Выпрямительное устройство: Выпрямительные устройства — Студопедия

Выпрямительные устройства — Студопедия

Выпрямителем называют электронное устройство, обеспечи­вающее преобразование электроэнергии переменного тока в электроэнергию пульсирующего (однонаправленного) тока с той или иной степенью приближения к постоянному.

В общем случае выпрямитель может быть представлен в виде блок-схемы, представленной на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Блок-схема выпрями­теля:

/ — трансформатор; 2 — вентиль­ный блок; 3 — фильтр; 4 — нагруз­ка; 5 и 6 — блоки управления, за­щиты и сигнализации

Трансформатор 1 предназначен для согласования величин входного и выходного напряжений выпрямителя, а также галь­ванического разделения питающей сети и нагрузки. В некото­рых случаях на трансформатор возлагаются также функции ре­гулирования выходного напряжения за счет изменения его ко­эффициента трансформации. Вентильный блок 2 через фильтр 3 осуществляет выпрямление переменного тока в цепи нагрузки 4. Если вентильный комплект выпрямителя выполнен на управляемых вентилях, то в структуру выпрямителя входит блок 5, включающий в себя устройство управления вентилями, обеспечивающее подачу на вентили управляющих сигналов в соответствии с заданным алгоритмом регулирования режимов работы выпрямителя. Для обеспечения нормальной эксплуата­ции выпрямителя и защиты его от повреждений в аварийных режимах в его структуру входит еще блок 6 защиты и сигнализа­ции, а также встроенной диагностики.

В некоторых случаях отдельные элементы в выпрямителе мо­гут отсутствовать, например, бестрансформаторные выпрямите­ли или выпрямители без выходных фильтров (как правило, мно­гофазные).

^ Выпрямители могут быть классифицированы последующим основным признакам:

— по числу фаз источника питания различают однофазные и многофазные выпрямители;

— по возможности регулирования величины выходного напряже­ния — неуправляемые и управляемые выпрямители;

— по структуре вентильного комплекта — мостовые и со сред­ней точкой;

— по типу вентиля вентильного комплекта — диодные, транзи­сторные, тиристорные, комбинированнные (диодно-тиристорные).

Иногда выпрямители классифицируют по мощности и величи­не выходного напряжения, но эта классификация весьма условна. Обычно по мощности выделяют выпрямители малой (единицы киловатт), средней (десятки киловатт) и большой (свыше ста киловатт) мощности, а по напряжению — низкого (до 250 В), сред­него (до 1000 В) и высокого (свыше 1000 В) напряжения.

Разделение выпрямителей по мощности имеет значение для выбора структуры вентильного комплекта, типа применяемых приборов и методов расчета параметров и характеристик выпря­мителя и его элементов.

^ Характер нагрузки также может быть классификационным признаком, и в зависимости от этого различают выпрямители, работающие на активную, активно-индуктивную нагрузку и на­грузку, содержащую ЭДС.

При проектировании и разработке выпрямителей необходимо знать условия работы их элементов и определить их параметры.

Для точного определения характеристик и параметров вы­прямителя и его элементов проводят детальный анализ элек­тромагнитных процессов, происходящих в выпрямителе, вы­полнить который с учетом реальных параметров элементов вы­прямителя крайне сложно. В то же время при принятии неко­торых допущений, не искажающих физику происходящих про­цессов, но в определенной степени идеализирующих характе­ристики элементов выпрямителя, можно получить достаточно простые и наглядные расчетные соотношения, которые при необходимости можно уточнять, Такими уточнениями являют­ся: трансформатор без потерь, вентили — идеальные ключи, направление источника — синусоидальное.

Рассмотрим процесс выпрямления переменного тока на примере простейшего однофазного однополупериодного идеализированного выпрямителя с принципиальной схемой, изображенной на рис. 9.2, а и состоящей из трансформатора Тр, диода VD и нагрузочного резистора .

К первичной обмотке трансформатора прикладывается напряжение пита­ющей сети. Тогда в случае идеального трансформатора на его вторичной обмотке также будет синусоидальное напря­жение.

При полярности напряжения на вторичной обмотке транс­форматора, указанной на рис. 8.5, а (интервал времени от 0 до л на рис. 9.2, б), к диоду приложено напряжение вторичной об­мотки трансформатора в прямом направлении и он находится в проводящем состоянии, а падение напряжения на нем практи­чески равно нулю. При этом все напряжение вторичной обмот­ки трансформатора прикладывается к нагрузке и по ней, вто­ричной обмотке трансформатора, и диоду протекает ток .

Рис. 9.2. Однофазный однополупериодный выпрямитель: а — схема; б — диаграмма тока и напряжения на элементах схемы

На интервале времени от до напряжение на вторичной обмотке трансформатора имеет противоположную полярность, диод VD находится в непроводящем состоянии и к нему в обрат­ном направлении прикладывается напряжение вторичной об­мотки трансформатора. При этом напряжение на нагрузке равно нулю, а ток в ней, во вторичной обмотке трансформатора и в диоде отсутствует. Далее процессы в выпрямителе повторяются.

Таким образом, к нагрузочному резистору прикладывается напряжение только одной полярности (выпрямленное напряже­ние) и по нему будет протекать ток только одного направления.

Среднее значение выпрямленного напряжения за указанный период

( 9.1 )

где — действующее напряжение на вторичной обмотке транс­форматора; .

Поскольку при активной нагрузке ток в ней повторяет форму приложенного к нагрузке напряжения, то среднее значение вы­прямленного тока

( 9.2 )

В настоящее время наиболее распространенным способом из­менения величины выпрямленного напряжения является непо­средственное воздействие на ключевые элементы вентильного комплекта, которые в этом случае должны быть управляемыми (например, тиристоры). Тогда, изменяя момент включения ти­ристора на интервале его проводящего состояния (изменяя угол регулирования ), можно изменять величину выпрямленного на­пряжения. Часто такой способ, называемый фазовым регулирова­нием, сочетают с изменением коэффициента трансформатора (зонно-фазовое регулирование). В этом случае получают более высокие значения коэффициента мощности выпрямителя.

Выпрямительные устройства: структурная схема и режимы работы

Выпрямительное устройство (ВУ) – это статический прибор, который преобразует поступающую на вход электроэнергию переменного тока в электроэнергию постоянного тока. ВУ входит с состав систем электроснабжения и аппаратуры связи. Условное обозначение, применяемое в функциональных и структурных схемах изображено на рисунке 1.

Рисунок 1 – Условное обозначение ВУ

В зависимости от числа фаз устройства источником электроэнергии U₁(t) может служить однофазная или трёхфазная промышленная сеть. Знакопеременное напряжение U₁(t) проходя через ВУ преобразуется в напряжение постоянного тока U₀(t). Помимо постоянной составляющей U₀ в преобразованном напряжении содержится переменная составляющая, которая называется пульсацией — U_п(t)=u₀(t)-U₀. Необходимый уровень пульсаций определяется параметрами подключаемой аппаратуры.

