Схемотехника выпрямителей напряжения

В электрических приборах может использоваться постоянное или переменное напряжение. Энергию они получают от аккумулятора, батареи или электрической сети. В последнем случае речь идёт о переменном напряжении. Чтобы электроприбор мог его использовать, оно должно иметь строго определённые характеристики. Если же на выходе нужно получить постоянный ток, тогда устанавливается выпрямитель напряжения. Чтобы его правильно выбрать, необходимо знать, какие бывают выпрямители и как они работают.

Что такое выпрямитель

Это устройство на входе получает синусоидальный сигнал и преобразует его в постоянное напряжение нужной величины. Важно понимать, что результат на выходе в большинстве случаев не является ровной прямой линией. Фактически речь идёт о сигнале, который близок к ней. Его получают в результате сглаживания импульсов.

Обычно выпрямление напряжения происходит в два этапа. На первом поступаемый переменный ток преобразуют таким образом, чтобы он приобрел нужную амплитуду. Преобразования осуществляются с помощью трансформатора. На втором этапе происходит выравнивание колебаний напряжения.

Процесс выпрямления основан на явлении односторонней проводимости. При этом ток в одном направлении может проходить, а в другом — нет. Раньше для этого применяли вакуумные приборы или синхронизирующие машины, но сейчас подобные методы не используют. В современных выпрямляющих устройствах устанавливаются полупроводниковые диоды.

Каждое такое устройство состоит из трёх блоков: трансформатора, выпрямителя и схемы для сглаживания (фильтра). Первый предназначен для регулировки уровня выходного напряжения. У него на входе и на выходе используется переменное напряжение. Выпрямитель отсекает отрицательные импульсы, а на выход подаёт только положительные.

Сглаживание обычно выполняется с помощью конденсатора. При повышении напряжения на его обкладках накапливается заряд, а при снижении он снимается с них. Таким образом, резкие изменения сглаживаются, делая выходное напряжение приемлемым для потребляющего оборудования. Сигнал не выравнивается полностью, но становится пригодным по своим параметрам для используемого электричество оборудования. Качество выполненной работы характеризует коэффициент выпрямления. Обычно это отношение прямого тока прибора к обратному. Но такой расчет приемлем для идеального устройства. Так коэффициент выпрямления может достигать нескольких сотен тысяч. Чем он больше, тем лучше выпрямитель делает свою работу.

Выпрямители, основу которых составляют полупроводниковые элементы, классифицируются по таким признакам, как:

Мощность на выходе (повышенной, средней и малой мощности).
Фазность питания (однофазные, трехфазные, многофазные).
Тип управления вентилями (управляемые, неуправляемые).
Вид нагрузки (активная, активно-индуктивная, активно-емкостная).

Выбор схемы прибора зависит от нагрузки и формы потребления тока. При этом нужно учитывать такие параметры выпрямителей, как:

ток;
напряжение;
коэффициент мощности;
пульсация напряжения на выходе;
коэффициент полезного действия.

Принципы работы выпрямителей

В основу работы выпрямительных устройств положено свойство односторонней проводимости элементов. Делать это можно разными способами. Многие пути для промышленного применения отошли в прошлое – например, применение механических синхронных машин или электровакуумных приборов. Сейчас применяются вентили, проводящие ток в одну сторону. Не так давно для мощных выпрямителей применялись ртутные устройства. На сегодняшний момент они практически вытеснены полупроводниковыми (кремниевыми) элементами.

Для чего используется выпрямитель

Для передачи и транспортировки электроэнергии удобно использовать переменный ток. Однако электроприборы часто рассчитаны на применение постоянного тока. С целью преобразования переменного тока в постоянный используются различные схемы выпрямления. В частности, преобразовывающие устройства бывают нужны для:

формирования входного напряжения в высоковольтных силовых установках. Это необходимо, например, для тяговых подстанций, предназначенных для электролиза установок, мощных двигателей постоянного тока.
автоматической регулировки коэффициента усиления. Преобразующее устройство позволяет получить постоянный сигнал, а также информацию о существующем уровне сигнала и определяет требуемый коэффициент усиления.
сглаживания слишком резких и иногда случайных колебаний напряжения. Такое выпрямление входного тока применяется и для бытовых, и для производственных целей. Оно гарантирует, что даже при неполадках в питающей сети будут созданы выходные ток и напряжение, обеспечивающие хорошую и правильную работу оборудования.

Выпрямитель тока также используется с целью детектирования модулированных сигналов. Поскольку в обычной жизни и для решения производственных задач электричества требуется всё больше, подстанции стараются модернизировать, чтобы они действовали эффективнее. Иногда это приводит к различным искажениям поступающего переменного напряжения. В таком случае потребителю выгодно самостоятельно устанавливать и использовать выпрямители, которые также называются стабилизаторами.

Применение диодов

Не следует думать, что диоды применяются лишь как выпрямительные и детекторные приборы. Кроме этого можно выделить еще множество их профессий. ВАХ диодов позволяет использовать их там, где требуется нелинейная обработка аналоговых сигналов. Это преобразователи частоты, логарифмические усилители, детекторы и другие устройства. Диоды в таких устройствах используются либо непосредственно как преобразователь, либо формируют характеристики устройства, будучи включенными в цепь обратной связи. Широкое применение диоды находят в стабилизированных источниках питания, как источники опорного напряжения (стабилитроны), либо как коммутирующие элементы накопительной катушки индуктивности (импульсные стабилизаторы напряжения).

Выпрямительные диоды.

Советуем к прочтению: Реле регулятора напряжения генератора своими руками: схема

С помощью диодов очень просто создать ограничители сигнала: два диода включенные встречно – параллельно служат прекрасной защитой входа усилителя, например, микрофонного, от подачи повышенного уровня сигнала. Кроме перечисленных устройств диоды очень часто используются в коммутаторах сигналов, а также в логических устройствах. Достаточно вспомнить логические операции И, ИЛИ и их сочетания. Одной из разновидностей диодов являются светодиоды. Когда-то они применялись лишь как индикаторы в различных устройствах. Теперь они везде и повсюду от простейших фонариков до телевизоров с LED – подсветкой, не заметить их просто невозможно.

Преимущества применения

Использование выпрямителей пользователями выгодно по следующим причинам:

Устанавливаются требуемые основные параметры выходного напряжения.
Повышается качество поступающего электропитания.
Обеспечивается высокий коэффициент полезного действия оборудования.
Снижается пульсация напряжения.
Выпрямительное устройство можно использовать для однофазной или трехфазной сети в зависимости от его структурной схемы.
Высокая эффективность преобразующих устройств сочетается с компактностью и относительно небольшим весом. В некоторых моделях предусмотрена даже возможность удаленного управления.
Выпрямитель в большинстве случаев имеет незначительное реактивное сопротивление.

