Краткие сведения из теории

Большое число потребителей требуют для своей работы энергию постоянного тока. Преобразование энергии переменного тока в пос­тоянный осуществляется с помощью выпрямителей. Основными элемен­тами выпрямителей являются; диод, преобразующий переменный ток в постоянный; трансформатор, согласующий напряжение на входе выпрямителя с напряжением сети; фильтр для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. В ряде случаев на выходе выпрямителя устанавливается элек­тронный стабилизатор, поддерживающий постоянство выпрямленного напряжения при уменьшении напряжения сети и тока нагрузки.

Наиболее простой является схема однополупериодного выпрями­теля, показанная на рис. 7.3а. Напряжение переменного тока подво­дится к диоду и последовательно включенной с ним активной наг­рузке. Вследствие односторонней проводимости диода, на нагрузке образуются импульсы напряжения полусинусоидальной формы. Во вре­мя отрицательного полупериода приложенного напряжения диод закрыт.

Рисунок 7.3 - Схема однополупериодного выпрямителя

Напряжение на нагрузке:

где U₂ - действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Действующее значение тока

Пульсации напряжения на выходе выпрямителя оцениваются коэффи­циентом пульсации q, равным отношению наибольшей амплитуды основной гармоники к среднему значению выпрямленного напряжения:

Диод в однополупериодной схеме должен выдерживать обратное нап­ряжение, равное амплитуде U_{2 MAX} = U₂ (риc. 7.3).

Недостатками рассмотренной схемы являются: большие размеры и вес трансформатора вследствие плохого использования обмоток; значительная величина обратного напряжения; большая амплитуда тока, протекающего через диод и низкая частота пульсаций, что при­водит к увеличению размеров и веса сглаживающих фильтров.

Эти недостатки устраняются в двухполупериодных схемах вып­рямления. На рис.7.4 приведена однофазная мостовая схема выпрямле­ния. В схеме имеются две группы диодов, которые образуют мост. В одну из диагоналей моста включен источник питания переменного напряжения, в другую – нагрузочное сопротивление.

Рисунок 7.4 - Мостовая схема двухполупериодного выпрямителя

Одну половину периода два диода (VD2,VD3) в противолежащих плечах моста проводят ток, а другие два диода заперты, на них действует обратное напряжение, равное U_{2 MAX}. Вторую половину пе­риода два других диода (VD1, VD4) проводят ток, а два первых диода заперты.

Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке

Действующее значение тока нагрузки

Коэффициент пульсации .

Мостовая схема двухполупериодного выпрямления обладает рядом существенных преимуществ: на вторичной обмотке трансформатора для получения заданного выпрямленного напряжения требуется вдвое меньшее напряжение; отсутствует намагни­чивание сердечника; через диод протекают токи, меньшие по ампли­туде; схема имеет более низкий коэффициент пульсаций и большую частоту пульсаций. В трехфазной мостовой схеме выпрямления, предложенной А.Н. Ларионовым, совмещаются принципы однофазной мостовой схемы вып­рямителя и многофазного выпрямления (рис.7.5).

б)

Рисунок 7.5 - Трехфазная мостовая схема выпрямления

Половина диодов цепи образуют группу, в которой соединены все катодные выводы, а у второй половины - все анодные. В каждый данный момент рабо­тает тот диод первой группы, у которого анодный вывод в это вре­мя имеет положительный наибольший потенциал, а вместе с ним диод второй группы, у которого катодный вывод имеет наибольший по абсолютной величине отрицательный потенциал.

Среднее значение выпрямленного напряжения

где m - число пульсаций; U_MAX – максимальное значение напря­жения.

Частота пульсаций выпрямленного напряжения в такой схеме равна удвоенному числу фаз выпрямителей, т.е. шесть пульсаций за период

;

Коэффициент пульсации

К достоинствам выпрямителей трехфазного тока следует от­нести: возможность получения большой мощности; малые пульсации у выпрямленного напряжения.

Для сглаживания пульсаций напряжений на нагрузке в схемах выпрямления применяются фильтры, состоящие из реактивных эле­ментов - емкостей и индуктивностей. Включение емкости параллель­но нагрузке ограничивает пульсации в кривой напряжения. При условии конденсатор создает в цели выпрямителя значи­тельную емкостную составляющую тока. При наличии емкости в схе­ме выпрямителя (рис. 7.6а) во время положительных полупериодов ем­кость С заряжается через проводящий диод, во время отрицательных полупериодов разряд емкостей происходит через R, которое много больше сопротивления проводящего диода, поэтому емкость не успе­вает заметно разрядиться за паузу между импульсами тока. Напря­жение U, а, следовательно, и ток в нагрузке I, остаются практи­чески постоянным. Для снижения уровня пульсаций емкость фильтра следует увеличивать.

Рисунок 7.6 - Фильтры для сглаживания пульсаций напряжения

Часто используется Г-образный LС фильтр, состоящий из ин­дуктивности, включенной последовательно с нагрузкой и емкости, шунтирующей последнюю (риc. 7.6 б). Для получения хорошего сглажи­вания в С-фильтре должны выполняться условия:

wL>>R_Н; ,

где w - угловая частота основной гармоники.

Емкостный фильтр с последовательно включенным активным со­противлением R_Ф (рис. 7.6в) применяется в тех случаях, когда это сопротивление используется одновременно как делитель напряжения.

Тест к зачету по лабораторной работе № 7

УКАЖИТЕ НОМЕР ПРАВИЛЬНОГО ОТВЕТА:

7.1. ПОЛУПРОВОДНИК С ЭЛЕКТРОННОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ ПОЛУЧАЕТСЯ ПРИ ДОБАВКЕ К ЧЕТЫРЕХВАЛЕНТНОМУ КРЕМНИЮ ЭЛЕМЕНТА

1) трехвалентного 2)четырехвалентного 3) пятивалентного

1) 2)

7.3. ЕСЛИ ЧЕРЕЗ ДИОД ПРОХОДИТ ТОК, ТО ПОЛУПРОВОДНИКИ:

1) I – n – типа; I I – р – типа

2)

3) I и I I – n – типа

4) I и I I – р – типа

1) 2)

3) 4)

1) 20 В 2) 10 В

3) 18 В 4) 9 В

Date: 2016-07-05; view: 341; Нарушение авторских прав