2.3. Випрямлячі змінного струму.

 Прочитайте і опрацюйте:

Л1, с. 202…225; Л3, с. 177…192, 206…220.

 Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки:

1. Загальні відомості про засоби електроживлення.

Окремі споживачі (радіоелектронні пристрої, пристрої керування та інші) одержують електроенергію не від основних (первинних), а від вторинних джерел електроживлення. Вторинні джерела електроживлення перетворюють рід струму та величину напруги.

За призначенням вторинні джерела електроживлення класифікуються у такий спосіб:

— перетворювачі змінної напруги (трансформатори);

— перетворювачі постійної напруги у змінну;

— перетворювачі постійної напруги однієї величини у постійну напругу іншої величини;

— перетворювачі змінної напруги у постійну — трансформаторно-випрямні блоки.

За принципом дії вторинні джерела бувають

— електромагнітні (динамічні);

— магніто-напівпровідникові (статичні).

Прикладом електромагнітного перетворювача є авіаційний двигун — гене­раторний перетворювач постійної напру­ги 27 В у змінну напругу 36 В, 400 Гц. Він складається з двигуна постійного струму та трифазного генератора, котрі зібрані у спільному корпусі.

Типовим вторинним джерелом електроживлення є трансформаторно-випрямний блок. Він складається із: силового трансформатора; випрямляча; згладжуючого фільтра; стабілізатора напруги.

Силовий трансформатор змінює напругу мережі до потрібної напру­ги, а також створює електричне роз'єднання кола вторинного електроживлення від мережі.

Випрямні пристрої перетворюють синусоїдальну напругу на постійну. Ця напруга має пульсації, що випрямляються фільтрами. Звичайно застосовують стабілізатор напруги, що забезпечує постійну напругу на навантаженні.

2. Випрямлячі.

Для випрямлення однофазного перемінного струму в електронних схемах широко застосовують три типи випрямлячів: однопівперіодний і двопівперіодний містковий і з виводом середньої точки обмотки трансформатора. Схема однопівперіодного випрямляча приведена на рис.2.3.1. Випрямний діод VD включений послідовно з резистором навантаження Rн і вторинною обмоткою трансформатора Тр.

Струм у навантаженні з'являється тільки в ті напівперіоди синусоїдальної напруги, коли потенціал точки а вторинної обмотки трансформатора позитивний стосовно потенціалу крапки б, тому що в цьому режимі діод відкритий. Коли ж потенціал крапки а негативний стосовно потенціалу крапки б, діод закритий і струм у ланцюзі вторинної обмотки трансформатора дорівнює нулю. Таким чином, струм у навантаженні Rн має пульсуючий характер, тобто з'являється тільки в один з напівперіодів напруги U₂. Звідси і назва схеми — однопівперіодний випрямляч. Однопівперіодний в ипрямляч служить для живлення кіл малої потужності і високої напруги.

П еревагою однопівперіодного випрямляча є простота схеми, зокрема наявність тільки одного діода. Недоліком є погане використання трансформатора по потужності, тому що він працює з підмагнічуванням струмом одного напрямку, що приводить до насичення магнітного потоку сердечника, і, як наслідок цього, - високому рівню пульсації.

Перерахованих недоліків позбавлені більш могутні двопівперіодний випрямляч, у якому використовуються обидва півперіоди напруги мережі. Розрізняють два типи двопівперіодних випрямлячів: містковий і з виводом середньої точки вторинної обмотки трансформатора. Найбільш розповсюджений містковий випрямляч (рис. 2.3.2), у якому випрямні діоди VD1—VD4 включені за містковою схемою. До однієї з діагоналей моста підведена змінна напруга, а до іншої - опір навантаження. Протягом першого півперіоду напруги, коли точка а вторинної обмотки трансформатора має позитивний потенціал стосовно потенціалу точки б, діоди VD1, VD3 відкриті, і в навантаженні Rн виникає струм. У цей час діоди VD2, VD4 закриті. В інший півперіод напруги потенціал точки а негативний, діоди VD2, VD4 відкриті, а діоди VD1, VD3 закриті. При цьому в навантаженні Rн струм має той же напрямок, що й у перший півперіод напруги .

Містковий випрямляч має переваги в порівнянні з однопівперіодною схемою. Його середній випрямлений струм і напруга у два рази більше, а коефіцієнт пульсації значно менше ніж у однопівперіодного випрямляча.

Краще використовується і трансформатор у двопівперіодній схемі. Струм у вторинній обмотці кожен півперіод протікає в протилежних напрямках, що усуває підмагнічування. Зміниться і ККД у мостовій схемі, його максимальне значення буде дорівнює η = 81,2 %.

Д вопівперіодний випрямляч з виводом середньої точки вторинної обмотки трансформатора складається з трансформатора Тр, випрямних діодів VD1, VD2 і навантаження Rн (рис.2.3.3). Цей випрямляч можна розглядати як поєднання двох однопівперіодних випрямлячів, включених на навантаження Rн. Напруги на кожній половині вторинної обмотки трансформатора рівні між собою .

В один з півперіодів напруги Uab верхня точка а вторинної обмотки трансформатора має більш високий потенціал, чим середня, і ще більш високий потенціал, чим нижня точка б. При цьому діод VD1 відкритий, а VD2 закритий. Це викликає появу струму у навантаженні Rн. В інший півперіод напруги нижня точка б має більш високий потенціал, чим середня, і ще більш високий потенціал, чим верхня точка а. При цьому струм у навантаженні має той же напрямок, що й у попередньому півперіоді.

Одним з основних недоліків схеми є те, що зворотні напруги на закритих діодах у два рази більші, ніж у містковому випрямлячі.

У верхній і нижній обмотках кожен півперіод струм протікає в протилежних напрямках, що, так само як у містковому випрямлячі, та усуває підмагнічування.