– проверка готовности учащихся к уроку (конспекты, ручки).
Изложение нового материала
– сообщение темы и цели урока;
– мотивация учащихся к изучению новой темы.
Сегодня у нас третье занятие по теме: «Полупроводниковые приборы. Выпрямители» тема «Схемы выпрямителей».
Знания, полученные на этом занятии, помогут вам в дальнейшем при изучении работы и конструкции электронной техники.
– сообщение новой обучающей информации (конспект);
Закрепление нового материала.
– проведения фронтального опроса для закрепления нового материала;
Вопросы:
1. Дайте определение выпрямителя?
2. Перечислите и охарактеризуйте основные конструктивные элементы выпрямителей?
3. Изобразите схемы выпрямителей и опишите принцип их работы.
Подведение итогов.
– анализ деятельности учащихся в процессе урока;
– выставление оценок учащимся;
– выдача домашнего задания.
Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное. Основное назначение выпрямителя заключается в сохранении направления тока в нагрузке при изменении полярности приложенного напряжения.
По схеме вентильного блока различают выпрямители с параллельным, последовательным и мостовым включением однофазных выпрямителей. Схемы таких выпрямителей приведены на рисунке 1.
Однофазный однополупериодный выпрямитель, схема которого приведена на рисунок 1 а, является простейшим. Такой выпрямитель пропускает на выход только одну полуволну питающего напряжения, как показано на рис. 2, а. Такие выпрямители находят ограниченное применение в маломощных устройствах, так как они характеризуются плохим использованием трансформатора и сглаживающего фильтра.
Рисунок 1. Схемы выпрямителей, питаемых от однофазной сети: однополупериодный (а), двухфазный двухполупериодный (б), однофазный мостовой (в) и однофазный с последовательным включением (схема удвоения) (г)
Двухфазный двухполупериодный выпрямитель, приведенный на рисунок 1 б, представляет собой параллельное соединение двух однофазных выпрямителей, питаемых от двух половин вторичной обмотки w2 и w2. С помощью этих полуобмоток создаются два противофазных питающих выпрямитель напряжения. Форма выходного напряжения такого выпрямителя приведена на рисунке 2, б. Этот выпрямитель характеризуется лучшим использованием трансформатора и фильтра. Его часто называют выпрямителем со средней точкой вторичной обмотки трансформатора.
Рисунок 2. Формы напряжений на входе и выходе выпрямителей, питаемых от однофазной сети, при резистивной нагрузке без фильтра: однополупериодного (а) и двухполупериодного (б)
Однофазный мостовой выпрямитель (рисунок 1, в) является двухполупериодным выпрямителем, питаемым от однофазной сети. В отличие от предыдущей схемы его можно использовать для выпрямления напряжения сети и без трансформатора. К его недостаткам относится удвоенное число выпрямительных диодов, однако трансформатор в таком выпрямителе используется наиболее полно, так как нет подмагничивания магнитопровода постоянным током и ток во вторичной обмотке протекает в течение обоих полупериодов. Из-за увеличенного падения напряжения на выпрямительных диодах такие выпрямители редко используются при выпрямлении низких напряжений (меньше 5В).
Однофазный выпрямитель с удвоением напряжения (рисунок 1, г) представляет собой последовательное соединение двух однофазных однополупериодных выпрямителей. В первом полупериоде при положительном напряжении на аноде диода VD1 заряжается конденсатор C1, а во втором полупериоде проводит диод VD2 и конденсатор С2 заряжается напряжением противоположной полярности. Так как эти конденсаторы включены последовательно, то выходное напряжение почти удваивается. Конденсаторы C1 и С2 могут использоваться как элементы фильтра. Трансформатор в этой схеме используется так же полно, как и в мостовой. Эту схему можно получить из мостовой схемы, изображенной на рис.30.2в, если заменить диоды VD3 и VD4 конденсаторами C1 и С2. В связи с этим такой выпрямитель часто называют полумостовым. К достоинствам схемы можно отнести уменьшение вдвое выходного напряжения трансформатора, а к недостаткам - наличие двух конденсаторов C1 и С2.
Схемы трехфазных выпрямителей, получивших наиболее широкое распространение в ИВЭП, приведены на рисуноке 3. Первичные обмотки трансформаторов Тр могут включаться по схеме звезды или треугольника, а вторичные обмотки включены по схеме звезды. На рисунок 3, а приведена схема трехфазного выпрямителя с отводом от нулевой точки 0' вторичных обмоток. На рисунке 4, а приведены временные диаграммы напряжений и токов для этой схемы при резистивной нагрузке без фильтра. Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения составляет Кп = 25%, в то время как для двухполупериодного однофазного выпрямителя он составляет 67%, при этом частота пульсаций в три раза выше частоты питающей сети. Все это значительно облегчает фильтрацию выпрямленного напряжения, а в ряде случаев позволяет вообще обойтись без фильтра.
Рисунок 3. Схема трехфазного выпрямителя с отводом от нулевой точки (а) и мостового трехфазного выпрямителя (б)
К недостаткам такой схемы следует отнести плохое использование трансформатора, который работает с подмагничиванием постоянным током, и повышенное обратное напряжение на выпрямительных диодах.
Мостовая схема трехфазного выпрямителя (схема Ларионова) приведена на рис. 3, б. В этой схеме включены 6 диодов, которые выпрямляют как положительные, так и отрицательные полуволны трехфазного напряжения. При этом в любой произвольный момент времени ток проводят два диода, у которых на аноде наибольшее положительное напряжение, а на катоде - наибольшее отрицательное. Графики токов и напряжений для трехфазной мостовой схемы приведены на рисунке 4, б.
К достоинствам схемы Ларионова относятся: отсутствие подмагничивания сердечника трансформатора постоянным током, вдвое меньшее (по сравнению
Рисунок 4. Формы напряжений и токов в трехфазном выпрямителе с нулевой точкой (а) и в трехфазном мостовом выпрямителе (б)
с предыдущей схемой) обратное напряжение, малый коэффициент пульсаций равный 5,7%) и вдвое увеличенная частота пульсаций fп = 6 fс. Все это позволяет во многих случаях не использовать выходной фильтр.
Для сравнения рассмотренных схем выпрямителей в таблице1 приведены их основные параметры при работе на резистивную нагрузку без фильтра. В этой таблице приняты следующие обозначения основных характеристик n = U1 /U2 = w1 / w2 - коэффициент трансформации, U1 - действующее значение напряжения на первичной обмотке, U2 - действующее значение напряжения на вторичной обмотке, w1 и w2 - число витков первичной и вторичной обмоток соответственно, Uн = nд Uпр + Uв - расчетное значение напряжения на нагрузке. nд - число последовательно включенных диодов, Uв - среднее значение выпрямленного напряжения; Uпр - прямое падение напряжения на диоде, fс - частота питающей сети, Kп = Uпm / Uн - коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения, Uпm - амплитуда напряжения с частотой пульсаций на выходе выпрямителя.
Рисунок 3. Схема трехфазного выпрямителя с отводом от нулевой точки (а) и мостового трехфазного выпрямителя (б)
