5.2 Основные параметры выпрямителей

Основные параметры характеризуют качество работы выпрямителя:

1. I₀ – среднее значение выпрямленного тока – это такое значение постоянного тока, при котором за период проходит то же количество электричества, что и при пульсирующем токе.

2. U₀ – среднее значение напряжения возникает на нагрузке при прохождении пульсирующего тока.

3. Р₀ – среднее значение мощности

Р₀ = I₀•U₀ (5.1)

4. I₂ – действующее значение тока – это такое значение постоянного тока при котором за период проходит тоже количество энергии, что и при переменном токе (I₂>I₀).

5. U₂ – действующее значение напряжения.

6. Кп₁ – коэффициент пульсации показывает во сколько раз амплитуда напряжения первой гармоники больше среднего значения напряжения.

7. fп₁ – частота пульсации пульсирующего тока.

8. S_тр – габаритная мощность трансформатора – определяет размеры трансформатора, чтобы он не перегрелся и не вышел из строя. Определяется как полусумма габаритных мощностей первичной и вторичных обмоток.

S_тр= (S₁ + S₂)/ 2 > P₀. (5.2)

9. К_тр – коэффициент использования обмоток трансформатора по мощности.

К_исп = Р₀/S_тр <1. (5.3)

Каждый выпрямитель обладает параметрами, которые зависят от режима работы и характера его нагрузки. Характер нагрузки выпрямителя может быть: активный, ёмкостной, индуктивный или комплексный.

По параметрам схемы выпрямителя судят о его достоинстве и недостатках, а также производят выбор вентилей и тип силового трансформатора.

5.3 Структурная схема выпрямителя

Рисунок 5.2 – Структурная схема выпрямителя

Трансформатор предназначен для преобразования переменного тока в пульсирующий ток, создания схемы выпрямления и обеспечения электрической развязки цепей питания и нагрузки.

Электрический вентиль преобразует переменный ток в пульсирующий ток.

Пульсирующий ток – это постоянный ток, у которого в течение времени изменяется амплитуда.

Рисунок 5.3 – График напряжения на выходе выпрямителя

Сглаживающий фильтр уменьшает пульсации тока до допустимой величины.

На нагрузке возникает напряжение, необходимое для питания аппаратуры.

Выпрямительное устройство содержит выпрямитель и вспомогательные элементы: устройство стабилизации напряжения или тока, устройства защиты, устройства сигнализации, устройства автоматики и устройства контроля.

5.4 Однофазная мостовая схема выпрямления

Схема выпрямления предназначена для преобразования энергии переменного тока в энергию пульсирующего тока.

Принцип действия основан на явлении электромагнитной индукции, вентильном свойстве диодов, работающих парами поочерёдно.

Рисунок 5.4 – Мостовая схема однофазного выпрямителя

Трансформатор предназначен для преобразования напряжения переменного тока одной величины в напряжение переменного тока другой величины, обеспечивает электрическую изоляцию цепи питания и цепи нагрузки.

Диоды собраны по мостовой схеме и служат для преобразования переменного тока в пульсирующий ток.

При включении питания сети выпрямитель начинает функционировать. Ток проходит по первичной обмотке трансформатора и создаёт в сердечнике переменный магнитный поток, под действием которого наводится ЭДС самоиндукции в первичной обмотке и ЭДС взаимоиндукции во вторичной обмотке.

ЭДС самоиндукции направлена против тока сети питания и не даёт ему возрастать.

Так как цепь вторичной обмотки замкнута, возникает ток вторичной обмотки и происходит его выпрямление. В положительную полуволну проходит ток через диоды VD2 и VD4, а также через нагрузку. В отрицательную полуволну ток течёт через другие диоды VD3 и VD1 в том же направлении через нагрузку. Таким образом, за период ток проходит через нагрузку два раза, схема двухполупериодная.

Ток по вторичной обмотке проходит в разных направлениях, поэтому подмагничивания сердечника трансформатора не происходит.

Преимущества схемы выпрямления: частота пульсации выше, небольшое обратное напряжение, хорошее использование обмоток трансформатора, возможность создания сетевого выпрямителя, отсутствие вынужденного подмагничивания, используется обычный трансформатор.

Недостатки схемы выпрямления: повышенное падение напряжения на диодах, необходимость установки четырёх вентилей, невозможность установки диодов на одном радиаторе.

Применение: питание аппаратуры при небольшой мощности.

Выбор диодов для схемы выпрямления

Условие выбора диодов: при длительной работе выпрямителя не должен произойти тепловой и электрический пробой диода. Поэтому диоды берут с некоторым запасом по току и обратному напряжению.