1. Однотактные и двухтактные выпрямители - схемы, основные характеристики

Электрический выпрямитель широко применяется как наиболее универсальный преобразователь перемен­ного тока в постоянный.

С

в

г

труктурная СХЕМА:

б

В

ВАХ ДИОДА(ВЕТИЛЯ)

Реальный

1 - идеальный

2 - идеализиро­ванный вентиль с потерями

3- С потерями и порогом выпрямления

действительности в схеме может отсутствовать СФ и СТ но ВБ должен быть обязательно, т.к выпрям­ление происходит за счет вентиля (Диода). Необходимость в фильтре (СФ) вызывается тем, что мгновенная мощ­ность переменного тока пульсирует во времени, а мгновенная мощность постоянного тока неизменна. Сле­дова­тельно, для получения на выходе постоянного тока в вы­прямителе должен быть элемент, запаса­ющий избыток (по отно­шению к среднему значению) мощности в те момен­ты, когда мощ­ность перемен­н ого тока близка к максимуму, и отдаю­щий этот запас в нагрузку в моменты, соответствующие минимуму мгно­венной мощности переменного тока. ВАЖНО! Чем больше число фаз выпрямляемого переменного напряже­ния, тем чаще и с меньшей амплитудой пульсирует мгновенная мощность переменного тока. Поэтому в многофазном выпрями­теле уменьшается как запаса­емая в реактивностях фильтра мощ­ность, так и время, на которое она запаса­ется, что приводит к уменьшению габаритов и массы накопи­тельных элементов. При увеличении частоты перемен­ного напряже­ния со­кращ­ает­ся время, на которое запасается энергия в фильтре, что позво­ля­ет опять-таки сократить размеры и массу фильтра. При боль­шом числе фаз выпрямляемого напряжения можно добиться доста­точ­но качественного выпрямления и без фильтра

Принцип построения Выпрямительных устройств(ВУ) :

ВУ Классифицируются по тактности:

1. Однотактные ВУ.

2. Двухтактные ВУ.

Тактность определяется числом импульсов тока в каждой вторичной

обмотке трансформатора за период.

ВУ Классифицируются по фазности:

2-ух, 3-ех, 6-ти, 18-ти фазные

Фазность определяется числом обмоток трансформатора

Однотактные

Двухтактные

1

И

2

деализация:

1) Считаем Вентиль идеальным r_{v проб} =0

2) Zн=Rн

3

n

)Трансформатор идеальный ( сопротивление обмотки = 0 , I1_xx=0, К_св=1 )

0

0

1 фазный 1 тактный

2 фазный 1 тактный

3 фазный 1 тактный

2. Анализ работы выпрямителя при емкостном характере нагрузки.

Режим работы на резистивно-емкостную нагрузку является наиболее распространенным в маломощных выпрямителях. В этом режиме параллельно сопротивлению нагрузки подключается конденсатор (рис. 1.6, а), что приводит к существенным изменениям форм тока диода и выпрямленного напряжения, а также энергетических соотношений.

Временные диаграммы токов и напряжений в однофазной однотактной — схеме выпрямления с резистивно-емкост-ной нагрузкой (без учета индуктивностей рассеяния трансформатора L_S) в установившемся режиме приведены на рис. 1.6, б.

В этом случае момент возникновения тока диода i_v будет сдвинут по отношению к началу положительной полуволны напряжения u₂ на угол φ₀ < π/2. Ток диода при φ₀ < ωt < ωt_з определится суммой токов конденсатора и на грузки

i_v(ωt) = i_c+i_н ≈ Е_2m*(ωτ_н cos ωt +sin ωt)/R_н, где τ_н = R_нС₁. Для обеспечения малого k_п = Е_mп/U₀ должно выполняться условие ωτ_н >> 1.

Если в первом приближении пренебречь падением напряжения на диоде, то можно принять, что к моменту перехода u₂ через максимум конденсатор С₁ оказывается заряженным до амплитудного значения напряжения на вторичной обмотке, т. е. Е_2m . Начиная с этого момента конденсатор С₁ будет разряжаться на сопротивление нагрузки R_н, а ток i_c изменит направление на обратное. В некоторый момент времени, определяемый углом закрывания ωt_з=φ₀+λ, ток через диод прекратится, а напряжение на нагрузке будет поддерживаться лишь разрядным током конденсатора:

u_н(t) = u_c(t) ≈ Е_2m exp [-(t-t_з)/τ_н]

Угол закрывания диода определяется выражением ωt_з = arctg(-ωτ_н), показывающим, что значения этого угла будут изменяться от π при τ_н → 0 до π/2 при τ_н → ∞. Поскольку для выполнения условия малости коэффициента пульсаций постоянная времени разряда

τ_н = R_нС₁ >> 1/ω, диод останется закрытым к началу следующей положительной полуволны напряжения и откроется в установившемся режиме лишь при выполнении условия:

u₂(ωt) = Е_2m sin φ₀ ≈ Е_2m exp [-(0,75π +φ₀)/τ_н]

Увеличение емкости фильтра С₁ (или постоянной τ_н = R_нС₁ приводит не только к уменьшению коэффициента пульсаций, но и к увеличению постоянной составляющей выпрямленного напряжения. Уменьшение сопротивления нагрузки R_н приводит к уменьшению постоянной времени цепи разряда τ_н, поэтому внешняя характеристика выпрямителя с емкостной нагрузкой крутопадающая, что определяет высокое выходное сопротивление и ограничения при использовании переменной нагрузки

П ри использовании

П-образного фильтра,

представляющего собой каскадное соединение емкостного и Г-образного фильтров, формы тока диода и напряжения на первой емкости фильтра

близки к рассмотренным ранее.

Аналогичные процессы наблюдаются в двухтактной

схеме выпрямителя, а также в других схемах выпрямления (т > 1) с емкостной нагрузкой, при этом отличие заключается лишь в периодичности процессов заряда и разряда конденсатора. Внешние характеристики выпрямителя при использовании различных сглаживающих фильтров представлены на рис.