Основные теоретические положения

Лабораторная работа 5.2. Однофазные выпрямители

Цель работы.Изучение принципов работы, определение основных характеристик выпрямителей, умножителей напряжения.Файлы для моделирования выпрямителей расположены в папке Lab_5_2\Модели.

Основные теоретические положения

Элементами схем выпрямления являются:

- источник переменной ЭДС (генератор переменного тока, трансформатор);

- вентильная группа, преобразующая переменный ток в выпрямленный;

- сглаживающий фильтр, необходимый для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения (используется при необходимости).

Схемы выпрямления различают:

- по числу фаз первичной обмотки трансформатора (однофазные, трехфазные и т.д.);

- по количеству используемых полупериодов переменного напряжения (однополупериодные и двухполупериодные);

- по соотношению между входным и выходным напряжением выпрямителя (схемы удвоения, учетверения напряжения и др.).

1 Однофазный однополупериодный выпрямитель

Однофазные выпрямители применяются в электроэнергетике для испытания изоляции электрооборудования, в блоках питания и других устройствах.

Однополупериодный выпрямитель (рис. 1) состоит из трансформатора T, к вторичной обмотке которого подключен диод VD,нагрузочный резистор R_Н и, при необходимости, сглаживающий фильтр (C).

Трансформатор осуществляет электрическую развязку источника выпрямляемого напряжения и нагрузочного устройства, которые гальванически не связанны друг с другом. После трансформатора переменное напряжение преобразуется в пульсирующее напряжение с помощью диода. При выборе диода учитывается максимально допустимый средний прямой ток и амплитудное значение обратного напряжения.

Рис. 1 Схема однополупериодного выпрямления

В выпрямленном напряжении присутствует постоянная и переменная составляющая. Для снижения пульсаций используется сглаживающий фильтр. Если необходимо получить неизменное значение выпрямленного напряжения на сопротивлении R_Н, то применяется стабилизатор напряжения.

В зависимости от условий работы и требований, предъявляемых к выпрямительным устройствам, отдельные его блоки могут отсутствовать.

В первый полупериод, когда U₂>0 диод открыт и на R_Н падает напряжение U_R. Во второй полупериод, при U₂<0 диод закрыт. Среднее значение напряжения Ud,выпрямленный ток (среднее значение) в нагрузке I_d и обратное напряжение на диоде U_ОБР:

Достоинством однополупериодного выпрямителя является его простота, недостатки: большие пульсации и малые значения выпрямленного напряжения и тока.

Кроме того, ток во вторичной обмотке трансформатора протекает только в одном направлении (когда диод открыт) и, следовательно, имеет постоянную составляющую.

Это вызывает подмагничивание сердечника трансформатора, уменьшается его магнитная проницаемость, снижается индуктивность обмоток трансформатора.

Следствием является рост холостого хода, увеличение потерь в трансформаторе и снижение кпд выпрямителя.

Однополупериодный выпрямитель обычно применяют для питания нагрузок, мощностью не более 15 Вт.