Временные диаграммы однофазного выпрямителя с нулевым выводом при активной нагрузке

Двухполупериодное выпрямление в схеме достигается выполнением трансформатора с двумя вторичными обмотками. Обмотки соединены последовательно и имеют общую нулевую (среднюю) точку. Свободные концы вторичных обмоток трансформатора присоединены к анодам вентилей Д1 и Д2, а связанные между собой катоды вентилей образуют положительный полюс выпрямителя. Отрицательным полюсом выпрямителя является общая (нулевая) точка соединения вторичных обмоток. Таким образом трансформатор служит в этой схеме как для согласования величины питающего напряжения и напряжения на нагрузке, так и для создания средней (нулевой) точки. Очевидно, что напряжения на выводах вторичных обмотках трансформатора u1 и u2 (или ЭДС е1 и е2) одинаковы по величине и сдвинуты относительно нулевой точки на 180°, т.е. находятся в противофазе.

В каждый момент времени проводит ток тот диод, потенциал анода которого положителен. Поэтому на интервале 0 – π открыт диод Д1 и к сопротивлению нагрузки Rн (Rd) приложено фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора ud = u2-1. Диод Д2 в интервале 0 – π закрыт, так как к нему приложено отрицательное напряжение. В конце интервала напряжения и токи в схеме равны нулю.

На следующем интервале работы схемы π - 2π напряжения на первичной и вторичной обмотках изменяют свою полярность на обратную, поэтому диод Д2 будет открыт, а диод Д1 – закрыт. Далее процессы в схеме выпрямления повторяются. Кривая выпрямленного напряжения ud состоит из однополярных полуволн фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора. Форма тока нагрузки при чисто активной нагрузке повторяет форму напряжения. Диоды Д1 и Д2 проводят ток поочередно в течение полупериода.

5. По назначению:

А) маломощные выпрямители, как правило однофазные, используют в системах управления, для питания отдельных узлов электронной аппаратуры, в измерительной технике и др.;

Б) выпрямители средней и большой мощности служат источниками питания промышленных установок.

Схемы выпрямления делятся на простые и сложные. К простым схемам относятся однофазные и трехфазные, нулевые и мостовые схемы. В сложных (или составных схемах) несколько простых схем соединяются последовательно или параллельно.

7. По виду (характеру) нагрузки. Для однофазных схем выпрямления характерны значительные пульсации выпрямленного напряжения. Для уменьшения пульсаций напряжения на нагрузке используют сглаживающие фильтры, выполняемые на основе реактивных элементов дросселей (L) и конденсаторов (С). Характер входной цепи сглаживающего фильтра совместно с нагрузкой определяют вид нагрузки выпрямителя. Различают работу выпрямителя на активную нагрузку (R – НГ), активно-индуктивную нагрузку (RL – НГ), активную нагрузку и емкостный фильтр (RC – НГ).

Общим для всех выпрямителей является их применение преимущественно при RL – НГ. Это объясняется тем, что маломощные выпрямители чаще всего работают LC – фильтром, а мощные выпрямители - с L – фильтром.

По способу управления различают неуправляемые и управляемые выпрямители.

67. Мостовий випрямляч

На рисунке изображена мостовая схема выпрямителя. Четыре диода включены таким образом, что ток через нагрузку течет только в одном направлении.

На следующем рисунке показано прохождение тока в течение положительного полупериода входного сигнала.

Ток течет от нижнего вывода вторичной обмотки трансформатора через диод D4, через нагрузку, через диод D2 к верхнему выводу вторичной обмотки трансформатора. Все напряжение падает на нагрузке.

На рисунке показано прохождение тока в течение отрицательного полупериода входного сигнала.

На верхнем выводе вторичной обмотки отрицательный потенциал, а на нижнем — положительный. Ток течет от верхнего вывода вторичной обмотки через диод D1 , через нагрузку, через диод D3 к нижнему выводу вторичной обмотки. Заметим, что ток течет через нагрузку в том же направлении, что и в течение положительного полупериода. И опять все напряжение падает на нагрузке.

