Основные характеристики выпрямительных устройств и сферы их применения
Выпрямительное устройство – это преобразователь электрической энергии, предназначенный для преобразования входного переменного электрического тока в постоянный.
Пример структурной схемы выпрямителя изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Структурная схема выпрямителя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: 1 - силовой трансформатор; 2 - вентильный блок; 3 - фильтрующее устройство; 4 - цепь нагрузки
Силовой трансформатор используется для согласования входного и выходного напряжений выпрямителя. Задача вентильного блока заключается в выпрямлении переменного тока, посредством подключения вторичного напряжения нужной фазы трансформатора к цепи постоянного тока. Фильтрующим устройством обеспечивается нужный уровень пульсаций выпрямленного тока в цепи нагрузки.
Современные выпрямители используются в следующем оборудовании:
- Блоки питания аппаратуры. Выпрямители входят в состав блоков питания бортовой аппаратуры, а также в блоки питания промышленной электроаппаратуры.
- Электросиловые установки. Выпрямители входят в состав преобразователей бортового электроснабжения и главных двигателей постоянного тока автономного транспорта.
- Сварочные аппараты. Выпрямители входят в состав выпрямительных установок для городского электротранспорта, систем питания приводов прокатных станков и т.п.
- Вентильные блоки преобразовательных подстанций систем электроснабжения. Выпрямители входят в состав установок очистки воды, установок электростатической очистки промышленных газов, систем электроснабжения контактных сетей электротранспорта, систем передачи электрической энергии постоянным током и т.п.
- Основными характеристиками выпрямителей являются: коэффициент использования мощности габаритов трансформатора, номинальное выходное напряжение постоянного электрического тока, внутреннее эквивалентное комплексное сопротивление, номинальный ток нагрузки, допустимая выходная пульсация.
Особенности расчета выпрямительных устройств
Для выпрямительных устройств важное значение имеет характер нагрузки, которая включена на выходе - схема сглаживающего фильтра. Методы расчета выпрямителей с различной нагрузкой отличаются друг от друга.
Выпрямители, работающие на фильтр с емкость, обладают низким коэффициентом полезного действия и большим сопротивлением по сравнению с выпрямительными устройствами, которые работают на фильтр с индуктивностью на входе, однако, они позволяют получить более хорошее сглаживание выпрямленного напряжения при небольших размерах фильтра.
Расчет и проектирование выпрямителей сводятся к выбору типа вентиля и схемы, а также к расчету режимов вентилей, напряжений обмоток и эффективных значений токов трансформатора, определению параметров сглаживающего фильтра. При проектировании блоков питания должно быть максимальное использование в схеме стандартизированных узлов, деталей и элементов. В том случае, когда в схеме выпрямителя невозможно подобрать стандартизированную составляющую, то производится ее конструкционный расчет. В зависимости от напряжения, мощности, допустимой пульсации и других параметров могут использоваться различные схемы.
Сглаживающий фильтр – это устройство, используемое для сглаживания пульсаций после выпрямления переменного тока.
Расчет выпрямительного устройства с емкостным фильтром
Для расчета выпрямителя с емкостным устройством исходными данными являются:
- Напряжение питающей сети.
- Выпрямленный ток.
- Выпрямленное напряжение.
- Число фаз питающей линии.
- Частота питающей линии.
- Коэффициент пульсаций выпрямителя.
Сначала рассчитывается сопротивление нагрузки выпрямительного устройства:
$Rd = Ud/Id$
где: Ud - выпрямленное напряжение; Id - выпрямленный ток.
Для ранее выбранной схемы выпрямителя рассчитываются средний ток вентиля, значение обратного напряжения на вентиле, максимальное значение тока через вентиль:
$Iпрср = Id/2$
$Uобри = 3*Ud$
$Iпри = 3.5*Id$
Затем выбираются вентили и рассчитывается их сопротивление. Строится вольтамперная характеристика для них, рассчитывается их внутренне сопротивление, активное сопротивление выпрямительного устройства.
Для того, чтобы правильно рассчитать выпрямитель, необходимо учитывать пороговое напряжение диода, если он был выбран в качестве вентиля, тогда формула для расчета напряжения будет иметь следующий вид:
$Upd = Ud+kvd*Eпор$
где Епор - пороговое напряжение диода.
Затем рассчитывается активное относительное сопротивление фазы:
$tgф = (2*п*f1*Ls) / r$
где п = 3,14; f1 - частота питающей сети
После этого рассчитываются действующее и амплитудное значения электродвижущей силы трансформатора, уточняется значение обратного напряжения диода (если он выбран в качестве вентиля), вычисляется действующее значение вторичной обмотки, уточняется значение импульса через вентиль, определяется коэффициент трансформации, действующее значение тока первичной обмотки. Мощности вторично и первично обмотки трансформатора рассчитываются следующим образом:
$S2 = 2*E2*I2$
$S1 = U1*I1$
где: I1, I2 - действующее значение тока первичной и вторичной обмотки; U1 - напряжение первичной обмотки; Е2 - электродвижущая сила вторичной обмотки.
В завершении рассчитываются габаритная мощность и коэффициент использования трансформатора, емкость конденсатора, напряжение холостого хода и выбирается номинал рабочего напряжения
