Лекция 17. Выпрямители И СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Виды выпрямителей и их характеристики. Выпрямителем называется устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное [1,2,3,5,9,10,12,13,14]. Основное назначение выпрямителя заключается в сохранении направления тока в нагрузке при изменении полярности приложенного напряжения. Выпрямитель можно рассматривать как один из типов инверторов напряжения. Обоб-щенная структурная схема выпрямителя приведена на рис.17.1. В состав выпрямителя могут входить: силовой трансформатор СТ, вентильный блок ВБ, фильтрующее устройство ФУ и стабилизатор напряжения СН. Трансформатор СТ выполняет следующие функции: преобразует значение напряжения сети, обеспечивает гальваническую изоляцию нагрузки от силовой сети, преобразует количество
Рис.17.1. Обобщенная структурная схема выпрямителя
фаз силовой сети. В импульсных источниках питания трансформатор обычно отсутствует, так как его функции выполняет высокочастотный инвертор.
Вентильный блок ВБ является основным звеном выпрямителя, обеспечивая однонаправленное протекание тока в нагрузке. В качестве вентилей могут использоваться электровакуумные, газоразрядные или полупроводниковые приборы, обладающие односторонней электропроводностью, например, диоды, тиристоры, транзисторы и др. Идеальные вентильные элементы должны пропускать ток только в одном (прямом) направлении и совсем не пропускать его в другом (обратном) направлении. Реальные вентильные элементы отличаются от идеальных прежде всего тем, что они пропускают некоторый ток в обратном направлении и имеют падение напряжения при протекании прямого тока. Это сказывается на снижении КПД вентильного блока и снижении эффективности выпрямителя в целом.
Фильтрующее устройство ФУ используется для ослабления пульсаций выходного напряжения. В качестве фильтрующего устройства обычно используются фильтры нижних частот (ФНЧ), выполненные на пассивных R, L, С элементах или, иногда, с применением активных элементов — транзисторов, операционных усилителей и пр. Качество ФУ оценивают по его способности увеличивать коэффициент фильтрации q, равный отношению коэффициентов пульсации на входе и выходе фильтра.
Стабилизатор напряжения СН предназначен для уменьшения влияния внешних воздействий: изменения напряжения питающей сети, температуры окружающей среды, изменения нагрузки и др., — на выходное напряжение выпрямителя. Стабилизатор напряжения можно установить не только на выходе выпрямителя, но и на его входе. Если к стабильности выходного напряжения не предъявляется особых требований, то стабилизатор может быть или совсем исключен или его функции переданы другим узлам. Например, в импульсных источниках питания функции стабилизатора может выполнять регулируемый инвертор (РИ) или регулируемый вентильный блок.
Кроме основных узлов в состав выпрямителя могут входить различные вспомогательные элементы и узлы, предназначенные для повышения его надежности: узлы контроля и автоматики, узлы защиты и др., например, узлы автоматического переключения напряжения питающей сети 110-220 В.
Классификация выпрямителей. Для классификации выпрямителей используют различные признаки: количество выпрямленных полуволн (полупериодов) напряжения, число фаз силовой сети, схему вентильного блока, тип сглаживающего фильтра, наличие трансформатора и др.
По количеству выпрямленных полуволн различают однополупериодные и двухполупериодные выпрямители. По числу фаз питающего напряжения различают однофазные, двухфазные, трехфазные и шестифазные выпрямители. При этом под числом фаз питающего напряжения понимают число питающих напряжений с отличными друг от друга начальными фазами. Так, например, если для работы выпрямителя требуется одно-единственное питающее напряжение, то такой выпрямитель будет однофазным. Если же для работы выпрямителя требуются два питающих напряжения, сдвинутых друг относительно друга на какой-либо угол (чаще всего на 180°), то такой выпрямитель называют двухфазным. Аналогично, если для работы выпрямителя требуются три питающих напряжения, сдвинутые друг относительно друга на угол, равный 120°, то такой выпрямитель называют трехфазным. Шестифазные выпрямители состоят из двух групп трехфазных выпрямителей, питаемых противофазными напряжениями трехфазной сети.
По схеме вентильного блока различают выпрямители с параллельным, последовательным и мостовым включением однофазных выпрямителей. Схемы таких выпрямителей приведены на рис.17.2.
Однофазный однополупериодный выпрямитель, схема которого приведена на рис.17.2,a, является простейшим.