Мостовой выпрямитель является двухполупериодным выпрямителем, так как он работает в течение обоих полупериодов входного синусоидального напряжения. Преимуществом мостового выпрямителя является то, что он не требует трансформатора с выводом от середины вторичной обмотки. Эта цепь также не требует для своей работы трансформатора. Трансформатор используется только для повышения или понижения напряжения или для обеспечения изоляции от источника переменного напряжения.

Перечислим различия выпрямителей. Преимуществом однополупериодного выпрямителя является его простота и низкая стоимость. Для него требуется один диод и трансформатор. Он не очень эффективен, так как использует только половину входного сигнала. Кроме того, его применение ограничено цепями с малыми токами.

Двухполупериодный выпрямитель более эффективен, чем однополупериодный. Он работает в течение обоих полупериодов синусоиды. Более высокая частота пульсаций двухполупериодного выпрямителя облегчает фильтрацию. Недостатком его является то, что для него требуется трансформатор с отводом от середины вторичной обмотки. Его выходное напряжение ниже, чем у однополупериодного выпрямителя при использовании такого же трансформатора, так как в течение каждого полупериода работает только половина обмотки.

Мостовой выпрямитель может работать без трансформатора. Однако трансформатор бывает необходим для повышения или понижения напряжения. Выходное напряжение у него выше, чем у однополупериодного или двухполупериодного выпрямителей. Недостатком является то, что для него требуются четыре диода. Однако диоды дешевле трансформатора с выводом от середины вторичной обмотки.

68. Трифазні діодні випрямлячі

Трёхфазный выпрямитель (англ. Three phase rectifier) — устройство применяемое для получения постоянного тока из трёхфазного переменного тока системы Доливо-Добровольского.

Наиболее распространены трёхфазный выпрямитель по схеме Миткевича В.Ф. (на трёх диодах), предложенный им в 1901 г.[1], и трёхфазный выпрямитель по схеме Ларионова А.Н. (на шести диодах), предложенный им в 1923 г.[2].

Менее известны трёхфазные выпрямители по схемам «три параллельных моста» (на двенадцати диодах), «три последовательных моста» (на двенадцати диодах) и др., которые по многим параметрам превосходят и схему Миткевича и схему Ларионова. При этом требуются диоды со средним током через один диод почти вдвое меньшим, чем в схеме Ларионова.

Следует отметить, что выпрямитель Миткевича является четвертьмостовым параллельным, выпрямитель Ларионова является не полномостовым, как его часто считают, а полумостовым параллельным («три параллельных полумоста»). В зависимости от схемы включения трёхфазного трансформатора или трёхфазного генератора (звезда, треугольник) схема Ларионова имеет две разновидности: «звезда-Ларионов» и «треугольник-Ларионов», которые имеют разные напряжения, токи, внутренние сопротивления.

По схемам можно заметить, что схема Миткевича является недостроенной схемой Ларионова, а схема Ларионова является недостроенной схемой «три параллельных моста».

Из-за принципа обратимости электрических машин по этим же схемам строятся и преобразователи (инверторы).

71.

Трифазний тиристорний випрямляч містить базовий випрямляч, до складу якого входять катодна та анодна групи тиристорів, загальні точки яких мають виводи для підключення навантаження, точка протилежно з'єднаних тиристорів кожної фази випрямляча приєднана за допомогою окремого конденсатора до 3-фазної мережі змінного струму. Паралельно випрямителю, як з боку вхідного змінного напруги, так і з боку випрямленої напруги підключено n - 1 додаткових

шестімпульсних випрямлячів, причому кожен з випрямлячів є тиристорним мостом, кожна точка протилежно з'єднаних тиристорів кожного з мостів приєднана за допомогою окремого конденсатора до відповідної фазі трифазної мережі змінного струму, величини ємностей конденсаторів мостів утворюють геометричну прогресію з множником, рівним 1/2, а загальна кількість мостів визначається точністю регулювання вихідної величини перетворювача відповідно

з виразом:

Де і – максимальна і мінімальна вихідна величина, - задана точність її регулювання, причому, величина, n - округлюють у бік найближчого більшого цілого числа.