Назначение и практическое использование

Область использования моста, набранного из диодов, довольно широка. Это могут быть блоки питания и узлы управления. Он стоит во всех устройствах, питающихся от промышленной сети 220 вольт. Например, телевизоры, приёмники, зарядки, посудомоечные машины, светодиодные лампы.

Советуем к прочтению: Простые схемы для начинающих радиолюбителей

Не обходятся без него и автомобили. После запуска двигателя начинает работать генератор, вырабатывающий переменный ток. Так как бортовая сеть вся питается от постоянного напряжения, ставится выпрямительный мост, через который происходит подача выпрямленного напряжения. Этим же постоянным сигналом происходит и подзарядка аккумуляторной батареи.

Выпрямительное устройство используется для работы сварочного аппарата. Правда, для него применяются мощные устройства, способные выдерживать ток более 200 ампер. Использование в устройствах диодной сборки даёт ряд преимуществ по сравнению с простым диодом. Такое выпрямление позволяет:

увеличить частоту пульсаций, которую затем просто сгладить, используя электролитический конденсатор;
при совместной работе с трансформатором избавиться от тока подмагничивания, что даёт возможность эффективнее использовать габаритную мощность преобразователя;
пропустить большую мощность с меньшим нагревом, тем самым увеличивая коэффициент полезного действия.

Но также стоит отметить и недостаток, из-за которого в некоторых случаях мост не используют. Прежде всего, это двойное падение напряжения, что особенно чувствительно в низковольтных схемах. А также при перегорании части диодов устройство начинает работать в однополупериодном режиме, из-за чего в схему проникают паразитные гармоники, способные вывести из строя чувствительные радиоэлементы.

Блок питания

Ни один современный блок питания не обходится без выпрямительного устройства. Качественные источники изготавливаются с использованием мостовых выпрямителей. Классическая схема состоит всего из трёх частей:

Понижающий трансформатор.
Выпрямительный мост.
Фильтр.

Синусоидальный сигнал с амплитудой 220 вольт подаётся на первичную обмотку трансформатора. Из-за явления электромагнитной индукции во вторичной его обмотке наводится электродвижущая сила, начинает течь ток. В зависимости от вида трансформатора величина напряжения за счёт коэффициента трансформации снижается на определённое значение.

Между выводами вторичной обмотки возникает переменный сигнал с пониженной амплитудой. В соответствии со схемой подключения диодного моста это напряжение подаётся на его вход. Проходя через диодную сборку, переменный сигнал преобразуется в пульсирующий.

Такая форма часто считается неприемлемой, например, для звукотехнической аппаратуры или источников освещения. Поэтому для сглаживания используется конденсатор, подключённый параллельно выходу выпрямителя.

Трёхфазный выпрямитель

На производствах и в местах, где используется трёхфазная сеть, применяют трёхфазный выпрямитель. Состоит он из шести диодов, по одной паре на каждую фазу. Использование такого рода устройства позволяет получить большее значение тока с малой пульсацией. А это, в свою очередь, снижает требования к выходному фильтру.

Наиболее популярными вариантами включения трёхфазных выпрямителей являются схемы Миткевича и Ларионова. При этом одновременно могут использоваться не только шесть диодов, но и 12 или даже 24. Трёхфазные мосты используются в тепловозах, электротранспорте, на буровых вышках, в промышленных установках очистки газов и воды.

Таким образом, использование мостовых выпрямителей позволяет преобразовывать переменный ток в постоянный, которым запитывается вся электронная аппаратура. Самостоятельно сделать диодный мост несложно. При этом его применение позволяет получить не только качественный сигнал, но и повысить надёжность устройства в целом.

Диодное устройство

Когда говорят о преобразовании переменного напряжения в постоянное, то обычно это не означает, что на выходе оно будет выражаться горизонтальной прямой линией. Качество обработки сигналов может быть различным в зависимости от того, какой тип устройства используется и как работает это устройство. Гарантируется только то, что выходное выпрямленное напряжение будет иметь один знак. Наиболее простым способом преобразования является использование цепи, состоящей из диода и нагрузки.

Виды диодных выпрямителей работают следующим образом: на клеммы слева поступает переменное напряжение. Диод пропускает только положительные импульсы. Когда поступают отрицательные, на выходе появляется нулевое значение. В результате создается напряжение одного знака. Графики представлены далее.

Выпрямитель с диодом называется простым, но применяется редко, поскольку имеет очевидные недостатки. Здесь теряется более половины энергии, а выходное напряжение резко изменяется, что для некоторых электрических приборов не приемлемо.

Однополупериодный преобразователь

Ниже приведена типичная схема подобного устройства с минимумом элементов.

Схема: простейший преобразователь

Обозначения:

Tr – трансформатор;
DV- вентиль (диод);
Cf – емкость (играет роль сглаживающего фильтра);
Rn – подключенная нагрузка.

Теперь рассмотрим осциллограмму в контрольных точках U1, U2 и Un.

Осциллограмма, снятая в контрольных точках U1, U2 и Un

Пояснение:

в контрольной точке U1 отображается диаграмма снятая на входе устройства;
U2 – диаграмма перед емкостным сглаживающим фильтром;
Un – осциллограмма на нагрузке.

Временная диаграмма наглядно показывает, что после вентиля (диода) выпрямленное напряжение представляется в виде характерных импульсов, состоящих из положительных полупериодов. Когда происходит такой импульс, накапливается заряд емкостного фильтра, который разряжается во время отрицательного полупериода, это позволяет несколько сгладить пульсации.

Недостатки такой схемы очевидны — это низкий КПД, в следствии высокого уровня пульсаций. Но несмотря на это, устройства такого типа находят свое применение в цепях с низким токопотреблением.

Однополупериодный выпрямитель

Схема выпрямителя с конденсатором также считается одной из наиболее простых. Она выглядит следующим образом:

Как можно увидеть на схеме, выпрямитель переменного электрического тока с конденсатором снабжен еще трансформатором, позволяющим получать нужное напряжение. На этом этапе оно остаётся переменным, но меняет амплитуду. Выпрямительное действие основано на работе диода и конденсатора. На обкладки конденсатора попадают только положительные полупериоды синусоиды, поскольку отрицательные не проходят через диод.

На верхнем графике изображена синусоида напряжения, поступающего в выпрямитель на представленной схеме. На нижнем показано, каким будет это напряжение в результате прохождения через диод.

Заряд на обкладках конденсатора растёт при увеличении напряжения. При его уменьшении до нуля он начинает стекать, компенсируя скачки. На выход поступает постоянное напряжение. В схеме применяют для этой цели электролитический конденсатор с большой емкостью. Считается, что лучшие преобразователи для бытовой аппаратуры должны иметь ёмкость не меньше 2200 микрофарад.