Структурная схема выпрямительного устройства

Выпрямители собираются по традиционной схеме или по схеме с двойным преобразованием. Вторая схема в некоторых источниках называется схемой с бестрансформаторным входом. Рассмотрим традиционную схему, изображённую на рисунке 2.

Рисунок 2 – Структурная схема традиционного ВУ

Выпрямитель состоит из трёх компонентов: трансформатора (Т), диодного блока (ДБ) с подключённым на выходе сглаживающим фильтром (СФ). На вход схемы подаётся знакопеременное напряжение. В трансформаторе обеспечивается преобразование поступившей электроэнергии U₁ в нужный уровень напряжения U₂, которое необходимо на выходе. Помимо этого, трансформатор обеспечивает гальваническую развязку для изоляции подключённого оборудования от источника энергии.

Вентильный блок необходим для преобразования переменного напряжения U₂ полученного с выхода трансформатора в постоянное напряжение u₀₁. Диодный блок — это набор диодов, собранный по одной из однофазных или трёхфазных схем выпрямления. В управляемых выпрямителях для этой цели служат тиристоры.

Для снижения уровня пульсаций, после диодного блока идёт сглаживающий фильтр. Он сглаживает пульсации до требуемого уровня, который удовлетворяет требованиям подключаемой аппаратуры.

Большое применение в электропитании аппаратуры связи нашёл выпрямитель с двойным преобразованием, структурная схема которого изображена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Структурная схема ВУ с двойным преобразованием

Отличительной чертой этого выпрямителя является отсутствие на входе устройства силового трансформатора. Электроэнергия подаётся напрямую на диодный блок (ДБ₁) к выходу которого подключен сглаживающий фильтр (СФ₁). В некоторых случаях возможна установка корректора коэффициента мощности.

Затем выпрямленное напряжение поступает на регулирующий инвертор (РИ), который преобразует в знакопеременное напряжение высокой частоты и подаётся на ДБ₂, где снова выпрямляется. Трансформатор высокой частоты, входящий в состав РИ обеспечивает гальваническую развязку нагрузки от источника напряжения.

ВУ построенные по традиционной схеме просты в обслуживании и обладают высокой надёжностью, но имеют низкие массо-объёмные показатели и низкие энергетические показатели. ВУ с двойным преобразованием обладают высокими удельными массо-объёмными параметрами и высоким коэффициентом полезного действия.

Режимы работы

В любом выпрямителе после ДБ находится СФ. Он формирует форму токов протекающих по всем элементам ВУ, которые находятся после ДБ, а также определяет энергетические показатели ВУ в целом. Следовательно, существует три режима работы ВУ работающих на емкостную, индуктивную и смешанную нагрузку (Рисунок 4). Вкратце рассмотрим приведённые выше нагрузки.

Рисунок 4 – Режимы работы выпрямительных устройств

Работа выпрямителя на емкостную нагрузку означает, что конденсатор является первым элементом СФ. Сопротивление конденсатора в этом случае значительно меньше сопротивления стоящих следом за ним элементов, включая нагрузку, даже на частоте первой гармоники пульсации. Режим можно охарактеризовать низким коэффициентом полезного действия (КПД) и применяется в реальных устройствах, в которых потребляемая мощность не более двадцати ватт.

Работа выпрямителя на индуктивную нагрузку означает, что дроссель является первым элементом СФ. Индуктивное сопротивление дросселя даже на частоте первой гармоники пульсации значительно больше результирующего сопротивления всех последующих элементов схемы, включая нагрузку. В этом режиме работы предполагает безразрывность тока, протекающего по обмоткам дросселя, даже при небольшом потреблении тока аппаратурой. Характеризуется минимальной потерей во всех элементах устройства по сравнению с другими режимами работы.

Режим работы выпрямителя на смешанную нагрузку предполагает, что в СФ используются как индуктивные элементы, так и емкостные. Во время небольшого потребления электроэнергии аппаратурой, выпрямительное устройство работает на нагрузку емкостного характера, а при большом потреблении на нагрузку индуктивного характера.

Выпрямительные устройства

Выпрямительное
устройство (ВУ) – прибор,
предназначенный
для преобразования электрической
энергии переменного тока
в электрическую
энергию постоянного тока. Является
вторичным источником
электропитания. На сегодняшний день
на предприятиях связи используются ВУ
с пре-
образованием электрической энергии на
высокой частоте, которые
обеспечи-

вают наилучшие технико-экономические
показатели.

Структурная схема такого ВУ показана
на рисунке (Рисунок 4.11). На- пряжение
переменного тока через фильтр
высокочастотных помех ФВП пре- образуется
выпрямителем В1 в ток, пульсирующий с
удвоенной частотой се- ти (100 Гц), который
поступает на корректор коэффициента
мощности ККМ. ККМ уменьшает уровень
пульсаций выпрямленного напряжения, а
также формирует синусоидальную форму
потребляемого тока. С выхода ККМ по-
стоянное напряжение величиной около
400 В поступает на вход инвертора И,
который переменное напряжение
прямоугольной формы с частотой 50…500
кГц. Это напряжение поступает на
трансформатор Т, который уменьшает его
до нужной величины, а также обеспечивает
гальваническую развязку входных и
выходных цепей. Высокочастотное
напряжение с выхода трансформатора
выпрямляется выпрямителем В2, и
сглаживается фильтром СФ. Выходное
напряжение стабилизируется схемой
управления СУ на осно- ве сигнала
отрицательной обратной связи ООС,
который несет информацию о величине
выходного напряжения. Регулировка
выходного напряжения, как правило,
осуществляется путем изменения ширины
импульса инвертора (ШИМ-регулирование).

Рисунок 4.11 – Структурная схема
выпрямительного устройства Аналогично
ИБП переменного тока промышленные ВУ
выпускаются в

модульном исполнении, что позволяет
наращивать мощность системы путем
параллельного соединения необходимого
количества модулей, а также обес- печивать
требуемый уровень надежности путем
ведения резервирования.

Основные характеристики выпрямительных устройств.

Выходное
напряжение, В номинальное
напряжение на выходе
ВУ

Максимальный ток,
А. Для ВУ модульного исполнения
следует раз- личать максимальный ток
модуля и максимальный ток
устройства.

Максимальная
выходная мощность, Вт – равна
произведению вы- ходного напряжения на
максимальный ток. В документации
производителя может быть указана как
максимальная мощность, так и максимальный
ток. Для ВУ модульного исполнения следует
различать мощность модуля и мощ- ность
ВУ.

Коэффициент
пульсаций выходного напряжения, % –
относитель- ная величина уровня
высокочастотных пульсаций в выпрямленном
напряже- нии.

Максимальная
потребляемая мощность, Вт
или
ВА.
В документа- ции производитель может
как максимальную активную мощность
(Вт), по- требляемую из сети, так и
максимальную полную мощность
(ВА).

Коэффициент
мощности – величина, характеризующая
качество по- требления электрической
энергии переменного тока – отношение
активной потребляемой мощности к
полной.

Коэффициент
полезного действия, % –
характеризует величину по- терь
электрической энергии при
преобразовании.

Основные характеристики некоторых
промышленно выпускаемых не- обслуживаемых
выпрямительных устройств, приведены в
таблице (Таблица 4.4).

