Классификация и основные характеристики выпрямителей
Выпрямитель электрического тока – это электронная схема, которая используется для преобразования переменного электрического тока в постоянный.
Чаще всего выпрямители применяются для возбуждения генераторов электрических станций в установках железнодорожной тяги, установках электролиза и установках питания приводов прокатных станков. Основными элементами современных выпрямителей являются: выпрямительный элемент (вентиль), использующийся для преобразования переменного напряжения в пульсирующее; силовой трансформатор (устройство для повышения или понижения напряжения питающей сети); фильтр (устройство для сглаживания пульсирующего напряжения). Выпрямители классифицируются по:
- Управлению выходным напряжением - неуправляемые и управляемые.
- Форме напряжения на выходе - двухполупериодные и однополупериодные.
- Числу входного напряжения - многофазные, трехфазные, двухфазные и однофазные.
К основным характеристикам выпрямителей электрического тока относятся номинальный выпрямительный ток, номинальное напряжение постоянного тока, напряжение сети, пульсация, частота пульсаций, коэффициент пульсаций, коэффициент сглаживания, колебания напряжения на выходе. Номинальное напряжение постоянного тока, как правило, задано техническими требованиями и определяется значением напряжения, которое необходимо для питаемых выпрямительных устройств. Стандартное напряжение сети в бытовых условиях составляет 220 вольт, с допустимым отклонением не более 10 %. Номинальный выпрямляемый ток — это среднее значение выпрямляемого тока, который определяется результирующим электрическим током всех питаемых цепей выпрямителем.
Пульсация – это переменная составляющая электрического тока и напряжения на выходе, является качественным показателем.
Частота пульсаций представляет собой самую выраженную гармоническую составляющую напряжения или электрического тока на выходе выпрямителя. Для однополупериодной схемы частота пульсаций равняется частоте питающего прибора, для двухполупериодной - удвоенной частоте питающей сети, а для многофазных схем частота пульсаций зависит от числа фаз и схемы выпрямителя.
Коэффициент пульсации выражает отношение амплитуды самой выраженной гармонической составляющей тока или напряжения на выходе выпрямителя к их среднему значению. Различают коэффициент пульсации на выходе и выходе фильтра.
Расчет выпрямителя
В большинстве случаев используются двухполупериодные выпрямители, диоды которых соединяются по мостовой схеме, которая изображена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Мостовая схема. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Расчет такого электрического выпрямителя заключается в:
- Выборе выпрямительных диодов.
- Выборе конденсатора фильтра.
- Определении необходимого переменного напряжения.
Обычно исходными данными для расчета электрического выпрямителя являются максимально потребляемый электрический ток и необходимое напряжение на нагрузке. Порядок расчета выглядит следующим образом. Сначала определяется переменное напряжение, которое должно быть на вторичной обмотке сетевого трансформатора:
U2 = B • Uн,
где, Uн - постоянное напряжение на нагрузке; B - коэффициент, который зависит от электрического тока нагрузки (табличное значение).
Затем определяется максимальный электрический ток, который протекает через каждый диод выпрямительного моста:
Iд = 0,5 • С • Iн,
где, Iд - ток, протекающий через диод; Iн - максимальный ток нагрузки диода; С - коэффициент, который зависит от тока нагрузки (табличное значение).
Затем рассчитывается обратное напряжение, прилагаемое к каждому диоду выпрямителя:
Uобр = 1,5 • Uн,
где, Uобр - обратное напряжение.
Затем подбираются диоды, значения выпрямляемого тока которых и допустимого обратного напряжения превышают расчетные или равны им. После этого определяется емкость конденсатора фильтра:
Сф = (3200 • I н) / Uн • Кп,
где, Сф - емкость конденсатора фильтра; Iн - максимальный ток нагрузки; Uн - напряжение на нагрузке; Кп - коэффициент пульсации выпрямленного напряжения.
Для разных нагрузок коэффициент пульсации не должен быть больше определенного значения, в противном случае будет прослушиваться фон переменного электрического тока. Для осуществления питания портативных приемников и магнитофонов коэффициент пульсации выпрямленного напряжения находится в диапазоне от 0,001 до 0,01 для высокочастотных усилителей и от 0,0001 до 0,001 для усилителей промежуточных частот. Для предварительных каскадов усилителей низких частот, а также микрофонных усилителей коэффициент пульсации находится в пределах от 0,00001 до 0,0001. В случае, если выходное напряжение в выпрямителе электрического тока стабилизируется дополнительно транзисторным стабилизатором, то расчетную емкость можно снизить в несколько раз (в 5-10).
