Что такое внешняя характеристика выпрямителя
Внешние характеристики выпрямителя
Внешней или нагрузочной характеристикой выпрямителя называют зависимость напряжения на нагрузке UH от тока нагрузки Iн
Характер этой зависимости можно уяснить из рис. 99.
Рис. 99. Эквивалентная схема выпрямителя и его внешние характеристики
Выпрямитель можно рассматривать как источник напряжения постоянного тока с некоторой эквивалентной ЭДС, равной напряжению холостого хода Uxx, (напряжению на выходе выпрямителя при токе нагрузки Iн = 0) и внутренним сопротивлением Rвн,
Из эквивалентной схемы следует, что
Выражение показывает, что с ростом выпрямленного тока Iн падение напряжения на Rвн увеличивается и напряжение Uн, на нагрузке уменьшается. Сопротивление диодов в прямом направлении зависит от тока, поэтому внешняя характеристика Iн = f(Uн) является нелинейной. Однако при малом сопротивлении цепи выпрямителя эта нелинейность может быть слабо выражена.
На внешних характеристиках выпрямителя кривая 1 без сглаживающего фильтра и кривая 2 с емкостным фильтром. Кривая 2 расположена выше. Это объясняется тем, что при наличии емкостного фильтра в режиме холостого хода (при Iн = 0) конденсатор Сф заряжается до амплитудного значения выпрямленного напряжения UH = U2m, что по величине больше, чем среднее значение выпрямленного напряжения в отсутствие сглаживающего фильтра. Примерно такая же картина будет и при применении Г-образного или П-образного фильтров.
Дата добавления: 2015-09-11 ; просмотров: 2373 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Тема 2.3. Электронные выпрямители и стабилизаторы
Виды выпрямителей и их характеристики. Выпрямителем называется устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное. Основное назначение выпрямителя заключается в сохранении направления тока в нагрузке при изменении полярности приложенного напряжения. Выпрямитель можно рассматривать как один из типов инверторов напряжения. В состав выпрямителя могут входить: силовой трансформатор СТ, вентильный блок ВБ, фильтрующее устройство ФУ и стабилизатор напряжения СН. Трансформатор СТ выполняет следующие функции: преобразует значение напряжения сети, обеспечивает гальваническую изоляцию нагрузки от силовой сети, преобразует количество фаз силовой сети. В импульсных источниках питания трансформатор обычно отсутствует, так как его функции выполняет высокочастотный инвертор.
Обобщенная структурная схема выпрямителя
Вентильный блок ВБ является основным звеном выпрямителя, обеспечивая однонаправленное протекание тока в нагрузке. В качестве вентилей могут использоваться электровакуумные, газоразрядные или полупроводниковые приборы, обладающие односторонней электропроводностью, например, диоды, тиристоры, транзисторы и др. Идеальные вентильные элементы должны пропускать ток только в одном (прямом) направлении и совсем не пропускать его в другом (обратном) направлении. Реальные вентильные элементы отличаются от идеальных прежде всего тем, что они пропускают некоторый ток в обратном направлении и имеют падение напряжения при протекании прямого тока. Это сказывается на снижении КПД вентильного блока и снижении эффективности выпрямителя в целом.
Стабилизатор напряжения СН предназначен для уменьшения влияния внешних воздействий: изменения напряжения питающей сети, температуры окружающей среды, изменения нагрузки и др., — на выходное напряжение выпрямителя. Если к стабильности выходного напряжения не предъявляется особых требований, то стабилизатор может быть или совсем исключен или его функции переданы другим узлам. Например, в импульсных источниках питания функции стабилизатора может выполнять регулируемый инвертор (РИ) или регулируемый вентильный блок.
Кроме основных узлов, в состав выпрямителя могут входить различные вспомогательные элементы и узлы, предназначенные для повышения его надежности: узлы контроля и автоматики, узлы защиты и др., например, узлы автоматического переключения напряжения питающей сети 110-220 В.
Классификация выпрямителей. Для классификации выпрямителей используют различные признаки: количество выпрямленных полуволн (полупериодов) напряжения, число фаз силовой сети, схему вентильного блока, тип сглаживающего фильтра, наличие трансформатора и др.
По количеству выпрямленных полуволн различают однополупериодные и двухполупериодные выпрямители. По числу фаз питающего напряжения различают однофазные, двухфазные, трехфазные и шестифазные выпрямители. При этом под числом фаз питающего напряжения понимают число питающих напряжений с отличными друг от друга начальными фазами.
