Выпрямители. Устройство для преобразования переменного тока в постоянный

1.

Автор: Ст. преподаватель кафедры
АЭЭМ и ЭТ Оренбургского
государственного университета
Сорокин В.А.

2. Устройство для преобразования переменного тока в постоянный. Состоит из электрических вентилей и вспомогательных устройств

(трансформатора, фильтров и т.д.)
• Однополупериодный выпрямитель;
• Двухполупериодный мостовой выпрямитель;
• Двухполупериодный выпрямитель с выводом средней
точки вторичной обмотки трансформатора;
• Трехфазный выпрямитель с нейтральным выводом;
• Трехфазный мостовой выпрямитель.

3. а) однополупериодный выпрямитель

iа
а
+(-)
u1
u2
b
-(+)
u2
U 2m
iН
Т
uн
В первый полупериод,
i н когда потенциал точки а
выше потенциала точки b
R нк диоду приложено
прямое напряжение, он
открыт и в нагрузку течет
ток. Во второй половине
периода к диоду
приложено обратное
напряжение, диод закрыт,
Im
ток в цепи равен нулю, а
t
к запертому диоду
прикладывается обратное
напряжение u2

4.

Напряжение через лампу будет
проходить только во время
положительных полуволн
(импульсов), поэтому лампа будет
слабо мерцать с частотой 50 Гц.
Однако, за счет тепловой инертности
нить не будет успевать остывать в
промежутках между импульсами, и
поэтому мерцание будет слабо
заметным.
Если же запитать таким
напряжением приемник или
усилитель мощности, то в
громкоговорителе или колонках мы
будем слышать гул низкого тона с
частотой 50 Гц, называемый фоном
переменного тока. Это будет
происходить потому, что
пульсирующий ток, проходя через
нагрузку, создает в ней
пульсирующее напряжение, которое
и является источником фона.

5.

Заряжаясь импульсами тока во
время положительных
полупериодов, конденсатор (Cф)
во время отрицательных
полупериодов разряжается чере
з нагрузку (Rн). Если
конденсатор будет достаточно
большой емкости, то за время
между импульсами тока он не
будет успевать полностью
разряжаться, а значит, на
нагрузке (Rн) будет непрерывно
поддерживаться ток как во время
положительных, так и во время
отрицательных полупериодов.

6.

Средние значения выпрямленных напряжения и
тока в приемнике с сопротивлением Rн:
1
2
U н .ср
2U 2 sin td t
U 2 0,45U 2
2 0
I н .ср
U н.ср
Rн
U2
0,45
Rн
Ток Iн.ср является прямым током диода, т.е. Iаср=Iн.ср;
максимальное обратное напряжениеUобр.макс=U2m.

7.

Для оценки качества выпрямленного напряжения вводят
коэффициент пульсаций, равный отношению амплитуды
основной гармоники выпрямленного напряжения к его
среднему значению
Umосн
k
1.57
Uн.ср
• Преимущество: простота
• Недостатки: большой k, малые значения выпрямленных
тока и напряжения.
Обычно применяют для питания высокоомных нагрузочных
устройств,
допускающих
повышенную
пульсацию,
мощностью до 15 Вт.

8. б) двухполупериодный мостовой выпрямитель

+а
( -)
Д1
Д2
i a1
u1
u2
i a3
-b
(+)
Каждая пара диодов работает
поочередно. В первый
полупериод открыты Д1 и Д3.
Во второй – Д2 и Д4.
Д4
Д3
С
iн
uн
Rн

9.

Со вторичной обмотки трансформатора переменное
напряжение поступает на вход диодного моста. Когда
на верхнем (по схеме) выводе вторичной обмотки возникает
положительный полупериод напряжения, ток идет через
диод VD1, нагрузку Rн, диодVD3 и к нижнему выводу
вторичной обмотки Диоды VD2 и VD4 в этот момент закрыты
и через них ток не идет.
В течение другого полупериода переменного напряжения,
когда плюс на нижнем (по схеме) выводе вторичной
обмотки, ток идет через диод VD4, нагрузку Rн, диод VD2 и к
верхнему выводу вторичной обмотки. В этот момент
диоды VD1 и VD3 закрыты и ток через себя не пропускают.
В результате мы видим, что меняются знаки напряжения на
вторичной обмотке трансформатора, а через нагрузку
выпрямителя идет ток одного направления. В таком
выпрямителе полезно используются оба полупериода
переменного тока, поэтому подобные выпрямители
называют двухполупериодными.

