Презентация на тему :Выпрямители источников питания

переменного тока в напряжение постоянного тока. В общем случае

выпрямитель состоит из трансформатора, полупроводниковых диодов и сглаживающего фильтра.

на его первичной обмотке в необходимое для получения заданной

величины напряжения на входе выпрямителя. Система вентилей (диоды) преобразует напряжение переменного тока в однонаправленное пульсирующее, имеющее в своем составе постоянную составляющую и значительное количество гармонических составляющих .

амплитуда которой определяется схемой выпрямления. Сглаживающий фильтр уменьшает амплитуды

всех гармонических составляющих пульсирующего (выпрямленного) напряжения. Расчет токов и напряжений в отдельных узлах схемы выпрямителя ведется из предположения, что полупроводниковые диоды и трансформатор являются идеальными. Подавая на вход выпрямителя переменное напряжение с периодом T (рисунок 13), на выходе выпрямителя получим пульсирующее напряжение с периодом T/p (в данном случае p=2 - пульсность схемы), состоящее из постоянной составляющей и ряда гармоник с частотами f, 2f, …nf.
Величины напряжений каждой составляющей находятся разложением выпрямленного напряжения в ряд Фурье.

при p=2

пульсаций, равным Tп=T/p или fп=p·f . Амплитуда K- ой

составляющей выпрямленного напряжения равна:
где к = 1,2,…n.




Постоянная составляющая выпрямленного напряжения (среднее значение) равно:


где U2Л - действующее линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

напряжения широко применяют три типа выпрямителей: однополупериодный и два

двухполупериодных
Однополупериодный выпрямитель
Выпрямитель состоит из трансформатора, к вторичной обмотке которого последовательно подсоединены диод Д и нагрузочный резистор Rн.
Для упрощения анализа работы выпрямителей трансформатор и диод считают идеальными, т. е. принимают следующие допущения:
у трансформатора активное сопротивление обмотки, а у диода прямое
сопротивление равно нулю;
обратное сопротивление диода равно бесконечности;
в трансформаторе отсутствуют потоки рассеяния
При таких допущениях с подключением первичной обмотки трансформатора к сети переменного синусоидального напряжения во вторичной обмотке будет наводиться синусоидальная э. д. с.

схемы

В первый полупериод, т. е. в интервале времени 0

- Т/2, диод открыт, так как
потенциал точки а выше потенциала точки б и под действием напряжения в вторичной обмотки трансформатора возникает ток Iн. В интервале времени Т/2 — Т диод закрыт, ток в нагрузочном резисторе отсутствует, а к запертому диоду прикладывается обратное напряжение U2.

и напряжения Iср и Uср.

параметров позволяет сделать вывод о недостатках этого выпрямителя:
большой коэффициент

пульсаций,
малые значения выпрямленных тока и напряжения.
ток имеет постоянную составляющую, которая вызывает подмагничивание сердечника трансформатора, из-за чего уменьшается магнитная проницаемость сердечника, что, в свою очередь, снижает индуктивность обмоток трансформатора. Это приводит к росту тока холостого хода трансформатора, а следовательно, к снижению к.п.д. всего выпрямителя.
Однополупериодный выпрямитель применяют обычно для питания высокоомных нагрузочных устройств (например, электроннолучевых трубок), допускающих повышенную пульсацию; мощность не более 10—15 Вт.

трансформатора
Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой представляет собой параллельное

соединение двух однополупериодных выпрямителей. Рассматриваемый выпрямитель может использоваться только с трансформатором, имеющим вывод от середины вторичной обмотки .Диоды схемы проводят ток поочередно, каждый в течение полупериода

и широко используется на практике.
Достоинствами выпрямителя являются:
Высокая

нагрузочная способность;
Низкая пульсация выпрямленного напряжения.
Недостатками выпрямителя являются:
Необходимость применения трансформатора со средней точкой;
Повышенные требования к диодам по обратному напряжению.

