Выпрямители переменного напряжения
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
Министерство образования и наук Республики Казахстан
Казахский национальный аграрный университет
Реферат
На тему: Выпрямители переменного напряжения
Алматы 2011
1. Однофазные выпрямители
Выпрямителями называют электронные устройства для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока. Их относят ко вторичным источникам питания в отличие от генераторов, аккумуляторов, которые называют первичными. Однофазные выпрямители применяют на малые и средние мощности. Выпрямитель в общем случае содержит: трансформатор Т (для согласования напряжения сети U1 с требуемым напряжением нагрузки Uн и устранения электрической связи между цепью переменного и постоянного тока); вентильную группу (для преобразования переменного тока в однонаправленный выпрямленный); сглаживающий фильтр (для уменьшения пульсаций Uн); стабилизатор постоянного напряжения. Основным узлом является вентильная группа (кремниевые, реже германиевые диоды, выпрямительные блоки), остальные узлы могут отсутсвовать. Для упрощения анализа вентили будем считать идеальными ( Rпр=0; Rобр= ).
Схема любого выпрямителя содержит 3 основных элементов:
Силовой трансформатор - устройство для понижения или повышения напряжения питающей сети и гальванической развязки сети с аппаратурой.
Выпрямительный элемент (вентиль), имеющий одностороннюю проводимость - для преобразования переменного напряжения в пульсирующее.
Фильтр - для сглаживания пульсирующего напряжения.
.1 Классификация выпрямителей
По схеме выпрямления - однополупериодные, двухполупериодные, мостовые, с удвоением (умножением) напряжения, многофазные и др.
По типу выпрямительного элемента - ламповые (кенотронные), полупроводниковые, газотронные и др.
По величине выпрямленного напряжения - низкого напряжения и высокого.
По назначению - для питания анодных цепей, цепей экранирующих сеток, цепей управляющих сеток, коллекторных цепей транзисторов, для зарядки аккумуляторов и др.
Однополупериодный выпрямитель состоит из трансформатора Т, к вторичной обмотке которого последовательно подключены вентиль VD и нагрузочный резистор Rн. Работа выпрямителя показана с помощью временных диаграмм. В первый полупериод (интервал времени 0 ... T/2) вентиль будет открыт, т.к. потенциал точки a выше потенциала точки b , и в цепи нагрузки возникает ток Iн. В интервале времени T/2 ... T вентиль закрыт, ток в нагрузке отсутствует, а к запертому вентилю прикладывается обратное напряжение. Нагрузка находится под напряжением только полпериода за каждый период, среднее напряжение Uн.ср. в 2.22 раза меньше U2. Данная схема имеет существенные недостатки: сильная пульсация выпрямленного напряжения, плохое использование трансформатора ( ST = 3.5Pн ) и вентилей (кu = Uобр.max / Uн.ср.= p). Применяется при малых токах и высоких напряжениях нагрузки.
Выпрямитель с выводом средней точки трансформатора. Напряжения вторичных полуобмоток u21, u22 сдвинуты по фазе относительно средней точки трансформатора на 180. При указанной без скобок полярности напряжений u21, u22 к вентилю VD1 прикладывается прямое напряжение ( плюс на анод, минус на катод ), и вентиль открыт. Ток вентиля id1 замыкается через нагрузку Rн и верхнюю полуобмотку трансформатора. Вентиль VD2 в это время находится под обратным напряжением ( Uобр.max = 2U2m ) и ток не пропускает. Во второй полупериод (T/2...T) из-за изменения полярности напряжения u2 открывается вентиль VD2 и к нагрузке прикладывается напряжение нижней полуобмотки. Затем снова работает VD1 и т.д.. Напряжение нагрузки представляет собой следующие друг за другом положительные полусинусоиды. Недостаток: плохо используется вторичная обмотка трансформатора (работает лишь одна половина , Sт = 1.48Pн ).
В мостовом выпрямителе четыре вентиля включены мостом, в одну диагональ которого подается питающее напряжение u2, а в другую - нагрузка Rн. Каждая пара вентилей (VD1, VD3 и VD2 , VD4) работает поочередно. В первый полупериод (интервал 0 ... T/2) открыты вентили VD1 и VD3, т.к. положителен потенциал на анодах. Ток проходит через VD1, Rн, VD3, T. В этом интервале вентили VD2 и VD4 закрыты. В следующий полупериод (T/2...T) потенциал точки b выше потенциала точки a, будут открыты вентили VD2 и VD4, а VD1 и VD3-закрыты. В оба полупериода ток и напряжение нагрузки имеют одинаковое направление. Эта схема применяется наиболее широко для установок средней и малой мощности, т.к. лучше используются трансформатор ( Sт=1.23Pн ) и вентили ( кu= p/2 ).
.3 Основные параметры выпрямителей
Номинальное напряжение постоянного тока - среднее значение выпрямленного напряжения, заданное техническими требованиями. Обычно указывается напряжение до фильтра U0 и напряжение после фильтра (или отдельных его звеньев - U. Определяется значением напряжения, необходимым для питаемых выпрямителем устройств.
Номинальный выпрямленный ток I0 - среднее значение выпрямленного тока, т.е. его постоянная составляющая, заданная техническими требованиями. Определяется результирующим током всех цепей питаемых выпрямителем.
Напряжение сети Uсети - напряжение сети переменного тока, питающей выпрямитель. Стандартное значение этого напряжения для бытовой сети - 220 вольт с допускаемыми отклонениями не более 10 %.
Пульсация - переменная составляющая напряжения