Назначение и область применения выпрямительных устройств , сглаживающих фильтров и стабилизаторов напряжения и токов
Выпрямитель электрического тока - преобразователь электрической энергии; механическое,
электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для
преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной
электрический ток.
Преобразование переменного тока в пульсирующий называется выпрямлением.
Процесс уменьшения пульсаций называется сглаживанием пульсаций и осуществляется
сглаживающими фильтрами. Выпрямителем часто называют весь комплекс, в который входят как
собственно выпрямитель, так и сглаживающий фильтр.
Необходимыми частями выпрямителей являются:
электрические вентили - приборы, хорошо пропускающие ток в одном направлении и не
пропускающие его (или плохо пропускающие) - в другом.
В настоящее время используются полупроводниковые выпрямители, где в качестве вентилей
применены германиевые или кремниевые диоды.
Выпрямительные устройства характеризуются: выходными параметрами, параметрами,
характеризующими режим работы вентилей, и параметрами трансформатора. Наиболее
распространенный вентиль в маломощных устройствах – полупроводниковый диод. Если в
качестве вентилей используются тиристоры и транзисторы, то возможна реализация т. н.
управляемого режима выпрямления (на диодах строят неуправляемые выпрямители).
Выпрямители называются неуправляемыми, если величина напряжения на выходе выпрямителя
|
|
|
определяется только переменным напряжением на его входе:
Для классификации выпрямителей используют различные признаки и особенности их
конструкции: количество выпрямленных полуволн (полупериодов) напряжения, число фаз
силовой сети, тип сглаживающего фильтра.
По количеству выпрямленных полуволн различают однополупериодные и двухполупериодные
выпрямители.
По числу фаз однофазные, двухфазные, трехфазные и шестифазные выпрямители.
По схеме включения вентилей различают выпрямители: с параллельным, последовательным и
мостовым включением вентилей; однофазная однополупериодная схема выпрямления; двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой; однофазная мостовая схема; параметрический стабилизатор напряжения.
Исходными данными для расчета выпрямителя являются:
o номинальное выпрямленное напряжение на нагрузке Ud
o ток нагрузки Id
o сопротивление нагрузки или выходная мощность RH = Ud / Id
o допустимый коэффициент пульсаций выходного напряжения на нагрузке Kп
o частота питающей сети f
o количество фаз n
o номинальное напряжение, подаваемое на первичную обмотку трансформатора , его
возможное отклонение в сторону повышения и понижения U1
|
|
|
Процесс проектирования выпрямительных устройств можно разделить на несколько этапов:
1. Анализ исходных данных и выбор принципиальной схемы выпрямителя;
2. Расчет параметров сглаживающего фильтра;
3. Расчет параметров вентильного узла и выбор типа выпрямительных диодов;
4. Расчет параметров трансформатора;
5. Проверка соответствия применяемых компонентов режиму их работы в выпрямителе.
Выбор схемы выпрямителя производят в зависимости от значения требуемой выходной
мощности, выходного напряжения, коэффициента пульсаций, числа фаз. Критериями для выбора
конкретного вида выпрямителя служат достоинства и недостатки рассмотренных выпрямителей.
Однополупериодные выпрямители применяются в основном с выходной мощностью до 10 Вт
и в тех случаях, когда допускается сравнительно высокий коэффициент пульсаций.
Преимуществом таких выпрямителей являются простота и возможность работать без
трансформатора.
Их недостатки: низкая частота пульсаций, высокое обратное напряжение на выпрямительных
диодах, плохое использование трансформатора, подмагничивание сердечника трансформатора
постоянным током.
Двухполупериодные выпрямители со средней точкой применяются при напряжениях нагрузки до
|
|
|
нескольких десятков вольт и выходной мощности до 50 Вт. На выходе выпрямителя
устанавливают LC и RC фильтры.
Преимущества этих выпрямителей: повышенная частота пульсаций, малое число вентилей,
возможность применения общего радиатора без изоляции вентилей, малое падение напряжения
на вентилях. Недостатки: большая требуемая габаритная мощность трансформатора, повышенное обратное
напряжение на вентильных диодах.
Мостовая схема выпрямления применяется наиболее часто. Ее применяют с емкостным, Г- или П-
образными LC- и RC-фильтрами.
Достоинствами мостовых выпрямителей являются: повышенная частота пульсаций, небольшое
обратное напряжение на выпрямительных диодах, эффективное использование трансформатора.
Недостатками являются: повышенное падение напряжения на вентилях, невозможность
установки однотипных вентилей на одном радиаторе без изолирующих прокладок.
