Преобразовательные устройства и устройства электропитания выпрямители переменного тока

Для получения электрической энергии нужного вида часто приходится преобразовывать энергию переменного тока в энергию постоянного тока (процесс выпрямления) либо энергию постоянного тока в энергию переменного тока (процесс инвертирования). Устройства, с помощью которых осуществляются такие преобразования, называются выпрямителями и инверторами соответственно. Выпрямители и инверторы являются вторичными источниками электропитания (ИВЭ).

Классификация выпрямителей:

• По возможности управления:

– неуправляемые, когда на выходе выпрямителя получают выпрямленное постоянное напряжение;

– управляемые, когда на выходе выпрямителя необходимо изменить значение выпрямленного тока.

• По числу фаз первичного источника питания:

– однофазные (выпрямители малой и средней мощности);

– многофазные, обычно 3-фазные (выпрямители большой мощности).

• По форме выпрямленного напряжения:

– однополупериодные;

– двухполупериодные.

Параметры выпрямителей:

– средние значения выпрямленных тока и напряжения и ;

– мощность нагрузочного устройства ;

– амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения ;

– коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения _.

– КПД  = / ( + P_Тр + P_Д),

где P_Тр – потери в трансформаторе, Р_Д – потери в диодах.

Рассмотрим структурную схему однофазного выпрямителя.

На вход выпрямителя (рисунок 60) подается переменное напряжение U₁, которое с помощью трансформатора Тр изменяется до требуемого значения U₂, преобразуемого вентильной группой (или одним вентилем) в пульсирующее напряжение U₀₁. Выпрямленное напряжение U₀₁ имеет кроме постоянной составляющей, еще и переменную составляющую, которая с помощью сглаживающего фильтра СФ снижается до требуемого уровня, и напряжение U₀₂ на выходе фильтра подается на стабилизатор Ст, который поддерживает неизменным напряжение на нагрузке U_н при изменении значений входного напряжения и сопротивления R_н.

U₂

U₀₁

U₀₂

U₁

Тр

ВГ

СФ

Ст

U_н

R_н

Рисунок 60 – Структурная схема однофазного выпрямителя

Для выпрямления однофазного переменного напряжения применяют три основных типа выпрямителей:

– однополупериодный;

– двухполупериодный мостовой;

– двухполупериодный с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора.

Однополупериодный выпрямитель

Однополупериодный выпрямитель состоит из трансформатора, к вторичной обмотке которого последовательно подсоединены диод VD и нагрузочный резистор R_н (рисунок 61).

Для упрощения анализа работы выпрямителей трансформатор и диод считают идеальными, т. е. у трансформатора активное сопротивление обмоток, а у диода прямое сопротивление равны нулю; у диода обратное сопротивление равно бесконечности.

Р ассмотрим работу выпрямителя с помощью временных диаграмм (рисунок 62). В первый полупериод от 0 до Т / 2 диод открыт, так как потенциал точки а, выше потенциала точки b, и под воздействием напряжения в цепи вторичной обмотки трансформатора возникает ток i_н. В интервале времени Т / 2 – Т диод закрыт, поскольку потенциал точки b выше потенциала точки а, т. е. к диоду прикладывается обратное напряжение U₂. Ток в нагрузке отсутствует. При этом р = 1,57.

Тр

a

i_н

VD

U₁

U₂

U_н

R_н

b

Рисунок 61 – Схема

однополупериодного выпрямителя

Рисунок 62 – Временные диаграммы однополупериодного выпрямителя