Назначение выпрямителей

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 двухполупергюдные.

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:

• средние значения выпрямленного напряжения Ud и тока Id,

• внешнюю характеристику — зависимость напряжения на выходе от тока нагрузки Ud = f(Id);

• коэффициент полезного действия ;

• 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.