однофазных выпрямителей, которые могут использоваться без трансформатора. Не известна

другая однофазная схема без трансформатора, в которой бы так рационально использовались диоды. Диоды в рассматриваемой схеме включаются и выключаются парами. Одна пара — это диоды D1 и D2, а другая — DЗ и D4. Таким образом, к примеру, диоды D1 и D2 или оба включены и проводят ток, или оба выключены. Основные расчетные соотношения выпрямителя следующие:

средневыпрямленного напряжения на выходе выпрямителя от изменения тока нагрузки.

На рисунке представлена схема замещения выпрямительного устройства в цепи постоянного тока.

3- двухполупериодный с нулевой точкой.

- внутреннее сопротивление

выпрямителя (активное сопротивление потерь), которое включает активные потери в трансформаторе , потери в дросселе сглаживающего фильтра Rф и потери в диодах ( , Uпор). Очевидно, что внешняя характеристика имеет падающий характер. Всегда имеет место

при токе нагрузки отличном от нуля

Активно-индуктивная нагрузка
Рассмотрим на примере однополупериодной схемы выпрямления:
Схема

однополупериодного выпрямителя, работающего на резистивно-индуктивную нагрузку

на резистивно-индуктивную нагрузку

и мгновенной мощности с целью пояснения процессов, протекающих в

схеме выпрямления. На интервале [t1 ;t2 ] положительный потенциал фазы U1 коммутирует диод VD1, при этом в дросселе Lн накапливается реактивная энергия. На интервале [t2 ;t3 ] VD1 остается открытым из-за положительного тока дросселя и энергия дросселя отдается в источник U1 (такой режим называется инверторным). Коммутационная задержка на выключение VD1 уменьшает уровень выпрямляемого напряжения, увеличивая его пульсации. Для исключения влияния индуктивности нагрузки на форму выпрямленного напряжения параллельно к нагрузке включается обратный диод VD2, который обеспечивает сброс реактивной энергии дросселя в нагрузку и тем самым исключает отрицательный выброс выпрямленного напряжения. В двухполупериодной однофазной схеме роль обратного диода играет один из диодов выпрямителя, который включается первым.

При положительной полуволне напряжения U1 ток протекает по контуру:

"+" U1 →VD1→Lн →Rн →VD4→"-" U1. Предположим, что при прохождении напряжения U1 через ноль в момент смены полярности, первым включился диод VD2. Тогда сброс реактивной энергии будет осуществляться через VD4 и включенный VD2. В выпрямленном напряжении не будет присутствовать отрицательного выброс напряжения.

мостового выпрямителя.
На рисунке представлены графические зависимости токов и

напряжений, поясняющие переходные процессы в схеме в момент подключения выпрямителя к источнику U1. На интервале tзар U1 >Uc и при этом происходит заряд емкости C сглаживающего фильтра через внутреннее сопротивление выпрямительного звена. При этом появляется большой импульсный ток, значения которого в 20…40 раз выше установившегося значения средневыпрямленного тока вентиля. Особенно это выражено в источниках питания с бестрансформаторным входом. Для ограничения этого тока вводят резисторы, терморезисторы или резисторы, шунтированные управляемыми ключами, выполненные на симисторах, тиристорах или динисторах. Ключи позволяют с учетом времени установления переходного процесса производить ограничение тока только в момент пуска источника питания, следовательно, повышаются КПД и надежность выпрямителя.
На интервале tраз , когда напряжение на емкости уравнивается с напряжением источника, конденсатор разряжается на нагрузку. С увеличением тока нагрузки увеличивается уровень пульсации выпрямленного напряжения из-за уменьшения постоянной цепи разряда tраз =Rн С.

выпрямителя используют метод Терентьева - метод номограмм. Он основан

на расчете вспомогательных коэффициентов зависящих от угла протекания тока через вентиль. Вводят коэффициент А=f(Q), где Q - угол протекания тока через вентиль. Для различных схем выпрямителей приводятся номограммы, которые получены
экспериментальным путем для различных мощностей и схем выпрямителей. Для расчета параметров Uобр , Iаср , Iад , U2 , I2 вводят вспомогательные коэффициенты: В, С, D, F=f(A). Расчет схемы выпрямителя проводят в два этапа Исходные данные: U0 и I0 — выпрямленные напряжение и ток, требуемые для питания нагрузки. Пульсация выпрямленного напряжения

вентиля.