Как организовать двухполярное питание

Сочетая балансную схему и мостовую, можно получить преобразователь, который будет давать на выходе двухполярное питание с общей (нулевой) точкой. Причем, для одного она будет отрицательной, а для другого – положительной. Такие устройства широко применяются в БП для цифровой радиотехнике.

Схема: пример преобразователя с двухполярным выходом

Двухполупериодный выпрямитель

Рассматриваемый выпрямитель — это довольно сложное устройство, в схему которого включен трансформатор с двумя вторичными обмотками. Такой преобразователь позволяет использовать не только положительные полупериоды, но и отрицательные.

Выпрямитель со средней точкой работает следующим образом: входное напряжение изменяется по синусоидальному закону. Во время положительного полупериода выпрямление тока будет происходить с использованием того диода, который расположен в верхней части схемы (В1), а при отрицательном — в нижней части (В2).

На нижнем графике показано, какое напряжение образуется после прохождения диодов. Оно не будет принимать отрицательных значений. Теперь его необходимо сгладить. Это выполняется с помощью мощного конденсатора аналогично тому, как реализовано в однополупериодном выпрямителе. Полупроводниковый двухполупериодный выпрямитель обеспечивает на выходе схемы постоянное напряжение со сглаженным сигналом.

Принцип действия двухполупериодной схемы

Рассмотрим два варианта реализации двухполупериодного преобразователя (выпрямителя): балансный и мостовой. Схема первого показана на рисунке ниже.

Простейший неуправляемый балансный преобразователь на двух диодах с использованием трансформатора со средним выводом

Используемые элементы:

Tr – трансформатор, у которого имеются две одинаковые вторичные обмотки (или одна с отводом по середине);
DV1 и DV2 – вентили (диоды);
Cf – емкостной фильтр;
Rn – сопротивление нагрузки.

Приведем сразу для наглядности осциллограмму в контрольных точках.

Диаграмма прибора балансного типа

U1 – осциллограмма на входе;
U2 – график перед емкостным фильтром;
Un – диаграмма на выходе устройства.

Данная схема — это два совмещенных однополупериодных преобразователя, то есть на два раздельных источника приходится одна общая нагрузка. Результат работы такого устройства наглядно демонстрирует график U2. Из него видно, что в процессе используются оба полупериода, что и дало название этим преобразователям.

Осциллограмма наглядно демонстрирует преимущества такого устройства, а именно, следующие факты:

частота пульсаций на выходе устройства удваивается;
уменьшение «провалов» между импульсами допускает использование меньшей фильтрующей емкости;
двухтактный преобразователь обладает большим КПД, чем однополупериодный.

Теперь рассмотрим мостовой тип, он изображен на рисунке ниже.

Схема: Пример использования диодного моста

Осциллограмма устройства мостового типа практически не отличается от балансного, поэтому приводить ее нет смысла. Основное преимущество такой схемы – нет необходимости использовать более сложный трансформатор.

Видео: Двухполупериодный выпрямительный мост

Преобразователи, где используется полупроводниковый диодный мост, широко применяются как в электротехнике (например, в аппаратах для сварки, где номинальный ток может доходить до 500 ампер), так и радиоэлектронике, в качестве источника для слаботочных цепей.

Заметим, что помимо полупроводниковых можно использовать и вакуумные диоды – кенотроны (ниже показан пример схемы такого устройства).

Схема: преобразователь на двуханодном кенотроне 6Ц4П

Собственно, представленная схема – это классическая реализация балансного преобразователя двухполупериодного типа. На сегодняшний день вакуумные диоды практически не применяются, их заменили полупроводниковые аналоги.

Мостовая схема

Этот электронный популярный выпрямитель относится к категории двухполупериодных. Мостовая схема является одной из наиболее распространённых.

При переменном напряжении направление тока меняется по синусоидальному закону. Это происходит дважды в течение одного цикла. При частоте 50 Герц направление меняется 100 раз за секунду. В результате работы диодного моста на выходе будут получены только положительные импульсы напряжения.

На приведённой схеме показано как через диодный мост проходит ток для каждого полупериода. Он выбирает соответствующий маршрут в зависимости от знака напряжения.

Когда на верхней клемме положительное напряжение, ток проходит на провод, ведущий к положительному выходу постоянного тока, выбирая для этого верхнюю правую ветвь диодного моста. Если напряжение отрицательное, то на указанный провод проходит ток с нижней клеммы. Аналогичным образом работает другая ветвь схемы.

При сборке такого выпрямителя нужно учитывать полярность моста. В противном случае можно подключить конденсатор неправильно, что может привести к его порче. Для этого достаточно запомнить следующее правило. В точке, куда смотрят катоды нужно подключать положительный провод, а в той, где аноды — отрицательный.

На выход с диодного моста напряжение будет поступать в виде последовательности импульсов положительной полярности. При его росте конденсатор заряжается, а при уменьшении — отдает заряд, сглаживая импульсы. В результате на выходе схемы образуется постоянное напряжение.

Преобразователь, состоящий из диодного моста, можно сделать самостоятельно из четырёх радиодеталей или воспользоваться готовым. В последнем случае он является цельным элементом с обозначениями на каждом выходе, необходимыми для правильного подключения.

Как реализовать удвоение напряжения

Ниже представлена схема, позволяющая получить на выходе устройства напряжение, вдвое выше исходного.

Схема с удвоением напряжения

Для такого устройства характерно, что два конденсатора заряжаются в разные полупериоды, а поскольку они расположены последовательно, то, по итогу, на «Rn» суммарное напряжение будет вдвое выше, чем на входе.

В преобразователе с таким умножителем можно применять трансформаторы с меньшим напряжением вторичной обмотки.

Полупериодный трёхфазный выпрямитель

Такие электротехнические устройства принимают сигналы от каждой из трёх фаз и от нуля. Схема выглядит следующим образом:

Дополнительно для сглаживания применяется конденсатор. Подобный метод используется и в однофазном выпрямителе, но в трехфазном сглаживание получается более качественным из-за сдвига фаз относительно друг друга.

Электронные выпрямители и стабилизаторы

Назначение, классификация.

По своим функциональным задачам полупроводниковые устройства можно разделить на три группы: преобразовательные, в том числе выпрямительные; усилительные и импульсные, в том числе логические.

Преобразовательные устройства

осуществляют преобразование напряжения и тока источника энергии в напряжение и ток, необходимые приемнику энергии.
Выпрямительные устройства
служат для преобразования синусоидальных напряжений и токов в постоянные. Обратное преобразование реализуют инверторы, а изменение значений постоянного напряжения и частоты синусоидального тока — преобразователи напряжения и частоты. Преобразовательные устройства широко применяются в электроприводе, устройствах электросварки, электротермии и т. д. В
усилительных устройствах
те или иные параметры сигналов увеличиваются до значений, необходимых для работы исполнительных органов. При помощи
импульсных и логических устройств
создают различные системы управления. Первые обеспечивают необходимую временную программу, а вторые — необходимую логическую программу совместной работы отдельных частей объекта управления.

