24. Однофазный однополупериодный однофазный выпрямитель. Основные расчетные соотношения характеристик при работе на r, l, c нагрузку, области применения.

Временные диаграммы напряжений и токов:

О пределим постоянную составляющую выпрямленного тока:

. Так как  , то . Но так как  , т.е.  , то

или . Постоянная составляющая напряжения, выраженная через максимальное значение:

. Постоянная составляющая напряжения, выраженная через действующее значение:

Таким образом, в данной схеме максимальное напряжение на диоде ,

т.е. напряжение на диоде в три раза больше, чем на нагрузке.

Среднее значение тока диода в этой схеме  .

Величину пульсаций выпрямленного напряжения характеризуют коэффициентом пульсаций , где U_1m – амплитуда переменной составляющей напряжения, изменяющегося с частотой повторения импульсов, т.е. амплитуда первой гармоники.

Для однополупериодной схемы

, а  .

Недостатки схемы:

1. большое значение коэффициента пульсаций  ;

2. напряжение на нагрузке почти в 3 раза меньше, чем на диоде;

3. постоянная составляющая выпрямленного тока   значительно меньше тока   во вторичной обмотке трансформатора, что приводит к его недостаточному использованию по току.

Сглаживающие фильтры

Схемы, принцип действия, параметры и характеристики

Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения применяют сглаживающие фильтры (СФ).

Снижение пульсаций оценивается коэффициентом сглаживания

,

где K_п и K_п^’ – коэффициенты пульсаций до и после фильтра.

Основными требованиями к сглаживающим фильтрам является максимальное уменьшение высокочастотных составляющих токов в сопротивлении нагрузки.

У индуктивного элемента  , а у емкостного элемент ,

где k – номер гармоники.

Поэтому индуктивность устанавливают последовательно, а емкость – параллельно нагрузке.

Е мкостной фильтр

Конденсатор заряжается до напряжения U₂, когда U₂ > U_с (интервал t₁ – t₂). В течение интервала времени (t₂ – t₃) напряжение U_с > U₂ – диод закрыт, а конденсатор разряжается через резистор R_н с постоянной времени  .

С момента времени t₃ U_с < U₂ – конденсатор заряжается и т.д.

То есть, когда диод пропускает ток конденсатор заряжается, а когда к диоду приложено обратное напряжение – конденсатор разряжается на нагрузку R_н.

Индуктивный фильтр

В течение положительного полупериода напряжения u₂, когда ток i нарастает, индуктивная катушка L_ф запасает энергию, а в отрицательный полупериод – энергия расходуется на поддержание тока.

Длительность импульсов тока i_н определяется постоянной времени  . Чем больше индуктивность L_ф, тем больше затягивается импульс и его амплитуда снижается из-за индуктивного сопротивления  . Падает и среднее значение тока.

Обычно индуктивность L_ф в однополупериодных схемах не применяют, а используют в двухполупериодных:

Двухполупериодная мостовая схема  

I₀ в 2 раза больше, чем в однополупериодной схеме. Поэтому:

;

;

Частота выпрямленного тока в 2 раза больше, чем у сети.

.

27. Управляемые выпрямители, основные расчетные соотношения, способы управления.

Для регулирования выпрямленного напряжения используют управляемые выпрямители, построенные на управляемых вентилях, называемых тиристорами. Тиристором называют управляемый полупроводниковый прибор с p-n-p-n структурой, способный под действием сигнала управления переходить из закрытого состояния в открытое (проводящее). Электроды прибора называются: А – анод; К –катод; УЭ – управляющий электрод. В цепь управляющего электрода включается источник управляющих импульсов u_y. При указанной полярности напряжения U и отсутствии управляющего импульса тиристор, в отличие от обычного диода, будет находиться в непроводящем состоянии (I_a=0). Если теперь на управляющий электрод подать отпирающий импульс U_y, тиристор включается и через нагрузку начинает протекать ток       Важнейшим свойством тиристора является то, что после его включения открытое состояние сохраняется вне зависимости от наличия сигнала на управляющем электроде. Выключить тиристор можно только в результате смены полярности прикладываемого к нему напряжения или спада тока до нуля. Управляющая цепь служит только для включения тиристора.

Расчетные соотношения для условно-шестифазной схемы выпрямления.

В ыпрямленное напряжение выпрямителя на диодах можно регулировать: на стороне постоянного тока -- при помощи реостата или потенциометра; на стороне переменного тока: а) изменением подведенного к выпрямителю переменного напряжения (переключением под нагрузкой отпаек трансформатора или автотрансформатора, питающего выпрямитель, а также плавным изменением подводимого к выпрямителю напряжения при помощи трансформаторов с подвижными катушками или выдвижными сердечниками); б) использованием дросселей насыщения, подмагничиваемых постоянным током; при этом дроссели насыщения могут быть выполнены в виде отдельных устройств либо сам трансформатор может содержать насыщаемый постоянным током сердечник.

Отдельную область представляет регулирование выпрямленного напряжения с помощью управляемых вентилей -- тиристоров, которое можно осуществить несколькими способами: 1) регулирование путем изменения параметров вентилей, входящих непосредственно в выпрямитель; 2) регулирование параметров вентилей, включенных в первичную обмотку трансформатора; 3) широтно-импульсное регулирование на стороне постоянного тока.

Регулирующее устройство необходимо выбирать, исходя из ряда факторов, важнейшими из которых являются требования к диапазону регулирования, величине и числу ступеней напряжения или плавности изменения напряжения, коэффициенту мощности и КПД.