1. Цель работы

А. Изучить одно- и двухполупериодные ( мостовые) выпрямители переменного тока и основные характеристики схем выпрямления ;

Б. Исследовать влияние сглаживающих фильтров на внешние характеристики выпрямительного устройства.

В. Выполнить расчет коэффициентов пульсации и сглаживания емкостных и индуктивных фильтров для обоснования области их эффективного применения в выпрямительных схемах.

2. Краткая теоретическая часть

2.1 Выпрямительное устройство

Выпрямительное устройство (выпрямитель) - предназначено для преобразования переменного напряжения в постоянное и являются источниками питания двигателей постоянного тока, контрольно-измерительной техники, устройств автоматики и промышленной электроники.

Выпрямительное устройство состоит из силового трансформатора, схемы выпрямления, состоящей из одного или нескольких диодов, и сглаживающего фильтра.

Трансформатор служит для преобразования одного вида напряжения (обычно – промышленная сеть переменного тока) в другое напряжение –пониженное или повышенное того вида ( в данном случае - для обеспечения заданного значения постоянного напряжения ) и гальванической развязки потребителя от сети.

Схема выпрямления (система вентилей, включенных по определенной схеме) преобразует переменный ток в пульсирующий (содержащий постоянную и переменную составляющие).

Фильтр служит для уменьшения (сглаживания) пульсаций выпрямленного напряжения до величины, допустимой для нормальной работы потребителя, т.е. для преобразования пульсирующего напряжения в постоянное.

Рис. 2. Функциональная схема ВУ

2.2 Основные схемы выпрямления переменного тока

Для выпрямления переменного тока с помощью полупроводниковых приборов существует много различных схем.

1, Однополупериодиая схема с активной нагрузкой приведена на рисунке 2.1, где Тр — силовой трансформатор, Д — диод и RH — нагрузка.

Р ис. 2.1 Однополупериодиая схема включения Рис. -2.2 Графики работы однополупериодиой схемы

2. Двухполупериодная схема включения

Р ис. 2.3 Двухполупериодиая схема включения. Рис. -2.4 Графики работы двухполупериодиой схемы

3.Мостовая однофазная схема выпрямления

Рис. 2.5 Мостовая однофазная схема включения.

2.3 Основные характеристики схем выпрямления:

В работе исследуются неуправляемые выпрямительные устройства, выполненные на диодах

Для удобства анализа изменены допущения, что диоды – идеальны, т.е.:

R_пр = 0; R_обр = ∞

а) Коэффициент пульсации. Важнейшей характеристикой (параметром) оценки качества выпрямительной установки (схемы) является коэффициент пульсации.

Коэффициентом пульсаций называется отношение амплитуды k-й гармоники выпрямленного напряжения , (несинусоидальное напряжение может быть представлено в виде гармонического ряда , где коэффициенты ряда Фурье , – постоянная составляющая и амплитуда k-й гармоники выпрямленного напряжения) к среднему значению:

(1)

Обычно коэффициент пульсаций определяется по первой гармонике , так как она имеет наибольшую амплитуду и наименьшую частоту, а ее фильтрация связана с большими техническими трудностями:

(2)

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения определяется схемой выпрямления тока (напряжения)

1.В однополупериодной схеме такой гармоникой является первая (основная) с амплитудой

в ыражение для импульсов напряжения на нагрузке на основании разложения в ряд Фурье:

(3)

Первый член этого ряда — постоянная составляющая, равная , второй — - первая гармоника, имеющая частоту напряжения сети, остальные члены — переменные составляющие более высоких частот с быстро уменьшающейся амплитудой.

Величина пульсаций выпрямленного напряжения характеризуется коэффициентом пульсаций:

(4)

Для однополупериодной схемы амплитуда первой гармоники соответственно равна

Учитывая выражение , запишем коэффициент пульсаций:

(5)

2. В двухполупериодных схемах низшей гармони­кой является вторая и выражение для импульсов напряжения на нагрузке на основании разложения в ряд Фурье можно записать::

₍₆₎ где k = 2, 4, 6, 8...

Токи вентилей складываются, поэтому постоянные составляющие тока и напряжения равны среднему значению полусинусоидальных импульсов и значение выпрямленного тока равно

(7) постоянное напряжение Uo на нагрузке Rn равно

(7а) И соответственно выражение для низшей гармони­ки можно записать:

, (8)

_{Для двухполупериодной схемы коэффициент пульсаций}

(9)

На практике двухполупериодную схему часто используют. Ее недостатками являются: наличие отвода от середины вторичной обмотки трансформатора и неполное использование вторичной обмотки по напряжению. Эти недостатки устранены в мостовой схеме.

3.Мостовая однофазная схема выпрямления приведена на рисунке и частота пульсаций выпрямленного напряжения в мостовой схеме такая же, как и в схеме с нейтральной точкой, поэтому и коэффициент пульсаций такой же

(10)

Мостовая схема является двухполупериодной и выпрямление ха­рактеризуется заметно меньшими пульсациями тока, а потому более широко используется в выпрямительных устройствах.

Практически определяется путем измерения (с помощью осциллографа) и (магнитоэлектрическим вольтметром, показания которого равны среднему значению постоянной составляющей измеряемого напряжения) и в этом случае , а

(11) б) Внешняя характеристика выпрямителя. Вторым важнейшим показателем выпрямительной установки, определяющим ее эксплуата­ционные возможности, является внешняя характеристика выпрямителя

, (12)

т.е. зависимость выходного напряжения от тока наг­рузки.. Поскольку выпрямители используют в качестве вторичных ис­точников (преобразовательной) постоянного тока, то практический интерес имеет внешняя характеристика по постоянному току, т.е.

(13)

где и - соответственно средние значения выходного напряжения выпрямителя и тока нагрузки, изме­ряемые электроизмерительными приборами постоянного тока (например, магнитоэлектрической системы).

На рис.1 приведена внешняя характеристика выпрямителя по постоянному току.

Рис. 2.6. Внешняя характеристика выпрямителя (по постоянному току)

Выходное сопротивление выпрямителя можно определить из внешней характеристики выпрямителя , т. е. :

, (14)

где – изменение напряжения на нагрузке, обусловленное изменением тока .