Маломощные однофазные выпрямители

Одними из самых  распространенных преобразователей тока являются выпрямители переменного тока в пульсирующий (постоянный по направлению движения носителей, но переменный по мгновенной величине) ток. Они имеют очень широкое применение. Условно их можно разделить на маломощные выпрямители (до нескольких сотен ватт  и выпрямители большой мощности (киловатты и больше)).

Содержание:

Принцип работы выпрямителя

Структурная схема выпрямителя показана ниже:

Главною его частью является выпрямляющее устройство В, образованное из диодов, объединенных особым образом. Именно здесь и происходит преобразование переменного тока в пульсирующий постоянный. Переменное напряжение подается на выпрямляющее устройство через трансформатор Тр. В некоторых случаях трансформатора может и не быть (если напряжение силовой сети отвечает той, которая необходима для работы выпрямителя). Трансформатор(если он есть) в большинстве также имеет особенности в соединении его обмоток. Пульсирующий ток , как правило не является постоянным по величине в каждое мгновение времени, и когда необходимо иметь более сглаженное его значение, чем полученный после выпрямляющего устройства, применяют фильтры Ф. В случае необходимости выпрямитель дополняют стабилизатором напряжения  или тока Ст, который поддерживает их на постоянном уровне, если параметры силовой сети изменяется по разным причинам. Структурную схему завершает нагрузка Н, которая значительно влияет на работу всего устройства и поэтому считается составляющей частью всего преобразователя.

Собственно выпрямителем является та его часть, которая обведена на рисунке выше пунктиром и состоит из трансформатора и выпрямительного устройства.

В этом подразделе рассматриваются  выпрямители малой мощности, которые необходимы для обеспечения постоянным напряжением всяких устройств в областях управления, регулирования, усилителях тока, генераторах малой мощности и так далее. Как правило, они питаются от однофазного переменного напряжения 220 или 380 В частотою 50 Гц.

Нулевая схема выпрямления

Рассмотреть принцип действия самого простого выпрямителя однофазного тока целесообразно на так называемой нулевой схеме. Хотя она сейчас встречается относительно редко (о чем речь пойдет далее), знание физических процессов, которые происходят в этой схеме, очень важны для понимания дальнейшего материала.

Нулевая схема выглядит так:

Трансформатор Тр    имеет на вторичной стороне две обмотки, соединенные последовательно таким образом, что относительно средней точки а  напряжения  на свободных концах обмоток в и с одинаковые по величине, но противоположные по фазе. Выпрямительное устройство образовано двумя диодами D1 и D2, которые соединены вместе своими катодами, тогда как каждый анод соединен с соответствующей обмоткой. Нагрузка Zн присоединена между катодами диодов и точкой трансформатора.

Рассмотрим, как возникает пульсирующее напряжение на нагрузке. Сначала будем считать нагрузку чисто активным сопротивлением, Z_н=R_н.  Когда напряжение в обмотках будет изменяться по синусоидальному закону, то в тот полупериод, когда к аноду диода приложен положительный потенциал, будет проходить прямой ток. Поскольку напряжение на диоде составляет доли вольта, пренебрежем им. Тогда вся положительная полуволна переменного напряжения будет приложена просто к нагрузке R_н.  Когда напряжение приложенное минусом к аноду, тока не будет (малым обратным током диода также пренебрежем). Таким образом, до нагрузки будем доходить лишь положительная полуволна переменного напряжения в течении половины периода. Вторая половина периода будет свободна от тока.

Вторичные обмотки соединены противофазно, нагрузка общая для обеих обмоток, таким образом, в то время, когда в одной из них (например в верхней) ток будет проходить, другая будет от него свободна и наоборот.

Поэтому в нагрузке каждый полупериод будет заполнен полуволной переменного напряжения:

И выпрямленное напряжение U_d будет иметь вид одинаковых полуволн, которые повторяются с периодом, вдвое меньшим, чем период переменного напряжения в сети питания (2π радиан). Для обобщения, что будет удобно, далее будем считать, что период изменения выпрямленного напряжения меньше 2π в m раз и равняется 2π/m (в нашем случае m-2). Если нагрузка активное сопротивление R_н, то и ток в нем i_{d ,} будет повторять кривую напряжения.

Рассмотренная схема будет иметь тот недостаток, что во вторичных обмотках по сравнению с первичной имеют место значительные пульсации тока, потому что эти обмотки работают по очереди. Поскольку они намотаны на один сердечник, магнитный поток в последнем будет переменным, поэтому и в первичной обмотке ток будет переменным, имея как положительную, так и отрицательную полуволны. Как известно из курса электротехники, действующие и средние значения тока или напряжения одинаковые только для постоянного тока. Чем больше пульсации, тем больше будет действующее значение относительно среднего. Поэтому мощности обеих сторон трансформатора не будут одинаковыми. Однако трансформатор один, и объем железа для его сердечника следует выбирать, исходя из какого-то одного значения мощности.

Поэтому условно ввели понятие типовой мощности трансформатора, которая равняется среднему мощностей обеих сторон:

Выпрямительный мост или схема Гретца

Указанный недостаток можно исправить, используя выпрямляющее устройство в виде так называемого моста (схема Гретца):

В этом случае первые полупериоды будут работать, например, диоды D2  и D4, а вторые полупериода — D1 и D3. На нагрузке каждый раз будет полная полуволна вторичного напряжения:

 Мостовая схема кроме того имеет менее сложный, более легкий и дешевый трансформатор. Как мы увидим далее, у нее есть еще несколько преимуществ.

Интересно, что эта схема появилась исторически раньше нулевой однако распространения не получила, потому что имела во-первых четыре диода вместо двух. Однако главным  было не их количество, а то что при работе каждые полупериода ток проходит через два последовательно соединенных диода, на которые падает двойное напряжение. На то время полупроводниковых диодов еще не было, а вакуумные или ртутные имели значительное падение напряжения при прохождении прямого тока, что существенно понижало коэффициент  полезного действия. Оказалось, что более сложный трансформатор нулевой схемы, но с одним диодом в кругу выпрямления тока экономично выгоднее, чем мостовая схема с удвоенным числом диодов и двойным расходом энергии на них. И только появление относительно дешевых полупроводниковых диодов с очень маленьким падением прямого напряжения позволило повернуться к мостовым схемам, которая сейчас практически вытеснила нулевую ( в этом при желании можно усмотреть проявление одного из  диалектических законов – развитие по спирали).

Основные соотношения для выпрямителя

Выведем некоторые важные формулы, которые описывают процессы, существующие в этой схеме. Будем считать, что заданными величинами являются средние значения напряжения на нагрузку U_d и среднее значение тока в нем I_d.

