Выпрямители

Содержание

 

	Введение	2
1	Выпрямители	3
1.1.	Однополупериодный выпрямитель	4
1.2.	Двухполупериодный выпрямитель  с нулевой точкой	5
1.3.	Мостовая схема выпрямителя	6
1.4.	Схема удвоения напряжения	7
2	Расчет выпрямителя с  удвоением напряжения при автотрансформаторном питании от сетки	8
2.1.	Расчет автотрансформатора.	9
2.2.	Расчет фильтра.	11
	Заключение	15
	Список использованной  литературы	16
	ПриложениеА	17
	ПриложениеБ	18
	ПриложениеВ	19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Высокие технико-экономические  показатели радиоэлектронных устройств  во многом зависят от параметров источников вторичного электропитания.

Наиболее распространенной являются ИВЭ (источники вторичного электропитания), состоящие из источника  переменного напряжения, выпрямителей и стабилизаторов постоянного напряжения. В одних устройствах они используются как стабильные источники питания, обеспечивающие надежность работы, в  других – еще и как источники  эталонного (образцового) напряжения.

Развитие полупроводниковой  техники дало возможность получить простые высокостабильные источники практически любой мощности, точности и небольших габаритов. В качестве таких источников большое распространение получили транзисторные стабилизаторы напряжения, обладающие хорошей экономичностью, малой массой и габаритами. Они позволяют получить питание различных нагрузок (в том числе и импульсного характера),  широкий диапазон стабилизированных напряжений от долей до нескольких сотен вольт, токи нагрузок от нескольких миллиампер до нескольких ампер, низкое внутреннее сопротивление.

Источники питания являются одним из наиболее распространенных узлов современной радиоэлектронной аппаратуры. Качество источников питания  – надёжность, экономичность, эксплуатационные данные,габариты – в значительной мере определяет технические модели устройства в целом.

Постоянное повышение  требований к техническим характеристикам  радиоэлектронных устройств приводит к тому, что и к вторичным  источникам питания предъявляются  всё более жесткие требования.

Напряжение всякого источника  питания, будь то аккумуляторная батарея  или выпрямитель, как правило, нестабильно. Кроме того, изменение тока, выделяемого  радиоэлектронным устройством в  процессе его работы, также ведёт  к изменению напряжения питания, причём эти изменения тем значительнее, чем больше внутреннее сопротивление  источника. Нестабильность питающих напряжений вызывает изменение режимов работы радиоэлектронной аппаратуры. Значительное увеличение питающего напряжения может  вызвать пробой конденсаторов, перегрев компонентов аппаратуры и другие явления, приводящие к выводу её из строя. Таким образом, для питания  современной радиоэлектронной аппаратуры бытового назначения, а особенно электрорадиоизмерительной  и специальной нужно иметь  напряжение повышенной стабильности. Этим обусловлен тот факт, что абсолютное большинство источников питания  радиоэлектронной аппаратуры выполняется  с использованием стабилизаторов напряжения или тока.   

 

 

 

 

1. Выпрямители

Выпрямитель электрического тока – преобразователь электрической  энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический  ток.

Выпрямители могут быть классифицированы по ряду признаков:

-по схеме выпрямления  – однополупериодные, двухполупериодные,  мостовые, с удвоением (умножением) напряжения, многофазные и другие;

-по типу выпрямительного  элемента – ламповые (кенотронные), полупроводниковые, газотронные  и другие;

-по величине выпрямленного  напряжения – низкого напряжения  и высокого;

-по назначению – для  питания анодных цепей, цепей  экранирующих сеток, цепей управляющих  сеток, коллекторных цепей транзисторов, для зарядки аккумуляторов и  др.

Основными характеристиками выпрямителей являются:

-номинальное напряжение  постоянного тока – среднее  значение выпрямленного напряжения, заданное техническими требованиями. Обычно указывается напряжение  до фильтра U₀ и напряжение после фильтра (или отдельных его звеньев U). Определяется значением напряжения, необходимым для питаемых выпрямителем устройств;

-номинальный выпрямленный  ток I₀ – среднее значение выпрямленного тока, т.е. его постоянная составляющая, заданная техническими требованиями. Определяется результирующим током всех цепей питаемых выпрямителем;

-напряжение сети U_сети– напряжение сети переменного тока, питающей выпрямитель. Стандартное значение этого напряжения для бытовой сети – 220 вольт с допускаемыми отклонениями не более 10 %;

-пульсация – переменная  составляющая напряжения или  тока на выходе выпрямителя.  Это качественный показатель  выпрямителя;

-частота пульсаций   – частота наиболее резко выраженной  гармонической составляющей напряжения  или тока на выходе выпрямителя.  Для самой простой – однополупериодной  схемы выпрямителя частота пульсаций  равна частоте питающей сети. Двухполупериодные, мостовые схемы  и схемы удвоения напряжения  дают пульсации, частота которых  равна удвоенной частоте питающей  сети. Многофазные схемы выпрямления  имеют частоту пульсаций, зависящую  от схемы выпрямителя и числа  фаз;

-коэффициент пульсаций  – отношение амплитуды наиболее  резко выраженной гармонической  составляющей напряжения или  тока на выходе выпрямителя  к среднему значению напряжения  или тока. Различают коэффициент  пульсаций на входе фильтра  (p₀ %) и коэффициент пульсаций на выходе фильтра (p %). Допускаемые значения коэффициента пульсаций на выходе фильтра определяются характером нагрузки;

-коэффициент фильтрации (коэффициент сглаживания) – отношение  коэффициента пульсаций на входе  фильтра к коэффициенту пульсаций  на выходе фильтра 

 

 

-для многозвенных фильтров  коэффициент фильтрации равен  произведению коэффициентов фильтрации  отдельных звеньев;

-колебания (нестабильность) напряжения на выходе выпрямителя  – изменение напряжения постоянного  тока относительно номинального.

