ТОП 10:

Однофазные выпрямители. Схемы, принцип действия, параметры и характеристики



 

Для выпрямления однофазного переменного напряжения применяют три схемы:

1. однополупериодная;

2. двухполупериодная мостовая;

3. двухполупериодная трансформаторная (с выводом средней точки).

Однополупериодная схема - в которой ток проходит через вентиль только в течение одного полупериода переменного напряжения источника.

Двухполупериодные схемы - в которых ток проходит через вентильную группу в течение двух полупериодов переменного напряжения источника.

Рассмотрим соотношения параметров в выпрямителях при следующих допущениях:

1. Индуктивное сопротивление рассеяния трансформатора и активное сопротивление его обмоток равны нулю;

2. Сопротивление вентиля в прямом направлении равно нулю, а в обратном равно бесконечности.

Однополупериодный однофазный выпрямитель

Временные диаграммы напряжений и токов:

Определим постоянную составляющую выпрямленного тока:

 

 

 

.

 

Так как , то

 

 

.

 

Но так как , т.е. , то

 

или

 

.

 

Постоянная составляющая напряжения, выраженная через максимальное значение:

 

.

 

Постоянная составляющая напряжения, выраженная через действующее значение:

 

Таким образом, в данной схеме максимальное напряжение на диоде

 

,

 

т.е. напряжение на диоде в три раза больше, чем на нагрузке.

Среднее значение тока диода в этой схеме .

Величину пульсаций выпрямленного напряжения характеризуют коэффициентом пульсаций

 

,

 

где U1m – амплитуда переменной составляющей напряжения, изменяющегося с частотой повторения импульсов, т.е. амплитуда первой гармоники.

Для однополупериодной схемы

 

, а .

 

Недостатки схемы:

1. большое значение коэффициента пульсаций ;

2. напряжение на нагрузке почти в 3 раза меньше, чем на диоде;

3. постоянная составляющая выпрямленного тока значительно меньше тока во вторичной обмотке трансформатора, что приводит к его недостаточному использованию по току.

Двухполупериодная мостовая схема

 

 

I0 в 2 раза больше, чем в однополупериодной схеме. Поэтому:

 

 

;

 

;

 

Частота выпрямленного тока в 2 раза больше, чем у сети.

.

Двухполупериодная схема с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора

 

 

Это фактически сочетание двух однополупериодных выпрямителей, включенных на нагрузочный резистор Rн в различные фазы.

Соотношения параметров в данной схеме такие же, как и в мостовой схеме.

Преимущества двухполупериодных выпрямителей по сравнению с однополупериодным:

Среднее значение выпрямленных тока и напряжения в 2 раза больше, а пульсации меньше.

Но двухполупериодные выпрямители имеют более сложную конструкцию и стоимость.

Сравнение двухполупериодных схем:

1. Мостовая схема конструктивно проще, ее габариты, масса и стоимость ниже, чем трансформаторной схемы.

2. Максимальное обратное напряжение на закрытых диодах в мостовой схеме в 2 раза меньше (на каждый из двух диодов приходится половина напряжения).

3. Но в мостовой схеме необходимо в 2 раза больше диодов.

При выпрямлении токов I >Iпрmax для одного диода параллельно включают однотипные диоды с добавочными сопротивлениями:

 

Величины токов определяются их сопротивлениями в прямом направлении. Но сопротивления диодов в прямых направлениях Rдпр даже для однотипных диодов различны. Для выравнивания токов диодов последовательно включают добавочные сопротивления. Причем Rд в 5…10 раз больше Rдпр.

 

 

При выпрямлении напряжения, превышающего максимально допустимое для диода Uобр.max, используют последовательное соединение диодов, шунтированных резисторами.

При этом обратное напряжение на диодах распределяется в соответствии с их обратными сопротивлениями Rд.обр. Для выравнивания обратных напряжений параллельно диодам включают шунтирующие резисторы Rш, величина которых равна:

 

Rш=(0,1…0,2) Rд.обр.

 

Сглаживающие фильтры

 

Схемы, принцип действия, параметры и характеристики

Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения применяют сглаживающие фильтры (СФ).

Снижение пульсаций оценивается коэффициентом сглаживания

 

,

 

где Kп и Kп – коэффициенты пульсаций до и после фильтра.

Основными требованиями к сглаживающим фильтрам является максимальное уменьшение высокочастотных составляющих токов в сопротивлении нагрузки.

У индуктивного элемента , а у емкостного элемента

 

,

 

где k – номер гармоники.

Поэтому индуктивность устанавливают последовательно, а емкость – параллельно нагрузке.

 

Емкостной фильтр

 

Конденсатор заряжается до напряжения U2, когда U2 > Uс (интервал t1 – t2). В течение интервала времени (t2 – t3) напряжение Uс > U2 – диод закрыт, а конденсатор разряжается через резистор Rн с постоянной времени .

С момента времени t3 Uс < U2 – конденсатор заряжается и т.д.

То есть, когда диод пропускает ток конденсатор заряжается, а когда к диоду приложено обратное напряжение – конденсатор разряжается на нагрузку Rн.

Индуктивный фильтр

 

 

 

В течение положительного полупериода напряжения u2, когда ток i нарастает, индуктивная катушка Lф запасает энергию, а в отрицательный полупериод – энергия расходуется на поддержание тока.

Длительность импульсов тока iн определяется постоянной времени . Чем больше индуктивность Lф, тем больше затягивается импульс и его амплитуда снижается из-за индуктивного сопротивления . Падает и среднее значение тока.

Обычно индуктивность Lф в однополупериодных схемах не применяют, а используют в двухполупериодных:

 

 

Разновидности сглаживающих фильтров:

 

LC- RC-фильтры; Г-, П-, Т- образные фильтры.

 







Последнее изменение этой страницы: 2016-08-01; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.235.65.91 (0.009 с.)