Питание электронной аппаратуры чаще всего осуществляется с помощью маломощных выпрямителей, работающих от однофазной сети переменного тока. Такие выпрямители называются однофазными. Они делятся:
а) на однополупериодные, в которых ток через вентиль проходит в течение одного полупериода переменного напряжения сети;
б) двухполупериодные, в которых ток проходит через вентиль в течение обоих полупериодов;
в) схемы с умножением напряжения.
Для питания мощных промышленных установок используют выпрямители средней и большой мощности, работающие от трехфазной сети. В современных выпрямителях в качестве вентилей чаще всего используются полупроводниковые диоды.
В электронной аппаратуре широко применяются преобразователи постоянного напряжения, позволяющие преобразовать постоянный ток одного напряжения в постоянный или переменный ток другого напряжения.
С хемы выпрямителей, питаемых от однофазной сети: однополупериодный (а), двухфазный двухполупериодный (б), однофазный мостовой (в) и однофазный с последовательным включением (схема удвоения) (г)
Форма выходного напряжения такого выпрямителя приведена на рисунке ниже под буквой » б». Этот выпрямитель характеризуется лучшим использованием трансформатора и фильтра. Его часто называют выпрямителем со средней точкой вторичной обмотки трансформатора.
Формы напряжений на входе и выходе выпрямителей, питаемых от однофазной сети, при резистивной нагрузке без фильтра: однополупериодного (а) и двухполупериодного (б)
Виды стабилизаторов и их основные характеристики. Стабилизатором напряжения называют устройство, поддерживающее с определенной точностью неизменным напряжение на нагрузке. Изменение напряжения на нагрузке может быть вызвано рядом причин: колебаниями напряжения первичного источника питания (сети переменного напряжения, аккумулятора, гальванического элемента), изменением нагрузки, изменением температуры окружающей среды и др.
Параметрические стабилизаторы осуществляют стабилизацию напряжения за счет изменения параметров полупроводниковых приборов: стабилитронов, стабисторов, транзисторов и др. Изменяемым параметром полупроводниковых стабилизаторов напряжения является их сопротивление или проводимость.
Компенсационные стабилизаторы представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования напряжения на нагрузке, выполненные на полупроводниковых приборах. Выходное напряжение в этих стабилизаторах поддерживается равным или пропорциональным стабильному опорному напряжению, которое обычно создается одним из типов параметрических стабилизаторов. Компенсационные стабилизаторы содержат регулирующий элемент (обычно транзистор), который может включаться последовательно или параллельно нагрузке. Регулирующий элемент может работать в непрерывном или ключевом режимах. В импульсных стабилизаторах используется ключевой режим работы регулирующего элемента. В стабилизаторах с непрерывным регулированием регулирующий элемент работает в непрерывном режиме.
По выходной мощности стабилизаторы можно разделить на маломощные (до 1Вт), средней мощности (до 250 Вт) и большой мощности (свыше 250 Вт). Маломощные стабилизаторы используются в измерительной технике, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователях. Стабилизаторы средней мощности используются для питания маломощных электронных устройств. Мощные стабилизаторы применяют для питания лазерных установок, электронных микроскопов и др.
По точности поддержания выходного напряжения на нагрузке стабилизаторы делят на прецизионные (изменение напряжения не более 0,005%), точные (изменение напряжения от 0,01 до 0,005%), средней точности (изменение напряжения от 0,1 до 0,01%) и низкой точности (изменение напряжения от 1 до 0,1%). В прецизионных стабилизаторах для получения наивысшей точности поддержания выходного напряжения используются специальные устройства, исключающие влияние изменения температуры окружающей среды (термостаты или криостаты).
Диапазон изменения тока нагрузки I н позволяет установить пределы изменения тока нагрузки, при котором сохраняются точностные свойства стабилизатора.
Внешняя характеристика выпрямителя.
Дата добавления: 2014-11-27 ; просмотров: 8357 ; Нарушение авторских прав
Внешней характеристикой выпрямителя называют зависимость напряжения на нагрузочном устройстве от тока в нем UН = ƒ(IН). Наличие такой зависимости обусловлено тем, что в реальном выпрямителе сопротивления диодов и обмоток трансформатора не равны нулю, а имеют конечные значения. На этих сопротивлениях от выпрямленного тока IН создается падение напряжения, приводящее к уменьшению напряжения UН.
На рис.35 изображена зависимость UН = ƒ(IН) выпрямителя без фильтра (кривая 1).