Выпрямители, применяемые  для однофазной бытовой сети, выполняются  по 4 основным схемам: однополупериодной, двухполупериодной с нулевой  точкой (или просто – двухполупериодной), двухполупериодной мостовой (или  просто – мостовой, реже называется как “схема Греца”), и схема удвоения (умножения) напряжения (схема Латура). Для многофазных промышленных сетей  применяются две разновидности  схем: однополупериодная многофазная  и схема Ларионова.

Чаще всего используются трехфазные схемы выпрямителей.

Основные показатели, характеризующие  схемы выпрямителей могут быть разбиты  на 3 группы:

-относящиеся ко всему  выпрямителю в целом: U₀ – напряжение постоянного тока до фильтра, I₀ – среднее значение выпрямленного тока, p₀ – коэффициент пульсаций на входе фильтра;

-определяющие выбор выпрямительного  элемента (вентиля): U_обр – обратное напряжение (напряжение на выпрямительном элементе (вентиле) в непроводящую часть периода), I_макс – максимальный ток, проходящий через выпрямительный элемент (вентиль) в проводящую часть периода;

-определяющие выбор трансформатора: U₂ – действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора, I₂ – действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора, P_тр – расчетная мощность трансформатора.

1.1. Однополупериодный  выпрямитель

 

 

Рисунок 1 – Принципиальная схема однополупериодного выпрямителя

 

 

Рисунок 2 – Осциллограммы напряжения в различных точках однополупериодного выпрямителя

Как показано на рисунке  2 U₂ – Напряжение на вторичной обмотке трансформатора;

U_н – Напряжение на нагрузке;

U_н0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

Как видно на осциллограммах напряжение с вторичной обмотки  трансформатора проходит через вентиль  на нагрузку только в положительные  полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды  вентиль закрыт, и напряжение в  нагрузку подается только с заряженного  в предыдущий полупериод конденсатора. При отсутствии конденсатора пульсации  выпрямленного напряжения довольно значительны.

Недостатками такой схемы  выпрямления являются: высокий уровень  пульсации выпрямленного напряжения, низкий КПД, значительно больший, чем  в других схемах, вес трансформатора и нерациональное использование  в трансформаторе меди и стали.

Данная схема выпрямителя  применяется крайне редко и только в тех случаях, когда выпрямитель  используется для питания цепей  с низким током потребления.

1.2.Двухполупериодный  выпрямитель с нулевой точкой

 

Рисунок 3 – Принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя

 

 

 

Рисунок 4 – Осциллограммы напряжения в различных точках двухполупериодного выпрямителя

Как показано на рисунке  4 U₂ – Напряжение на одной половине вторичной обмотки трансформатора;

U_н – Напряжение на нагрузке;

U_н0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

В этом выпрямителе используются два вентиля, имеющие общую нагрузку и две одинаковые вторичные обмотки  трансформатора (или одну со средней  точкой).

Практически схема представляет собой два однополупериодных  выпрямителя, имеющих два разных источника и общую нагрузку. В  одном полупериоде переменного  напряжения ток в нагрузку проходит с одной половины вторичной обмотки  через один вентиль, в другом полупериоде  – с другой половины обмотки, через другой вентиль.

Преимущество: эта схема  выпрямителя имеет в 2 раза меньше пульсации по сравнению с однополупериодной  схемой выпрямления. Емкость конденсатора при одинаковом с однополупериодной  схемой коэффициенте пульсаций может  быть в 2 раза меньше.

Недостатки: более сложная  конструкция трансформатора и нерациональное использование в трансформаторе меди и стали.

1.3. Мостовая схема выпрямителя

 

 

 

Рисунок 5– Принципиальная схема мостового выпрямителя

 

 

Рисунок 6 – Осциллограммы напряжения в различных точках мостового выпрямителя

 

Как показано на рисунке  6 U₂ – Напряжение вторичной обмотки трансформатора;

U_н – Напряжение на нагрузке;

U_н0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

Основная особенность  данной схемы – использование  одной обмотки трансформатора при  выпрямлении обоих полупериодов переменного напряжения.

При выпрямлении положительного полупериода переменного напряжения ток проходит по следующей цепи: верхний вывод вторичной обмотки  – вентиль VD₂ – верхний вывод нагрузки – нагрузка – нижний вывод нагрузки – вентиль VD₃ – нижний вывод вторичной обмотки – обмотка.

При выпрямлении отрицательного полупериода переменного напряжения ток проходит по следующей цепи: нижний вывод вторичной обмотки  – вентиль VD₄ – верхний вывод нагрузки – нагрузка – нижний вывод нагрузки – вентиль VD₁ – верхний вывод вторичной обмотки – обмотка.