Основные схемы выпрямления. Фильтры

1.

Выпрямитель – это устройство для
преобразования переменного тока в постоянный
Общая структура выпрямителей
трансформатор
~u1
группа диодов
~u2
фильтр
Ud
=U0
Трансформатор доводит напряжение до номинала
Группа диодов выпрямляет переменное напряжение
Фильтр улучшает качество выпрямления

2. Допущение

Вентиль идеальный: Uпр=0, Iобр=0.
При сколь угодно малом
приложенном прямом
напряжении в идеальном
вентиле возникает прямой
ток.
При любых обратных
напряжениях диод обладает
бесконечно большим
сопротивлением и обратного
тока нет.
Iпр
-
+
+
-
Uпр

3. Однофазная однополупериодная схема выпрямления

U
VD
+
(-)
u1
VD
I
Um
0
RН
u2
Ud
U2
t
UD
Id,Ud
(+)
Im
I0
t
UМАХ
U0
UVD
0
Uобр.max
0
t
t

4.

Поскольку диод идеален (потерь нет), то в
первом полупериоде все напряжение
вторичной обмотки трансформатора
приложено к нагрузке Rн. График
выпрямленного напряжения повторяет
положительную полусинусоиду графика
напряжения u2.
Через нагрузку, диод и вторичную обмотку
трансформатора протекает ток I.
Во время второго полупериода
напряжения u2 диод закрыт и к нему
приложено обратное напряжение Uобр.

5. Основные расчетные соотношения

Коэффициент пульсаций выпрямленного
напряжения
U 01
k
U0
где U01- амплитуда основной (первой) гармоники при
разложении в ряд Фурье.
U0-среднее значение выпрямленного напряжения
k 1,57

6. Среднее значение выпрямленного напряжения и тока определяется с помощью коэффициентов ряда Фурье

1
1
U 0 u 2d( t ), I 0 i 2d( t )
0
0
u2 U2m sin t i 2 I 2m sin t
U0
U 2m
I0
U обр.max 2U 2
I 2m

7. Недостатки однофазной однополупериодной схемы выпрямления

Большой коэффициент пульсаций
выпрямленного напряжения
Большие масса и габариты
трансформатора (вынужденное
подмагничивание магнитопровода
трансформатора)

8. Однофазная двухполупериодная схема выпрямления (с нулевым выводом)

UVD
a VD1
+
u1
u21
+
RН
u22
b VD2
u2 u21
u22
IVD1
t
Id
UD
IVD2
Схема соединения обмоток
трансформатора такова, что
одинаковые по величине напряжения
на выводах вторичных обмоток
относительно общей (нулевой) точки
сдвинуты по фазе на 1800
Ud
Id
iVD
iVD1
iVD2
iVD1
Uобр
t
t
Uобр.max

9.

Первый полупериод: VD1 – открыт, ток
протекает через VD1, нагрузку и верхнюю
половину вторичной обмотки трансформатора;
VD2 – закрыт.
Второй полупериод:VD2 – открыт, ток
протекает через VD2, нагрузку и нижнюю
половину вторичной обмотки трансформатора;
VD1 – закрыт.
Через нагрузку протекает ток в одном и том
же направлении в течение всего периода.

10. График Uобр

Во
второй полупериод закрыт диод VD1, так
как находится под обратным напряжением
равным разности потенциалов точек а и b и
максимальное
значение
этой
разности
потенциалов равно удвоенному амплитудному
значению напряжения одной из половин
вторичной обмотки.
UVD1обр U A U K U 21 U 22 2U 21 ,
т.к . rVD 0

11. Основные расчетные соотношения

K П 0,67
U 0 0,9 U 2
U обр. max 2 2 U 2

12. Достоинства схемы

В 2 раза меньше коэффициент пульсаций;
Меньше масса и габаритные размеры
трансформатора из-за отсутствия
подмагничивания магнитопровода.
Недостатки схемы
Необходимость вывода средней точки
вторичной обмотки трансформатора;
Наличие в схеме двух диодов вместо 1.

