ПРЕЗЕНТАЦИЯ НА ТЕМУ: ВЫПРЯМИТЕЛИ. ПОНЯТИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ, ВИДЫ.

-Это преобразователь электрической энергии. -Это полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток. Большинство выпрямителей создают непостоянный, а пульсирующий ток для сглаживания пульсации применяют фильтры. Устройство, выполняющее обратную функцию – преобразование постоянного тока в переменный – инвертор. Из-за принципа обратимости электрических машин выпрямитель и инвертор являются двумя разновидностями одной и той же электрической машины. Выпрямители классифицируют: по виду переключателя выпрямляемого тока. Механические, синхронные, контакты с контактным переключателем (с выпрямителем) тока. Механические синхронные с щёточно-комплектарным коммуникатором тока. С электронной управляемой коммутацией тока (например, тиристорные.)

Электронные и синхронные (например, транзисторные) – как разновидность выпрямителей с управляемой коммутацией; С электронной пассивной коммутацией тока (например, диодные); По мощности бывают: 1)силовые выпрямители. 2) Выпрямители сигнала По степени использования полупериодов переменного напряжения. 1)Однополупериодные – пропускают в нагрузку только одну полуволну. 2)Двухполупериодные – пропускают в нагрузку обе полуволны. 3)Неполноволновые - неполностью используют синусоидальные полуволны. 4)Полуволновые – полностью используют синусоидальные полуволны.

По схеме выпрямления: мостовые с умножением напряжения трансформаторы с гальванической развязкой и бестрансформаторные. По количеству используемых фаз – однофазную, двухфазную, трёхфазные и др. По типу электрического вентиля: полупроводниковые, диодные, полупроводниковые тиристорные, ламповые диодные (кенотронные) газотронные, электрохимические. По управляемости – неуправляемые (диодные) управляемые (тиристорные). По количеству каналов – одноканальные, многоканальные. По величине выпрямляемого напряжения – низковольтные (до 100 В), средневольтные (от 100 до 1000 В), высоковольтные (свыше 100 В). По значению – сварочные, для питания микроэлектронной схемы, для питания ламповых анодных цепей, для гальваники. По степени полноты мостов – полно мостовые, полумостовые и четверть мостовые. По наличию устройств стабилизации – стабилизированные, нестабилизированные.

По управлению выходными параметрами – регулированные и неурегулированные. По индикации выходных параметров – без индикации, с индикацией (аналоговый, цифровой). По способу соединения – параллельные последовательные, параллельно – последовательные. По способу объединения – раздельные, объединенные звёздами, объединенные кольцами. По частоте выпрямляемого тока – низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные. Применение Выпрямление электрического тока Выпрямители используются там, где нужно преобразовать переменный ток в постоянный. Приемником электроэнергии с нелинейными характеристиками является всевозможные преобразовательные установки, использующая различные вентили. Сюда относятся выпрямительные установки для: железнодорожной тяги, городского электротранспорта, электролиза (производство алюминия, хлора). Питание привода прокатных станков. Возбуждение генераторов электростанции.

В качестве вентилей до последнего времени использовались ртутные выпрямители (управляемые, неуправляемые). Настоящее время преимущественно кремневые и полупроводниковые выпрямители. Внедряются тиристорные выпрямители. Блоки питания аппаратуры. Применение выпрямителей в блоках питания радио и электроаппаратуры обусловлено тем, что в системах электроснабжения в поездах или транспортных средств применяется переменный ток и выходной ток любого электромагнитного трансформатора, для гальванической развязки цепей или для понижения напряжения, всегда переменный, тогда как в большинстве случаев электронные схемы и электродвигатели целевой аппаратуры рассчитаны на питание постоянным током. Также в блоках питания промышленной и бытовой радио и электроаппаратуры (адаптеры). Блоки питания в бортовой аппаратуры транспортных средств. Выпрямители питания главных двигателей постоянного тока автономных транспортных средств: автотракторной, железнодорожной, водной, авиационной и другой техникой. Генерация электроэнергии производятся генераторы переменного тока, но для питания бортовой аппаратуры необходим постоянный ток. Например, в легковых автомобилях применяются электромеханические и полупроводниковые выпрямители.

