9.2 Классификация ивэп

Классификацию ИВЭП выполняют: по принципу действия, назначению, количеству каналов выходного напряжения, виду первичных источников и др.

По принципу действия ИВЭП делятся на две группы: трансформаторные и бестрансформаторные. В трансформаторных ИВЭП напряжение переменного тока силовой сети вначале изменяется по значению при помощи трансформатора, а затем выпрямляется и стабилизируется. В бестрансформаторных ИВЭП переменное напряжение сети вначале выпрямляется, а затем преобразуется в переменное напряжение более высокой частоты. В преобразователе может использоваться высокочастотный трансформатор, поэтому точнее эти источники называть несколько иначе: с трансформаторным или бестрансформаторным входом. Так как преобразователи в таких источниках работают в импульсном режиме, то и ИВЭП такого типа называют импульсными.

По количеству различных выходных напряжений ИВЭП можно разделить на одноканальные и многоканальные. Если в каждом канале используется отдельный стабилизатор выходного напряжения, то говорят, что это многоканальный ИВЭП с индивидуальной стабилизацией. Если же для стабилизации всех выходных напряжений используется выходное напряжение только одного источника (который называется главным или ведущим), то такие источники называются ИВЭП с групповой стабилизацией.

По выходной мощности ИВЭП подразделяют на микромощные (1 Вт), маломощные (от 1 до 100 Вт), средней мощности (от 100 Вт до 1 кВт) и мощные – более 1 кВт.

В зависимости от вида первичного источника электропитания ИВЭП можно разделить на две группы: инверторные и конверторные.

9.3 Выпрямители: классификация и основные параметры

Выпрямители – электрические схемы, предназначенные для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока. Выпрямители являются основными источниками постоянного тока для питания устройств электроники.

Выпрямители классифицируются:

– по количеству выпрямляемых полупериодов: однополупериодные и двухполупериодные;

– по количеству фаз первичного напряжения: однофазные и многофазные;

– по возможности регулирования выходного напряжения: неуправляемые и управляемые;

Обобщенная структура схема выпрямительного устройства (рисунок 9.2) включает силовой трансформатор, вентильную группу, сглаживающий фильтр и нагрузку.

Рисунок 9.2 – Обобщенная структурная схема выпрямительного устройства

С помощью трансформатора производится преобразование входного напряжения, а также электрическое разделение отдельных цепей выпрямителя. Вентили обеспечивают одностороннее прохождение тока в цепи нагрузки, в результате чего переменное напряжение преобразуется в пульсирующее. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения к выходным зажимам выпрямителя подключают сглаживающий фильтр. В выпрямленном напряжении кроме постоянной составляющей присутствует переменная составляющая, которая с помощью сглаживающего фильтра снижается до требуемого уровня, так что напряжение на выходе фильтра имеет очень малые пульсации. Установленный после фильтра стабилизатор постоянного напряжения поддерживает неизменным напряжение на нагрузочном устройстве при изменении значений выпрямленного напряжения или сопротивления нагрузки.

Характер сопротивления нагрузки (активный, емкостный или индуктивный) существенно сказывается на режиме работы всех блоков выпрямителя и должен учитываться при его расчете и конструировании.

В зависимости от условий работы отдельные блоки могут отсутствовать. Например, если напряжение сети соответствует требуемому значению выпрямленного напряжении, то может отсутствовать трансформатор, а в отдельных случаях стабилизатор постоянного напряжения.

Выпрямители характеризуются следующими основными параметрами: средним значением выходного напряжения U_ср, средним значением выходного тока I_ср и коэффициентом пульсаций выходного напряжения ε.

При проектировании выпрямителя применяются параметры, характеризующие его внутренние особенности:

а) действующие значение входного напряжения выпрямителя U_вх;

б) максимальное обратное напряжение U_{обр.макс} на отдельном диоде или вентиле, которые выражают через напряжение U_ср;

в) среднее значение I_д.ср тока отдельного вентиля;

г) максимальное (амплитудное) значение I_{д. макс} тока.

Токи I_д.ср и I_{д. макс} принято выражать через I_ср. Значение U_{обр.макс} используется для выбора вентиля по напряжению. Значения I_д.ср и I_{д. макс} используются для выбора вентиля по току.

В маломощных источниках питания (до нескольких сотен ватт) используют однофазные выпрямители. В мощных источниках целесообразно применять трехфазные выпрямители. Принцип действия выпрямителей будем рассматривать на примере однофазных неуправляемых выпрямителей.

О

VD

днофазный однополупериодный выпрямительявляется простейшим и имеет схему, изображенную на рисунке 9.3, а

а)

б)

Рисунок 9.3 – Схема однофазного однополупериодного выпрямителя

В однополупериодном выпрямителе ток через нагрузку протекает лишь в течение полупериода сетевого напряжения. Такой выпрямитель находит ограниченное применение в маломощных устройствах.

Характерной отрицательной чертой однополупериодного выпрямителя является протекание постоянной составляющей тока во входной цепи. Если выпрямитель питается через трансформатор, как показано на рисунке 6.3,б, то наличие указанной постоянной составляющей тока вызывает подмагничивание сердечника трансформатора, что приводит к необходимости увеличивать его габаритные размеры.

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой представляет собой параллельное соединение двух однополупериодных выпрямителей, когда диоды схемы проводят ток поочередно, каждый в течение полупериода.. Рассматриваемый выпрямитель может использоваться только с трансформатором, имеющим вывод от середины вторичной обмотки (рисунок 9.5,а). Данный выпрямитель характеризуется высокими технико-экономическими показателями и широко используется на практике, а недостатком является большая величина обратного напряжения на диодах.

Рисунок 9.5 – Однофазный двухполупериодный выпрямитель (а),

формы напряжений и токов (б)

Однофазный мостовой выпрямитель (рисунок 9.6,а) – предел совершенства однофазных выпрямителей, которые могут использоваться без трансформатора и где так бы рационально использовались диоды. Диоды в рассматриваемой схеме включаются и выключаются парами. Одна пара – это диоды VD1 и VD2, а другая – VD3 и VD4. К примеру, диоды VD1 и VD2 или оба включены и проводят ток, или оба выключены (рисунок 9.6,б). Мостовой выпрямитель характеризуется высокими технико-экономическими показателями и широко используется на практике, где четыре диода выпрямителя помещают в один корпус.

Рисунок 9.6 – Мостовой выпрямитель (а) и формы напряжений и токов (б)

Трехфазное выпрямление значительно уменьшает пульсации выпрямленного напряжения, которое будет изменяться по кривой, огибающей положительные полуволны фазных напряжений вторичных обмоток трансформатора. Переключение диодов происходит в моменты пересечения положительных синусоид напряжения. В нагрузке токи, проходящие через три диода, суммируются.