№ 75 - Стабілізатори струму

Стабілізатор напруги (або струму) - це пристрій,автоматично забезпечує підтримку напруги (або струму) навантажувального пристрою із заданим ступенем точності.

Напруга (або струм) навантажувального пристрою може сильно змінюватися при впливі зовнішніх дестабілізуючих факторів, якими є: зміна напруги в мережі, зміна температури, коливання частоти струму і т.д. Щоб ці фактори не впливали на роботу електричних пристроїв, застосовують стабілізатори.

Класифікація стабілізаторів:

1) за стабилизируемой величині:

- Стабілізатори напруги;

- Стабілізатори струму;

2) за способом стабілізації:

- Параметричні;

- Компенсаційні.

Параметричні стабілізатори.

За допомогою параметричного стабілізатора (ПС) напруги можна одержати напругу стабілізації Uст від декількох В до декількох сотень В. У ПС використовуєтьсянапівпровідниковий стабілітрон VD, який включають паралельно Rн. Послідовно з стабілітроном включають баластний резистор Rб для створення необхідного режимуроботи (рис.1).

Малюнок 1

При зміні Uвх під дією коливання напруги живильної мережі або зміни опору навантаження Rн, Uн змінюється незначно, так як воно визначається Uст стабілітрона, яке мало змінюється при зміні протікає через нього струму, що видно на ВАХ стабілітрона (рис.2).

Малюнок 2

Для отримання електричної енергії потрібного виду часто доводиться перетворювати енергію змінного струму в енергію постійного струму (процес випрямлення), або енергію постійного струму в енергію змінного струму (процес інвертування).

Пристрої, за допомогою яких здійснюються такі перетворення, називаються випрямлячами і інверторами, відповідно. Випрямлячі та інвертори є вторинними джерелами електроживлення (ІВЕ).

Класифікація випрямлячів:

1) за можливості управління:

-Некеровані, коли на виході випрямляча отримують випрямлена постійне напруження;

- Керовані, коли на виході випрямляча необхідно змінити значення випрямленого струму;

2) за кількістю фаз первинного джерела живлення:

- Однофазні (випрямлячі малої і середньої потужності);

- Багатофазні, зазвичай 3-х фазні (випрямлячі великої потужності);

3) за формою випрямленої напруги:

- Однополуперіодні;

- Двухполуперіодний.

Випрямлячі змінного струму

На вхід випрямляча подається змінна напруга U1, яке за допомогою трансформатора Тр змінюється до необхідного значення U2, яке перетворюється вентильної групою (або одним вентилем) в пульсуючу напругу U01. Випрямлена напруга U01 має, крім постійної складової, ще й змінну складову, яка за допомогою фільтра, що згладжує Сф знижується до потрібного рівня, і напруга U02 на виході фільтра подається на стабілізатор Ст, який підтримує незмінним напруга на навантаженні Uн при зміні значень вхідної напруги та опору Rн.

Для випрямлення однофазного змінного напруги застосовують 3 основних типи випрямлячів:

- Однополуперіодної;

- Двухполуперіодний бруківці;

- Двухполуперіодний з виведенням середньої точки вторинної обмотки трансформатора.

№ 74 - Компенсаційні стабілізатори напруги.

Компенсационные стабилизаторы напря­жения обладают более высоким коэффициентом стабилизации и меньшим выходным сопротивлением по сравнению с параметрическими. Стабилизация напряжения основана на том, что изменение напряжения на нагрузке передается на специ­ально вводимый в схему регулирующий элемент, который препятствует изменению напряжения на нагрузке. В зависимости от того как включен регулирующий элемент последовательно или параллельно нагрузке различают два типа компенсационных стабилизаторов: последовательные и параллельные.