Отметим, что деление полупроводниковых устройств по их функциональному назначению в известной степени условно. Реальные полупроводниковые устройства часто содержат элементы нескольких групп, а также генераторы синусоидальных колебаний, стабилизаторы напряжения и т. п.

В общем случае структурная схема выпрямительного устройства (рис. 1) содержит трансформатор Т, выпрямитель В, сглаживающий фильтр Ф и стабилизатор выпрямленного напряжения Ст. Трансформатор служит для изменения синусоидального напряжения сети С до необходимого уровня, которое затем выпрямляется. Сглаживающий фильтр уменьшает пульсации выпрямленного напряжения. Стабилизатор поддерживает неизменным напряжение на приемнике П при изменении напряжения сети. Отдельные узлы выпрямительного устройства могут отсутствовать, что зависит от условий работы.

Рис. 1

В дальнейшем вместо термина «выпрямительное устройство» будем пользоваться сокращенным — «выпрямитель». По числу фаз источника выпрямленного синусоидального напряжения различают однофазные и многофазные (чаще трехфазные) выпрямители, по схемотехническому решению — с выводом нулевой точки трансформатора и мостовые, по возможностям регулирования выпрямленного напряжения — неуправляемые и управляемые.

Неуправляемые выпрямители.

В неуправляемых выпрямителях для выпрямления синусоидального напряжения включаются диоды, т. е. неуправляемые вентили, а для сглаживания выпрямленного напряжения — обычно емкостные фильтры.

Для упрощения расчетов примем, что приемник представляет собой резистивный двухполюсник с сопротивлением нагрузки, а диоды — идеальные ключи, т. е. реализуют короткое замыкание цепи для тока в прямом направлении и ее разрыв для тока в обратном направлении.

Однофазные выпрямители: схемы, принцип действия, основные параметры

В однофазном выпрямителе с нулевым выводом трансформатора

приемник подключается к выводу от середины вторичной обмотки трансформатора (рис. 2). Рассмотрим сначала работу выпрямителя без сглаживающего фильтра (ключ К разомкнут). Если в каждой половине вторичной обмотки с числом витков w2 считать положительным то направление тока, при котором соответствующий диод открыт, то ток в каждой половине обмотки и в каждом диоде будет синусоидальным в течение положительного (для этой половины) полупериода и равным нулю в течение отрицательного полу периода (рис. 3 а). В приемнике положительные направления обоих токов совпадают, т.е. (рис. 3 б).

Рис. 2

При идеальном трансформаторе постоянная составляющая тока нагрузки

и его действующее значение

равны значениям соответствующих величин синусоидального тока той же амплитудой.

Рис. 3

Ток в первичной обмотке трансформатора с числом витков w1 синусоидальный

и совпадает по фазе с синусоидальным напряжением сети (рис. 3 в)

Рассмотрим, как изменится работа выпрямителя после включения сглаживающего фильтра (ключ К замкнут). По первому закону Кирхгофа для узла 1 цепи прямой ток диода VD1

или

где

— напряжение на конденсаторе фильтра и ток в нем.

Подставив в это уравнение значение тока i1 = 0, определим момент времени t1 закрывания диода

откуда

Начиная с момента времени t1 напряжение на приемнике будет изменяться по экспоненциальному закону:

как показано на рис. 4 а штриховой линией.

Рис. 4

В момент времени t2 напряжение на конденсаторе и на входе выпрямителя будут равны и откроется диод VD2. Далее процесс в цепи будет периодически повторяться. Происходит периодическая зарядка конденсатора фильтра током от источника энергии и его последующая разрядка на цепь приемника (рис. 4 б).

Включение сглаживающего фильтра увеличивает постоянную составляющую и уменьшает процентное содержание гармонических составляющих в кривой выпрямленного напряжения.

Рис. 5

Зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от среднего значения выпрямленного тока называется внешней характеристикой выпрямителя

. На рис. 5 приведены внешние характеристики однофазного выпрямителя без сглаживающего фильтра (кривая 1) и со сглаживающим фильтром (кривая 2). Уменьшение напряжения при уменьшении сопротивления цепи нагрузки и увеличении выпрямленного тока объясняется увеличением падения напряжения на реальном диоде с нелинейной ВАХ, а во втором случае — также более быстрой разрядкой конденсатора.

Рис. 6

Рис. 7

В однофазной мостовой схеме

выпрямления (рис. 6) четыре диода образуют четыре плеча выпрямительного моста. Одну половину периода два диода в противолежащих плечах моста проводят ток , а другие два диода заперты. Вторую половину периода два других диода проводят ток , а первые два диода заперты (рис. 7 а). Для мостовой схемы справедливы все полученные выше соотношения для выпрямителя с нулевым выводом трансформатора. Ток нагрузки выпрямленный (рис. 7 б), а ток источника синусоидальный (рис. 7 а).

Трехфазные выпрямители: схемы, принцип действия, основные параметры.

Многофазное выпрямление дает возможность значительно уменьшить пульсации выпрямленного напряжения. На рис. 8 показана схема трехфазного выпрямителя с нулевым выводом трансформатора. В каждый данный момент времени ток проводит только тот диод, анод которого соединен с выводом той вторичной обмотки трехфазного трансформатора (а, b или с), напряжение на которой ( , , или ) положительное и наибольшее (рис. 9 а).

Рис. 8

Рис. 9

Для идеального трансформатора токи вторичных обмоток , и представляют собой три последовательности импульсов с периодом повторения , длительностью и амплитудой каждая, сдвинутые относительно друг друга на 1/3 периода (рис. 9 б), токи первичных обмоток равны

, ,

ток нагрузки имеет постоянную составляющую , а выпрямленное напряжение совпадает с огибающей положительных полуволн напряжений вторичных обмоток (рис. 9 в). Заметим, что токи во вторичных и первичных обмотках трансформатора имеют постоянные составляющие и , а магнитный поток в его магнитопроводе переменный.

В трехфазной мостовой схеме

выпрямителя нулевой вывод вторичной обмотки трехфазного трансформатора не нужен, поэтому его вторичные обмотки могут быть соединены как звездой, так и треугольником или, если позволяют условия работы, трехфазный трансформатор может вообще отсутствовать. При отсутствии трехфазного трансформатора выпрямитель подключается к трехфазному источнику, например, как показано на рис. 10. Половина диодов выпрямителя (VD1, VD3 и VD5) образует группу, в которой соединены все катодные выводы, а у второй половины диодов (VD2, VD4 и VD6) соединены все анодные выводы.