13. Однофазная мостовая схема выпрямления

u2
VD1
VD2
+
(-)
u1
UМАХ
+
RН
-
u2
t
Uн
IН, UН
(+)
VD4
Iн
VD3
UМАХ
IМАХ
t

14.

В первый полупериод ток протекает:
+, VD1, Rн, VD3,-.
Во второй полупериод ток протекает:
(+), VD2, Rн, VD4,(-).
График Uобр
UVD 2 обр U A U K U 2 ,
т.к . rVD 0

15. Основные расчетные соотношения

K П 0,67
U 0 0,9 U 2
U обр. max 2 U 2

16. Достоинства схемы

Меньше амплитуда обратного
напряжения;
Ток в обмотке трансформатора
синусоидальный (лучшее
использование трансформатора).
Недостатки схемы
Использование 4 диодов;
Больше потерь.

17. Трехфазные выпрямители

Применяются обычно при больших
мощностях, возможность получения
выпрямленного напряжения высокого
качества.

18. Трехфазная схема выпрямления с нулевым выводом

u
~u
i1A
i1B
U2А
U2B
U2C
i1C
t
Ud
u2A
u2B
u2C
t
Rн
VD1
VD2
VD3
Uобр
t
UVD1обр

19.

В данном выпрямителе в любой
произвольно выбранный момент времени
открыт тот диод, анод которого
находится под наибольшим
положительным потенциалом.
Два других диода будут закрыты, так как
наибольший потенциал открытого диода
окажется запирающим для двух других.
VD1, VD2, VD3 – работают поочередно в
течение 1/3 периода

20. Основные расчетные соотношения

K П 0,25
U 0 1,17 U 2 ф
U обр.max 2 3 U 2
fп 3 fс
Недостаток: вынужденное
подмагничивание магнитопровода

21. Фильтрация выпрямленного напряжения

1)
2)
Фильтрация (сглаживание) –
повышение качества выпрямленного
напряжения, уменьшение пульсаций.
Фильтры бывают:
Пассивные (на реактивных элементах
L и C);
Активные (с применением
электронных приборов).

22. Пассивные фильтры

Принцип действия основан на
различии сопротивлений реактивных
элементов постоянной и переменной
составляющим.

23.

1
2
L
Rн
4
3
С
С
5
L
С
R
L
С1
С2

24.

– L – фильтр (дополнительное
сопротивление переменному току);
2 – С-фильтр (замыкает переменную
составляющую);
3 - RC- фильтр (переменная
составляющая замыкается на С и
дополнительно теряется на R);
4 - Г-образный LC-фильтр;
5 – П-образный фильтр.
1

25. Емкостный фильтр

+
u1
u2
-
VD
Iн
+
ic
Ud
RН
A
-
t

26. Индуктивный фильтр

Переменная
составляющая выпрямленного
тока создает в магнитопроводе дросселя
магнитный поток, индуцирующий в его
обмотке противо-ЭДС, которая препятствует
изменению тока в цепи.
Уменьшение
амплитуды
переменной
составляющей выпрямленного тока вызывает
уменьшение пульсаций напряжения на
нагрузке

27.

Id
VD
+
-
u1
L
+
IR
RН
u2
IRL
Iн
-
Ud
t1
t
Из-за противо-ЭДС нарастание тока
U0
меньше.
ЭДС самоиндукции поддерживает
ток вентиля до t1, потом энергия
перерасходовалась и больше не
может поддерживать ток
t
U
RL
0
U
R
0
L-фильтр в однофазной однополупериодной схеме не используется

28. Индуктивный фильтр в однофазной двухполупериодной схеме выпрямления

Ud
t

29. Внешняя характеристика выпрямителя

U d U d 0 (ra rпр ) I d
где ra- сопротивление обмоток трансформатора;
rпр- сопротивление вентиля в прямом направлении
Ud0
2
E2 m среднее значение выпрямленного
напряжения при хх.

30.

Ud
Ud0
(ra+rпр)Id
Ud
Id