Выпрямитель переменного тока. Выпрямители переменного тока: виды, принцип работы и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое выпрямитель переменного тока. Какие бывают виды выпрямителей. Как работают основные схемы выпрямления. Для чего применяются выпрямители в электронике и электротехнике.

Содержание

Что такое выпрямитель переменного тока и для чего он нужен

Выпрямитель переменного тока — это устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Основная задача выпрямителя заключается в том, чтобы «выпрямить» синусоидальные колебания входного переменного напряжения, получив на выходе практически постоянное напряжение.

Выпрямители широко применяются в различных областях электроники и электротехники:

В блоках питания электронных устройств
В зарядных устройствах для аккумуляторов
В системах электропривода
В сварочных аппаратах
В электролизных установках

Почему нельзя просто использовать переменный ток? Дело в том, что многие электронные компоненты и устройства требуют для своей работы именно постоянное напряжение определенной полярности. Выпрямитель позволяет получить такое напряжение из доступной в электросети переменной составляющей.

Основные компоненты выпрямительного устройства

Типичное выпрямительное устройство состоит из следующих основных элементов:

Трансформатор — для понижения или повышения входного переменного напряжения
Выпрямительный блок — содержит диоды для однонаправленного пропускания тока
Сглаживающий фильтр — для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения
Стабилизатор напряжения (опционально) — для поддержания постоянного выходного напряжения

Ключевым элементом выпрямителя являются полупроводниковые диоды. Они обладают свойством односторонней проводимости, пропуская ток только в прямом направлении. Это позволяет преобразовать двухполярный переменный ток в пульсирующий однополярный.

Основные виды выпрямителей переменного тока

Существует несколько базовых схем выпрямления, отличающихся количеством используемых диодов и способом их подключения:

1. Однополупериодный выпрямитель

Самая простая схема, содержащая всего один диод. Пропускает только положительные полуволны входного напряжения. Основные характеристики:

Низкая эффективность
Большие пульсации выходного напряжения
Применяется только в маломощных устройствах

2. Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Использует два диода и трансформатор с отводом от середины вторичной обмотки. Выпрямляет обе полуволны входного напряжения. Особенности:

Более высокий КПД по сравнению с однополупериодной схемой
Меньшие пульсации выходного напряжения
Требует специального трансформатора

3. Мостовой выпрямитель

Наиболее распространенная схема, содержащая четыре диода, соединенных в мостовую конфигурацию. Преимущества:

Высокая эффективность
Низкий уровень пульсаций

Не требует трансформатора со средней точкой
Широко применяется в различных устройствах

Принцип работы двухполупериодного мостового выпрямителя

Рассмотрим подробнее принцип действия наиболее распространенной мостовой схемы выпрямления:

В течение положительного полупериода входного напряжения ток проходит через диоды D1 и D4
В отрицательный полупериод ток течет через диоды D2 и D3
В результате, через нагрузку всегда протекает ток одного направления
Выходное напряжение имеет форму пульсирующих импульсов одной полярности

Таким образом, мостовая схема обеспечивает двухполупериодное выпрямление, используя обе полуволны входного переменного напряжения. Это позволяет получить более высокое среднее значение выпрямленного напряжения и снизить уровень пульсаций.

Сглаживающие фильтры в выпрямителях

Выпрямленное напряжение на выходе диодного моста содержит значительные пульсации. Для их уменьшения применяются сглаживающие фильтры. Наиболее распространенные типы фильтров:

Емкостный фильтр

Простейший вид фильтра — конденсатор большой емкости, подключенный параллельно нагрузке. Принцип действия:

Конденсатор заряжается в моменты пиков выпрямленного напряжения
При спаде напряжения конденсатор разряжается на нагрузку
В результате уменьшается размах пульсаций

Индуктивный фильтр

Представляет собой дроссель, включенный последовательно с нагрузкой. Особенности:

Дроссель препятствует резким изменениям тока
Сглаживает пульсации тока в нагрузке
Эффективен при больших токах нагрузки

LC-фильтр

Комбинация индуктивного и емкостного фильтров. Обеспечивает наилучшее сглаживание пульсаций. Принцип работы:

Индуктивность сглаживает пульсации тока
Конденсатор сглаживает пульсации напряжения
Обеспечивается двойное сглаживание

Основные параметры и характеристики выпрямителей

При выборе и проектировании выпрямителей учитывают следующие ключевые параметры:

Выходные параметры:

Номинальное выпрямленное напряжение U0
Номинальный выпрямленный ток I0
Коэффициент пульсаций Kп
Внутреннее сопротивление Rвн

Параметры диодов:

Максимальный прямой ток Iпр.max
Максимальное обратное напряжение Uобр.max
Прямое падение напряжения Uпр

Параметры трансформатора:

Мощность трансформатора S
Коэффициент трансформации n
КПД трансформатора η

Правильный выбор этих параметров обеспечивает эффективную и надежную работу выпрямителя в составе электронного устройства.

