Лекция 5. Выпрямители

Регулировка напряжения электростатических генераторов

Электростатические генераторы при постоянных напряжениях возбуждения U ₁, частотах вращения барабана или скоростях движения ленты являются генераторами постоянного тока. Поэтому напряжение холостого хода U _ВН возрастает до тех пор, пока не установится равновесие генерируемого тока и тока утечки. Ток генератора ограничен и в принципе не зависит от напряжения. В генераторах малой мощности с не очень сильным коро-нированием регулирование напряжения (или тока) может быть осуществлено, например путем стабилизации коронирующего промежутка. Во всех остальных случаях в настоящее время используется эффективное электронное регулирование, при котором пониженное с помощью делителя выходное напряжение является входным параметром системы регулирования. Однако даже в случае очень качественного контура регулирования с отличными динамическими свойствами не устраняются полностью колебания напряжения, так как интервал времени, необходимый для транспортировки заряда от устройства зарядки до системы съёма заряда, относительно велик. При быстрых колебаниях напряжения отношение пульсаций к среднему значению напряжения может быть менее 10~⁴. Возможна длительная стабильная работа с пульсациями менее 10~³. В этом случае отпадает необходимость в фильтрующих конденсаторах большой емкости, а электростатические генераторы являются источниками высокого напряжения с очень малой накопленной в них энергией. Схема полярности в таких генераторах принципиально возможна, однако при быстром изменении полярности (в пределах нескольких минут) должны быть решены проблемы изоляции внутри генератора, особенно роторного. В более простом и не таком компактном устройстве ленточного генератора возникает гораздо меньше проблем, и с его помощью удается получить даже переменное напряжение низкой частоты (менее 1 Гц).

Для получения постоянных токов более 1 – 10 мА используют принцип преобразования переменного тока в постоянный. Устройства, в которых осуществляется такое преобразование, называются выпрямителями. Существует много различных схем выпрямителей, например, однополупериодная, двухполупериодная, мостиковая схемы. Основным элементом всех схем выпрямителей является нелинейный элемент (диод, вентиль). В настоящее время в качестве нелинейных элементов в схемах выпрямителей применяются полупроводниковые элементы на основе селена, германия или кремния. Обратное напряжение отдельного полупроводникового диода невысоко (селеновые шайбы – 45 – 65 В, германиевые диоды – 300 – 500 В, кремниевые – 1 – 2 кВ) и поэтому для самых высоких напряжений используют цепочки последовательно соединенных диодов (выпрямительные столбы). Наличие большого числа последовательно соединённых диодов приводит к необходимости выравнивать обратное напряжение на каждом из диодов. Для выравнивания напряжения используют цепочки сопротивлений и конденсаторов, подключаемых параллельно диодам. Селеновые диоды, изготовленные в виде шайб, имеют довольно большую ёмкость запорного слоя и сравнительно большие токи утечки. При изготовлении выпрямительных столбов из них, число элементов доходит до нескольких сотен и даже тысяч элементов. Принудительного выравнивания обратного напряжения в этом случае не требуется. Предельная плотность тока селенового диода составляет 0,1 ¸ 0,5 А/см². Поэтому, отдельный селеновый выпрямительный столб имеет небольшой выпрямленный ток, который составляет единицы или десятки миллиампер. Для получения больших токов требуется параллельное соединение нескольких таких выпрямительных столбов. Технические данные выпрямительных столбов и некоторых кремниевых диодов приведены в таблице П3.

Переменное напряжение после прохождения через выпрямитель оказывается пульсирующим и требует сглаживания. Для сглаживания пульсаций на выходе из выпрямителя ставятся сглаживающие фильтры. Обычно фильтры состоят из конденсаторов, подключаемых параллельно выходу выпрямителя и индуктивностей (дросселей), включаемых последовательно. Минимальное число элементов фильтра – один конденсатор. При увеличении числа элементов коэффициент пульсаций уменьшается.

Дата добавления: 2014-01-07