Для того чтобы выбрать тип полупроводниковых диодов выпрямителя необходимо рассчитать с
учетом характера нагрузки основные характеристики выпрямителя по формулам таблицы. o значение максимального обратного напряжения, прикладываемого к силовым диодам
|
|
|
при работе выпрямителя выбранного типа;
o среднее, действующее и максимальное значения прямого тока диодов;
o частоту и коэффициент пульсаций на выходе выпрямителя.
Германиевые выпрямительные диоды довольно широко использовались 10-20 лет назад. В
настоящее время они почти полностью вытеснены более совершенными кремниевыми и
арсенид-галлиевыми приборами.
Единственным преимуществом германиевых диодов перед кремниевыми диодами является
низкое прямое падение напряжения. На германиевом диоде при максимально допустимом
прямом токе падение напряжения приблизительно в два раза меньше, чем на аналогичном
кремниевом диоде.
Недостатками германиевых диодов является: существование явно выраженного тока насыщения
при обратном включении диода, большая величина обратного тока, пробивное напряжение
уменьшается с ростом температуры, низкий верхний предел диапазона рабочих температур. А так
же германиевые диоды плохо выдерживают даже кратковременные импульсные перегрузки по
обратному напряжению. Определяется это механизмом пробоя германиевых диодов - тепловым
пробоем, происходящим при шнуровании тока с выделением большой удельной мощности в
месте пробоя.
Кремниевые выпрямительные диоды с p-n-переходом – это наиболее распространенный в
настоящее время вид диодов, применяемых во всех классах выпрямителей. Их основные
свойства:
o максимально допустимые прямые токи кремниевых диодов различных типов составляют ,
падение напряжения на диодах при этих токах не превышает обычно ;
o с увеличением температуры прямое падение напряжения уменьшается;
o обратная ветвь вольтамперной характеристики (ВАХ) кремниевых диодов не имеет ярко
выраженного участка насыщения;
o пробой кремниевых диодов имеет лавинный характер, поэтому пробивное напряжение с
увеличением температуры увеличивается;
o диапазон рабочих температур для кремниевых выпрямительных диодов ограничен
значениями.
Выпрямительные диоды, изготовленные из материала с большой шириной запрещенной зоны,
обладают существенным преимуществом в свойствах и параметрах. С этой точки зрения,
относительно недавно появившиеся выпрямительные диоды с p-n-переходом из арсенида-галлия
являются очень перспективными приборами. К основным свойствам арсенид-галлиевых приборов
относятся: значительный диапазон рабочих температур (до); лучшие частотные свойства (до
частоты и выше); повышенное падение напряжения в прямом направлении (более).
Выпрямительные диоды с барьером Шоттки – наиболее перспективный вид полупроводниковых
выпрямительных диодов. Они могут изготавливаться из кремния или арсенида галлия.
Основными преимуществами диодов с барьером Шоттки являются: малое падение напряжения
при прямом включении диода, большая максимально допустимая плотность тока, способность
выдерживать значительные перегрузки по току. Учитывая вышеизложенные рекомендации необходимо подобрать по справочнику. В настоящее
время используются полупроводниковые выпрямители, где в качестве вентилей применены
германиевые или кремниевые диоды. И более подходящий тип полупроводниковых диодов.
Применение выпрямителей:
Блоки питания аппаратуры
1. Блоки питания промышленной и бытовой радио- и электроаппаратуры (в т.ч. так называемые
адаптеры (англ. AC-DC adaptor)).
2.Блоки питания бортовой радиоэлектронной аппаратуры транспортных средств.
3.Выпрямители электросиловых установок
4.Выпрямители питания главных двигателей постоянного тока автономных транспортных средств
и буровых станков.
5. Сварочные аппараты
Сюда относятся выпрямительные установки для:
• железнодорожной тяги
• городского электротранспорта
• электролиза (производство алюминия, хлора, едкого натра и др.)
• питания приводов прокатных станов
• возбуждения генераторов электростанций
Вентильные блоки преобразовательных подстанций систем энергоснабжения
Для питания главных двигателей постоянного тока прокатных станов, кранов и другой техники
Энергоснабжение заводов осуществляется электросетью переменного тока, но для приводов
прокатных станов и других агрегатов выгоднее использовать двигатели постоянного тока по той
же причине, что и для двигателей транспортных средств.
Для гальванических ванн (электролизёров) для получения цветных металлов и стали, нанесения
металлических покрытий и гальванопластики.
Установки электростатической очистки промышленных газов (электростатический фильтр)
Установки очистки и обессоливания воды
Для электроснабжения контактных сетей электротранспорта постоянного тока (трамвай,
троллейбус, электровоз, метро)
Для несинхронной связи энергосистем переменного тока
Для дальней передачи электроэнергии постоянным током.
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 628; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!