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: 283;