3 Выпрямительные устройства
Выпрямительное устройство – основной элемент устройств вторичного электропитания. Они преобразуют переменное напряжение в постоянное. Обычно это понятие включает в себя трансформатор, выпрямитель и фильтр. При необходимости используется регулятор напряжения.
Рисунок 5. Схема выпрямительного устройства.
Выпрямительные устройства классифицируются:
по типу вентилей: управляемые, неуправляемые, электронные, ионные, полупроводниковые;
по напряжению: низкого (до 1000В) и высокого напряжения;
по режиму работы: длительного, кратковременного, повторно-кратковременного действия и импульсные;
по схеме выпрямления: однотактные, двухтактные, однофазные, многофазные, с умножением напряжения. При этом тактность выпрямителя определяется числом импульсов тока, протекающих во вторичной фазной обмотке за период выпрямляемого напряжения. Фазность определяется числом вторичных фазных обмоток.
Рисунок 6. Схема однофазного однотактного выпрямителя
Рисунок 7. Осциллограммы, поясняющие работу выпрямителя
Рассмотрим работу выпрямителя на примере однофазной однотактной схемы, работающей на активную нагрузку.
Напряжение на нагрузке строго говоря не является постоянным, однако из последовательности косинусоидальных импульсов может быть выделена постоянная составляющая, которая и представляет собою полезный эффект выпрямления. Из осциллограмм следует, что процесс преобразования переменного тока в постоянный возможно при наличии нелинейного элемента – вентиля, пропускающего ток только в одном направлении. В примере рассматривался случай с идеальным вентилем, вольтамперная характеристика которого приведена на рисунке 8.
Рисунок 8. Вольтамперная характеристика идеального (сплошная линия) и реального (аппроксимированная) вентиля.
Идеальный вентиль имеет нулевое сопротивление в прямом направлении и бесконечно большое в обратном направлении.
Рассмотрим требования, предъявляемые к вентилям:
выдерживать приложенное к нему обратное напряжение:
выдерживать мощность, рассеиваемую на его электродах;
обеспечивать необходимое максимальное значение прямого тока;
обеспечивать высокий КПД, т.е. иметь малые прямые и обратные потери;
выдерживать перегрузку по току в течение времени, достаточного для срабатывания защитного устройства.
Р
исунок
9. Последовательное и параллельное
соединение вентилей.
При невыполнении вентилем этих требований можно применять последовательное и параллельное соединение вентилей, не забывая выравнивать прямые токи или обратные напряжения (рис. 9)
3.1 Электрические вентили и их характеристики
В качестве вентилей используются кенотроны, газотроны, тиратроны, ртутные вентили и другие. В настоящее время наибольшее распространение получили полупроводниковые вентили: германиевые и кремниевые диоды и тиристоры. Полупроводниковые диоды обеспечивают обратное напряжение сотни вольт, плотность тока до 100 А/кв.см. У германиевых диодов в 1,5 – 2 раза меньше прямое падение напряжения, но у кремниевых больше обратное напряжение и лучше температурная стабильность параметров.
Рисунок 10. Вольтамперная характеристика полупроводникового диода
Рисунок 11. Вольтамперная характеристика тиристора
Тиристор это управляемый полупроводниковый вентиль с четырехслойной структурой. При положительном напряжении на аноде тиристор может быть переведен в рабочее состояние подачей маломощного импульса на управляющий электрод. После открытия тиристор неуправляем.
При отсутствии управляющего тока тиристор может быть открыт большим напряжением включения Uвкл. На рисунке 11 представлено семейство ВАХ тиристора.