Из структурной схемы видно, что регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой. Стабилизация напряжения нагрузки осуществля­ется путем изменения напряжения на регулирующем элементе. Ток регулирующего элемента здесь равен току нагрузки. Воздействие на регулирующий элемент осуществляется управляющей схемой, в которую входят усили­тель постоянного тока У и источник опорного напряжения ИОН. С помощью ИОН производят сравнение напряжения на нагрузке с опорным напряжением. Усилителя усиливает раз­ности сравниваемых напряжений и подает усиленный сигнал непо­средственно на регулирующий элемент.

Стабилизация напряжения нагрузки осуществля­ется путем изменения напряжения на регулирующем элементе. Ток регулирующего элемента равен току нагрузки.

Принцип действие компенсацион­ных стабилизаторов постоянного напряжения основано на изменении сопротивления регулирующего элемента.

Действие стабилизатора происходит следующим образом. Пусть входное напряжение U_вх уменьшается. Напряжение U_н становиться меньше номинального. Снижение напряжения U_н вызывает уменьшение напряжения на базе U_б2 и напряжения U_бэ2 транзистора Т₂, а следовательно, его токов I_б2 и I_к2. Уменьшение тока I_к2 приводит к меньшему падению напряжения на резисторе R_H и увеличению напряжений U_бэ1 и U_кэ1 транзистора Т₁. Вследствие увеличения напряжения U_бэ1 напряжение U_кэ1транзистора Т₁ умень­шается, повышая тем самым почти до прежней величины напряжение U_н.

Задачу регулирования напряжения решают пу­тем изменения соотношения плеч выходного делителя, что реализу­ется введением во входную цепь усилителя потенциометра (рис.3).

Преимущества последовательного типа компенсационных стабилизаторов перед параллельным типом в отсутствии балластного резистора на котором рассеивается часть мощности. Это значит, что потери в стабилизаторе последовательного типа меньше, а значит к.п.д. выше. Данное достоинство является главной причиной того, что стабилизаторы последовательного типа нашли более широкое применение.

Недостатком стабилизаторе последовательного типа является критичность к перегрузкам. Поэтому такие стабилизаторы требуют устройств защиты регулирующего элемента при перегрузках по току.

№73 – Фільтри типу LC RC

LC-фильтр

На рисунке показан пример простейшего LC-фильтра нижних частот: при подаче сигнала определённой частоты на вход фильтра (слева), напряжение на выходе фильтра (справа) определяется отношением реактивных сопротивлений катушки индуктивности ( ) и конденсатора ( ).

Коэффициент передачи ФНЧ можно вычислить, рассматривая делитель напряжения, образованный частотно-зависимыми сопротивлениями. Комплексное (с учетом сдвига фаз между напряжением и током) сопротивление катушки индуктивности есть и конденсатора , где , поэтому, для ненагруженного LC-фильтра

.

Подставляя значения сопротивлений, получим для частотно-зависимого коэффициента передачи:

.

Как видно, коэффициент передачи ненагруженного идеального ФНЧ неограниченно растет с приближением к частоте , и затем убывает. На очень низких частотах коэффициент передачи ФНЧ близок к единице, на очень высоких — к нулю. Вообще, зависимость модуля комплексного коэффициента передачи фильтра от частоты называют амлитудно-частотной характеристикой (АЧХ), а зависимость фазы — фазо-частотной характеристикой (ФЧХ).

В реальных схемах к выходу фильтра подключается активная нагрузка, которая понижает добротность фильтра и предотвращает острый резонанс АЧХ вблизи частоты . Величину называют характеристическим сопротивлением фильтра. ФНЧ, нагруженный на сопротивление, равное характеристическому, имеет нерезонансную АЧХ, примерно постоянную для частот , и убывающую как на частотах выше . Поэтому, частоту называют частотой среза.

Аналогичным образом строится и LC-фильтр верхних частот. В схеме ФВЧ меняются местами катушка индуктивности и конденсатор. Для ненагруженного ФВЧ получается следующий коэффициент передачи:

.

На очень низких частотах модуль коэффициента передачи ФВЧ близок к нулю. На очень высоких — к единице.

RC-фильтры