Основные понятия. Выпрямителями называют электрические схемы, для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока

Выпрямителями называют электрические схемы, для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока.

Питание электронной аппаратуры чаще всего осуществляется с помощью маломощных выпрямителей, работающих от сети переменного тока. Для питания мощных промышленных установок используют выпрямители средней и большой мощности, работающих от трехфазной сети.

Структурная схема включает в себя (рисунок 15): силовой трансформатор, вентильную группу, сглаживающий фильтр, стабилизатор напряжения или тока и нагрузку. С помощью трансформатора производится преобразование величины входного напряжения, а также электрическое разделение отдельных цепей выпрямителя. Вентили обеспечивают одностороннее протекание тока в цепи нагрузки. В результате чего переменное напряжение преобразуется в пульсирующее. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения к выходным зажимам выпрямителя подключают сглаживающий фильтр.

Рисунок 15

Характер сопротивления нагрузки (активной, емкостной или индуктивный) существенно сказывается на режиме работы всех устройств выпрямителя и должен учитываться при его расчете и конструировании.

В состав выпрямителя очень часто входит стабилизатор напряжения или тока, который можно включить на выходе (по постоянному току) или на входе (по переменному току).

Однофазные выпрямители подразделяют на однополупериодные и двухполупериодные.

В однополупериодных выпрямителях по вторичным обмоткам трансформатора ток протекает только один раз за полный период, в двухполупериодных выпрямителях, напряжение сети используется оба полупериода, ток во вторичной обмотке трансформатора протекает дважды за период в противоположных направлениях.

К основным параметрам выпрямителей относят выходные параметры: среднее значение выпрямленных напряжений и тока ; внешнюю характеристику – зависимость напряжения на выходе от тока нагрузки ; коэффициент полезного действия – отношение мощности постоянного тока выделяемой на нагрузке, к входной мощности переменного тока, определяется для резистивной нагрузки и коэффициент пульсаций . Коэффициентом пульсаций называется отношение амплитуды переменной составляющей основной гармоники к среднему значению выпрямленного напряжения:

Выпрямители могут иметь многочисленные варианты схем. Рассмотрим схемы выпрямителей, широко применяемые в промышленной электронике.

3.2 Схема выпрямителя с выводом нулевой точки\\

В двухполупериодном выпрямителе в течение одной половины периода переменного напряжения ток протекает через вентиль VD1, а в течении другой половины периода – через вентиль VD2 (рисунок 16). Трансформатор выполнен с двумя вторичными обмотками, имеющими общий (нулевой) вывод. Временные диаграммы напряжений и токов первичной и вторичных обмоток трансформатора, а также сопротивления нагрузки представлены на рисунок 17.

Рисунок 16

В первый полупериод (интервал от ) потенциал анода вентиля VD1 (точка а), положителен, а вентиля VD2 (точка в) – отрицателен. Поэтому в цепи вентиль VD1 резистор протекает анодный ток , вентиль VD2 заперт. В следующий полупериод (интервал ) фазы Э.Д.С. во вторичных обмотках изменяются на 180 гр. При этом вентиль VD1 заперт, а вентиль VD2 открыт и в цепи вентиль VD2 – нагрузка протекает ток . Таким образом, ток в нагрузке в течении всего периода переменного напряжения протекает в одном и том же направлении за счет чередующихся токов и вентилей. Этот ток вызывает на нагрузке пульсирующее напряжение .

Рисунок 17

Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке при идеальных вентилях и трансформаторе с учетом того. Что мгновенное значение ЭДС вторичной обмотки:

где – действующее значение фазной Э.Д.С., определяется из выражения:

Среднее значение выпрямленного тока:

Среднее значение выпрямленного тока через каждый вентиль в два раза меньше тока нагрузки:

К запертому вентилю прикладывается обратное напряжение, равное по величине напряжению на вторичной обмотке трансформатора, так как анод неработающего вентиля присоединен к одной фазе, а катод через проводящий вентиль, падение напряжения на котором в предположении идеальности вентиля равно нулю, – к другой фазе вторичной обмотки трансформатора. Максимальное значение обратного напряжения равно двойной амплитуде фазного напряжения:

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора:

Поскольку во вторичной обмотке токи протекают поочередно и имеют противоположные направления, по первичной обмотке проходит чисто синусоидальный ток.

Действующее значение тока в первичной обмотке может быть выражено через средне значение этого тока с учетом коэффициента трансформации:

Следует отметить, что дополнительное подмагничевание сердечника отсутствует, т.к. постоянные составляющие токов вторичных обмоток направлены встречно.

Расчетная (типовая) мощность трансформатора определяется по формуле:

Из временных диаграмм Рисунок12 видно, что напряжение на нагрузке достигает максимума дважды за период напряжения сети. Поэтому частота основной гармоники пульсирующего напряжения равна удвоенной частоте напряжения сети .

Для определения коэффициента пульсаций нужно найти амплитуду основной гармоники, разложив в ряд Фурье несинусоидальное выпрямленное напряжение. Для рассматриваемой схемы: