Лабораторная работа №8

Тема: Однофазные и трехфазные выпрямители переменного тока

Цель: Изучение принципов работы, определение основных характеристик выпрямителей, умножителей напряжения.

Теоретические сведения

Элементами схем выпрямления являются:

- источник переменной ЭДС (генератор переменного тока, трансформатор);

- вентильная группа, преобразующая переменный ток в выпрямленный;

- сглаживающий фильтр, необходимый для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения (используется при необходимости).

Схемы выпрямления различают:

- по числу фаз первичной обмотки трансформатора (однофазные, трехфазные и т.д.);

- по количеству используемых полупериодов переменного напряжения (однополупериодные и двухполупериодные);

- по соотношению между входным и выходным напряжением выпрямителя (схемы удвоения, учетверения напряжения и др.).

1 Однофазный однополупериодный выпрямитель

Однофазные выпрямители применяются в электроэнергетике для испытания изоляции электрооборудования, в блоках питания и других устройствах.

О днополупериодный выпрямитель (рис. 1) состоит из трансформатора T, к вторичной обмотке которого подключен диод VD, нагрузочный резистор R_Н и, при необходимости, сглаживающий фильтр (C).

Трансформатор осуществляет электрическую развязку источника выпрямляемого напряжения и нагрузочного устройства, которые гальванически не связанны друг с другом. После трансформатора переменное напряжение преобразуется в пульсирующее напряжение с помощью диода. При выборе диода учитывается максимально допустимый средний прямой ток и амплитудное значение обратного напряжения.

Рис. 1 Схема однополупериодного выпрямления

В выпрямленном напряжении присутствует постоянная и переменная составляющая. Для снижения пульсаций используется сглаживающий фильтр. Если необходимо получить неизменное значение выпрямленного напряжения на сопротивлении R_Н, то применяется стабилизатор напряжения.

В зависимости от условий работы и требований, предъявляемых к выпрямительным устройствам, отдельные его блоки могут отсутствовать.

В первый полупериод, когда U₂>0 диод открыт и на R_Н падает напряжение U_R. Во второй полупериод, при U₂<0 диод закрыт. Среднее значение напряжения Ud, выпрямленный ток (среднее значение) в нагрузке I_d и обратное напряжение на диоде U_ОБР:

Достоинством однополупериодного выпрямителя является его простота, недостатки: большие пульсации и малые значения выпрямленного напряжения и тока.

Кроме того, ток во вторичной обмотке трансформатора протекает только в одном направлении (когда диод открыт) и, следовательно, имеет постоянную составляющую.

2 Однофазный однотактный двухполупериодный выпрямитель

Двухполупериодный однотактный выпрямитель использует две обмотки трансформатора, включенные согласно. В один из полупериодов открыт диод VD1, VD2 закрыт. В другой полупериод VD1 закрыт, VD2 открыт (рис. 2, 3).

Следовательно, через нагрузку в оба полупериода ток протекает в одном направлении. Среднее значение напряжения в нагрузке Ud ≈ 0,9U₂. Выпрямленный ток в нагрузке: I_d = U_d /R_Н, U_ОБР = 2U_2m..

Рис. 2 Схема однофазного однотактного д вухполупериодного выпрямителя

Р ис. 3 Схема однофазного однотактного двухполу-периодного выпрямителя с фильтром низких частот

Двухполупериодный однотактный выпрямитель состоит их двух схем однополупериодных выпрямителей. Поэтому мощность его ограничена вследствие наличия постоянной составляющей в токе вторичной обмотки трансформатора.

Достоинством является низкие пульсации и высокое значение выпрямленного напряжения. Разница амплитуд напряжений вторичной обмотки трансформатора и нагрузки отличается на величину падения напряжения только в одном диоде.