1.10 Однофазные неуправляемые выпрямители их структура, свойства, назначение, типы, достоинства и недастатки, параматры и характеристика.

Выпрямитель - это устройство, преобразующее переменный ток в постоянный.

Основные параметры выпрямительных диодов:

• среднее прямое напряжение Uпр.ср. при указанном токе Iпр.ср.;

• средний обратный ток Iобр.ср. при заданных значениях обратного напряжения Uобр и температуры;

• допустимое амплитудное значение обратного напряжения Uобр.макс.;

• средний прямой ток Iпр.ср.;

• частота без снижения режимов.

Для выпрямления однофазного переменного напряжения применяют три схемы:

1. однополупериодная;

2. двухполупериодная мостовая;

3. двухполупериодная трансформаторная (с выводом средней точки).

Однополупериодная схема - в которой ток проходит через вентиль только в течение одного полупериода переменного напряжения источника.

Двухполупериодные схемы - в которых ток проходит через вентильную группу в течение двух полупериодов переменного напряжения источника.

Однополупериодный однофазный выпрямитель применяется: при выпрямленных токах до нескольких десятков миллиампер,и в тех случаях когда не требуется высоко качества выпрямляемого напряжения.

Временные диаграммы напряжений и токов:

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.

Преимущество: экономия на количестве вентилей.

Двухполупериодная мостовая схема применяется: при выпрямленных напряжениях от десятков до сотен вольт.

Двухполупериодная схема с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора применяется: в низковольтных схемах при выпремленных напряжениях единицы, десятки вольт, из-за меньших чем в мостовой схеме, потерь на диодах.

Это фактически сочетание двух однополупериодных выпрямителей, включенных на нагрузочный резистор R_н в различные фазы.

Соотношения параметров в данной схеме такие же, как и в мостовой схеме.

Преимущества двухполупериодных выпрямителей по сравнению с однополупериодным: Среднее значение выпрямленных тока и напряжения в 2 раза больше, а пульсации меньше. Но двухполупериодные выпрямители имеют более сложную конструкцию и стоимость.

1.11 Электронные сглаживающие фильтры. Их классификация, основные параметры и характеристики. Достоинства и недостатки основных типов.

Сглаживающие фильтры применяются для уменьшения  переменной  составляющей выпрямленного сигнала, т.е. для снижения пульсаций.

Качество фильтра характеризуется коэффициентом сглаживания.

В качестве  основных  элементов для фильтров применяют реактивные элементы - конденсатор и катушку индуктивности.

Емкостной фильтр.

     В положительный полупериод с ростом напряжения  конденсатор заряжается почти до напряжения  , а при снижении  , а так же в отрицательный полупериод конденсатор разряжается на ,  поддерживая в  нагрузке ток  

Чем больше  емкость конденсатора,  тем медленнее он разряжается и тем меньше пульсации выходного напряжения.  Однако,  с увеличением емкости растут габариты конденсатора.

     Величину емкости  выбирают с таким расчетом, чтобы , где  - период переменной составляющей выпрямленного напряжения.

     Применение емкостного фильтра  рационально  для  малых  нагрузок, т.е. при больших значениях .

Индуктивный фильтр.

     Катушка индуктивности  (дроссель)  включается  последовательно  с нагрузкой

     Работа фильтра основана на том, что в дросселе вследствие изменения тока возникает ЭДС самоиндукции,  направленная в сторону, противоположную току  при  его увеличении, и в сторону,  совпадающую  с током при его уменьшении.  Таким образом, ток выравнивается, т.е. происходит сглаживание  пульсаций.  Индуктивность    выбирают исходя из  условия , где  - период переменной составляющей выпрямленного напряжения.

     Индуктивный фильтр работает более эффективно при больших  нагрузках, т.е.  малых значениях . Коэффициент пульсаций в таком фильтре с уменьшением Rн уменьшается, отсюда и вытекает целесообразность его использования при больших токах нагрузки.

     Недостатком индуктивного фильтра являются скачки обратного напряжения на диодах из-за возникающих ЭДС самоиндукции.

Комбинированные фильтры.

     Существуют комбинированные  фильтры. Например, Г - образный,

П - образный, Т - образный сглаживающие фильтры.

              Г-образный                    П-образный                      Т-образный

     Эти фильтры совмещают в себе свойства индуктивного  и  емкостного фильтров и обеспечивают более качественное сглаживание,  чем индуктивный или емкостной фильтры.

     Конденсатор  оказывает шунтирующее действие для переменного тока. В свою очередь индуктивность является  преградой  для  прохождения переменного тока. Если комбинированный фильтр представить как последовательное соединение отдельных звеньев - простейших фильтров, то общий коэффициент сглаживания равен произведению отдельных коэффициентов:

           

К достоинствам фильтра относится: малые габаритные размеры, малая зависимость коэффициента сглаживания от изменений тока нагрузки (различный характер зависимости S от Iн для реактивных элементов взаимно компенсирует влияние). Недостатки : высокий уровень перенапряжения, возникающего во время переходного процесса и большое время его установления.

Активно- емкостный (R-C) сглаживающий фильтр

Активно- емкостный фильтр используются при малых токах нагрузки, так как с ростом тока уменьшается постоянная цепи разряда T, что увеличивает пульсацию напряжения (из-за большой глубины провала). К достоинствам фильтра можно отнести: отсутствие повышения уровня напряжения или его снижение при переходных процессах. Недостатком фильтра является: воздействие на выпрямитель ( угол отсечки тока меньше 180 градусов), поэтому при использовании такого фильтра с большой величиной емкости необходимо вводить в звено выпрямителя защитные элементы.

Активно-индуктивный (R-L) сглаживающий фильтр

Активно- индуктивный фильтр является габаритным устройством, поэтому для уменьшения его размеров стараются повысить пульсность в звене выпрямителя. Данный фильтр используется при постоянном токе нагрузки в цепях с повышенным током. При возрастании тока нагрузки (Iн) происходит увеличение энергии, накапливаемой в дроселе, при этом увеличивается ЭДС самоиндукции, что препятствует прохождению в нагрузку переменной составляющей тока. При этом улучшаются сглаживающие свойства фильтра.