Схемы выпрямления тока

В некоторых случаях возникает необходимость преобразовать переменный ток в ток постоянный. Если рассматривать переменный электрический ток в виде графического изображения (например, на экране осциллографа), увидим синусоиду, пересекающую ординату с частотой колебаний равной частоте тока в сети.

Для выпрямления переменного тока используют диоды (диодные мосты). Диод, обладает одним интересным свойством – пропускать ток только в одном направлении (он, как бы «срезает» нижнюю часть синусоиды). Различают следующие схемы выпрямления переменного тока. Однополупериодная схема, на выходе которой получается пульсирующий ток равный половине напряжения сети.

Двухполупериодная схема, образуемая диодным мостом из четырёх диодов, на выходе которого мы будем иметь постоянный ток сетевого напряжения.

Трехполупериодная схема, образуется мостом, состоящим из шести диодов в трехфазной сети. На выходе мы будем иметь две фазы постоянного тока с напряжением Uв=Uл х 1,13.

Трансформаторы

Трансформатором является устройство, служащее для преобразования переменного тока одной величины в такой же ток другой величины. Преобразование происходит в результате передачи магнитного сигнала от одной обмотки трансформатора к другой по металлическому сердечнику. Для уменьшения потерь при преобразовании сердечник набирается пластинами из специальных ферромагнитных сплавов.

Расчет трансформатора прост и, по своей сути, представляет собой решение соотношения, основной единицей которого является коэффициент трансформации:
К = Uп/Uв = Wп/Wв, где Uп и U в – соответственно, первичное и вторичное напряжение, Wп и Wв – соответственно, число витков первичной и вторичной обмоток.
Проанализировав данное соотношение можно увидеть, что нет никакой разницы в направлении работы трансформатора. Дело лишь в том, какую обмотку принять за первичную.
Если одну из обмоток (любую), подключить к источнику тока (в этом случае она будет первичной) то на выходе вторичной обмотки будем иметь большее напряжение, если число её витков больше, чем у первичной обмотки, либо меньшее, если число её витков меньше, чем у первичной обмотки.
Часто возникает необходимость изменить напряжение на выходе трансформатора. Если «не хватает» напряжения на выходе трансформатора, надо к вторичной обмотке добавить витков провода и, соответственно, наоборот.
Расчет дополнительного числа витков провода производится следующим образом:
Для начала необходимо узнать, какое напряжение приходится на один виток обмотки. Для этого разделим рабочее напряжение трансформатора на количество витков обмотки. Допустим, трансформатор имеет 1000 витков провода во вторичной обмотке и 36 вольт на выходе (а нам надо, например, 40 вольт).
U = 36/1000= 0,036 вольт в одном витке.
Для того, чтобы получить на выходе трансформатора 40 вольт надо к вторичной обмотке добавить 111 витков провода.
40 – 36 / 0,036 = 111 витков,
Следует понимать, что разницы расчётов первичной и вторичной обмоток нет. Просто в одном случае обмотки добавляются, в другом, вычитаются.

Приложения. Выбор и применение защитной аппаратуры.

Автоматические выключатели обеспечивают защиту устройств от перегрузки или короткого замыкания и выбираются исходя из характеристик электропроводки, размыкающей способности выключателей, значения номинального тока и характеристики отключения.
Размыкающая способность должна соответствовать значению тока в начале защищаемого участка цепи. При последовательном включении допускается использование устройства с низким значением тока короткого замыкания, если до него ближе к источнику питания установлен автоматический выключатель с током отсечки мгновенного размыкателя ниже, чем у последующих устройств.
Номинальные токи выбираются таким образом, чтобы их значения были как можно ближе к расчетным или номинальным токам защищаемой цепи. Характеристики отключения определяются с учетом того, что кратковременные перегрузки, вызванные пусковыми токами, не должны вызывать их срабатывания. Кроме того, следует учитывать, что выключатели должны иметь минимальное время отключения в случае возникновения короткого замыкания на конце защищаемой цепи.
Прежде всего необходимо определить максимальное и минимальное значения тока короткого замыкания (КЗ). Максимальный ток КЗ определяется из условия, когда замыкание происходит непосредственно на контактах автоматического выключателя. Минимальный ток определяется из условия, что КЗ происходит в самом дальнем участке защищаемой цепи. КЗ может произойти как меж нулем и фазой, так и между фазами.
Для упрощенного расчета минимального тока КЗ следует знать, что сопротивление проводников в результате нагрева увеличивается до 50% от номинального значения, а напряжение источника питания снижается до 80%. Следовательно, для случая КЗ между фазами ток КЗ будет:
I = 0,8 U/(1,5р 2 L/S), где р-удельное сопротивление проводников (для меди – 0,018 Ом кв. мм/м)
для случая короткого замыкания между нулем и фазой:
I =0,8 Uo/(1,5 р(1+m)L/S), где m – соотношение площадей поперечного сечения проводов (если материал одинаковый), или соотношение сопротивлений нуля и фазы. Автомат нужно выбирать по величине номинального условного тока КЗ не меньше расчетного.
УЗО должно быть сертифицированным в России. При выборе УЗО учитывается схема подключения нулевого рабочего проводника. В системе заземления ТТ чувствительность УЗО определяется сопротивлением заземления при выбранном предельным безопасным напряжением. Порог чувствительности определяется по формуле:
I= U/Rm, где U – предельное безопасное напряжение, Rm – сопротивление заземления.
Для удобства можно воспользоваться таблицей № № 16

ТАБЛИЦА № 16

Для защиты людей используются УЗО с чувствительностью 30 или10 мА.

Предохранитель с плавкой вставкой
Ток плавкой вставки должен быть не меньше максимального тока установки с учетом длительности его протекания: I п = Iмакс/а, где а =2,5, если Т меньше 10 сек. и а = 1,6 если, Т больше 10 сек. I макс = IнК, где К= 5 - 7 кратность пускового тока (из паспортных данных двигателя)
Iн – номинальный ток электроустановки длительно протекающий по защитной аппаратуре
Iмакс – максимальный ток, кратковременно протекающий по аппаратуре (например пусковой ток)
Т – длительность протекания максимального тока по защитной аппаратуре (например, время разгона двигателя)
У бытовых электроустановок пусковой ток мал, при выборе вставки можно ориентироваться на Iн.
После расчетов выбирается ближайшее большее значение тока из стандартного ряда: 1,2,4,6,10,16,20,25А.
Тепловое реле.
Необходимо выбирать такое реле, чтобы Iн теплового реле оказался в пределах регулирования и больше тока сети.

ТАБЛИЦА № 16