Перетворювальні пристрої. Випрямлячі.
Випрямлячі - електротехнічні пристрої, призначені для перетворення енергії джерела напруги змінного струму в енергію напруги постійного струму.
Трансформатор призначений для перетворення величини напруги мережі до значення, необхідного для роботи випрямляча. Він також забезпечує електричну розв’язку мережі і навантаження.
Згладжуючий фільтр перетворює випрямлену напругу у постійну. Фільтри виконуються пасивні (на реактивних елементах): конденсаторах, дроселях. Для живлення радіоелектронних пристроїв часто використовують активні фільтри, що будуються на транзисторах.
Стабілізатор напруги підтримує напругу на навантаженні на незмінному рівні при змінах напруги мережі або навантаженні у заданих межах.
(Згладжуючий фільтр, стабілізатор, а іноді й трансформатор можуть не входити до складу випрямляча, коли у них немає необхідності.)
Випрямлячі класифікують за числом фаз - однофазні та багатофазні. За потужністю випрямлячі бувають малої потужності (до 10ОВт), середньої (до 10 кВт) і великої (понад 10 кВт).
Є некеровані випрямлячі (на некерованих вентилях - на діодах) та керовані (наприклад, на тиристорах).
За принципом дії випрямлячі поділяються на однотактні та двотактні.
Однотактними називають випрямлячі, у яких по вторинній обмотці трансформатора струм протікає один раз за період напруги мережі і лише у одному напрямку.
Важливим параметром випрямляча є кратність пульсацій випрямленої напруги м - відношення частоти пульсацій випрямленої напруги до частоти мережі.
Двотактними називають випрямлячі, у яких по вторинній обмотці трансформатора струм за період напруги мережі протікає двічі і у різних напрямках. Кратність пульсацій у двотактних випрямлячів дорівнює подвоєному числу фаз.
Робота випрямляча полягає у тому, що навантаження за допомогою ключів так підмикається до джерела енергії напруги змінного струму, щоб за час кожного півперіоду його напруги струм у навантаженні протікав у одному напрямку. Виходячи з цього, найважливішим вузлом випрямляча є вентильна схема - схема випрямлення.
Експлуатаційні характеристики випрямлячів:
1) Основними експлуатаційними характеристиками є середня напруга на навантаженні Ud та його середній струм Id Опір навантаження становить Rh = Ud / Id, а його потужність Pd = Ud · Id
2) Коефіцієнт пульсацій випрямленої напруги Kn = Um / Ud
3) Зовнішня характеристика Ud = f(Id).
4) Середнє значення струму через вентиль Іа.
5) Амплітудне значення струму через вентиль Іам.
6) Коефіцієнт корисної дії з.
7) Надійність.
Рис. Однополуперіодний випрямляч: графік напруги за часом до випрямлення - одна з можливих схем випрямляча - і графік напруги за часом після випрямлення
Варіант №2
Діоди Шотки.
Діод Шотткі (також правильно Шотки, скорочено ДШ) - напівпровідниковий діод з малим падінням напруги при прямому включенні. Названий на честь німецького фізика Вальтера Шотткі. Діоди Шотткі використовують перехід метал-напівпровідник в якості бар'єру Шотткі (замість pn переходу, як у звичайних діодів). Допустиме зворотна напруга промислово випускаються діодів Шоттки обмежено 250 В (MBR40250 і аналоги), на практиці більшість діодів Шоттки застосовується в низьковольтних ланцюгах при зворотному напрузі порядку одиниць і декількох десятків вольт.
Переваги
1) В той час, як звичайні кремнієві діоди мають пряме падіння напруги близько 0,6-0,7 вольт, застосування діодів Шоттки дозволяє знизити це значення до 0,2-0,4 вольт. Така мала пряме падіння напруги притаманне тільки диодам Шотткі з максимальним зворотною напругою порядку десятків вольт, вище ж падіння напруги стає порівнянним з аналогічним параметром кремнієвих діодів, що обмежує застосування діодів Шоттки.
2) Бар'єр Шотткі (відкрив ньому. Фізик Вальтер Шотткі - Walter Schottky) також має меншу електричну ємність переходу, що дозволяє помітно підвищити робочу частоту. Ця властивість використовується в інтегральних мікросхемах, де діодами Шотткі шунтує переходи транзисторів логічних елементів. У силовій електроніці малий час відновлення дозволяє будувати випрямлячі на частоти в сотні кГц і вище. Наприклад, діод MBR4015 (15 В, 40 А), оптимізований під високочастотне випрямлення, нормований для роботи при dV / dt до 10 кВ / мкс.
Недоліки
1) при короткочасному перевищенні максимального зворотного напруги діод Шотткі необоротно виходить з ладу (КЗ - коротке замикання), на відміну від звичайних кремнієвих pn діодів, які переходять в режим оборотного [1] пробою, і, за умови неперевищення розсіюваною на діоді максимальної потужності після падіння напруги , діод повністю відновлює свої властивості.
2) діоди Шотткі характеризуються підвищеними (щодо звичайних кремнієвих pn діодів) зворотними струмами, зростаючими із зростанням температури кристала. Для 30CPQ150 зворотний струм при максимальному зворотному напрузі змінюється від 0,12 мА при +25 ° C до 6,0 мА при +125 ° C. У низьковольтних діодів в корпусах ТО220 зворотний струм може перевищувати сотні міліампер (MBR4015 - до 600 мА при +125 ° C). При незадовільних умовах теплоотвода у діодів Шоттки може виникнути теплова позитивний зворотний зв'язок, що приводить до теплового пробою його напівпровідникової структури.
Рис.
Умовне позначення діода Шоттки
Рис. Структура детекторного діода Шоттки: 1 - напівпровідникова підкладка; 2 - епітаксійних плівка; 3 - контакт метал - напівпровідник; 4 - металева плівка; 5 - зовнішній контакт
Варіант №3