Такой выпрямитель пропускает на выход только одну полуволну питающего напряжения, как показано на рис.17.3а. Такие выпрямители находят ограниченное применение в маломощных устройствах, так как они характеризуются плохим использованием трансформатора и сглаживающего фильтра.
Двухфазный двухполупериодный выпрямитель, приведенный на рис.17.2,б, представляет собой параллельное соединение двух одно-
фазных выпрямителей, питаемых от двух половин вторичной обмотки и . С помощью этих полуобмоток создаются два противофаз-
Рис.17.2. Схемы выпрямителей, питаемых от однофазной сети: однополупериодный (а), двухфазный двухполупериодный (б), однофазный мостовой (в) и однофазный с последовательным включением (схема удвоения) (г) |
ных питающих выпрямитель напряжения. Форма выходного напряжения такого выпрямителя приведена на рис.17.3,б. Этот выпрямитель характеризуется лучшим использованием трансформатора и фильтра. Его часто называют выпрямителем со средней точкой вторичной обмотки трансформатора.
Рис.17.3. Формы напряжений на входе и выходе выпрямителей, питаемых от однофазной сети, при резистивной нагрузке без фильтра: однополупериодного (а) и двухполупериодного (б)
Однофазный мостовой выпрямитель (рис.17.2,в) является двухполупериодным выпрямителем, питаемым от однофазной сети. В отличие от предыдущей схемы его можно использовать для выпрямления напряжения сети и без трансформатора. К его недостаткам относится удвоенное число выпрямительных диодов, однако трансформа-тор в таком выпрямителе используется наиболее полно, так как нет подмагничивания магнитопровода постоянным током, и ток во вторичной обмотке протекает в течение обоих полупериодов. Из-за увеличенного падения напряжения на выпрямительных диодах такие выпрямители редко используются при выпрямлении низких напряжений (меньше 5 В).
Однофазный выпрямитель с удвоением напряжения (рис.17.2,г) представляет собой последовательное соединение двух однофазных однополупериодных выпрямителей. В первом полупериоде при положительном напряжении на аноде диода VD1 заряжается конденсатор , а во втором полупериоде проводит диод VD2 и конденсатор заряжается напряжением противоположной полярности. Так как эти конденсаторы включены последовательно, то выходное напряжение почти удваивается. Конденсаторы и могут использоваться как элементы фильтра. Трансформатор в этой схеме используется так же полно, как и в мостовой. Эту схему можно получить из мостовой схемы, изображенной на рис.17.2,в, если заменить диоды VD3 и VD4 конденсаторами и . В связи с этим такой выпрямитель часто называют полумостовым. К достоинствам схемы можно отнести уменьшение вдвое выходного напряжения трансформатора, а к недостаткам наличие двух конденсаторов и .
Схемы трехфазных выпрямителей, получивших наиболее широкое распространение в ИВЭП, приведены на рис.17.4. Первичные обмотки трансформаторов Тр могут включаться по схеме звезды или треугольника, а вторичные обмотки включены по схеме звезды. На рис.17.4,а приведена схема трехфазного выпрямителя с отводом от нулевой точки 0′ вторичных обмоток. На рис.17.5,а приведены временные диаграммы напряжений и токов для этой схемы при резистивной нагрузке без фильтра. Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения составляет , в то время как для двухполупериодного однофазного выпрямителя он составляет 67%, при этом частота пульсаций в три раза выше частоты питающей сети.
Рис.17.4. Схема трехфазного выпрямителя с отводом от нулевой точки (а)
и мостового трехфазного выпрямителя (б)
Все это значительно облегчает фильтрацию выпрямленного напряжения, а в ряде случаев позволяет вообще обойтись без фильтра.
К недостаткам схемы относится плохое использование трансформатора, работающий с подмагничиванием постоянным током, и повышенное обратное напряжение на выпрямительных диодах.
Мостовая схема трехфазного выпрямителя (схема Ларионова) приведена на рис.17.4,б. В этой схеме включены 6 диодов, которые выпрямляют как положительные, так и отрицательные полуволны трехфазного напряжения. При этом в любой произвольный момент времени ток проводят два диода, у которых на аноде наибольшее по-
ложительное напряжение, а на катоде — наибольшее отрицательное. Графики токов и напряжений для трехфазной мостовой схемы приведены на рис.17.5,б. К достоинствам схемы Ларионова относятся: отсутствие подмагничивания сердечника трансформатора постоянным током, вдвое меньшее (по сравнению с предыдущей схемой) обратное напряжение, малый коэффициент пульсаций (равный 5,7%) и вдвое увеличенная частота пульсаций . Все это позволяет во многих случаях не использовать выходной фильтр.