Среднее значение выпрямленного напряжения

Запомним это выражение на дальнейшее. В нашем случае m=2 и  . Поскольку U_d считаем заданным, то

Амплитудное значение вторичного напряжения

Из предыдущего выражения имеем:

Коэффициент трансформации трансформатора

Этот коэффициент определяет отношения питающей сети к напряжению на обмотке вторичной стороны:

Действующее значение тока вторичной обмотки

Ток вторичной обмотки в то же время есть током в нагрузке. Поскольку нагрузка чисто активная и ток в ней повторяет по форме пульсирующее напряжение, то между его средним значением и его действующим значением существует такая же зависимость, что и для напряжений, то есть

Действующее значение тока первичной обмотки

Ток в первичной обмотке повторяет с учетом n ток вторичной обмотки :

Мощность трансформатора

Мощности первичной и вторичной сторон трансформатора в этой схеме одинаковые, поэтому:

Пульсация выпрямленного напряжения

Пульсирующее напряжение состоит из среднего значения U_d   и бесконечного количества гармоничных составляющих, амплитуды которых можно определить по формулам Фурье. Если начало координат выбрать так как на рисунке, то в гармоничном составе будут присутствовать только косинусные гармоники (т.к. кривая симметрична относительна оси координат). Амплитуда k-ой гармоники определяется по формуле:

Где: l – полупериод π/m;  

Наибольшую амплитуду будет иметь первая гармоника U_(1)m, поэтому определим только ее, предположив, что k=1:

Заменив   получим:

Отношение первой гармоники к среднему значению называют коэффициентом пульсаций:

Запомним эту формулу на будущее, а сейчас отметим, что в нашем случае при m – 2, q – 2/3. Это большие пульсации – амплитуда первой гармоники составляет 67% от среднего значения выпрямленного напряжения.

 Средний ток диодов

Как мы уже видели диоды работают по очереди – каждый из них проводит в среднем половину общего тока , который есть в нагрузке. Поэтому каждый из диодов должен быть рассчитан на ток  I_в = I_d/2

Наибольшее обратное напряжение на диоде

В то время когда диод B1 проводит его можно считать замкнутым, и тогда к диоду B2 будет приложено в обратном направлении напряжение вторичной обмотки. Поэтому каждый из диодов должен быть рассчитан на ее амплитудное значение:

Выпрямительные устройства

Для
питания электронной аппаратуры,
электродвигателей постоянного тока,
электролизных и других установок
возникает необходимость в выпрямлении
переменного тока в постоянный. Под
выпрямлением
понимается процесс преобразования
переменного тока в постоянный с помощью
устройств, обладающих односторонней
проводимостью (электрических вентилей).

Выпрямительные
устройства обычно состоят из трех
основных элементов (рис. 13.3): трансформатора,
электрического вентиля и сглаживающего
фильтра. Трансформатор позволяет
изменять значение переменного напряжения,
получаемого от источника питания до
значения требуемого выпрямленного
напряжения. Сглаживающие фильтры
предназначены для уменьшения пульсации
выпрямленного тока и напряжения на
выходе выпрямительных устройств.

Рис.
13.3. Структура выпрямительного устройства

Выпрямление
переменного тока осуществляется
электрическим вентилем. Вентиль
преобразует переменное напряжение в
пульсирующее, что обеспечивается его
свойством односторонней проводимости.
При прямом напряжении вентиль имеет
сопротивление, близкое к нулю, а при
обратном напряжении его сопротивление
становится очень большим.

Электрические
вентили по своим вольтамперным
характеристикам подразделяют на две
группы. К первой
относят
вакуумные электронные и полупроводниковые
диоды. Ко второй
относят
газоразрядные (ионные) приборы. Однако
в настоящее время большинство выпрямителей
выполняют на полупроводниковых диодах
германиевых и кремниевых. Силовые
полупроводниковые вентили по сравнению
с другими имеют ряд преимуществ: более
высокий КПД, постоянная готовность к
работе, большой срок службы, малая масса
и габариты, высокая надежность.

Вольтамперная
характеристика полупроводникового
диода
(рис. 13.4,б) отличается от идеальной
характеристики вентиля
(рис. 13.4, а),
так как при обратном напряжении диод
проводит ток. Однако у хороших
полупроводниковых диодов обратные токи
весьма малы и несущественно влияют на
работу выпрямителя.

а) б)

Рис.
13.4. Вольт-амперная характеристика: а —
идеальная характеристика вентиля б —
полупроводникового диода

При
выпрямлении переменного тока в зависимости
от числа фаз сети, питающей выпрямительное
устройство, и характера нагрузки, а
также требований, предъявляемых к
выпрямленным току и напряжению,
электрические вентили могут быть
соединены по различным схемам.

Рис.
13.5. Схема
однополупериодного выпрямителя

На
рис. 13.5 представлена простейшая схема
однополупериодного выпрямителя, в
состав которой входят трансформатор
Тр,
вентиль
Д
и
активная нагрузка R.
Диаграммы
напряжений и тока в схеме однополупериодного
выпрямителя показаны на рис. 13.6.

13.6. Диаграмма напряжений и тока в схеме однополупериодного выпрямителя

Ток
в цепи нагрузки, включенной последовательно
с вентилем, проходит лишь в те моменты
времени, когда к вентилю приложено
прямое напряжение. Каждые полпериода
напряжение вторичной обмотки трансформатора
меняет свой знак. Поэтому в течение
одной половины периода к вентилю
прикладывается прямое напряжение, в
течение следующего полупериода —
обратное.

Через
вентиль и нагрузку ток проходит только
в одном (прямом) направлении, т. е. ток в
нагрузке получается постоянным по
направле­нию, но пульсирующим.
Выпрямленное напряжение совпадает по
форме с выпрямленным током. Частота
пульсаций выпрямленного напряжения
равна частоте сети.

Пульсирующие
ток и напряжение содержат постоянные
состав­ляющие. Среднее за период
значение выпрямленного (пульси­рующего)
напряжения, т. е. его постоянная
составляющая, определяется величиной
U₀=U_2m/π,
где U_2т
—
амплитудное значение напряжения во
вторичной обмотке трансформатора, или
U₀=2U₂/π,
где U₂
– действующее
значение напряжения.

Максимальное
значение обратного напряжения,
прикладываемого к вентилю, равно
амплитудному значению U_2т
:

.

Качество
выпрямителя характеризуется отношением
постоянной составляющей выпрямленного
напряжения к действующему значению
переменного напряжения: U₀/U₂.
Чем
больше значение этого отношения, тем
выше качество схемы выпрямителя. Для
однополупериодного выпрямителя U₀/U₂
=
0,45.

Важным
требованием к выпрямителю является
снижение пере­менной составляющей
выпрямленного напряжения при получении
постоянной составляющей. Выполнение
этого требования характеризуется
коэффициентом пульсаций К_п,
равным
отношению амплитудного значения
переменной составляющей выпрямленного
напряжения к его постоянной составляющей:
К_п=U_m/U₀.

Коэффициент
пульсаций часто определяют по первой
гармонике: К_п1=U_m1/U₀.,
где U_m1
амплитуда
первой гармоники выпрямленного
напряжения. Для однополупериодного
выпрямителя К_п1=1,57.

К
выпрямителям предъявляется также
требование, касающееся режима работы
вентилей: обратное напряжение,
прикладываемое к закрытым вентилям, не
должно намного превышать выпрямленное
напряжение. Выполнение этого требования
характеризуется отношением максимального
значения обратного напряжения к среднему
значению выпрямленного:
U_обр.m/U₀
Для однополупериодного выпрямителя:
U_обр.m/U₀=π.

