10. Випрямлячі

Простіший випрямляч – це вентиль (елемент з односторонньою провідністю), який ввімкнений між трансформатором та споживачем постійного струму.

Напруга, яка випрямляється U_d, є пульсуючою, тобто може бути виражена сумою постійної складової U₀ та синусоїдних складових зі зростаючою частотою та спадаючою амплітудою:

U_d = U₀ + . (10.1)

Величину пульсації випрямленої напруги характеризує коефіцієнт пульсації

К_п = U_1мах/U₀, (10.2)

де U_1мах – максимальна напруга першої гармонічної складової випрямленої напруги (амплітуда пульсацій).

Найбільш високий коефіцієнт пульсацій має однофазна однонапівперіодна схема випрямлення (рис. 10.1). Менше К_п для однофазної двонапівперіодної схеми з виведенням середньої точки трансформатора (рис. 10.2) та однофазної двонапівперіодної мостової схеми (рис. 10.3).

а) б)

Рис. 10.1. Однофазна однонапівперіодна схема випрямлення (а);

хвильові діаграми (б)

Значно менше пульсацій мають трифазні схеми випрямлення: трифазна з виведенням середньої точки трансформатора (рис. 10.4) та трифазна мостова (схема Ларіонова, рис. 10.5).

а) б)

Рис. 10.2: а) однофазна двонапівперіодна схема з виведенням середньої точки трансформатора; б) хвильові діаграми

Рис. 10.3. Двонапівперіодна мостова схема випрямлення

а)

б)

Рис. 10.4; а) трифазна схема випрямлення в з виводом середньої точки трансформатора; б) хвильові діаграми

а) б)

Рис. 10.5: а) трифазна мостова схема випрямлення; б) хвильові діаграми

Поруч із схемами наведені хвильові діаграми напруг. Головні параметри, які характеризують роботу схем, наведені в табл. 10.1.

Таблиця 10.1

Основні параметри схем випрямлення

Схема	Id/Iv	Uзв мах/Ud	Кп	f1, Гц	Ud/ U
Однофазна однонапівперіодна	1	1,57	1,57	100	0,45
Однофазна з виведенням середньої точки трансформатора	2	3,14	0,667	100	0,9
Однофазна мостова	2	1,57	0,667	100	0,9
Трифазна з нульовим виведенням	3	2,11	0,25	150	1,17
Трифазна мостова	3	1,05	0,057	300	2,34

Для зменшення пульсацій напруги і струму використовують згладжувальні електричні фільтри, які вмикаються між випрямлячем і споживачем. Ефективність дії згладжувального фільтра визначає його коефіцієнт згладжування К_з, який дорівнює відношенню коефіцієнтів пульсації на вході (К_{п вх}) і на виході (К_{п вих}) фільтра:

К_з = К_{п вх}/К_{п вих.} (10.3)

Якщо в схемах, які надані вище, замінити некеровані вентилі (діоди) керованими (тиристорами), то, змінюючи кут керування α, можна регулювати значення вихідної напруги.

U_dα = U_{d .} (10.4)

Залежність U_dα = ƒ(α) називається регулювальною характеристикою випрямляча. Хвильова діаграма найпростішого керованого випрямляча і його регулювальна характеристика показані на рис. 10.6.

а) б

Рис. 10.6: а) електрична схема керованого випрямляча; б) хвильові діаграми

При виборі вентилів необхідно враховувати можливість їх паралельного або послідовного ввімкнення. При цьому діоди вибирають за величиною допустимого струму та класу напруги. Параметри діодів наведені в табл. 10.2. При паралельному підключенні послідовно з кожним діодом вмикають резистор R_д (10 50) Ом. При послідовному з’єднанні кожний діод необхідно шунтувати конденсатором, або резистором. Головні параметри напівпровідникових випрямлячів наведені в додатку 6.

Варіанти електричних схем та чисельні значення до теми

«Випрямлячі»

Увага! Для всіх завдань позначки схем випрямлення: А – однофазна однонапівперіодна; Б – однофазна з виведенням середньої точки трансформатора; В – однофазна мостова; Г – трифазна з нульовим виведенням; Д – трифазна мостова.

Завдання 10.1

Для заданої схеми випрямляча в режимі холостого ходу визначити середнє значення напруги на виході, амплітуду пульсацій випрямленої напруги. Накреслити схему і хвильову діаграму роботи кола.

Відомі параметри до завдання 10.1	Номер варіанта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Uвх, В	127	220	380	36	200	48	36	127	220	380
Схема випрямляча	А	Б	В	Г	Д	А	Б	В	Г	Д

Завдання 10.2

Для заданої схеми випрямлення при заданій напрузі Uвх визначити середнє значення струму через кожний вентиль. Випрямляч працює на активне навантаження з опором R. Згладжувальний електричний фільтр забезпечує необхідний коефіцієнт пульсацій Кп вих. Визначити ефективність фільтра.

Відомі параметри до завдання 10.2	Номер варіанта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Uвх, В	100	220	380	36	48	10	127	200	380	48
R, Ом	10	20	50	40	30	60	10	20	40	50
Схема випрямляча	А	Б	В	Г	Д	А	Б	В	Г	Д
Кп вих	0,05	0,05	0,02	0,01	0,01	0,06	0,01	0,01	0,05	0,02

Завдання 10.3

Для заданої схеми випрямлення при заданій напрузі живлення U і активному опорі навантаження R вибрати стандартні вентилі (див. табл. 10.1). При необхідності передбачити паралельну або послідовну роботу вентилів.

Відомі параметри до завдання 10.3	Номер варіанта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U, В	220	850	660	380	220	400	660	850	380	127
R, Ом	5	200	300	20	250	400	30	20	200	10
Схема випрямляча	А	Б	В	Г	Д	А	Б	В	Г	Д

Завдання 10.4

Для керованого випрямляча напруга живлення U. Визначити в режимі холостого ходу напругу на виході, при куті керування α. Побудувати регулювальну характеристику Udα = ƒ(α); побудувати хвильову діаграму.

Відомі параметри до завдання 10.4	Номер варіанта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U, В	127	220	380	660	200	36	48	220	380	660
α, град.	300	450	600	900	300	450	600	900	370	530
Схема випрямляча	А	Б	В	Г	Д	А	Б	В	Г	Д