ВЫПРЯМИТЕЛИ И ИХ ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
Режим работы выпрямителя в основном определяется типом фильтра, включенного на его выходе. В маломощных выпрямителях, которые питаются от однофазной сети переменного тока, применяются емкостные фильтры, Г- образные LC, RC и П-образные CLC и CRC фильтры.
Емкостный фильтр характерен для выпрямителей, рассчитанных на малые токи нагрузки, и, в общем случае, представляет собой обычный конденсатор, подключенный параллейно нагрузки для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Реакция нагрузки на выпрямитель зависит от емкости конденсатора, сопротивление которого для переменной составляющей на много меньше сопротивления нагрузки.
Если же фильтр выпрямителя начинается с дросселя, обладающего большой индуктивностью, то нагрузка выпрямителя - индуктивная.
Выпрямитель характеризуется: выходными параметрами, режимом работы диодов,и параметрами трансформатора.
Выходные параметры выпрямителя:
- номинальное среднее выпрямленное напряжение U0;
- номинальный средний выпрямленный ток I0;
- коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения Kп01;
- частота пульсаций выпрямленного напряжения Fп;
- внутреннее сопротивление выпрямителя R0;
Характеристика диодов в выпрямителе:
- среднее значение прямого тока Iпр ср;
- действующее значение прямого тока Iпр;
- амплитуда тока Iпр max;
- амплитуда обратного напряжения Uобр max;
- средняя мощность Рпр ср;
Выпрямители по однополупериодной схеме применяются в основном с емкостным фильтром и обычно рассчитаны на выпрямленные токи до десятков миллиампер.
К достоинствам такого выпрямителя относится: простота и возможность работать без наличия
трансформатора. К недостаткам: низкая частота пульсаций, высокое обратное напряжение на вентиле,
плохое использование трансформатора (если он есть), подмагничивание сердечника постоянным током.Двухполупериодный с выводом от средней точки (рис 2.) в основном работает с емкостным, Г- и П- образным RC и LC фильтрами. Достоинства такого выпрямителя - повышенная частота пульсаций,
малое число вентилей, возможность использовать общего радиатора для диодов без изоляции.К недостаткам данной
схемы можно отнести: большая габаритная мощность трансформатора по сравнению с мостовой схемой и по схеме
удвоения напряжения, повышенное обратное напряжение на диодах.Однофазный выпрямитель по мостовой схеме (рис.3) является наилучшим вариантом по техническим и экономическим показателям. Остановимся на этой схеме немного подробнее.
Мостовая схема так же является двухполупериодной. Форма напряжения на нагрузке оказывается такой же, как и на схеме со средней точкой. Рабочее напряжение конденсатора так же равняется амплитуде переменного напряжения на вторичной обмотке. Мостовая схема содержит четыре диода. В течение одной половины периода ток проходит от верхнего по схеме вывода вторичной обмотки через диод VD1, нагрузку, диод VD2 и к нижнему выводу обмотки. В течение следующей полуволны ток проходит от нижнего по схеме вывода вторичной обмотки, через VD3, нагрузку, VD4 и к верхнему выводу обмотки.
Таким образом, В течении обоих полупериодов диодами выпрямляется одно и тоже напряжение вторичной обмотки,
и составляющая пульсации с частотой 50 Гц отсутствует. Так как ток нагрузки проходит через диоды поочередно,
то ток каждого диода будет равен половине тока нагрузки.Увеличение числа диодов в мостовой схеме окупается вдвое меньшим числом витков вторичной обмотки, уменьшением пульсаций, относительно небольшим обратным напряжением, хорошим использованием трансформатора, возможностью работать от сети переменного тока без трансформатора. К недостаткам такой схемы можно отнести повышенное падение напряжения на диодном комплекте.( падение напряжения на кремневом диоде может достигать порядка 1В. А на двух последовательных - соответственно 2В как в мостовой схеме. Таким образом, если выпрямитель рассчитан на низкое напряжение, соизмеримое с падением напряжения на диодах, нужно будет увеличивать напряжение вторичной обмотки трансформатора), невозможность установки, используемых диодов на одном радиаторе без изолирующих прокладок.
Выпрямитель с удвоением напряжения (рис. 4) применяется в выпрямителях, выполненных на повышенные напряжения (1...2 кВ) при небольших токах нагрузки. Этот выпрямитель обладает повышенной частотой пульсаций, пониженным обратным напряжением, хорошим использованием трансформатора, возможностью так же работать без трансформатора.
Рассмотрим принцип работы этого выпрямителя подробнее. Здесь за один полупериод заряжается через диод
один конденсатор, а за второй полупериод через второй диод заряжается второй конденсатор. Выпрямленное
выходное напряжение снимается с обоих конденсаторов, включенных последовательно. Каждый конденсатор заряжается по
схеме однополупериодного выпрямителя, но суммарное напряжение оказывается двухполупериодным. Разряжаются
конденсаторы только через нагрузку, поэтому частота пульсаций вдвое больше частоты сети. Выходное напряжение
почти достигает удвоенной амплитуде напряжения вторичной обмотки, а рабочее напряжение конденсаторов равно
амплитуде этого напряжения. Обратное напряжение на каждом диоде равно удвоенной амплитуде.Несимметричные выпрямители с умножением напряжения (рис 5) находят широкое применение в высоковольтных выпрямителях при малых токах нагрузки, в режиме, очень близком к холостому ходу.
На рисунке приведена однополупериодная схема с учетверением напряжения. Коэффициент умножения в такой схеме
зависит от числа каскадов, каждый из которых состоит из конденсатора и диода. Напряжение на конденсаторах, кроме
C1, равно 2U2m (т. е. удвоенной амплитуде), а на C1 равное амплитуде вторичной обмотки.Рассмотрим подробно этот случай. В течение одного полупериода заряжается C1 до напряжения обмотки, а C3 до суммы напряжения обмотки и заряженного C2 минус напряжение на C1. При этом C2 разряжается. В течение следующего полупериода заряжается конденсатор C2 до суммы напряжений обмотки и на C1, а C4 заряжается до суммы напряжений на обмотке, на C1 и на C3 минус напряжение на конденсаторе C2. При этом конденсаторы C1 и C3 разряжаются. Оба конденсатора C2 и C4 заряжаются до удвоенной амплитуды напряжения на обмотке. И как видно из схемы, результирующее напряжение снимается с этих же конденсаторов, соединенных последовательно. Следует заметить, что если в данной схеме удалить конденсатор C4 и диод VD4, а выпрямленное напряжение снимать с C1 и C3, то получим схему с утроением напряжения. Существует так же двухполупериодная схема с учетверением напряжения(рис 6). В этой схеме можно получать выпрямленное напряжение только в четное число раз больше напряжения на вторичной обмотке трансформатора.