К
недостаткам однополупериодной схемы
выпрямления следует отнести значительные
пульсации выпрямленных тока и напряжения,
а также недостаточно высокое использование
трансформатора, так как по его вторичной
обмотке при этом протекает ток только
в течение полупериода. Выпрямители
подобного типа применяют главным образом
в маломощных установках, когда выпрямленный
ток мал, а достаточно удовлетворительное
сглаживание пульсаций может быть
обеспечено с помощью фильтра.

На
практике часто используют различные
схемы двухполупериодных выпрямителей.

а)
б)

Рис.
13.7. Схемы двухполупериодного выпрямителя:
а — с выводом от середины вторичной
обмотки трансформатора; б — мостовая
схема

На
рис. 13.7, а, б представлены схемы
двухполупериодного выпрямителя с
выводом от середины вторичной обмотки
трансформатора и мостовая схема. Наиболее
распространена из них мостовая схема,
в которой не требуется трансформатор,
имеющий отвод от середины вторичной
обмотки, что позволяет получить
двухполупериодное выпрямление переменного
тока при полном использовании мощности
трансформатора.

Четыре
вентиля схемы образуют мост, к одной
диагонали которого присоединяются
концы вторичной обмотки трансформатора,
а к другой нагрузка выпрямителя. Вентили
в схеме работают поочередно попарно:
при положительной полуволне напряжения
U₂
которая
соответствует прямому напряжению
вентиля Д1,
ток проходит через Д1,
нагрузку и Д3,
а при отрицательной полуволне напряжения
U₂
соответствующей
прямому напряжению вентиля Д2
ток проходит через Д2,
нагрузку и Д4.
На рис. 12.6 представлены диаграммы
напряжений и тока в мостовой схеме.
Частота пульсаций выпрямленного
напряжения здесь в два раза больше, чем
в однополупериодной схеме, что увеличивает
среднее значение вы­прямленного
напряжения:

.

Коэффициент
пульсаций выпрямленного напряжения по
первой гармонике К_п1=
0,667.

Максимальное
значение обратного напряжения,
прикладываемого к закрытым вентилям,
равно амплитудному значению напряжения
U_2m
,
так как падение напряжения на открытых
вентилях близко к нулю, т. е.

^.

Рис.
13.8. Диаграммы напряжений и тока в мостовой
схеме

Простейшие
схемы выпрямителей имеют большой
коэффициент пульсаций выпрямленного
напряжения. Поэтому далее предусматривают
сглаживающие фильтры.

Коэффициент
пульсаций выпрямленного напряжения
можно значительно снизить, если на
выходе выпрямителя включить сглаживающий
электрический фильтр. Простейшими
сглаживающими фильтрами являются
конденсатор, включаемый параллельно
слаботочной нагрузке (рис. 13.9, а) и
дроссель, включаемый последовательно
с сильноточной нагрузкой (рис. 13.9, б).

Другие
фильтры (комбинированные), представляющие
собой сочетания емкостных и индуктивных
элементов, позволяют получить достаточно
малые значения коэффициента пульсации.

При
использовании простейшего емкостного
фильтра сглаживание пульсаций
выпрямленного напряжения и тока
происходит за счет периодической зарядки
конденсатора фильтра С
(когда
напряжение на выходе трансформатора
превышает напряжение на нагрузке) и
последующей его разрядки на сопротивление

нагрузки R_H
.

а) б)

Рис.
13.9. Схемы простейших сглаживающих
фильтров

Конденсатор,
как известно, не пропускает постоянной
составляющей тока и обладает тем меньшим
сопротивлением для переменных
составляющих, чем выше их частота.
Емкостные фильтры предпочтительно
применять в схемах выпрямления с малыми
значениями выпрямленного тока, так как
при этом возрастает эффективность
сглаживания.

Простейший
индуктивный сглаживающий фильтр состоит
из индуктивной катушки — дросселя,
включаемого последовательно с нагрузкой.
В результате пульсаций выпрямленного
тока в катушке индуктивности возникает
электродвижущая сила самоиндукции
e_L=±L·di/dt,
которая в силу закона электромагнитной
индукции стремится сгладить пульсации
тока в цепи нагрузки, а следовательно,
и пульсации напряжения на ее зажимах.
Индуктивные фильтры обычно применяют
в схемах выпрямления с большими значениями
выпрямленного тока, так как в этом случае
увеличивается эффективность сглаживания.

Качество
фильтра оценивают коэффициентом
сглаживания

К_сгл=К_пвх/К_п.вых,

где
К_пвх
и К_п.вых
— коэффициенты пульсаций выпрямителя
на входе и выходе фильтра.

Чем
больше К_сгл
тем эффективнее работает фильтр.

При
работе выпрямителя часть выпрямленного
напряжения падает на активном сопротивлении
вторичной обмотки трансформатора, на
прямом сопротивлении открытого вентиля,
на элементах сглаживающего фильтра. С
увеличением выпрямленного тока I₀
подобные
потери напряжения увеличиваются, а
напряжение на нагрузке U₀
уменьшается.
Зависимость U₀
=
f
(I₀)
называют
внешней характеристикой выпрямителя
(рис. 13.10). Чем меньше изменяется напряжение
на нагрузке U₀
при
изменении тока I₀,
тем
выше качество выпрямителя.

Выпрямительные устройства ВУК | Эксплуатация электропитающих установок связи

Страница 11 из 55

Автоматизированные выпрямительные устройства кремниевые типа ВУК разработаны с учетом требований автоматики, унификации и надежности и выпускаются в настоящее время взамен выпрямительных устройств типа ВУ. Выпрямительные устройства типа ВУК выпускаются с условной мощностью 2, 4, 9, 16 и 40 кВт и имеют следующие особенности.

1. В качестве выпрямительных элементов применены кремниевые вентили вместо селеновых, что позволило повысить КПД устройств ВУК на 3—15%.
2. В качестве автоматически регулируемого элемента применен трехфазный дроссель насыщения с внутренней обратной связью (за исключением ВУК мощностью 2 кВт), что позволило значительно снизить мощность дросселя насыщения и значительно уменьшить расход меди и трансформаторной стали, увеличить скорость регулирования и тем самым улучшить динамические характеристики выпрямительных устройств, сократив длительность переходных процессов примерно в 2—10 раз в зависимости от мощности выпрямительного устройства. Введение демпферной обмотки в дросселях насыщения позволило устранить возможные автоколебания, возникающие в некоторых режимах работы выпрямительных устройств из-за разной постоянной времени дросселя насыщения и стабилизатора.
3. В качестве устройства, следящего за величинами выпрямленного напряжения и тока, в выпрямительных устройствах типа ВУК всех мощностей применен один и тот же полупроводниковый стабилизатор.
4. Величина напряжения пульсации выпрямленного напряжения уменьшена и соответствует нормам, установленным ГОСТ 5237—69 для аппаратуры проводной связи.
5. Габаритные размеры по ширине уменьшены у выпрямительных устройств мощностью 9 и 16 кВт до 800 мм, у устройств мощностью 4 кВт — до 550 мм.
6. Схемы автоматики ВУК усовершенствованы введением в них полупроводниковых элементов (стабилитронов и транзисторов), создающих четкое срабатывание реле.
7. В режиме стабилизации напряжения введено ограничение по току.
8. В ВУК мощностью 9 и 16 кВт введена сигнализации от перенапряжения.
9. При параллельной работе ВУК вместо любого рабочего выпрямительного устройства, выключившегося из-за неисправности, применено автоматическое включение резервного выпрямительного устройства.