Кривая 2 на рис.35 соответствует выпрямителю с емкостным фильтром. При IН = 0 кривая берет свое начало из точки на оси ординат, соответствующей напряжению 
, так как в отсутствии тока IН конденсатор Сф заряжается до амплитудного значения напряжения вторичной обмотки u2. с ростом тока IН кривая 2 спадает быстрее, чем кривая 1, что объясняется не только увеличением падения напряжения на вторичной обмотке трансформатора и прямом сопротивлении диода, но и уменьшением постоянной времени разряда t = RН СФ, обусловливающим дополнительное снижение среднего значения выпрямленного напряжения UН. Можно легко показать, что при дальнейшем уменьшении RН кривая 2 будет асимптотически стремиться к кривой 1 и при RН=0 они придут в одну точку на
оси абсцисс.
Внешняя характеристика П-образного фильтра (кривая 3) на рис.35 имеет еще более крутой наклон, чем кривая 2. Это вызвано дополнительным
падением напряжения на последовательно включенной катушке LФ.
Внешние характеристики выпрямителей
Индуктивный фильтр
В течение положительного полупериода напряжения u2, когда ток i нарастает, индуктивная катушка Lф запасает энергию, а в отрицательный полупериод – энергия расходуется на поддержание тока.
Длительность импульсов тока iн определяется постоянной времени 
. Чем больше индуктивность Lф, тем больше затягивается импульс и его амплитуда снижается из-за индуктивного сопротивления 
. Падает и среднее значение тока.
Обычно индуктивность Lф в однополупериодных схемах не применяют, а используют в двухполупериодных:
Разновидности сглаживающих фильтров:
LC— RC-фильтры; Г-, П-, Т- образные фильтры.
Сопротивление нагрузки Rн при работе изменяется, что вызывает изменение нагрузочного тока Iн.
Трансформаторы и вентили (диоды) имеют определенные величины активных сопротивлений Rтр и Rпр. На этих сопротивлениях происходит падение напряжения от тока Iн, приводящее к изменению напряжения на нагрузке Uн.
,
где Uхх – выпрямленное напряжение при Iн=0;
— среднее значение падения напряжения на сопротивлении диода в прямом направлении;
— среднее значение падения напряжения на активном сопротивлении вторичной обмотки трансформатора.
Внешняя характеристика определяет границы изменения нагрузочного тока, при котором выпрямленное напряжение не снижается ниже допустимой величины.
 |
1 – выпрямитель без фильтра (характеристика нелинейна из-за Rпр);
2 – Выпрямитель с емкостным фильтром;
В режиме ХХ (Iн=0) выпрямленное напряжение равно амплитудному значению Umхх, а без фильтра – среднему значению.
Для однополупериодного выпрямителя 
;
При росте тока нагрузки кривая 2 падает более резко, поскольку падение происходит также за счет более быстрого разряда конденсатора на меньшее сопротивление, что снижает напряжение на нагрузке.
3 – Выпрямитель с Г-образным RC-фильтром. Дополнительное снижение напряжения вызвано падением напряжения на последовательно включенном резисторе Rф.
Выпрямители: разновидности, схемы, формулы и функции расчета
В маломощных источниках питания (до нескольких сотен ватт) обычно используют однофазные выпрямители. В мощных источниках целесообразно применять трехфазные выпрямители.
Выпрямители имеют следующие основные параметры: а) среднее значение выходного напряжения uвых
где Т − период напряжения сети (для промышленной сети − 20 мс);
Обозначим его через ε %: ε % = Um/Uср · 100%
Указанные параметры являются наиболее важными при использовании выпрямителя.
Параметры выпрямителей
При проектировании выпрямителя широко применяются также следующие параметры, характеризующие его внутренние особенности:
Токи Iд.ср и Iд.макс принято выражать через Iср. Значение Uобр.макс используется для выбора вентиля по напряжению. Значения
Iд.сри Iд.макс используются для выбора вентиля по току. Здесь следует иметь в виду, что вследствие малой тепловой инерционности полупроводникового вентиля он может выйти из строя даже в том случае, когда его средний ток I д.срм мал, но велик максимальный ток Iд.макс.
Однофазный однополупериодный выпрямитель
Он является простейшим и имеет схему, изображенную на рис. 2.73, а. В таком выпрямителе ток через нагрузку протекает лишь в течение полупериода сетевого напряжения (рис. 2.73, б).
Исходя из приведенных выше определений, получим основные параметры: