Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Занятие 51
Электронные выпрямители (8)
Цель:
Тема: Назначение и применение электронных выпрямителей. Однофазные выпрямители.
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
Выпрямителями называют электронные устройства, предназначенные для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока.
Выпрямители относят ко вторичным источникам питания в отличае от генераторов, аккумуляторов, батарей, которые называют первичными. Они широко применяются для питания не только электронных устройств, но и двигателей постоянного тока, электрохимических установках и т.д.
Структурная схема выпрямителя на рис. 1. На вход выпрямителя подается напряжение U1 сети, на выходе получают постоянное напряжение UН, необходимое для питания нагрузки.
Трансформатор Т применяют для согласования напряжения сети с требуемым напряжением нагрузки и установления электрической связи между цепью переменного и постоянного тока. Иногда выпрямитель поможет работать и без трансформатора. Группа вентилей В преобразует переменный ток в однонаправленный выпрямленный. Сглаживающий фильтр СФ применяют в том случае, если нужно улучшить форму выходного напряжения. Иногда нагрузка не допускает значительных изменений напряжения UН и иногда применяют стабилизаторы напряжения СТ.
Для питания нагрузки малой мощности применяют однофазные выпрямители, которые питаются от однофазной сети переменного тока. Для питания нагрузок средней и большой мощности используют выпрямители, питающиеся от трехфазной сети.
По принципу регулирования выпрямленного напряжения выпрямители делятся на управляемые и неуправляемые.
Расчет выпрямителей сводится к выбору схемы, трансформатора, вентилей, типа фильтра и параметров его элементов. За исходные величины принимаются напряжения U1 и частота f1 питающей сети переменного тока, напряжение UН и мощность РН нагрузки. Для выбора трансформатора надо знать его расчетную мощность Sрасч, вторичное напряжение U2, первичный I1 и вторичный I2 токи.
Вентили при анализе схем выпрямления часто считают идеальными, т.е. их внутреннее сопротивление при прямом включении равно нулю, а при обратном включении – бесконечность. Тогда для выбора вентилей нужно знать средний ток через вентиль Iпр и максимальное обратное напряжение Uобр m на закрытом вентиле. Эти величины не должны превосходить допустимый ток вентиля Iпр m и обратное максимальное напряжение Uобр m .
ОДНОФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
Схема однофазного выпрямителя:
На вход подается переменное напряжение сети u1 . Напряжение вторичной обмотки трансформатора u2 : u2= u1/n. Где n – коэффициент трансформации трансформатора Т.
Временные диаграммы напряжений и токов выпрямителя приведены на рис 2.
Напряжение u2 приложено к последовательной цепочке, состоящей из диода VD и нагрузки RН. В течении первого полупериода потенциал точки а положителен по отношению к потенциалу точки b. Вентиль VD открыт. Его сопротивление равно нулю. Напряжение u2 равно напряжению на нагрузке uН. Ток в нагрузке
Он повторяет по форме u2. В течение второго полупериода (Т/2 — Т) полярность точек а и b меняется. VD закрыт его сопротивление равно бесконечности, и ток в цепи равен нулю. Напряжение u2 приложено к закрытому вентилю. Напряжение на нагрузке равно нулю. В следующий полу период (Т — 3/2Т) вентиль опять откроется. Повторите первый полупериод.
В результате такой работы вентиля нагрузка находится под напряжением только полпериода за каждый период, когда потенциал точки а схемы (см. рис. 15.2) положительный. Среднее напряжение на нагрузке
Uи =
Действующее значение U2 = U2m/ . Заменив в предыдущем выражении U2m на U2, получим
U 2= (15. 1)
Среднее напряжение на нагрузке UH в 2,22 раза меньше действующего напряжения на вторичной обмотке трансформатора U2. Среднее значение тока нагрузки Iн= Uн/Rн.
Трансформатор в данной схеме используется не на полную мощность. Ток по вторичной обмотке протекает только в течение полупериода. Поэтому расчетную мощность трансформатора приходится брать значительно больше мощности нагрузки:
Sрасч = 3,5Рн (15.2)
Соотношения (15.1) и (15.2) позволяют выбрать трансформатор по известным UH и РН.
Средний ток Iпр через вентиль в данной схеме равен среднему току через нагрузку, т. е.
Iпр = IН. (15.3)
Максимальное напряжение на закрытом вентиле
Uобр т=U2= π UН =3,14 UН (15.4)
Соотношения (15.3) и (15.4) используются при выборе вентиля. Этот вентиль должен удовлетворять условию:
Данная схема имеет существенные недостатки: выпрямленное напряжение на нагрузке сильно пульсирует, вторичное напряжение U2 значительно больше среднего UН, на вентиле большое обратное напряжение, плохо используется мощность трансформатора. Поэтому схема применяется при малых токах нагрузки и высоких UН.
Однофазный мостовой выпрямитель имеет значительно лучшие показатели, чем однополупериодный. Он широко используется для питания нагрузок малой и средней мощности. В качестве вентилей применяются полупроводниковые диоды и выпрямительные блоки. Схема однофазного мостового выпрямителя показана на рис. 15.4. Четыре вентиля включены мостом, в одну диагональ которого подается питающее напряжение U2, а в другую — включена нагрузка RH. Временные диаграммы токов и напряжений приведены на рис. 15.5. В течение первого полупериода потенциал точки а положителен. Ток проходит через открытый вентиль VD1 и нагрузку RH в указанном стрелкой на рис. 15.4 направлении; через вентиль VD3 цепь замыкается. Поскольку падение напряжения в открытых вентилях равно нулю, к нагрузке приложено напряжение U2 и протекает ток iН = u2/RН.
рис 15.4 рис 15.5
Вентили VD2 и VD4 не работают (закрыты), так как у них потенциал катода (точка а на схеме) выше потенциала анода.
В следующий полупериод полярность напряжения U2 меняется. Положительный потенциал имеет точка b, а отрицательный — точка а.
Поскольку на анод VD1 попадает отрицательный потенциал, а на катод VD3 — положительный, то эти вентили закрываются, а открываются VD2 и VD4. Теперь нагрузка RН включена на напряжение u2 через эту пару диодов. Направление тока в нагрузке сохраняется. Таким образом, в мостовой схеме в каждый полупериод работают два диода, а ток нагрузки и напряжение ин имеют форму, показанную на рис. 15.5. Среднее значение напряжения на нагрузке UH при том же U2 будет в 2 раза больше, чем у однополупериодного выпрямителя:
U2=1.11Uн. (15.5)
В этой схеме по вторичной обмотке трансформатора протекает синусоидальный ток, поэтому
Spacч, = l,23PH. (15.6)
По этим соотношениям выбирают трансформатор. Если сравнить соотношения (15.5) и (15.6) с (15.1) и (15.2), то видно, что трансформатор лучше используется в мостовой схеме. При одинаковой Рн в мостовой схеме его мощность почти в 3 раза меньше, чем в однополупериодной.
Так как вентили работают поочередно по полпериода,то
Iпр = 0,5Iн. (15.7)
Закрытый вентиль, например VD4, через соседний, работающий, оказывается включенным на напряжение u2. Амплитуда обратного напряжения на нем
Uобр m = U2m= U2=1,57UH. (15.8)
По соотношениям (15.7) и (15.8) выбирается тип диода.
Например, при напряжении на нагрузке UH = 100 В вентиль в однополупериодной схеме должен быть выбран на обратное напряжение не менее 314 В, а в мостовой — на 157 В.