Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Типы выпрямителей

Выпрямители - являются наиболее распространёнными источниками вторичного электропитания, которые преобразуют энергию переменного тока в энергию постоянного тока.

Бывают неуправляемые и управляемые, однофазные и трехфазные. По форме выпрямляемого напряжения бывают однополупериодные и двухполупериодные.

Однополупериодный выпрямитель.

ОВ - применяется как правило в маломощных вторичных источниках. Имеют относительно большой коэффициент пульсации Кп.

Uнср=0,45Uт Iнср=0,45Uт/Rн - прямой ток диода,

Где Uт - действительное значение напряжения на трансформаторе.

Кп=1,57 - коэффициент пульсации.

При проектировании выпрямителя диод выбирают по предельным параметрам Iпрmax?Iн Uобрmax?v2Uт=3,14 Uп.

Преимущество - простота выпрямителя.

Недостаток - большой Кп и малые значения Iн и Uн, кроме того ток Iн является током вторичной обмотки и постоянная составляющая его вызывает подмагничивание сердечника трансформатора, что снижает его КПД и КПД всего выпрямителя.

Двухполупериодный выпрямитель.

По существу данная схема представляет собой сочетание двух однополупериодных выпрямителей, работающих на общую нагрузку Rн.

По числу фаз вторичной обмотки трансформатора схему можно считать двухфазной т.к. напряжения Uт1 и Uт2 подводимые к каждому диоду, равны по величине, но противоположны по фазе.

Через сопротивление нагрузки токи I1 и I2 проходят оба полупериода в одном и том же направлении, создавая на этом сопротивлении выпрямляемое напряжение.

Uн=Rн•Iн Iн=I1+I2 Uнср=0,9Uт Кп=0,67

В положительной полуволне открыт диод VD1 и в цепи течёт ток I1, а во второй полупериод открыт диод VD2 и в цепи течёт ток I2.

Трансформатор в этой схеме не подмагничивается поскольку средняя составляющая тока вторичной обмотки равна нулю.

Предельные параметры диода

выпрямитель переменный ток энергия

Iпрmax?0,5Iн Uобрmax?2v2Uт=3,14Uп.

Достоинство схемы - минимальное падение напряжения на выпрямителе.

Недостаток - повышенное Uобрmax, необходимость осуществления вывода средней точки трансформатора, это усложняет его.

Схему целесообразно применять в мощных низковольтных выпрямителях.

Мостовой двухполупериодный выпрямитель.

В схему входят силовой трансформатор и четыре диода VD1 - VD4, включенные по схеме моста. К одной диагонали моста присоединена вторичная обмотка трансформатора, к другой подключено нагрузочное сопротивление Rн.

В первый полупериод ток проходит через диоды VD1 и VD3, а во второй VD2 и VD4. Направление тока на нагрузке в течении обоих полупериодов остаётся неизменным.

Uн=Rн•Iн Iн=I1+I2 Uнср=0,9Uт Кп=0,67

Предельные параметры диода Iпрmax?0,5Iн Uобрmax?v2Uт=1,57Uп.

В данной схеме к диодам моста приложено Uобрmax в двое меньше чем в предыдущей схеме. Конструкция трансформатора проще, поэтому схема нашла более широкое применение. Недостаток схемы это применение четырёх диодов.

Трёхфазный выпрямитель.

Трёхфазные выпрямительные схемы применяются главным образом для питания потребителей большой мощности. Они равномерно нагружают сеть трёхфазного тока и отличаются высоким коэффициентом использования силового трансформатора.

Трёхфазная схема выпрямителя с нулевым выводом состоит из трёхфазного трансформатора, трёх диодов и нагрузочного сопротивления. Первичная обмотка может быть соединена звездой или треугольником, вторичная - только звездой. Катоды диодов VD1 - VD3 соединены между собой, имеют положительный потенциал по отношению к нагрузке Rн, на нулевой точке трансформатора отрицательный потенциал.

В данной схеме через каждый из диодов проходит ток в течении одной третьей части периода, когда напряжение на фазе трансформатора, в которую включен диод, выше напряжения других фаз.

Iн=Uн/Rн Uнср=1,17Uт Кп=0,25

Предельные параметры диодов

Iпрmax?Iн/3 Uобрmax?2р•Uт/3=2,09Uт=2,1Uп.

Трёхфазная схема выпрямителя с нулевым выводом создаёт равномерную нагрузку на сеть трёхфазного тока, имеет большую частоту и меньшую амплитуду пульсации выпрямляемого тока, чем однофазные схемы, что упрощает конструкцию сглаживающих фильтров. Эти схемы наиболее экономично работают при мощностях не превышающих десятков киловатт.

