Однофазные выпрямители
Питание всех электронных устройств осуществляется постоянным током. Его можно получить от аккумуляторов, батарей или выпрямителей.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ. Выпрямителем называется статический преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока.
Такой преобразователь представляет собой электротехническое устройство, содержащее в общем случае следующие функциональные узлы (рис.14.1):
Т - силовой трансформатор, обеспечивающий согласование напряжения источника питания с напряжением нагрузки;
 |
ВБ - вентильный блок, обеспечивающий преобразование напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, при применении управляемых вентилей стабилизирует напряжение;
Ф – фильтр, обеспечивающий требуемое качество выходного напряжения, за счет сглаживания пульсаций напряжения на выходе вентильного блока;
СУ – систему управления.
Иногда для стабилизации напряжения выпрямителей используются регуляторы напряжения, включающие на входе или выходе выпрямителя.
Классификация выпрямителей по мощности и напряжению весьма условна. Как правило, по мощности выпрямители делятся на маломощные – до 1 кВт, средней мощности – до 100 кВт и мощные – свыше 100 кВт, а по напряжению: низкого – до 250 В, среднего – до 1000 В и высокого – свыше 1000 В.
По числу фаз вторичной обмотки трансформатора выпрямители делятся на однофазные, трехфазные и многофазные.
По схеме выпрямления различают выпрямители: с одним вентилем; со средней точкой; мостовые; комбинированные.
По возможности регулирования напряжения выпрямители различают нестабилизированные, стабилизированные и управляемые (когда напряжение на выходе постоянно изменяется в зависимости от требований потребителей).
Процесс выпрямления осуществляется непосредственно полупроводниковыми приборами схемы выпрямления.
Рассмотрим сущность процесса выпрямления на примере простейшей однофазной однополупериодной схемы.
Схема состоит из трансформатора Т, диода VD, резистора Rd, являющегосяактивной нагрузкой (рис.9.2, а).
На первичную обмотку трансформатора Т от питающей сети подается переменное синусоидальное напряжение. На вторичной обмотке трансформатора также будет синусоидальное напряжение
 |
Напряжения uab, как известно из теории трансформаторов, сдвинуты по фазе на угол, близкий к 180о, относительно напряжения u1.
В момент времени, когда напряжение uab отрицательно, к диоду VD приложено запирающее напряжение и ток через диод не протекает. В моменты времени, на рис.14.2, б соответствуют значениям, к аноду диода подается положительное напряжение относительно катода и диод включается. В результате напряжение uab прикладывается к нагрузке Rd, через которую начинает протекать ток id. Для активной нагрузки ток по фазе совпадает с напряжением, диод будет выключаться, когда напряжение uab станет отрицательным, ток в нагрузке протекать не будет до последующего включения диода. Таким образом, на резисторе Rd будет пульсирующее напряжение ud и только одной полярности (рис.14.2, в), или, иначе говоря, выпрямленное напряжение.
Геометрически среднее значение выпрямленного напряжения Ud может быть представлено высотой прямоугольника (косая штриховая на рис.14.2, в) с основанием, равным периоду, и площадью, равной площади, которая ограничивается кривой выпрямленного напряжения на этом периоде, т.е. полуволной выпрямленного напряжения (вертикальная штриховка). Учитывая, что нагрузка активная и поэтому форма тока нагрузки повторяет форму напряжения.
Однофазная мостовая схема выпрямителя приведена на рис.14.3. Схема содержит трансформатор, выпрямительный мост, содержащий четыре вентиля, которые попарно соединены в две группы: катодную (вентили VS1 и VS2) и анодную (вентили VS3 и VS4), и выходной фильтр.
Принцип работы схемы рассмотрим при работе выпрямителя на активную нагрузку (без выходного фильтра).
 |
Угол управления a = 0, т.е. система управления формирует импульсы управления при смене полярности входного напряжения (практически можно рассматривать схему, в которой используются диоды, т.е. схему неуправляемого выпрямителя). При положительной полуволне питающего напряжения uаb (полярность на схеме указана без скобок) на тиристоры VS1 и VS3 подаются управляющие импульсы. В результате этого тиристоры включатся. Напряжение uаb (рис.14.4, а), таким образом, приложено к нагрузке Rd, и по цепи
«+» а VS1 Rd VS3 «-» b
будет протекать ток, повторяющий форму питающего напряжения (рис.14.4, б). Тиристоры VS2 и VS4 на этом интервале отключены и будут находиться под напряжением вторичной обмотки, которое по отношению к ним является обратным (рис.14.4, д).
В момент времени 
, т.е. через половину периода, ток в тиристорах VS1 и VS3 уменьшится до нуля, и они выключаются, а тиристоры VS2 и VS4 включаются, поскольку потенциал точки b становится положительным по отношению к потенциалу точки а (на рис.14.3 полярность указана в скобках), и на тиристоры поступают управляющие импульсы. Ток через нагрузку в этом случае будет протекать по цепи (рис.14.4, б)
«(+)» b VS2 Rd VS4 «(-)» а
Если угол управления a >0, тогда напряжение на выходе выпрямителя будет уменьшаться (рис.14.4, ж). Таким образом, изменяя значение угла управления тиристорами можно обеспечить стабилизацию выходного напряжения выпрямителя при изменениях напряжения в нагрузке.
 |
