6. Выпрямители однофазного и трехфазного тока назначение и классификация выпрямителей

Выпрямителями называют электрические схемы, пред­назначенные для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока. Выпрямители являются основными источниками постоянного тока для питания устройств промышленной электроники. Питание электрон­ной аппаратуры чаще всего осуществляется с помощью маломощных выпрямителей, работающих от однофазной сети переменного тока. Для питания мощных промышлен­ных установок используют выпрямители средней и боль­шой мощности, работающие от трехфазной сети.

О бобщенная структурная схема выпрямительного устройства (рис. 8.1) включает силовой трансформатор, вентильную группу, сглаживающий фильтр и нагруз­ку. 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.

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

Приведенная структурная схема в отдельных случаях может не иметь таких элементов, как трансформатор или сглаживающий фильтр, например, в тех редких случаях, когда устройство питается от источника пульсирующего тока. С другой стороны, очень часто в состав выпрямителя входит стабилизатор напряжения или тока, который можно включать на выходе (по постоян­ному току) или на входе (по переменному току).

В соответствии с возможностью регулирования выходного напряжения различают неуправляемые и управляемые выпрямители.

Однофазные выпрямители подразделяют на однополупериодные и двухполупериодные.

В однополупериодных выпрямителях по вторичным обмоткам трансформатора ток проходит только один раз за полный период (полупериод или его часть), в двухполупериодных выпрямителях используются оба полупериода напряжения сети: ток во вторичной обмотке трансформатора проходит дважды за период в противо­положных направлениях.

К основным параметрам выпрямителей относят выходные параметры:

• средние значения выпрямленного напряжения U_d и тока I_d;

• внешнюю характеристику — зависимость напряжения на выходе от тока нагрузки U_d = f(I_d);

• коэффициент полезного действия ;

• допусти­мый коэффициент пульсации К_п.

Коэффициентом пуль­сации называют отношение амплитуды переменной составляющей основной гармоники к среднему значе­нию выпрямленного напряжения К_п = (U_~1 /U_d)100%.

Выходные параметры совместно с напряжением и частотой сети переменного тока определяют парамет­ры основных элементов выпрямителя. Для силового трансформатора к ним относятся действующие значения напряжений и токов отдельных обмоток, определяющие их мощности и мощность трансформатора в целом. Для вентиля основными параметрами являются среднее, дей­ствующее и максимальное значения тока, а также обрат­ное напряжение, приходящееся на вентиль. Для сглажива­ющего фильтра — постоянный ток, проходящий через него, и коэффициент сглаживания — отношение коэф­фициента пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на его выходе.

Выпрямители имеют многочисленные варианты схем. Рассмотрим схемы выпрямителей, наиболее применяемые в промышленной электронике.