Рис.17.5. Формы напряжений и токов в трехфазном выпрямителе с нуле-
вой точкой (а) и в трехфазном мостовом выпрямителе (б)
Для сравнения рассмотренных схем выпрямителей в табл.17.1 приведены их основные параметры при работе на резистивную нагрузку без фильтра. В этой таблице приняты следующие обозначения основных характеристик: — коэффициент транс-
формации, -действующее значение напряжения на первичной обмотке, — действующее значение напряжения на вторичной обмотке, w1 и w2 — число витков первичной и вторичной обмоток соответственно, — расчетное значение напряжения на нагрузке, — число последовательно включенных диодов, — среднее
Источник
Что такое выпрямитель (нормализатор) напряжения
Нормализатор, регулятор, выпрямитель – это синонимы слова стабилизатор, если мы говорим про нестабильное напряжения в сети. Бытует мнение что они выполняют разные функции, но это не так. Точное название – стабилизатор напряжения , но правильно называть и выпрямитель, нормализатор и регулятор, как Вам по душе. Все они относятся к аппаратам которые созданы для защиты электротехнического оборудования от скачков вольтажа в сети.
Для чего нужен выпрямитель напряжения?
К сожалению, электросети в Украине находятся в плачевном состоянии, так как монтировались еще во времена Советского Союза. С развитием населения и потребностях в бытовой, промышленной аппаратуре, нагрузка на электролинии растет и в большинстве случаев наблюдаются широкие перепады напряжения. Особенно это заметно в загородной местности и иногда заметно в мегаполисах. Для того чтобы спасти дорогостоящую технику — понадобиться выпрямитель напряжения.
На рынке Украины представлен широкий ассортимент стабилизаторов вольтажа, как отечественного так и зарубежного производства. Чаще всего завозятся Китайские регуляторы, из достоинств которых можно выделить только цену. Поэтому мы рекомендуем приобретать продукцию украинского производства, она обладает отличными характеристиками стабилизации, высоким качеством и длительным ресурсом эксплуатации (до 20 лет).
Выпрямители по типу:
На сегодняшний день можно выделить три основных типа :
Симисторные стабилизаторы . Не имеют в составе механических запчастей. Стабилизации происходит с помощью автотрансформатора, микропроцессора и симисторных ключей. Производятся в основном в Украине. Самые популярные модели, так как сохраняют работоспособность на протяжении 20 лет. Также быстро реагируют на изменение характеристик сети. Имеют высокую стоимость. Подключаются с помощью клемм в разрыве фазы, после счетчика. Считаются бытовой электроаппаратурой, поэтому не нуждаются в согласовании с энергокомпаниями. Рассчитаны на круглосуточную работу.
Релейные. Принципе действия основан на переключении обмоток (ступеней) трансформатора с помощью реле. Регуляторы эконом класса. Так как нуждаются в обслуживании из-за выхода из строя реле. Применяются для холодильников, стиральных машинок, котлов. Включаются непосредственно в розетку с помощью вилки.
Сервоприводные. В основном завозятся из Китая, но встречаются и качественные европейские выпрямители. Выдают высокую точность на выходе. Графитовая щетка переключает ступени автотрансформатора. Применяются как для отдельной техники так и для всего помещения, дома, квартиры.
Для того чтобы выбрать выпрямитель напряжения – нужно определить параметры вольтажа в сети с помощью вольтметра, так как стабилизаторы производятся с разными входящими параметрами. Далее нужно подсчитать необходимую мощность и не забыть прибавить двадцати процентный запас (рекомендуется производителем для долгой и бесперебойной работы). И конечно нужно не забыть про точность выпрямителя. Чем больше ступеней в устройстве – тем меньше погрешность на выходе. Если у Вас трехфазная сеть — необходимо устанавливать трехфазное устройство, правда в большинстве случаев можно обойтись тремя однофазными моделями.
Среди лидеров продаж продукции можно выделить следующих производителей : стабилизаторы Укртехнология , стабилизаторы Элекс , Volter , Прочан, Струм, LVT .
Наша компания специализируется на продаже оборудования данной тематики. Специалисты интернет-магазина могут ответить на все Ваши вопросы, звоните!
Источник