В табл. 1.7 приведены типы и основные электрические параметры выпрямительных устройств типа ВУК, в табл. 1.8 —основные технические данные в режимах стабилизации напряжения и тока, а в табл. 1.9 габаритные размеры и масса.

Таблица 1.7
Типы и основные электрические параметры выпрямительных устройств типа ВУК

Примечание. Коэффициент полезного действия и коэффициент мощности указаны при номинальном напряжении питающей сети и максимальной выходной мощности.

Выпрямительные устройства типа ВУК обеспечивают стабилизацию выпрямленного напряжения с точностью ±2% при изменении напряжения и частоты питающей сети в пределах, указанных в табл. 1.7, и тока нагрузки в пределах, указанных в табл. 1.8.

Выпрямительные устройства мощностью 2, 4, 9 и 16 кВт обеспечивают стабилизацию выпрямленного тока с точностью 10% от максимального значения при установке тока в диапазоне от 50 до 100% максимального значения и с точностью 20% установленного значения при установке тока в диапазоне от 30 до 50%, а выпрямительное устройство ВУК-67/600 — с точностью 10% установленного значения при установке тока в диапазоне от 100 до 40% максимального значения. Указанная точность стабилизации сохраняется при изменениях выпрямленного напряжения от нижнего до верхнего пределов, указанных в табл. 1.8, и при изменениях напряжения и частоты питающей сети, указанных в табл. 1.7.

Таблица 1.8
Основные технические данные выпрямительных устройств типа ВУК в режимах стабилизации напряжения и тока

Примечание. Режимы работы выбираются путем перепайки витков иа силовом трансформаторе.

Таблица 1.9
Габаритные размеры и масса выпрямительных устройств типа ВУК

Для зарядно-буферных устройств в режиме стабилизации тока при изменении выпрямленных напряжений от верхнего предела до максимального значения, указанных в табл. 1.8, допускается снижение тока до 60% установленной величины.

Выпрямительные устройства ВУК-265/60, ВУК-140/66, а также буферные выпрямительные устройства с максимальным напряжением 67 В могут использоваться для заряда аккумуляторных батарей до напряжения 2,3 В на элемент без вольтодобавочного выпрямителя. При этом их выходное напряжение может быть повышено соответственно до 270, 155 и 74 В, а ток снижен до 75—80% максимального значения. Структурная схема выпрямительных устройств ВУК мощностью 4 кВт и более приведена на рис. 1.27.
Принципиальные электрические схемы выпрямительных устройств ВУК (кроме ВУК мощностью 2 кВт) незначительно отличаются друг от друга. Выпрямительное устройство ВУК состоит из силовой цепи (основного тракта), полупроводникового стабилизатора 10, систем автоматики и сигнализации 6, устройств защиты от перегрузок по току 7 и перенапряжения 8, устройства, обеспечивающего равномерное распределение тока нагрузки между параллельно работающими выпрямительными устройствами 9.

Силовая цепь устройства включает трансформаторы тока 1, силовой трансформатор 2, дроссель насыщения 3, вентили основного выпрямительного моста 4, фильтр 5.

В устройствах типа ВУК для выпрямления переменного тока применена трехфазная мостовая схема — схема Ларионова. Регулирование и стабилизация выпрямленных напряжения и тока  осуществляется трехфазным дросселем насыщения.

Рис. 1.27. Структурная схема выпрямительных устройств типа ВУК мощностью 4 кВт и более

Рис. 1.28. Схема полупроводникового стабилизатора

 В устройствах ВУК мощностью 4, 9, 16 и 40 кВт применены дроссели насыщения с внутренней положительной обратной связью, а в ВУК мощностью 2 кВт — дроссель насыщения без обратной связи. Дроссель насыщения имеет три обмотки подмагничивания: главную обмотку подмагничивания (ГОП), обмотку смещения и демпферную. Как видно из кривой намагничивания, приведенной на рис. 1.17, угол управления может достигнуть наибольшего значения, если задать подмагничивание, при котором В0=—Bs, но при этом ток подмагничивания должен быть отрицательным. Чтобы не менять знака тока во время регулирования, ДН снабжают обмоткой смещения. В этой обмотке поддерживают ток, создающий постоянную намагничивающую силу — Нк. Благодаря этому вся кривая намагничивания оказывается смещенной относительно оси ординат на величину Нк вправо и во всей области регулирования ток подмагничивания будет иметь положительные значения.

Полупроводниковый стабилизатор (рис. 1.28) представляет собой трехкаскадный усилитель постоянною тока на транзисторах, а элементами опорного напряжения служат кремниевые стабилитроны Д3, Д4. Первый каскад стабилизатора (транзисторы Т1 и Т2) выполнен по схеме составного транзистора на кремниевых транзисторах малой мощности, второй каскад является согласующим (эмиттерный повторитель) и выполнен на германиевом
транзисторе средней мощности Т3. Нагрузкой третьего выходного каскада является главная обмотка подмагничивания дросселя насыщения (ГОП). Вследствие индуктивной нагрузки выходной каскад выполнен на высоковольтном германиевом транзисторе большой мощности T4. Для обеспечения нормальной работы стабилизатора в разных температурных режимах в цепь эмиттера транзистора Т4 включены два кремниевых диода, а в цепь эмиттера транзистора Т3 — один кремниевый диод. Для защиты транзистора выходного каскада от переменной составляющей напряжения, которая может появиться в обмотке ГОП, параллельно последней включен диод Д8.

В некоторых режимах работы ВУК могут появиться незатухающие колебания с частотой 5—10 Гц. Для их устранения применена отрицательная обратная связь. В выпрямительных устройствах мощностью 4, 9 и 16 кВт напряжение обратной связи снимается с демпферной обмотки дросселя насыщения, а в выпрямительных устройствах мощностью 2 и 40 кВт напряжение обратной связи снимается со вторичной обмотки дросселя фильтра. Напряжение обратной связи подается на базу транзистора Τ1первого каскада стабилизатора.
Если напряжение на выходе ВУК по какой-либо причине увеличится, то напряжение на входе стабилизатора станет выше напряжения стабилитронов Д3 и Д4. Из-за нелинейности последних резко увеличится ток, проходящий через резисторы R1, R2, т. е. увеличится напряжение, подаваемое на эмиттер — базу составного транзистора первого каскада стабилизатора Т1, Т2, который откроется. Напряжение между эмиттером и коллектором Т2 уменьшится, а следовательно, уменьшится входное напряжение эмиттер — база транзистора Т3 второго каскада. Транзистор Т3 закроется, коллекторный ток через Т3 резко уменьшится и Т4 также закроется, так как уменьшится напряжение на резисторе R5. В обмотку подмагничивания ГОП дросселя насыщения поступит ток меньшей величины, в результате рабочая точка на кривой намагничивания дросселя (см. рис. 1.17) сместится влево, т. е. время перемагничивания, а следовательно, и величина угла α дросселя увеличатся, а выпрямленное напряжение уменьшится.