Рис. 10

Примем значение потенциала нейтральной точки N трехфазного источника . При этом потенциалы его выводов соответственно равны

;

что показано на рис. 11 а. В каждый данный момент времени работает тот диод первой группы, у которого анодный вывод имеет наибольший положительный потенциал относительно потенциала нейтральной точки N. а вместе с ним — диод второй группы, у которого катодный вывод имеет наибольший по абсолютному значению отрицательный потенциал относительно потенциала этой же точки. Чтобы проследить порядок переключения диодов, разделим один период T работы цепи на шесть равных интервалов времени, как показано на рис. 11 а. В табл. 1 для каждого интервала времени приведены величины с наибольшим положительным потенциалом анодов диодов первой группы и с наибольшим по абсолютному значению отрицательным потенциалом катодов диодов второй группы, а также номера открытых диодов каждой группы. В течение одного периода происходит шесть переключений, т.е. в 2 раза больше числа фаз m=3.

Рис. 11

Таблица 1

Работу выпрямителя иллюстрируют совмещенные по времени кривые токов диодов первой группы i1, i3 и i5 (рис. 11 б) , токов диодов второй группы i2, i4 и i6 (рис. 11 в), тока нагрузки и выпрямленного напряжения (рис. 11 г) и переменные фазные токи трехфазного источника , и (рис. 11 д). Заметим, что максимальное значение выпрямленного напряжения равно амплитуде синусоидального линейного напряжения трехфазного источника , а максимальное значение выпрямленного тока .

Мощность многофазных неуправляемых выпрямителей обычно средняя или большая (от десятков до сотен киловатт и больше при токах до 100 000 А). Мощность однофазных неуправляемых выпрямителей малая или средняя (от единиц до десятков киловатт). Коэффициент полезного действия неуправляемых выпрямителей достигает 98%.

Электрические фильтры.

В цепи периодического несинусоидального тока для различных гармонических составляющих этого тока индуктивные сопротивления катушек и емкостные сопротивления конденсаторов зависят от номера гармонической составляющей.

На зависимости индуктивных и емкостных сопротивлений от частоты основан принцип работы электрических фильтров

— устройств, при помощи которых гармонические составляющие токов и напряжений определенной частоты или в пределах определенной полосы частот значительно уменьшаются.

Сглаживающие фильтры – это устройства, предназначенные для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. В зависимости от назначения электронного блока коэффициент пульсаций напряжения питания не должен превышать определенных величин. Например, для усилительных каскадов Кп не должен превышать 10-2 – 10-4 %, а для автогенераторов – 10-3 – 10-4 %.

Основными элементами сглаживающих фильтров являются конденсаторы, индуктивные катушки, резисторы, транзисторы. Для постоянного тока сопротивление конденсатора стремится к бесконечности, а сопротивление катушки индуктивности очень мало и определяется ее активным сопротивлением. Для количественной оценки действия фильтра вводится коэффициент фильтрации

где — коэффициент пульсации без фильтра, — коэффициент пульсации после фильтра.

Например, для емкостного фильтра .

Сглаживающие фильтры служат для уменьшения процентного содержания на сопротивлении нагрузки гармонических составляющих выпрямленного напряжения или снижения процентного содержания высших гармоник в кривой переменного напряжения.

Физическая сущность работы в фильтре конденсатора и дросселя (катушки) состоит в том, что конденсатор (обычно большой емкости), подключенный параллельно нагрузке, заряжается при нарастании импульсов выпрямленного напряжения и разряжается при их убывании, сглаживая тем самым его пульсации. Дроссель, наоборот, при нарастании импульсов выпрямленного тока в результате действия ЭДС самоиндукции задерживает рост тока, а при убывании импульсов задерживает его убывание, сглаживая пульсации тока в цепи нагрузки. С другой стороны, конденсатор и дроссель можно рассматривать как некие резервуары энергии. Они запасают ее, когда ток в цепи нагрузки превышает среднее значение, и отдают, когда ток стремится уменьшиться ниже среднего значения. Это и приводит к сглаживанию пульсаций.

Рассмотрим работу простейшего сглаживающего фильтра (рис. 12), представляющего собой пассивный линейный четырехполюсник, к выходным выводам которого подключен приемник с сопротивлением нагрузки R2н. Коэффициент передачи напряжения фильтра, цепь которого вместе с приемником представляет собой цепь со смешанным соединением ветвей, равен

Рис. 12

Соответствующая амплитудно-частотная характеристика фильтра

приведена на рис. 13.

Рис. 13

Чем выше частота гармоники напряжения на входе и фильтра, тем меньше ее процентное содержание в напряжении на его выходе и (рис. 14).

Рис. 14

Угловая частота, при которой амплитуда синусоидального напряжения между выводами 2-2’ в раз меньше ее значения при угловой частоте, равной нулю, и постоянной амплитуде между выводами 1-1’, называется граничной угловой частотой

, а диапазон угловых частот —
полосой пропускания
сглаживающего фильтра. Часто вместо угловых частот пользуются соответствующими им циклическими частотами .

Свойствами сглаживающего фильтра обладает и пассивный четырехполюсник (рис. 15 а) с соответствующей ему амплитудно-частотными характеристиками (рис. 15 б) при разомкнутой цепи нагрузки ( ).

Рис. 15

Наиболее распространенными сглаживающими фильтрами в выпрямителях электронных приборов являются П-образные LC-фильтры (рис. 16 а). В них постоянная составляющая выпрямленного тока, свободно проходящая через дроссель Др, попадает затем в нагрузку и замыкается через трансформатор. Переменные составляющие, замыкаясь через большие емкости С1 и С2, в нагрузку не проходят.

При небольших токах нагрузки успешно работает Г-образный фильтр (рис. 16 б), а при малых токах нагрузки в качестве сглаживающего фильтра достаточно включить конденсатор (рис. 16 в), что и делается в переносных радиоприемниках и магнитолах. Во многих случаях дроссель заменяют резистором, что несколько снижает качество фильтрации, но зато значительно удешевляет фильтр (рис. 16 г, д). В наиболее ответственных случаях сглаживающий фильтр делают многозвенным, состоящим из нескольких П-образных или Г-образных LC или RC фильтров (рис. 16 е).

Рис. 16

Резонансные фильтры. В резонансных фильтрах используются явления резонансов напряжений и токов в электрических цепях для выделения или исключения в кривой напряжения на приемнике определенной полосы частот. Соответствующие фильтры называются полосовыми

и
заградительными
.

Рис. 17

На рис. 17 а приведена схема простейшего полосового фильтра

на основе явления резонанса напряжений, а на рис.17 б — его амплитудно-частотная характеристика, найденная по формуле:

Ширина полосы частот , выделяемая фильтром, на уровне тем меньше, чем больше добротность цепи .

Рис. 18

В заградительном фильтре

по схеме на рис. 18 а используется явление резонанса токов. Его амплитудно-частотная характеристика

приведена на рис. 18 б. Ширина полосы частот , заграждаемых фильтром, определяется на уровне .

