- •Источники вторичного электропитания
- •Назначение, классификация, структурная схема источников вторичного электропитания
- •Классификация и схемы вентильных блоков
- •Фильтрующие устройства. Особенности использования ёмкостного фильтра
- •Стабилизаторы напряжения. Классификация, параметры.
- •Параметрические стабилизаторы напряжения
-
Классификация и схемы вентильных блоков
В вентильном блоке в качестве вентилей используются электронные приборы, обладающие односторонней электропроводностью (например, диоды, тиристоры, транзисторы), которые должны пропускать ток только в одном (прямом) направлении и совсем не пропускать его в другом (обратном) направлении.
Классификация выпрямителей (вентильных блоков)
-
По количеству выпрямленных полуволн (полупериодов) напряжения:
– однополупериодные;
– двухполупериодные.
-
По числу фаз силовой сети:
– однофазные;
– двухфазные;
– трехфазные;
– шестифазные.
При этом под числом фаз питающего напряжения понимают число питающих напряжений с отличными друг от друга начальными фазами. Так, например, если для работы выпрямителя требуется одно-единственное питающее напряжение, то такой выпрямитель будет однофазным. Если же для работы выпрямителя требуются два питающих напряжения, сдвинутых друг относительно друга на какой-либо угол (чаще всего на 180°), то такой выпрямитель называют двухфазным. Аналогично, если для работы выпрямителя требуются три питающих напряжения, сдвинутые друг относительно друга на угол, равный 120°, то такой выпрямитель называют трехфазным. Шестифазные выпрямители состоят из двух групп трехфазных выпрямителей, питаемых противофазными напряжениями трехфазной сети.
-
По схеме вентильного блока с:
– параллельным,
– последовательным,
– мостовым
включением однофазных выпрямителей
Схема однополупериодного выпрямителя приведена на рис.2а. Диод VD1 включен последовательно с нагрузочным устройством (резистором RН) и вторичной обмоткой трансформатора Тр. На рис.2б изображены временные диаграммы напряжений и токов однополупериодного выпрямителя. В течение первого полупериода напряжения u2 вторичной обмотки трансформатора, когда потенциал точки a положителен по отношению к потенциалу точки b, диод открыт, и через нагрузочный резистор протекает ток iН = iа. Если пренебречь падением напряжения на диоде в прямом направлении (обычно оно не превышает 1 В), то можно считать uН = u2.
Во втором полупериоде напряжение u2 прикладывается к диоду в обратном направлении (потенциал точки a становится отрицательным по отношению к потенциалу точки b). Пренебрегая обратным током диода, который, как правило, незначителен, можно считать, что ток в нагрузке отсутствует и uн = 0. При этом всё напряжение вторичной обмотки трансформатора приложено к закрытому диоду, т.е. ua = u2. Для данной схемы максимальное значение прикладываемого к диоду обратного напряжения Uобр max = U2m, т.е. равно амплитудному значению напряжения u2 ().
Из временных диаграмм видно, что ток в нагрузке iН и напряжение uН имеют пульсирующий характер. Коэффициент пульсаций KП обычно определяется отношением амплитуды первой (основной) гармоники Uосн. m при разложении uн в ряд Фурье к среднему выпрямленному напряжению UН ср.: . Для однофазного однополупериодного выпрямителя , KП =1,57, а частота пульсаций fП напряжения на нагрузке равна частоте сети (fсети).
К двухполупериодным относятся выпрямитель с отводом от средней точки и мостовой выпрямитель, схемы которых приведены на рисунке 3.
В выпрямителе с отводом от средней точки (рис.3а) схема соединения вторичных обмоток трансформатора такова, что одинаковые по величине напряжения (u21 и u22) на выводах вторичных обмоток относительно средней (нулевой) точки сдвинуты по фазе на 180°, поэтому эту схему иногда называют двухфазным выпрямителем. Вторичные обмотки трансформатора подключены к анодам диодов VD1 и VD2. Выходное напряжение uН снимается между средней точкой трансформатора и общей точкой соединения катодов обоих диодов.
В выпрямителе, показанном на рисунке 3б, диоды VD1–VD4 включены по мостовой схеме. Временные диаграммы его работы приведены на рисунке 3в. В одном из полупериодов напряжение u2 вторичной обмотки трансформатора прикладывается в прямом направлении к последовательно соединённым диодам VD1, VD4, а в другом – к диодам VD2, VD3. Таким образом, две пары диодов пропускают ток поочередно, и через нагрузку он протекает в одном направлении во все полупериоды (направления протекания тока в обоих полупериодах показаны соответственно сплошной и штриховой линиями).
Среднее напряжение на нагрузке для данных выпрямителей вдвое выше, чем в однополупериодном: , KП = 0,67, fП = 2fсети.
Одним из основных недостатков выпрямителя с отводом от средней точки является то, что во время протекания тока через один из диодов обратное напряжение на другом (закрытом) диоде в пике достигает удвоенного максимального входного напряжения Uобр max = 2U2m (в мостовом – Uобр max = U2m).
Недостатками мостового выпрямителя являются применение четырех диодов, удвоенное прямое падение напряжения на вентильном блоке.
В целом можно отметить, что недостатком однополупериодных схем является подмагничивание трансформатора постоянной составляющей тока и как следствие, низкий коэффициент использования мощности. Поэтому данные схемы обычно используют в маломощных источниках.
Двухполупериодные схемы обеспечивают более низкий уровень пульсаций, но требуют большее число диодов. В мостовых схемах падение напряжения на диодах в два раза выше, что необходимо учитывать при расчёте ИВЭП с низким выходным напряжением.