Основні принципи побудови та використання діодних схем. Малопотужні випрямлячі. Робота випрямляча на активно-реактивне навантаження

2. Основні принципи побудови та використання

діодних схем.

2.1.Малопотужні випрямлячі.

Випрямлячем називається пристрій, призначений для перетворення енергії джерела змінного струму в постійний струм. Необхідність такого перетворення пов’язана з тим, що електроенергія виробляється і передається у вигляді змінного струму, а часто використовується у вигляді постійного струму. Наприклад, майже всі електронні схеми споживають енергію постійного струму, постійний струм споживає електротранспорт, велика кількість технологічних установок і т. д.

В цьому параграфі розглянемо лише використання діодів в схемотехніці малопотужних випрямлячів, так як в потужних випрямлячах фізичні процеси перетворення енергії протікають значно складніше. При розгляді роботи випрямляча  приймемо умову, що діоди мають ідеальну вольт-амперну характеристику (рис.2.1, а), а трансформатор забезпечує перетворення енергії без затрат

На рис.2.2,а приведена схема , яка названа як

Рис.2.1.        однофазна двонапівперіодна з нульовим виводом. Робота її на активне навантаження пояснюється часовими діаграмами, що приведені на рис.2.2,б.

Напруга U₁ від джерела живлення через транзистор Тр передається у вторинні обмотки з коефіцієнтом трансформації

де U ₂= U₂₁ = U₂₂.

Починаючи з моменту w₀t=0 (w₀ – частота синусоїдальної напруги джерела живлення), напруга u₂₁ прикладається до анода діода VD1 і відкриває його. В колі, що включає в себе напівобмотку трансформатора  з напругою u₂₁ , діод VD1 і навантаження R_d почне протікати струм, величина якого в кожний момент

Pис.2.2.                             часу буде визначатися законом Ома.

 (1).

Напруга u₂₂  в інтервалі 0 – p буде прикладатись до діода VD2 негативною полярністю, завдяки чому він буде закритим і струм через нього протікати не буде.

В інтервалі p – 2p поляність напруг u₂₁ і u₂₂ зміниться. Тепер u₂₂ відкриє діод VD2 і через нього буде протікати струм і₂₂(t) = і_d(t). При цьому через опір R_d напрямок струму не зміниться, як не зміниться і полярність прикладаємої напруги. Тобто на R_d будемо на протязі обох напівперіодів мати однополярну випрямлену напругу, яка має період повторюваності 0 – p. Середнє значення її можемо знайти за формулою:

    (2)  

де U₂ – діюче значення напруги u₂.

Середнє значення струму в навантаженні:

                                                    (3).

Так як кожен з діодів працює лише півперіода напруги джерела живлення, то середнє значення струму через діод :

I_VD=.

При виборі діодів для випрямляча, необхідно щоб паспортне значення номінального струму діода не перевищувало, або було близьким визначеного I_VD, тобто

Другим параметром, за яким вибирається діод для випрямляча – це зворотня напруга. В інтервалі 0-p до діода VD2 прикладається зворотня напруга, яка визначається миттєвими значеннями  -u₂₂  і + u₂₁ на катоді.,  тобто

u_ЗВVD2 = u₂₂+u₂₁=2u₂

Максимальне значення зворотньої напруги, відповідно буде:

U_звmax=2U₂=pU_d                         (4)

Вона повинна бути меншою максимально допустимого значення зворотньої напруги вибираємого діода, тобто U_звVD >  U_звmax.

Криві випрямленої напруги ї струму (рис.2.2). Мають одну полярність, але змінюються по рівню від амплітудного значення до нуля. Тобто, їх можна розглядати як суму постійної складової U_d зі змінною складовою, u_n (t), яка містить в собі нескінчений ряд гармонік.

Амплітуди гармонічних складових обчислюються за формулою:

U_n,m = , де n = 1,2,3,4... – порядкові номери гармонічних складових.

Саму велику амплітуду має перша гармоніка, відносне значення якої

.

Частота першої гармоніки в два рази перевищує частоту напруги мережі живлення, тобто

w_1m =2w₀.

Враховуючи синусоїдальний характер струму обмоток, активна потужність, що віддається в навантаження, може бути обчислена за формулою:

Потужність постійної складової :

Звідси витікає, що біля 20 відсотків споживаємої випрямлячем потужності передається в навантаження у вигляді змінної складової, тому реально схеми випрямлення завантажуються реативними фільтрами, найпростішими з яких являються дросель або конденсатор.

Робота випрямляча на активно-реактивне навантаження.

Робота випрямляча на активно-реактивне навантаження має свої аналогії при живленні випрямленим струмом обмоток збудження електричних машин, двигунів постійного струму, зварювальної дуги постійного струму та ін. В кожному з таких випадків індуктивність навантаження досить велика, що виконується умова

w₀L_d> (5-10)R_d .