ЕЛЕКТРОННІ ВИПРЯМЛЯЧІ

План.

1. Класифікація випрямлячів.

2. Схемотехнічні рішення.

3. Керовані випрямлячі, трьохфазні випрямлячі, згладжуючі фільтри, стабілізатори напруги

​

​

​

​

​

​

1. Класифікація випрямлячів.

Випрямляч електричної енергії - механічний, електровакуумний, напівпровідниковий або інший пристрій, призначений для перетворення змінного вхідного електричного струму в постійний вихідний електричний струм.

Випрямлячі класифікують за такими ознаками:

• по виду перемикача випрямляємо струму
• механічні синхронні з щіточноколекторним комутатором струму;
• механічні синхронні з контактним перемикачем (випрямлячем) струму;
• з електронною керованою комутацією струму (наприклад, тиристорні);
• з електронною пасивною комутацією струму (наприклад, діодні);
• за потужністю
• силові випрямлячі;
• випрямлячі сигналів;

​

За рівнем використання напівперіодів змінної напруги:

однопівперіодні - пропускають в навантаження тільки одну півхвилю;

двухполуперіодні - пропускають в навантаження обидві напівхвилі;

неповноперіодні - не повністю використовують синусоїдальні напівхвилі;

повноперіодні - повністю використовують синусоїдальні напівхвилі;

За схемою випрямлення - мостові, з множенням напруги, трансформаторні, з гальванічною розв'язкою, безтрансформаторні тощо;

За кількістю використовуваних фаз - однофазні, двофазні, трифазні і багатофазні;

За типом електронного вентиля - напівпровідникові діодні, напівпровідникові тиристорні, лампові діодні, газотрони, ігнітронни, електрохімічні і ін;

по керованості - некеровані (діодні), керовані (тиристорні);

За кількістю каналів - одноканальні, багатоканальні;

​

За величиною випрямленої напруги - низьковольтні (до 100В), средньовольтні (від 100 до 1000В), високовольтні (понад 1000В);

За призначенням - зварювальний, для живлення мікроелектронної схеми, для живлення лампових анодних ланцюгів, для гальваніки і пр.;

За ступенем повноти мостів - полномостові, напівмостові, четвертьмостові;

По наявності пристроїв стабілізації - стабілізовані, нестабілізовані;

За управлінням вихідними параметрами - регульовані, нерегульовані;

За індикацією вихідних параметрів - без індикації, з індикацією (аналогової, цифрової);

За способом з'єднання - паралельні, послідовні, паралельно-послідовні;

За способом об'єднання - роздільні, об'єднані зірками, об'єднані кільцями;

За частотою випрямлення струму - низькочастотні, середньочастотні, високочастотні.

​

2. Схемотехнічні рішення

Однопівперіодний випрямляч

Найпростіший однопівперіодний випрямляч складається з послідовно ввімкнених джерела живлення, діода та активного навантаження. У цій схемі змінний струм проходить через випрямляч і опір навантаження протягом однієї половини періоду. Стала складова випрямленої напруги на навантаженні значно менша від діючої напруги змінного струму.

При однопівперіодному випрямлянні цей струм сильно пульсує. Тому однофазні однотактні випрямлячі застосовуються в схемах, не критичних до великих пульсацій струму. Їх використовують у телевізорах, ПЗЧ та вимірювальних приладах.

​

​

Двоперіодний випрямляч

Недоліком цієї схеми є неповне використання трансформатора - в кожен момент часу працює лише одна половина вторинної обмотки.

Місткова схема

​

Для збільшення потужності випрямленого струму використовується місткова схема. Чотири діоди під'єднані таким чином, що під час половини періоду працюють лише два з них, а під час наступної половини — два інші, даючи потрібний струм в тому ж напрямку.

Напівперіодний випрямляч

На рисунку показана схема й принцип дії напівперіодного випрямляча. Використовуючи односторонню провідність напівпровідникового діода, струм у зворотному напрямку відтинається.� При встановленні на верхній частині вторинної обмотки трансформатора полярності "+", а на нижній "-" вентиль D відкривається і струм протікає від вторинної обмотки трансформатора через навантаження R. При зміні полярності напруги на первинній обмотці трансформатора — вентиль D закритий і струм через навантаження не протікає.