2. УПРАВЛЯЕМЫЕ ОДНОФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ 3. УПРАВЛЯЕМЫЕ ТРЕХФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ На рис показана схема и временные диаграммы токов и напряжений трехфазного выпрямителя с нулевым выводом (режим Г а = 0, Г пр = 0, L a = 0). При активной нагрузке с изменением угла регулирования α можно выделить два характерных режима работы выпрямителя: режим непрерывных токов (рис. 20.3, б), когда 0 < α < π/6 (угол регулирования α в трехфазных выпрямителях принято отсчи­тывать от точки естественного отпирания вентилей); режим преры­вистых токов л/6 < α < 5π/6 (рис. 20.3, б). Среднее значение вы­прямленного напряжения для этих двух режимов определяется выражениями (за начало отсчета времени принимаем точку О' на рис. 20.3, б, Рис Трехфазный управляемый выпрямитель с нулевым выводом: а схема, б временные диаграммы токов я напряжений при активной нагрузке и 0 α π/6 ; в при активной нагрузке и π/6 α 5π/6; г при активно- индуктивной нагрузке (l н = ); д при активно-индуктивной нагрузке (l н = ) с нулевым вентилем

5. УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ С ТИРИСТОРАМИ, ВКЛЮЧЕННЫМИ в ПЕРВИЧНУЮ ОБМОТКУ ТРАНСФОРМАТОРА Если в цепи переменного тока выпрямителя включить тиристоры, то целесообразно на них возложить функции регулирования, а выпрямитель собрать на неуправляемых вентилях. Таким образом получаем выпрямитель, регулируемый на стороне переменного тока (рис. 20.8, а). В идеальном выпрямителе (r а = 0, L a = 0, r пр = 0) при чисто активной нагрузке регулировочная характеристика, токи тиристоров и трансформатора, коэффициент мощности и пульсации будут такими же, как и у обычного выпрямителя, у которого регу­лирование ведется тиристорами выпрямительного моста. На рис. 20.8, б, в, г показаны временные диаграммы токов и напряжений для активно-индуктивной нагрузки (L Н = ) и 0 < α < π/3. Ток в первичной обмотке трансформатора имеет вид прямоугольных импульсов длительностью 2π/3 (рис. 20.8, г). Напряжения на вторичных обмотках трансформатора по форме будут несинусоидальными (рис. 20.8, б), что обусловит выпрямленное напряжение такой формы, как показано на рис. 20.8, в. Напряжение на тиристорах необходимо определять с учетом работы всех вентилей, которые одновременно пропускают ток парами. Рис Трехфазный мостовой выпрямитель с тиристорами в первичной обмотке трансформатора: α схема; б, в, г временные диаграммы токов и напряжений.

ОДНОФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ (ЧЕТВЕРТЬМОСТ) ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ: ГРАФИК НАПРЯЖЕНИЯ ПО ВРЕМЕНИ ДО ВЫПРЯМЛЕНИЯ ОДНА ИЗ ВОЗМОЖНЫХ СХЕМ ВЫПРЯМИТЕЛЯ И ГРАФИК НАПРЯЖЕНИЯ ПО ВРЕМЕНИ ПОСЛЕ ВЫПРЯМЛЕНИЯ ПРОСТЕЙШАЯ СХЕМА ОДНОПОЛУПЕРИОДНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ СОСТОИТ ТОЛЬКО ИЗ ОДНОГО ВЫПРЯМЛЯЮЩЕГО ТОК ЭЛЕМЕНТА (ДИОДА). НА ВЫХОДЕ ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ПОСТОЯННЫЙ ТОК. НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ЧАСТОТАХ (5060 ГЦ) НЕ ИМЕЕТ ШИРОКОГО ПРИМЕНЕНИЯ, ТАК КАК ДЛЯ ПИТАНИЯ АППАРАТУРЫ ТРЕБУЮТСЯ СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ С БОЛЬШИМИ ВЕЛИЧИНАМИ ЕМКОСТИ И ИНДУКТИВНОСТИ, ЧТО ПРИВОДИТ К УВЕЛИЧЕНИЮ ГАБАРИТНО-ВЕСОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫПРЯМИТЕЛЯ. ОДНАКО СХЕМА ОДНОПОЛУПЕРИОДНОГО ВЫПРЯМЛЕНИЯ НАШЛА ОЧЕНЬ ШИРОКОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ В ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКАХ ПИТАНИЯ С ЧАСТОТОЙ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ СВЫШЕ 10 КГЦ, ШИРОКО ПРИМЕНЯЮЩИХСЯ В СОВРЕМЕННОЙ БЫТОВОЙ И ПРОМЫШЛЕННОЙ АППАРАТУРЕ. ОБЪЯСНЯЕТСЯ ЭТО ТЕМ, ЧТО ПРИ БОЛЕЕ ВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ ПУЛЬСАЦИЙ ВЫПРЯМЛЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТРЕБУЕМЫХ ХАРАКТЕРИСТИК (ЗАДАННОГО ИЛИ ДОПУСТИМОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПУЛЬСАЦИЙ), НЕОБХОДИМЫ СГЛАЖИВАЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ С МЕНЬШИМИ ЗНАЧЕНИЯМИ ЕМКОСТИ (ИНДУКТИВНОСТИ). ВЕС И РАЗМЕРЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ УМЕНЬШАЮТСЯ С ПОВЫШЕНИЕМ ЧАСТОТЫ ВХОДНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ. ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ ИЛИ ЧЕТВЕРТЬМОСТ ЯВЛЯЕТСЯ ПРОСТЕЙШИМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ И ВКЛЮЧАЕТ В СЕБЯ ОДИН ВЕНТИЛЬ (ДИОД ИЛИ ТИРИСТОР). ДОПУЩЕНИЯ: НАГРУЗКА ЧИСТО АКТИВНАЯ, ВЕНТИЛЬ ИДЕАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЛЮЧ. НАПРЯЖЕНИЕ СО ВТОРИЧНОЙ ОБМОТКИ ТРАНСФОРМАТОРА ПРОХОДИТ ЧЕРЕЗ ВЕНТИЛЬ НА НАГРУЗКУ ТОЛЬКО В ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ ПОЛУПЕРИОДЫ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ. В ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ПОЛУПЕРИОДЫ ВЕНТИЛЬ ЗАКРЫТ, ВСЁ ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПРОИСХОДИТ НА ВЕНТИЛЕ, А НАПРЯЖЕНИЕ НА НАГРУЗКЕ UН РАВНО НУЛЮ. СРЕДНЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПО ОТНОШЕНИЮ К ПОДВЕДЕННОМУ ДЕЙСТВУЮЩЕМУ СОСТАВИТ: US = \FRAC{1}{2\PI} \INT\LIMITS_0^\PI \SQRT 2 U_2 SIN(\OMEGA T) D(\OMEGA T) = \FRAC{\SQRT 2 U_2}{\PI} = 0,45 U_2. ЭТА ВЕЛИЧИНА ВДВОЕ МЕНЬШЕ, ЧЕМ В ПОЛНОМОСТОВОМ. ВАЖНО ОТМЕТИТЬ, ЧТО СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОЕ (УСТАР. ЭФФЕКТИВНОЕ, ДЕЙСТВУЮЩЕЕ) ЗНАЧЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА ВЫХОДЕ ОДНОПОЛУПЕРИОДНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ БУДЕТ В \SQRT 2 МЕНЬШЕ ПОДВЕДЕННОГО ДЕЙСТВУЮЩЕГО, А ПОТРЕБЛЯЕМАЯ НАГРУЗКОЙ МОЩНОСТЬ В 2 РАЗА МЕНЬШЕ (ДЛЯ СИНУСОИДАЛЬНОЙ ФОРМЫ СИГНАЛА). НЕДОСТАТКИ БОЛЬШАЯ ВЕЛИЧИНА ПУЛЬСАЦИЙ СИЛЬНАЯ НАГРУЗКА НА ВЕНТИЛЬ (ТРЕБУЕТСЯ ДИОД С БОЛЬШИМ СРЕДНИМ ВЫПРЯМЛЕННЫМ ТОКОМ) НИЗКИЙ КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГАБАРИТНОЙ МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРА (ОКОЛО 0,45) (НЕ ПУТАТЬ С КПД, КОТОРЫЙ ЗАВИСИТ ОТ ПОТЕРЬ В МЕДИ И ПОТЕРЬ В СТАЛИ И В ОДНОПОЛУПЕРИОДНОМ ВЫПРЯМИТЕЛЕ ПОЧТИ ТАКОЙ ЖЕ, КАК И В ДВУХПОЛУПЕРИОДНОМ). ПРЕИМУЩЕСТВО: ЭКОНОМИЯ НА КОЛИЧЕСТВЕ ВЕНТИЛЕЙ.

Принцип работы тиристора строится на следующем методе: в p-n переходе находятся неподвижные ионы примеси. Если к переходу приложить U обр., то он расширяется, образуя небольшой I обр. Восстановить проводимость перехода в этом случае можно, если в одну из областей тиристора примыкающей к переходу ввести от источника управления дополнительное количество носителей электрического тока. Тиристор- это фактически управляемый полупроводниковый диод. Тиристор- управляемый прибор с 3-мя и более p-n переходами, ВАХ которого имеет участок отрицательного сопротивления. Тиристор, как и диод, выпрямляет переменный ток лишь при подаче отпирающего напряжения на управляющий электрод. (УЭ)