Комбинации явлений резонансов напряжений и токов в различных ветвях фильтра позволяют создавать полосовые и заградительные фильтры высокого качества.

Избирательные RС-фильтры. Фильтры, содержащие только резисторы и конденсаторы, называются RС-фильтрами

. Отсутствие в них индуктивных элементов делает их привлекательными для реализации в виде интегральных микросхем. Примером полосового RС-фильтра может служить четырехполюсник (рис. 19 а), называемый
мостом Вина
, с коэффициентом передачи напряжения при разомкнутой цепи нагрузки

где и — комплексные сопротивления.

Рис. 19

Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики моста Вина приведены на рис. 19 б. Максимальное значение амплитудно-частотной характеристики равно 1/3 и достигается при угловой частоте

При этом фазочастотная характеристика пересекает ось абсцисс, т.е. .

Рис. 20

Заградительный RС-фильтр можно реализовать при помощи двойного Т-образного моста (рис. 20). При разомкнутой цепи нагрузки минимуму его амплитудно-частотной характеристики соответствует угловая частота .

Возможны и другие схемотехнические решения избирательных RС-фильтров.

Тиристорные выпрямители. Регулировочная характеристика/

Принципы построения управляемых однофазных и многофазных выпрямителей такие же, как и одноименных неуправляемых выпрямителей, но диоды, т. е. неуправляемые вентили, заменяются тиристорами, т. е. управляемыми вентилями. Программа включения последних задается соответствующей последовательностью управляющих импульсов напряжения системы управления.

Рассмотрим работу однофазного управляемого выпрямителя с нулевым выводом трансформатора

(рис. 21). Режим работы выпрямителя в общем случае зависит от значения параметров цепи нагрузки. Наиболее распространены два случая. Схема замещения цепи нагрузки содержит:

1) резистивный элемент с сопротивлением ;

2) последовательное соединение резистивного и индуктивного элементов.

Рис. 21

Примем для упрощения анализа, что трансформатор с числом витков первичной и каждой половины вторичной обмоток — идеальный с напряжениями на половинах вторичной обмотки и (рис. 22 а).

При отсутствии индуктивности цепи нагрузки два плеча выпрямителя работают независимо один от другого (рис. 22 в) как однофазные однополупериодные управляемые выпрямители, последовательности управляющих импульсов напряжения которых, поступающих от системы управления СУ (см. рис. 21), сдвинуты относительно друг друга на половину периода (рис. 22 б). При угле управления ток в первичной обмотке трансформатора не синусоидальный (рис. 22 д), а ток в цепи нагрузки представляет собой последовательность импульсов с длительностью и периодом повторения (рис. 22 г).

Наличие индуктивности цепи нагрузки (рис. 23) изменяет характер процесса в выпрямителе. После открывания тиристора VS1 или VS2 ток в нем и в цепи нагрузки плавно увеличивается и в магнитном поле индуктивного элемента запасается энергия. За счет этой энергии ток в соответствующем тиристоре и в цепи нагрузки не уменьшится до нуля при изменении полярности питающего напряжения. Следовательно, интервалы открытого состояния тиристоров VS1 и VS2 возрастут тем больше, чем больше значение индуктивности . При некотором значении индуктивности ток в цепи нагрузки становится непрерывным, а при — постоянным. Переключение тиристоров при принятых допущениях происходит мгновенно.

Рис. 22

Рис. 23

Рассмотрим работу выпрямителя подробнее, положив, что индуктивность и к моменту времени t=0 тиристор VS1 был закрыт, а тиристор VS2 открыт. Первый после момента времени t=0 импульс управления открывает тиристор VS1 и напряжение между его анодом и катодом становится равным нулю ( ). При значении угла управления (рис. 24 а) напряжение между анодом и катодом ранее проводившего тиристора, как следует из второго закона Кирхгофа для контура 1 цепи (рис. 23), будет иметь отрицательное значение ( ), что приводит к его запиранию. Одновременно положительное напряжение u1 > 0 (рис. 24 а), действующее в контуре 2 цепи, определяет ток в открытом тиристоре VS1 и в цепи нагрузки.

Рис. 24

Через 1/2 периода после включения тиристора VS1 и выключения тиристора VS2 под действием импульса управления (рис. 24 б) откроется тиристор VS2- Напряжение между анодом и катодом тиристора VS1 станет отрицательным ( ) (рис. 24 а) и он запирается. Далее процесс переключения тиристоров периодически повторяется, так что токи в них и представляют собой последовательность прямоугольных импульсов с амплитудой и длительностью Т/2 (рис. 24 в), ток нагрузки постоянный ( ) (рис. 24 г), а ток в первичной обмотке трансформатора получается в виде последовательности импульсов разного знака с амплитудой (рис. 24 д). Его первая гармоника , показанная штриховой линией, отстает по фазе от синусоидального напряжения сети u на угол управления α. Это означает, что индуктивная реактивная мощность выпрямителя отлична от нулевого значения.

При отсутствии естественной индуктивности цепи нагрузки аналогичный режим работы выпрямителя будет при включении последовательно в цепь нагрузки сглаживающего фильтра в виде катушки с индуктивностью .

Регулировочная характеристика выпрямителя по схеме на рис. 21 определяется зависимостью

а выпрямителя по схеме на рис. 23 при — зависимостью

(*)

и приведена на рис. 25 а. Регулировочные характеристики при и ограничивают область расположения регулировочных характеристик для промежуточных значений .

Рис. 25

На рис. 25 б приведены внешние характеристики управляемого однофазного двухполупериодного выпрямителя при различных значениях угла управления с учетом падения напряжения на реальном тиристоре.

Заметим, что вследствие индуктивности рассеяния обмоток реального трансформатора и инерционности процессов включения и выключения тиристоров последние переключаются не мгновенно.

Многофазные управляемые выпрямители имеют, как правило, большую мощность (сотни киловатт и больше) и применяются в электроприводе с машинами постоянного тока, в линиях электропередачи постоянного тока, для работы электролитических ванн и т.д.

Однофазные управляемые выпрямители имеют малую и среднюю мощность (от единиц до десятков киловатт) и применяются в сварочных устройствах, электровибраторах, для зарядки аккумуляторов. В последнем случае аккумулятор включается в цепь нагрузки последовательно со сглаживающим фильтром (рис. 26, где Е и rвт — постоянные ЭДС и внутреннее сопротивление аккумулятора). Если положить, что индуктивность сглаживающего фильтра , то процессы в выпрямителе совпадают с представленными на рис. 24. Изменяя среднее значение выпрямленного напряжения по регулировочной характеристике (*)

можно управлять током зарядки аккумулятора

Рис. 26

Инверторы. Преобразователи частоты. Инверторные источники питания.

Инвертированием называется процесс, обратный выпрямлению, т. е. преобразование постоянного тока в переменный, а инверторами — устройства, реализующие этот процесс.