Перевагою однонапівперіодної схеми є те, що використовується лише один діод.

Недоліками даної схеми є малий ККД і велика пульсація напруги на схемі.

Випрямляч з нульовим виводом трансформатора

На відміну від однофазного однопівперіодного випрямляча в однофазному випрямлячі з нульовим виводом струм у навантаженні протікає двічі за період у тому ж самому напрямку.�При встановленні на верхній частині вторинної обмотки трансформатора полярності "+", а на нижній "-" вікривається вентиль D1 (D2 закритий) і струм протікає від вторинної обмотки через навантаження R. При зміні полярності на виводах вторинної обмотки трансформатора — вентиль D2 відкритий (D1 закритий), струм проходить через навантаження R. При цьому зворотня напруга на діодах буде вдвічі більшою, ніж на навантаженні R.

Магніторушійні сили, що зумовлені постійними складовими струмів вторинних обмоток направлені зустрічно. Тому перевагою схеми є відсутність вимушеного підмагнічування осердя трансформатора.

Недоліком цієї схеми є неповне використання трансформатора — в кожен момент часу працює лише одна половина вторинної обмотки.

Мостова схема

Для збільшення потужності випрямленого струму використовується мостова схема. Чотири діоди під'єднані таким чином, що під час половини періоду працюють лише два з них, а під час наступної половини — два інші, даючи корисний струм в тому ж напрямку.�При встановленні на верхній частині вторинної обмотки трансформатора полярності "+", а на нижній "-" струм від вторинної обмотки протікає по колу D1, R, D4. При зміні полярності на виводах вторинної обмотки трансформатора — по колу D3, R, D2.

Перевагою мостового однофазного випрямляча є те, що у цієї схеми вдвічі менша зворотня напруга на вентилі, порівняно зі схемою з нульовим виводом та високий коефіцієнт використання потужності трансформатора.

Недоліком схеми є необхідність застосування чотирьох вентилів, що призводить до підвищених втрат в них і більшому падінню напруги в випрямлячі.

3. Керовані випрямлячі, трьохфазні випрямлячі, згладжуючі фільтри, стабілізатори напруги

Керований випрямляч напруги - це такий вид випрямляча напруги, що забезпечує можливість регулювання випрямленої напруги.�Як керовані елементи в схемах керованих випрямлячів напруги найчастіше використовуються тиристори (рис.1).

Рис.1 Тиристор

Трьохфазні випрямлячі

Для живлення навантажень середньої і великої потужності використо­вують трифазні випрямні схеми, що мають порівняно з однофазни­ми ряд переваг:

• краще використовуються вентилі за струмом;
• суттєво нижчий коефіцієнт пульсацій;
• ефективне використання габаритної потужності трансформатора;
• більш ефективне використання зглажуючих фільтрів.

До мережі трифазні випрямлячі підмикаються через трифазні транс­форматори, обмотки яких вмикаються зіркою або трикутником.

Найрозповсюдженішими є такі два типи схем трифазних випрямлячів:

• однопівперіодна з нульовим виводом (схема Міткевича);
• двопівперіодна мостова (схе­ма Ларіонова).

Згладжуючі фільтри

Згладжуючі фільтри використовуються для зниження рівня пульсації випрямленої напруги до рівня, який забезпечує нормальну роботу на­вантаження.

Найширше використання мають пасивні згладжуючі фільтри, які бу­дуються на реактивних елементах, що мають властивість накопичу­вати електричну енергію – у дроселях і конденсаторах.

Індуктивний фільтр - це дросель, що вмикається послідовно з на­вантаженням. Фактично разом з навантаженням він являє собою час­тотно-залежний дільник напруги.

Ефект фільтрації наявний тоді, коли опір дроселя , змінній складовій пульсуючого струму з найнижчою частотою значно перевищує активний опір навантаження. 

Стабілізатори напруги

Для того, щоб забезпечити підтримання напруги на навантаженні на незмінному рівні при змінах напруги мережі або змінах величини наван­таження у зазначених межах, а також при дії інших дестабілізуючих фак­торів, використовують спеціальні пристрої-стабілізатори напруги.

Стабілізатори безперервної дії поділяються на параметричні та ком­пенсаційні.