При уменьшении напряжения на входе стабилизатора транзисторы первого каскада закрываются, а второго и третьего открываются, в обмотку ГОП поступает ток большой величины. Таким образом осуществляется автоматическая стабилизация напряжения на выходе ВУК при изменении напряжения питающей сети и тока нагрузки. Аналогично работает стабилизатор в режиме стабилизации тока.
В цепь каждой фазы ВУК между главными контактами контактора переменного тока и первичными обмотками силового трансформатора включены первичные обмотки трансформаторов тока, вторичные обмотки которых через выпрямительные мосты подключены к цепям автоматики и защиты. Питание цепей автоматики, защиты и сигнализации осуществляется от однофазного трансформатора.

Защита и автоматика, срабатывающие в зависимости от тока нагрузки, получают входной сигнал от вторичных обмоток трансформаторов тока через соответствующие выпрямительные мосты. Напряжение выпрямительного моста пропорционально току нагрузки, так как фазовый ток пропорционален току нагрузки выпрямительного устройства.
Для равномерного распределения нагрузки между параллельно работающими выпрямителями применено специальное устройство, благодаря которому стабилизатор контролирует не только выходное напряжение выпрямительного устройства, а также и токи нагрузки каждого из выпрямительных устройств.

Из-за применения разных типов стабилизаторов выпрямительные устройства типа ВУК с условной мощностью 9 и 16 кВт не стыкуются с однотипными выпрямительными устройствами типа ВУ. Выпрямительные устройства типа ВУК с условной мощностью 2 и 4 кВт могут работать совместно с однотипными выпрямительными устройствами типа ВУ, но при этом необходимо внести изменения в схемы автоматики выпрямительных устройств типа ВУ.
Выпрямительные устройства мощностью 2, 4, 9 и 16 кВт выполнены в виде шкафа; ВУК-67/600 конструктивно выполнено в двух шкафах — силовом и коммутационном, которые устанавливаются рядом.

Выпрямитель

— Викисловарь

английский [править]

Этимология [править]

ректификат + -er

Существительное [править]

выпрямитель ( множественное число выпрямители )

1. Что-то исправляющее.
2. Устройство, преобразующее переменный ток в постоянный; часто диод.
3. (морской) Прибор, используемый для определения и исправления отклонений компаса на борту судна.
4. (искусственные нейронные сети). Функция активации f (x) = max (0, x) {\ displaystyle f (x) = \ max (0, x)}, где x — это вход для нейрона.

Антонимы [править]

Производные термины [править]

Переводы [править]

Устройство, преобразующее переменный ток в постоянный

См. Также [править]

Анаграммы [править]

Этимология [править]

От старофранцузского rectifier , от позднего латинского rectificō, rectificāre («исправлять, регулировать, контролировать»).

Произношение [править]

Глагол [править]

выпрямитель

1. для исправления

Спряжение [править]

Дополнительная литература [править]

Анаграммы [править]

Старофранцузский [править]

Этимология [править]

Из поздней латыни rectifico .

Глагол [править]

выпрямитель

1. для исправления

Спряжение [править]

Этот глагол спрягается как глагол первой группы, оканчивающийся на -er . Старофранцузское спряжение значительно различается в зависимости от даты и региона. Следующее сопряжение следует рассматривать как руководство.

.

Как работает выпрямительный диод? — Определение строительства и исправления

Выпрямительный диод — полупроводниковый диод предназначен для выпрямления переменного тока (в основном с низкой частотой питания — 50 Гц при большой мощности, излучаемой при нагрузке). Чтобы «исправить» значение этого компонента, его основная задача — преобразование переменного тока (AC) в постоянный (DC) с помощью выпрямительных мостов. Вариант выпрямительного диода с барьером Шоттки особенно ценится в цифровой электронике.Выпрямительный диод способен проводить токи от нескольких миллиампер до нескольких килоампер и напряжение до нескольких киловольт.

Рис. 1. Обозначение выпрямительного диода

Выпрямительный диод — Технические параметры

Наиболее распространенные выпрямительные диоды изготавливаются из кремния (полупроводникового кристалла). Они способны проводить высокие значения электрического тока, и это можно классифицировать как их основную особенность. Есть также менее популярные, но все же используемые полупроводниковые диоды из германия или арсенида галлия.Германиевые диоды имеют намного меньшее допустимое обратное напряжение и меньшую допустимую температуру перехода (T _j = 75 ° C для германиевых диодов и T _j = 150 ° C для кремниевого диода). Единственным преимуществом германиевого диода перед кремниевым диодом является более низкое значение порогового напряжения при работе в прямом смещении (V _{F (I0)} = 0,3 ÷ 0,5 В для германия и 0,7 ÷ 1,4 В для кремниевых диодов).

Мы выделяем две группы технических параметров выпрямительного диода (они относятся и к другим полупроводниковым диодам):

• допустимые предельные параметры,
• характеристических параметров.

Выпрямительный диод характеризуется следующими предельными параметрами:

• В _F — прямое напряжение с определенным прямым током I _F (обычно с максимальным средним выпрямленным током, также известным как номинальный ток I _FN ),
• I _R — обратный ток при В _RWM пиковое обратное напряжение.
• I _FN — номинальный ток в прямом смещении (также известный как максимальный средний ток диода),
• I _FRM — пиковый, повторяемый ток диодной проводимости (например, для импульсов длительностью менее 3.5 мс и частотой 50 Гц),
• I _FSM — пиковый неповторяемый ток проводимости (например, для одиночного импульса длительностью менее 10 мс),
• В _RWM — пиковое, обратное напряжение (или среднее, обратное напряжение при работе диода в волновом выпрямителе с нагрузкой),
• В _RRM — пиковое, повторяющееся обратное напряжение,
• В _RSM — пиковое, неповторяющееся обратное напряжение,
• P _TOT — общее значение мощности, рассеиваемой на этом электронном компоненте,
• T _j — максимальная температура перехода диода
• R _th — термическое сопротивление в рабочих условиях,
• Максимальный мгновенный ток диода (определяет сопротивление при перегрузках)

Выпрямительный диод — Задачи для школьников

Если вы студент или просто хотите научиться решать задачи с выпрямительным диодом, посетите этот раздел нашего веб-сайта, где вы можете найти широкий спектр электронных задач.

Сильноточный выпрямительный диод

Примером высокоэффективного диода является двойной сильноточный выпрямительный диод с током 2x 30A.

STM предлагает двойной выпрямительный диод высокого напряжения под названием STPS60SM200C. Диод лучше всего подходит для базовых станций, сварочных аппаратов, источников питания переменного / постоянного тока и промышленных приложений.