Различают инверторы, ведомые сетью, и автономные инверторы. Первые служат для передачи энергии в сеть с переменным током заданной частоты, которая и определяет необходимую частоту преобразования. Вторые служат для питания автономных приемников, а частота преобразования задается системой управления инвертором.

Инверторы, ведомые сетью. У однофазного выпрямителя с нулевым выводом трансформатора для зарядки аккумулятора (рис. 26) угол управления 0 < α < 90° (см. рис. 24), постоянные ЭДС Е и ток iн = I0 аккумулятора направлены встречно, что соответствует передаче энергии из сети переменного тока в цепь постоянного тока.

Если увеличить угол управления 90° < α< 180° и изменить направление постоянной ЭДС Е аккумулятора на противоположное, то последний может не потреблять энергию и отдавать ее в сеть переменного тока, т. е. процесс выпрямления сменится на инвертирование.

Рис. 27

Рассмотрим условия возникновения установившегося процесса инвертирования подробнее, сохранив в цепи инвертора (рис. 27) обозначения и направления токов и напряжений, принятые для одноименного выпрямителя (см. рис. 26).

В установившемся режиме ток в ветви с аккумулятором постоянный (iн = I0), так как предполагается, что у сглаживающего фильтра индуктивность . Заметим, что если в выпрямителе сглаживающий фильтр может и отсутствовать (см. рис. 21), то в инверторе он определяет принцип его работы.

Рис. 28

Процесс переключения тиристоров в инверторе аналогичен их переключению в выпрямителе на рис. 24. Примем, что к моменту времени t =0 (рис. 28 а) тиристор VS2 был открыт, а тиристор VS1, закрыт. Последующие переключения тиристоров задаются двумя последовательностями импульсов управления uуп1 и uуп2 с периодом повторения , сдвинутыми относительно друг друга на половину периода Т/2 (рис. 28 б). Первый после момента времени t = 0 импульс управления uуп1 открывает тиристор VS1, и напряжение между его анодом и катодом станет равно нулю uVS1 = 0. Если при этом угол управления α < 180°, то напряжение между анодом и катодом ранее проводившего тиристора, как следует из второго закона Кирхгофа, составленного для контура 1 цепи, будет иметь отрицательное значение ( ), что приведет к его запиранию. Одновременно положительное напряжение u1 + Е > 0, действующее в контуре 2 цепи, определяет ток в открытом тиристоре VS1 и аккумуляторе i1 = iн = I0.

При значении угла управления α > 180° напряжение между анодом и катодом ранее проводившего тиристора VS2 будет иметь положительное значение ( ), и его запирания не произойдет. Это явление называется срывом инвертирования или опрокидыванием инвертора.

Запирание ранее проводившего тиристора под действием обратного напряжения, равного напряжению сети переменного тока, трансформированному на вторичной обмотке трансформатора, определяет название инвертора — ведомый сетью.

Через половину периода после включения тиристора VS1 и выключения тиристора VS2 под действием импульса управления uуп2 откроется тиристор VS2. Одновременно напряжение между анодом и катодом тиристора VS1 станет отрицательным ( ) и он запирается. Далее процесс переключения тиристоров периодически повторяется так, что токи в них представляют собой две последовательности прямоугольных импульсов длительностью Т/2 и амплитудой I0, сдвинутые относительно друг друга на 1/2 периода (рис. 28 в). При этом ток в цепи аккумулятора iн = i1 + i2 = I0 постоянный (рис. 28 г), а в первичной обмотке трансформатора i = w2/w1(i1 -i2) состоит из последовательности импульсов разного знака (рис. 28 г). Напряжение на ветви с последовательным соединением аккумулятора и сглаживающего фильтра равно напряжению на вторичной обмотке трансформатора uн = u1 в интервалах времени, когда тиристор VS1 открыт, а тиристор VS2 закрыт, и uн = u2 в интервалах времени, когда тиристор VS2 открыт, а тиристор VS1 закрыт (рис. 28 д). Переменная составляющая определяет напряжение на сглаживающем фильтре, а его постоянная составляющая — напряжение на аккумуляторе

. (1)

Из этой формулы видно, что ток аккумулятора

имеет положительное значение, если выполняется условие Е + U0 > 0 или с учетом соотношения

. (2)

Это условие и ограничение α < 180° определяют значение угла управления в режиме инвертирования

90° < α < 180°. (*)

При этом напряжение (U0 < 0 и развиваемая аккумулятором мощность имеет положительное значение, а мощность цепи первичной обмотки трансформатора, для вычисления которой надо определить первую гармонику тока (показана на рис. 28 г штриховой линией), — отрицательное значение, т. е. сеть переменного тока является приемником, а аккумулятор — источником энергии.

Если значение угла управления

0 < α < 90°,

то напряжение U0 > 0. В этом случае как мощность, развиваемая аккумулятором, так и мощность первичной цепи трансформатора имеет положительные значения. Энергия, поступающая из сети переменного тока и аккумулятора, преобразуется в тепловую энергию, которая рассеивается во внутреннем сопротивлении последнего.

Работу инвертора ча
⇐ Предыдущая21Следующая ⇒

Многофазные выпрямители

Обычно в электросети бывает однофазное или трёхфазное электричество. Однако в такой отрасли, как электротехника используют и многофазное напряжение. Речь идёт о ситуации, когда количество фаз больше трёх. В этом случае применяются выпрямители, которые называются N-фазными.

С ними работают также, как и с трёхфазными. Практически всегда для этой цели используют мостовые схемы в нужном количестве. Классификация выпрямителей для этого случая предусматривает устройства, раздельные для каждой фазы, объединённые кольцом или звездой, а также последовательные.

Схема диодного моста

Одной из важнейших частей электронных приборов питающихся от сети переменного тока 220 вольт является так называемый диодный мост. Диодный мост – это одно из схемотехнических решений, на основе которого выполняется функция выпрямления переменного тока.

Как известно, для работы большинства приборов требуется не переменный ток, а постоянный. Поэтому возникает необходимость в выпрямлении переменного тока.

Например, в составе блока питания, о котором уже заходила речь на страницах сайта, присутствует однофазный полномостовый выпрямитель – диодный мост. На принципиальной схеме диодный мост изображается следующим образом.

Схема диодного моста

Это так называемый однофазный выпрямительный мост, один из нескольких типов выпрямителей, которые активно применяются в электронике. С его помощью производят двухполупериодное выпрямление переменного тока.

В железе это выглядит следующим образом.

Диодный мост из отдельных диодов S1J37

Схему эту придумал немецкий физик Лео Гретц, поэтому данное схемотехническое решение иногда называют «схема Гретца» или «мост Гретца». В электронике данная схема применяется в настоящее время повсеместно. С появлением дешёвых полупроводниковых диодов эту схему стали применять всё чаще и чаще. Сейчас ею уже никого не удивишь, но в эпоху радиоламп «мост Гретца» игнорировали, поскольку она требовала применения аж 4 ламповых диодов, которые стоили по тем временам довольно дорого.

