Лекція 23

Тема: Випрямляючі пристрої

1 Загальні відомості.

2 Приклади схем некерованих випрямлячів.

3 Приклад схеми керованого випрямляча.

1. Випрямляючі пристрої або випрямлячі—це електронні схеми за допомогою яких енергія змінного струму перетворюється в енергію постійного струму. Випрямлячі найчастіше застосовують як джерела живлення електронних схем (підсилювачі генераторів та таке інше). Крім того, випрямлячі застосовують у лініях електропередач постійного струму.

У загальному вигляді випрямлячі будують за наступною структурною схемою (рисунок 23.1).

U_M M

 Uм—змінна напруга мережі і навантаження

Рисунок 23.1—Структурна схема випрямляча

Випрямляч складається з наступних елементів:

1-узгоджуючий трансформатор за допомогою якого напруга мережі узгоджується з тією напругою, на яку розраховані інші елементи схеми.

2-діоди напівпровідникові або лампові. Це обов’язковий елемент, бо на властивостях діоду базується принцип випрямлення.

3-фільтр, за допомогою якого згладжується пульсація випрямленого струму та випрямленої напруги.

Принцип випрямлення полягає у наступному: за допомогою діодів змінний струм перетворюється у пульсуючий з якого потім якимсь чином виділяється постійна складова. Пульсуючий сигнал у тому числі й пульсуючий струм може бути представлені у вигляді наступної нескінченної суми.

І_пульс=Id+I₁m cos wt+I₂m cos 2wt+I₃m cos 3wt+...

де Іd—постійна складова та інше. Це змінні або гармонійні складові.

3. Найпростішою схемою випрямлення є однофазна однонапівперіодна схема випрямлення, яка працює без фільтра (рисунок 23.2)

VD

Т +

І_d

U_м U₂ R_H U_d

Рисунок 23.2—Найпростіша схема випрямлення

Працює схема наступним чином: припустимо, що у перший на півперіод напруга U2 має таку полярність, яка показана на рисунку. У цьому випадку діод ввімкнено у прямому напрямку. Через діод та навантаження проходить струм форма якого визначається формою діючої напруги (рисунок 23.3). У другий на півперіод полярність напруги U2 змінюється на зворотньому при цьому діод вмикається у зворотному напрямку і якщо нехтувати зворотнім струмом діода, то струм у навантаженні буде дорівнювати нулю. Це відображається на часовій діаграмі роботи схеми (рисунок 23.3).

U2

0 t

Id

0 t

Ud

0 t

Рисунок 23.3—Часові діаграми роботи найпростішої схеми випрямлення

Робота будь якої схеми випрямляча визначається характеристикою навантаження, тобто залежністю Ud=f(Id)

У загальному випадку ця характеристика може мати вигляд зображений на рисунку 23.4.

Ud 1

2

0 Id

1-ідеальна характеристика;

2-реальна характеристика.

Рисунок 23.4—Характеристики навантаження випрямляча

Найпростіша схема випрямлення має деякі недоліки, тому найчастіше практично застосовують однофазну мостову схему випрямлення (рисунок 23.5).

Однофазна мостова схема випрямлення (рисунок 23.5).

Id

Ua

Рисунок 23.5—Однофазна мостова схема випрямлення

U₂

0 t

I_d

0 t

U_d

0 t

Рисунок 23.6—Часові діаграми роботи однофазної мостової схеми випрямлення.

3. Використання у схемах випрямлення керуючих вентилів тиристорів дає можливість використання плавного регулювання випрямленої напруги U₀.

На рисунку 23.6—приведена схема найпростішого однофазного, одноперіодного керуючого випрямляча на тиристорі.

а)

Uм

L П 2П 3П 4П wt

б)

Рисунок 23.6—Схема (а); тимчасова діаграма вихідної напруги (б) однофазного, однонапівперіодного керуючого випрямляча

Управління керуючою напругою визначається регулюванням кута зсуву фаз між анодною напругою і напругою, яка подається на керуючий електрод тиристора, це називається кутом управління . Керування ним визначається за допомогою фазообертаючого ланцюга R1R2C. В залежності від R1, змін 090, що дозволяє плавно регулювати випрямлену напругу, це показано на рисунку 23.6 (б) штрихованою.

Недолік керуючого випрямляча з збільшенням  величина U0 зменшується, збільшуються пульсації випрямленої U і зменшується ККД випрямляча.

Цей принцип дії використовується при побудові більш складних схем (2-х періодних, мостових, 3-х фазних), які відрізняються від простої, використанням спеціальних пристроїв керування роботою тиристорів, формою керуючого сигналу. Для тиристорів є прямокутний імпульс малої подовженості, це дозволяє зменшити нагрів керуючого електрода в тиристорі і забезпечити чітке відпирання тиристора. Для створення таких керуючих імпульсів, які поступають на тиристор з заданою послідовністю використовують імпульсно-фазові системи керування.

Схема яка зображена на рисунку 23.5 працює наступним чином: струм тече по каналу “+” VD3 Rн VD2 “-“. У другий на півперіод полярність напруги U2 така, як показано у дужках. У цьому випадку VD1 та VD4 вмикаються у прямому напрямку, VD2=VD3 у зворотному.

Струм тече по каналу (+) VD4 Rн VD1 (-), при цьому напрямок струму у навантаженні не змінюється, це відображається на часовій діаграмі роботи випрямляча (рисунок 23.6). Таким чином, наведена схема—це схема двох напівперіодних, вона є найбільш поширеною однофазною схемою випрямлення.