Рис. 2. Сильноточный выпрямительный диод STPS60SM200CW

Значение напряжения пробоя V _RRM составляет 200 В, напряжение проводимости 640 мВ, а его токовая память составляет 2×30 А.Дополнительная защита — от электростатического разряда до 2 кВ, называемого ESD.

Диапазон рабочих температур от -40 ° C до 175 ° C. Такие значения температуры позволяют использовать диоды в любых условиях на базовых станциях.

Выпрямительный диод — ВАХ

Вольт-амперные характеристики выпрямительного диода показаны ниже (рис. 3.).

Рис. 3. Вольт-амперные характеристики выпрямительного диода

Как проверить выпрямительный диод?

Самые простые мультиметры можно использовать для определения полярности выпрямительного диода (где — анод, а где — катод).Есть как минимум три способа сделать это, но я покажу два самых простых:

a) С помощью омметра (диапазон 2 кОм):

Рис. 4. Прямое смещение: Омметр покажет приблизительное значение прямого напряжения диода (около 0,7 В).

Рис. 5. Обратное смещение: омметр показывает «1», что означает очень высокое сопротивление (электрический клапан выключен).

Функция «проверка диодов» даст тот же результат, что и при использовании вышеупомянутого метода.

b) Использование функции измерения VDC:

Фиг.6. Прямое смещение: мультиметр должен показывать падение напряжения около 0,7 В для кремниевых диодов.

Рис. 7. Обратное смещение: Мультиметр покажет приблизительное значение полного напряжения источника питания (Примечание: здесь диод вставлен противоположным образом по сравнению с приведенным выше примером. На самом деле, я бы изменил полярность источника питания, потому что вы не можете размонтировать «руками» один раз припаянный компонент, если вы его не демонтируете. Конечно, мы не хотим делать это с исправным рабочим компонентом. Я просто хотел показать вам пример, что вы также должны заплатить внимание к правильному размещению компонентов на вашей печатной или макетной плате)

Мостовые выпрямители

Мостовые выпрямители делятся на разные типы по:

• Структура и количество фаз питающего напряжения: однофазный мостовой выпрямитель, многофазный мостовой выпрямитель (трехфазный мостовой выпрямитель, двухфазный мостовой выпрямитель).
• Ряд полуволнового выпрямления напряжения: одинарный мост (однополупериодный выпрямитель), двойной мост (двухполупериодный диодный выпрямитель). Мы можем создать комбинированную схему, например, однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель или трехфазный двухполупериодный выпрямитель. Вы можете комбинировать количество фаз с полнополупериодными или однополупериодными выпрямителями.
• Тип нагрузки: резистивная, емкостная, индуктивная.

Свойства мостовых выпрямителей:

• В — напряжение питания,
• В _OS , I _OS — постоянное выходное напряжение компонента,
• I _OSmax — максимальный выходной ток,
• N _ip — энергоэффективность,
• Коэффициент пульсации цепи,
• В _Rmax — Максимальное обратное напряжение.

Полуволновой мостовой выпрямитель

Полуволновой мостовой выпрямитель

— это простейшая схема, которая может преобразовывать переменный ток (оба знака, + и -) в ток одного знака (+). После дальнейшей фильтрации полученный выходной ток может быть изменен на постоянный ток.

На выходе этой схемы мы получим синусоидальную волну только с положительной половиной ее периода, поэтому ее на самом деле называют полуволновым выпрямителем. Не будет «отрицательной части» синусоиды, потому что выпрямительный диод проводит только тогда, когда он смещен в прямом направлении (положительное напряжение).Ток протекает через резистивную нагрузку только в одном направлении и пульсирует.

Пример простой схемы однополупериодного мостового выпрямительного диода показан ниже:

Рис. 8. Схема однополупериодного выпрямительного диода.

Характеристики полуволнового мостового выпрямителя:

Рис. 9. Временные характеристики полуволнового мостового выпрямителя

Полноволновый мостовой выпрямитель

Схема полноволнового мостового выпрямителя показана ниже. Его часто называют мостом Гретца.

Рис. 10. Схема полнополупериодного мостового выпрямителя (мост Гретца)

Принцип работы полнополупериодного мостового выпрямителя следующий. На рисунке ниже (красный) показан путь тока, два красных диода смещены в прямом направлении (проводят ток), а два других — в обратном направлении (не проводят ток). Ток течет от источника питания через первый красный диод. Потом с первого красного диода через нагрузку. После прохождения нагрузки он потечет через второй красный диод, а затем вернется к источнику питания.

Рис. 11. Схема двухполупериодного мостового выпрямителя (переменный ток, прямое смещение)

При изменении полярности напряжения питания ситуация, описанная выше, будет противоположной (синяя схема ниже). Два синих диода смещены в прямом направлении (проводят ток), а два других — в обратном направлении (не проводят ток). Ток течет от источника питания через первый синий диод. Потом от первого синего диода через нагрузку. После прохождения нагрузки он потечет через второй синий диод, а затем вернется к источнику питания.

Рис. 12. Схема полнополупериодного мостового выпрямителя (переменный ток, обратное смещение)

Характеристики полноволнового мостового выпрямителя приведены ниже:

Рис. 13. Временные характеристики полуволнового мостового выпрямителя

Трехфазный мостовой выпрямитель

Использование трехфазного диодного мостового выпрямителя (двухполупериодного мостового выпрямителя) возможно в любой из трехфазных цепей напряжения. В этом случае пульсации выходного напряжения минимальны. Источники питания в максимальной степени используют мощность цепи.Трехфазные мостовые выпрямители часто имеют возможность управлять выходным током.

Ниже вы можете увидеть схему трехфазного выпрямителя, которая показывает, как его можно построить.

Рис. 14. Схема и характеристики трехфазного мостового выпрямителя

Расчет трехфазного мостового выпрямителя

Ниже приведен пример расчета трехфазного мостового выпрямителя с уравнениями и значениями для данной схемы. Результаты представлены в таблице ниже.

P _d — Выходная мощность

В _d — Среднее значение выпрямленного напряжения

I _d = P _d / V _d — Среднее значение выпрямленного тока

R = V _d / I _d — Сопротивление системы

Рис. 15. Трехфазный линейный мостовой выпрямитель

Полноволновой мостовой выпрямитель в качестве интегральной схемы

Двухполупериодный мостовой выпрямитель обычно рассматривается как однокристальная интегральная схема.Он построен из четырех выпрямительных диодов в мостовой системе Гретца. Может использоваться для монтажа THT и SMD. Использование этого решения является наиболее популярным, экономичным и экономит место на печатной плате.

Рис. 16. Мостовой выпрямитель как компонент интегральной схемы

На рисунке выше показаны соединители, которые есть в каждой интегральной схеме мостового выпрямителя. Знак (+) соответствует выходу + VDC, знак (-) соответствует выходу — VDC, символы (~) соответствуют подключению VAC.Правильное подключение напряжения выполняется путем подключения входа VAC к выходу + VDC по горизонтали, а выхода VAC к выходу — VDC по горизонтали.

.