Расчет мостовой схемы выпрямления

Заданными или известными величинами являются напряжение на нагрузке (Uср.зад, ток через нагрузку Iср, коэффициент пульсации выпрямленного напряжения Kп.зад на выходе, напряжение и частота питающей сети.

Расчетные величины определяются по формулам:

Из справочника выбирается вентиль с допустимым обратным напряжением

Uобр ≥ 1,6Uср.р

и током через вентиль

I’ср ≥ 0,6Iср

Далее рассчитываются электрические величины, характеризующие вторичную обмотку трансформатора:

UII=(1,1÷1,3)Uср.р III = 0,8Iср; PII=UIIIII

С целью получения пологой внешней характеристики, желательно выбирать фильтр, начинающийся с индуктивности.

Коэффициент пульсаций напряжения на входе фильтра

Кп.вх = 0,67.

Коэффициент сглаживания

При токе нагрузки до 200 ма величина емкости звена фильтра не превышает 8—12 мкф. Задавшись емкостью звена фильтра Сф, можно определить индуктивность дросселя фильтра

(208)

Емкость конденсатора C1, шунтирующего дроссель, рассчитывается по формуле

(209)

Конденсатор С1 должен быть рассчитан на рабочее напряжение

Uраб = 4πƒLдрIср

В заключение нужно определить расчетную (габаритную) мощность силового трансформатора, используя формулу

История создания

В 1873 году британским учёным Фредериком Гутри была предложена схема выпрямления, основанная на использовании вакуумных диодов. В следующем, 1874 году, Карл Фердинанд Браун из Германии изобрёл точечный твердотельный выпрямитель.

В 1904 году Джон Флемминг создал качественный ламповый диод, который в дальнейшем служил основой для создания рассматриваемых устройств. Спустя 2 года был придуман кристаллический детектор. В тридцатых годах проводились активные исследования эффектов, которые возникали на границе между кристаллами и металлическими деталями. На их основании в 1939 года было обнаружено явление p-n перехода. Одновременно было раскрыто влияние тех или иных примесей на тип проводимости (электронный или дырочный).

Выпрямительный мост в том виде, в котором он сейчас известен, создан польским электротехником Каролем Поллаком. Позже, но независимо от него, такое же открытие было сделано Лео Гретцем. Иногда в технической литературе используется название, данное в честь последнего — схема Гретца.

В заключение следует сказать, что принцип построения выпрямляющего устройства может использоваться самый разный. Но любой из них обеспечивает на выходе напряжение, которое можно назвать постоянным лишь условно. Выпрямитель выдает однонаправленное пульсирующее напряжение. В большинстве случаев его требуется сглаживать фильтрами.

Использование операционных усилителей

Как известно, у диодов вольтамперная характеристика нелинейная, создавая однофазный прецизионный (высокоточный) выпрямитель двухполупериодного типа на микросхеме ОУ, можно существенно снизить погрешность. Помимо этого, имеется возможность создать преобразователь, позволяющий стабилизировать ток на нагрузке. Пример схемы такого устройства показан ниже.

Схема: простой стабилизатор на операционном усилителе

На рисунке изображен простейший стабилизатор тока. Используемый в нем ОУ — это управляемый по напряжению источник. Такая реализация позволяет добиться, чтобы ток на выходе преобразователя не зависел от потери напряжения на нагрузке Rн и диодном мосту D1-D4.

Если требуется стабилизация напряжения, схему преобразователя можно незначительно усложнить, добавив в нее стабилитрон. Он подключается параллельно сглаживающей емкости.

Сравнение однофазных и трехфазных устройств

При сравнении трехфазных схем выпрямления со однофазными аналогами важно отметить следующие моменты:

первые используются только в силовых сетях 380 Вольт, а вторую разновидность допускается устанавливать и в однофазные и в трехфазные цепи (по одному на каждую из фаз);
выпрямители 380 Вольт позволяют преобразовывать большую мощность и развивать значительные токи в нагрузке;
с другой стороны самостоятельно сделать трехфазный выпрямитель несколько труднее, поскольку он состоит из большего числа комплектующих изделий.

Понять суть работы трехфазного выпрямителя совсем несложно. Для этого потребуется ознакомиться с основами работы вентильных устройств и проанализировать электрическую схему их включения. Знание принципа действия выпрямительных приборов поможет пользователю эффективнее использовать его в повседневной работе.

Источники
Источник — https://amperof.ru/elektropribory/dvuxpoluperiodnyj-vypryamitel.html Источник — https://www.joyta.ru/12295-princip-raboty-odnofaznogo-dvuxpoluperiodnogo-vypryamitelya-so-srednej-tochkoj/ Источник — https://electricalschool.info/electronica/2293-dvuhpoluperiodnyy-vypryamitel-so-sredney-tochkoy.html Источник — https://ikit.edu.sfu-kras.ru/CP_Electronics/pages/mm/1_2/index.html Источник — https://go-radio.ru/vipramiteli.html Источник — https://studfile.net/preview/1802278/page:6/ Источник — https://microtechnics.ru/diodnyj-most-i-dvuhpoluperiodnyj-vypryamitel/ Источник — https://infopedia.su/3x14d.html Источник — https://intellect.icu/dvukhpoluperiodnyj-mostovoj-vypryamitel-skhema-ponyatie-printsip-raboty-284 Источник — https://strojdvor.ru/elektrosnabzhenie/princip-dejstviya-i-sxema-trexfaznogo-mostovogo-vypryamitelya/

Общие характеристики выпрямительных диодов.

В зависимости от значения максимально допустимого прямого тока выпрямительные диоды разделяются на диоды малой

,
средней
и
большой
мощности:

малой мощности

рассчитаны для выпрямления прямого тока до 300mA;
средней мощности
– от 300mA до 10А;
большой мощности
— более 10А.

По типу применяемого материала они делятся на германиевые

и
кремниевые
, но, на сегодняшний день наибольшее применение получили
кремниевые
выпрямительные диоды ввиду своих физических свойств.

Кремниевые диоды, по сравнению с германиевыми, имеют во много раз меньшие обратные токи при одинаковом напряжении, что позволяет получать диоды с очень высокой величиной допустимого обратного напряжения, которое может достигать 1000 – 1500В, тогда как у германиевых диодов оно находится в пределах 100 – 400В.

Работоспособность кремниевых диодов сохраняется при температурах от -60 до +(125 — 150)º С, а германиевых – лишь от -60 до +(70 – 85)º С. Это связано с тем, что при температурах выше 85º С образование электронно-дырочных пар становится столь значительным, что происходит резкое увеличение обратного тока и эффективность работы выпрямителя падает.