10.

u2
U 2m
iН
Im
t
Т
u2
U 2m
Im
iН
t
Т

11.

Средние значения выпрямленных напряжения и
тока в приемнике с сопротивлением Rн:
2 2
2U 2 m
U н .ср
U2
0,9U 2
I н.ср
U н.ср
Rн

12.

• Максимальное обратное напряжение
U обр.макс U 2m 1,57 U н .ср
• Средний прямой ток каждого диода
I аср 0,5 I н .ср
k = 0,67

13.

Преимущества: меньше k, средние значения
выпрямленных тока и напряжения в 2 раза
больше.
Но максимальное обратное напряжение как в
однополупериодной
схеме,
число
диодов
увеличено в 4 раза.

14. в) двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора

а +(-)
u 2а
u1
(+)+(-)
u 2b
б -(+)
Д1
i a1
R н iн
uн
Д2
ia2

15.

Когда потенциал точки а выше потенциала
средней точки (первый полупериод) открыт
первый диод, а второй закрыт, так как потенциал
точки б ниже потенциала точки а. Во второй
полупериод открыт второй диод, а первый закрыт.
u2
U 2m
Im
iН
t
Т

16.

Имеет те же преимущества, что и мостовой
выпрямитель, те же соотношения для токов и
напряжений (при меньшем числе диодов), кроме
U обр.макс U н .ср
k = 0,67
Недостатки: вторичная обмотка имеет в 2 раза
больше витков и требуется вывод от средней
точки.
Двухполупериодные выпрямители применяют для
питания нагрузочных устройств малой и средней
мощности

17. Трехфазный выпрямитель с нейтральным выводом

iн
u 2а
u 2b
u 2с
uн
Rн

18.

• Средние значения выпрямленных
напряжения и тока в приемнике с
сопротивлением Rн:
3 2
U н.ср
U 2ф 1,17 U 2ф
2
I н.ср
U н.ср
Rн

19.

• Амплитудное фазное напряжение
источника
2
Uф m
U н.ср
3 3
• Средний прямой ток диодов
I пр .ср
I н.ср
3
• Максимальный прямой ток диода в
данной схеме
I пр . max
Uф m
Rн
U н.ср
0.827 R н
1.21 I н.ср

20.

• Максимальное обратное напряжение на
каждом закрытом диоде
2
U обр. max 2 3 U 2ф
U н.ср 2.09 U н.ср
3
• где
U 2ф U 2а U 2b U 2c
- действующее значение фазного
напряжения

21. д) Трехфазный мостовой выпрямитель

u 2а
VS1
VS3
u 2b
u 2с
u 2са
VS 4
VS 6
u 2bс
VS 2
а
u 2аb
b
VS 5
iн
Rн
uн
c

22.

• Средние значения выпрямленного
напряжения в приемнике с
сопротивлением Rн:
3 2
3 6
U н.ср
U 2л
U 2ф 2.34U 2ф
U 2 л U 2аb U 2bc U 2ca
- действующее значение линейного напряжения

23.

• Амплитудное фазное напряжение
источника
2
Uф m
U н.ср
3 3
• Средний прямой ток диодов
I пр .ср
I н.ср
3
• Максимальный прямой ток диода в
данной схеме
I пр . max
Uф m
Rн
U н.ср
0.827 R н
1.21 I н.ср

24.

• Максимальное обратное напряжение на
каждом закрытом диоде
U обр. max 2 U 2 л
3
U н.ср 1.047 U н.ср
• Максимальный прямой ток
Uн .ср
пр . max
3R н
I