19.Однофазные выпрямители. Схема, основные показатели работы. Выбор диодов.
Выпрямители ‑ устройства, преобразующие переменный синусоидальный ток в пульсирующий (периодический несинусоидальный) с ненулевой постоянной составляющей. Выпрямители содержат нелинейные элементы, в качестве которых чаще всего используют выпрямительные диоды (рис. 9.7, а). Основные параметры этих диодов: максимальное обратное напряжение Umобр; средний прямой ток Iпр (максимальный постоянный прямой ток); максимальный импульсный прямой ток Imпр при заданной длительности импульса; рассеиваемая мощность диода P. Анализ работы выпрямителей часто проводится на основе модели диода в виде идеального ключа
Однофазные мостовые выпрямители (рис. 9.11, а) применяются весьма часто, поэтому их выпускают в виде готовых блоков (рис. 9.11, б). Иногда так изображают и выпрямители на отдельных диодах. У выпрямителя из катодной группы открыт диод с самым высоким потенциалом анода; а из анодной ‑ диод с самым низким потенциалом катода (рис. 9.11, в). В промежутке [0; t1] VD1, VD3 открыты; VD2, VD4 закрыты, напряжение на нагрузке uCD = uAB = e, напряжение на закрытых диодах uАКVD2 = uАКVD4 = uBA = –e, ток нагрузки течет по контуру: e(t), A, VD1, C, Rн, D. При t[t1; t2] открыты VD2, VD4, закрыты VD1, VD3, и напряжение на нагрузке uCD = uBA = –e.
Рис. 9.11. Однофазный мостовой выпрямитель: а) схема; б) схема при исполнении
в виде готового блока; в) временные диаграммы.
Выходное напряжение (полуволны источника) пульсирует с частотой 2fсети и имеет ненулевую постоянную составляющую. Ток нагрузки протекает через два диода, один из катодной группы, второй ‑ из анодной. Время протекания тока через каждый диод составляет 1/2 времени протекания тока через Rн (средний ток через диод в два раза меньше тока через Rн), максимальное обратное напряжение на диоде равно амплитудному напряжению источника.
Двухфазный выпрямитель (рис. 9.12, а) применяют при наличии двух синусоидальных источников с одинаковой амплитудой и с начальными фазами, отличающимися на 1800. Однофазный выпрямитель (рис. 9.12, в) применяют при малых токах нагрузки. Проанализируйте работу этих выпрямителей самостоятельно.
Рис. 9.12. Схема (а) и временные диаграммы (б) двухфазного выпрямителя; схема
(в) и временные диаграммы (г) однофазного выпрямителя
Напряжение на выходе выпрямителя является периодической несинусоидальной функцией времени с ненулевой постоянной составляющей. Для питания многих нагрузок нужна только постоянная составляющая, т.е. между выпрямителем и нагрузкой необходимо поставить устройство, пропускающее постоянную составляющую a0/2 в (5.2), и не пропускающее переменную составляющую, т.е. пульсации, описываемые суммой по k в (5.2). Этим устройством является фильтр низких частот. После реальных ФНЧ остаются пульсации, для лучшего подавления которых перед нагрузкой устанавливают стабилизатор
20. Трезфазные выпрямители. Схема, осн показатели работы.
Выпрямители ‑ устройства, преобразующие переменный синусоидальный ток в пульсирующий (периодический несинусоидальный) с ненулевой постоянной составляющей. Выпрямители содержат нелинейные элементы, в качестве которых чаще всего используют выпрямительные диоды (рис. 9.7, а). Основные параметры этих диодов: максимальное обратное напряжение Umобр; средний прямой ток Iпр (максимальный постоянный прямой ток); максимальный импульсный прямой ток Imпр при заданной длительности импульса; рассеиваемая мощность диода P. Анализ работы выпрямителей часто проводится на основе модели диода в виде идеального ключа
Рассмотрим трехфазный мостовой выпрямитель (рис. 9.9, а). Трехфазная сеть для него часто создается трехфазным трансформатором. Группа VD1 – VD3 с общим катодом называется катодной, группа VD4 – VD6 с общим анодом – анодной. Из катодной группы открывается диод с самым высоким потенциалом на аноде (его мысленно можно заменить проводником), два других диода закрыты (разрыв цепи). В анодной группе открывается диод, на катоде которого самый низкий потенциал (проводник), другие диоды закрыты (разрыв цепи).
Рис. 9.9. Трехфазный мостовой выпрямитель: а) схема; б) временные диаграммы
Характерными для этой схемы будут времена, соответствующие точкам пересечения различных фазных напряжений (рис. 9.9, б). На промежутке времени [0; t1] самый высокий потенциал – на фазе C, самый низкий – на B, открываются VD3 и VD5, точка С соединяется с D, B с Е, а uвых = uDE = uCB. Ток через Rн протекает по контуру: трехфазный источник, С, VD3, D, Rн, Е, VD5, B. Через остальные диоды при t[0; t1] ток не протекает, uАК для этих диодов будет определяться линейными напряжениями источника: uАКVD1 = uАC, uАКVD2 = uВC, uАКVD4 = uВА. При t[t1; t2] самый высокий потенциал на фазе A, самый низкий на фазе B, открыты VD1, VD5 (остальные закрыты), и uвых = uDE = uАB. При t[t2; t3] самый высокий потенциал на фазе A, а самый низкий на фазе C, открыты VD1, VD6 и uвых = uDE = uАС.
Выходное напряжение («кусочки» линейных напряжений источника) является периодическим несинусоидальным (пульсирует с частотой 6fсети) и имеет большую постоянную составляющую, т.е. близко к постоянному. Ток нагрузки течет по одному из диодов катодной группы и по одному из анодной. Время протекания тока через диод составляет 1/3 времени протекания тока через Rн (средний ток через диод в три раза меньше тока нагрузки), максимальное обратное напряжение на диоде равно линейному напряжению источника.
В трехфазном полумостовом выпрямителе (рис. 9.10, а) отсутствует анодная группа, поэтому открыт только диод с самым высоким потенциалом на аноде. Временные диаграммы выпрямителя приведены на рис. 9.10, б. При t[0; t1] самый высокий потенциал на фазе C, открыт VD3, VD1 и VD2 закрыты, С соединяется с D, uвых = uDN = uCN, напряжение uАК для закрытых диодов определяет линейными напряжениями трехфазного источника uАКVD1 = uАC, uАКVD2 = uВC, ток нагрузки протекает по контуру: трехфазный источник, С, VD3, D, Rн, N. При t[t1; t2] самый высокий потенциал на фазе A, VD2 и VD3 закрыты, VD1 открыт, точка А соединяется с D, uвых = uDN = uАN.
Рис. 9.10. Полумостовой выпрямитель: а) схема; б) временные диаграммы
Периодическое несинусоидальное выходное напряжение («кусочки» фазных напряжений) пульсирует с частотой 3fсети и имеет ненулевую постоянную составляющую. Ток нагрузки в любой момент времени протекает только через один диод. Время протекания тока через диод составляет 1/3 времени протекания тока через Rн (средний ток через диод в три раза меньше тока через Rн), максимальное обратное напряжение на диоде равно линейному напряжению источника.