Ограничители амплитуды

Ограничителями амплитуды называют нелинейные четырёхполюсники, напряжение на выходе которых пропорционально входному напряжению в только определённом диапазоне u_вх, ограниченном заданными пороговыми значениями U_пор1 и U_про2. За пределами пороговых значений U_пор1 и U_про2 выходное напряжение остаётся постоянным при любом изменении входного напряжения и фиксируется на уровнях Е₁ и Е₂, соответствующих U_пор1 и U_про2.

Ограничители с двумя порогами ограничения называются двусторонними. На практике широко используются и ограничители с одним порогом ограничения. Эти ограничители бывают двух типов, а именно ограничители по максимуму и ограничители по минимуму.

Амплитудная характеристика ограничителя по максимуму. Выходное напряжение ограничивается на уровне Е₂ при увеличении входного напряжения до U_про2. Соответственно амплитудная характеристика ограничителя по минимуму. Выходное напряжение ограничивается на уровне Е₁ при увеличении входного напряжения до U_про1.

В качестве нелинейных элементов в ограничителях применяются: полупроводниковые диоды, транзисторы, операционные усилители. Основными требованиями, предъявляемыми к ограничителям, являются: стабильность положения точки передаточной характеристики и уровней ограничения; малые частотные ограничения.

Схемы диодных ограничителей по максимуму, в которых полупроводниковые диоды выполняют роль ключей, подключающих к источнику входного сигнала или отключающих от него цепь нагрузки. Уровень и порог ограничения в схемах задаётся с помощью источника смещения Е₀. Переход схемы из режима передачи в режим ограничения и наоборот происходит при переключении диода.

Работа ограничителей на диодах основана на том, что диод проводит ток, когда потенциал его анода выше потенциала катода на напряжение потенциального барьера ?ц_Ко. Общим является то, что выход связан с источником входного сигнала в том случае когда открыт диод в одностороннем или открыты оба диода в двухстороннем ограничителе. В противном случае нагрузка отключается от источника u_вх, а к ней подключается источник напряжения Е.

Схемы двусторонних диодных ограничителей последовательного и параллельного типов, работающих в качестве формирователей импульсов из синусоидального, а именно для формирования трапециидальных импульсов из синусоидального напряжения.

В схеме диодного ограничителя параллельного типа, уровни и пороги ограничения определяются напряжениями источников смещения Е₁ и Е₂. В диапазоне входных напряжений Е₁ < u_вх < Е₂ оба диода закрыты, и сигнал на выходе пропорционален сигналу на входе.

В схеме диодного ограничителя последовательного типа, в режиме передачи сигнала, оба диода открыты. При ограничении сигнала на уровне Е₁ закрыт диод VD₁, а VD₂ открыт, а на уровне Е₂, наоборот, закрыт диод VD₂, а VD₁ открыт.

Общим недостатком диодных ограничителей является невысокий коэффициент пропорциональности К_пр < 1 при работе их в режиме передачи сигнала.

Uогр = Uвх^max*sin2*f*tф

Когда tф очень мало можно заменить sin2*f*tф её аргументом, тогда

Uогр = Uвх^max*2*f*tф откуда tф = Uогр / 2*Uвх^maxf

При Uогр = const и f = const длительность фронта можно уменьшить увеличив Uвх^max.

Ограничители на транзисторах

Возможно также построение схем ограничителей на транзисторах. В отличие от диодных ограничителей, у которых вход и выход непосредственно связаны между собой, транзисторные ограничители осуществляют разделение управляющей (входной) и управляемой (выходной) цепей, что часто необходимо на практике. Кроме того такие ограничители обладают усилительными свойствами, а следовательно, возможностью получения выходных импульсов с крутыми фронтами из входного sin - го напряжения небольшой амплитуды.

Транзисторный ограничитель может быть выполнен по схеме с ОЭ, ОК и ОБ. Наиболее широко применяется схема с ОЭ, в которой выходное и входное напряжения противофазны. Работа ограничителя определяется исходным положением рабочей точки (точки покоя) транзистора и уровнем входных сигналов.

Iкогр=(Iкн-Iко)/2

Точка покоя транзистора Ро(А) выбирается на отрезке нагрузочной прямой MN так, чтобы MA?AN. Этой точке соответствует коллекторный ток покоя Iок и напряжение на выходе Uокэ.

Как видно из графика, изменение коллекторного тока от точки покоя до границы области насыщения Iк=Iкн и до начала Iк=Iко отсечки одинаковы.

Iк'=Iк»

Ограничение положительного и отрицательно полупериодов входного синусоидального сигнала происходит на одном и том же уровне.

Uвхогр=(Iкн-Iко)•Rб/2h_21Э

Размещено на Allbest.ru