конструировании.

Приведенная структурная схема в отдельных случаях может не иметь таких элементов, как трансформатор или сглаживающий фильтр, например, в тех редких случаях, когда устройство питается от источника пульсирующего тока. С другой стороны, очень часто в состав выпрямителя входит стабилизатор напряжения или тока, который можно включать на выходе (по постоян­ному току) или на входе (по переменному току).

В соответствии с возможностью регулирования выходного напряжения различают неуправляемые и управляемые выпрямители.

Однофазные выпрямители подразделяют на однополупериодные и двухполупериодные.

В однополупериодных выпрямителях по вторичным обмоткам трансформатора ток проходит только один раз за полный период (полупериод или его часть), в двухполупериодных выпрямителях используются оба полупериода напряжения сети: ток во вторичной обмотке трансформатора проходит дважды за период в противо­положных направлениях.

К основным параметрам выпрямителей относят выходные параметры:

Ø средние значения выпрямленного напряжения U_d и тока I_d;

Ø внешнюю характеристику — зависимость напряжения на выходе от тока нагрузки U_d = f(I_d);

Ø коэффициент полезного действия h;

Ø допусти­мый коэффициент пульсации К _п.

Коэффициентом пуль­сации называют отношение амплитуды переменной составляющей основной гармоники к среднему значе­нию выпрямленного напряжения К _п = (U_{~ 1} /U_d) 100%.

Выходные параметры совместно с напряжением и частотой сети переменного тока определяют парамет­ры основных элементов выпрямителя. Для силового трансформатора к ним относятся действующие значения напряжений и токов отдельных обмоток, определяющие их мощности и мощность трансформатора в целом. Для вентиля основными параметрами являются среднее, дей­ствующее и максимальное значения тока, а также обрат­ное напряжение, приходящееся на вентиль. Для сглажива­ющего фильтра — постоянный ток, проходящий через него, и коэффициент сглаживания — отношение коэф­фициента пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на его выходе.

Выпрямители имеют многочисленные варианты схем. Рассмотрим схемы выпрямителей, наиболее применяемые в промышленной электронике.

Схемы выпрямителя с выводом нулевой точки. На рис. 8.2, а показана схема однофазного двухполупериодного выпрямителя.

В двухполупериодном выпрямителе в течение одной половины периода переменного напряжения ток прохо­дит через диод Д ₁, а в течение другой половины периода — через диод Д ₂. Трансформа­тор Тр выполнен с двумя вто­ричными обмотками, имеющими общий (нулевой) вывод. Вре­менные диаграммы напряжений и токов первичной и вторичных обмоток трансформатора, а так­же сопротивления нагрузки R _н представлены на рис. 8.2, б. Диоды Д ₁ и Д ₂ работают поочередно благодаря противо­фазности ЭДС е _2аи е _2bво вто­ричных обмотках трансформа­тора.

В первый полупериод (ин­тервал 0 — p) потенциал анода диода Д ₁(точка а) положите­лен, а диода Д ₂ (точка b) — отрицателен. Поэтому в цепи диод Д ₁ — резистор R_H прохо­дит анодный ток i_a1 , диод Д ₂ за­перт. В следующий полупериод (интервал p — 2p) фазы ЭДС на вторичных обмотках изменяются на 180°. При этом диод Д ₁заперт, а открыт диод Д ₂, пропускающий в нагрузку ток i_{a 2}. Таким образом, ток i_d в нагрузке в те­чение всего периода переменного напряжения проходит в одном и том же направлении за счет чередующихся токов i_{a 1}и i_{a 2}. Этот ток вызывает на нагрузке пульси­рующее напряжение U_d.

Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке при идеальных вентилях и трансформаторе с учетом того, что мгновенное значение ЭДС вторичной обмотки , где E ₂ — действующее значе­ние фазной ЭДС определяем из выражения

(8.1)

При этом узел связи катодов диодов является по­ложительным полюсом выпрямленного напряжения.

Среднее значение выпрямленного тока

Дата добавления: 2013-12-13