Применение выпрямителей в современной электронике

Несмотря на развитие импульсных источников питания, выпрямители по-прежнему широко используются в различных областях:

Бытовая электроника

В бытовых приборах выпрямители применяются для питания электронных схем управления и индикации. Например:

В телевизорах и мониторах
В аудиотехнике
В бытовых приборах (стиральные машины, холодильники)

Промышленное оборудование

В промышленности выпрямители используются в мощных электроприводах и системах автоматики:

Электродвигатели постоянного тока
Системы управления технологическими процессами
Сварочные аппараты

Зарядные устройства

Выпрямители являются ключевым элементом зарядных устройств для различных аккумуляторов:

Зарядки для мобильных телефонов и ноутбуков
Автомобильные зарядные устройства
Промышленные зарядные станции

Преимущества и недостатки выпрямителей переменного тока

Как и любая технология, выпрямители имеют свои сильные и слабые стороны:

Преимущества:

Простота конструкции и низкая стоимость

Высокая надежность и долговечность
Возможность работы с высокими напряжениями и токами
Отсутствие высокочастотных помех

Недостатки:

Относительно низкий КПД по сравнению с импульсными преобразователями
Большие габариты и вес при высоких мощностях
Необходимость использования трансформатора и сглаживающих фильтров

Несмотря на определенные недостатки, выпрямители остаются важным элементом современной электроники благодаря своей простоте и надежности.

Перспективы развития технологии выпрямителей

Хотя базовые принципы работы выпрямителей остаются неизменными, технология продолжает развиваться:

Применение новых полупроводниковых материалов (карбид кремния, нитрид галлия) для создания более эффективных диодов
Разработка интегральных схем, объединяющих выпрямитель, фильтр и стабилизатор в одном корпусе
Создание «умных» выпрямителей с микропроцессорным управлением для оптимизации режимов работы
Интеграция выпрямителей с системами энергосбережения и альтернативными источниками энергии

Эти инновации позволят повысить эффективность выпрямителей и расширить сферу их применения в будущем.

Лабораторная работа № 20 Исследование схем выпрямителей переменного тока

Цель работы: Изучить однофазную однополупериодную и двухполупериодную схемы выпрямления переменного тока, исследовать их работу с помощью осциллографа.

Оборудование: Макет выпрямителя, электронный осциллограф.

Значительная часть элементов электронных устройств потребляет электрическую энергию в виде постоянного тока. Источниками постоянного тока могут служить гальванические элементы, аккумуляторы, термоэлектрогенераторы и выпрямители. Наиболее распостраненным источником постоянного тока является выпрямитель – устройство, преобразуещее переменный ток в постоянный.

Выпрямительное устройство можно рассматривать состоящим из трех основных узлов: силового трансформатора (для получения необходимой амплитуды напряжения), вентильного комплекта и сглаживающего фильтра. Из них совершенно необходимым для обеспечения процесса выпрямления является лишь вентильный комплект, представляющий один или несколько вентилей, включенных по определенной схеме.

Сглаживающий фильтр, предназначен для подавления переменной составляющей в выпрямленном напряжении или токе. При некоторых видах нагрузки он может отсутствовать, наличие трансформатора также необязательно.

Как уже говорилось вентиль – это основной элемент выпрямителя. Он представляет собой идеализи-рованный элемент, который пропускает ток только водном направлении (это связано с тем, что при приложении к нему прямого напряжения, он имеет нулевое сопротивление, а при приложение обратного – бесконечное). В качестве вентилей наиболее широко используются полупроводниковые и электровакуумные диоды, вольтамперные характеристики которых имеет такие свойства ( только у них, в отличие от идеального вентиля, прямое и обратное сопротивления лишь стремятся к нулю и бесконечности – соответственно).

Выпрямители, в которых выпрямляется один полупериод напряжения питающей сети, называется однополупериодным выпрямителем. Схема однополупериодного выпрямителя с активной нагрузкой представлена на рис. 1. Временные диаграммы входного напряжения и тока в цепи изображены на рис. 2.

Рис. 1 Однополупериодный выпрямитель

В схеме однополупериодного выпрямителя ток через вентиль и сопротивление нагрузки R_H протекает только в течение половины периода переменного напряжения U₂, действующего на

трансформатора. Как видно из рис. 2 такой ток имеет пульсирующий характер, т. е. протекает в одном

направлении и изменяется по величине от максимального значения Рис. 2 Временные диаграммы токов и напряжений на зажимах вторичной обмотки

до нуля. Показанная на рисунке постоянная составляющая выпрямленного тока I₀ представляет собой среднее значение тока, протекающего за период через сопротивление нагрузки R_H. Найдем значение этой составляющей:

Постоянная составляющая напряжения на нагрузке равна:

Заменив амплитудное значение U₂_m его действующим значением

(U₂_m= ), получим

Таким образом, постоянная составляющая выпрямленного напряжения U₀ на нагрузке значительно меньше действующего напряжения U_2.

Из рассмотрения работы схемы следует, что в отрицательный полупериод диод находится под напряжением равным напряжению на вторичной обмотке трансформатора. Следовательно наибольшее обратное напряжение, приложенное к диоду равно:

то есть обратное напряжение на диоде более чем в 3 раза превышает выпрямленное напряжение на нагрузке.

Величина пульсаций выпрямленного напряжения в однополупериодном выпрямителе равна:

где U_П(1)– амплитуда переменой составляющей выпрямленного напряжения, изменяющегося с частотой выпрямленного напряжения, т. е. амплитуда первой гармоники. Амплитуда первой гармоники для однополупериодной схемы составляет

Подставив это значение для коэффициента пульсаций получим К_П=1.57.

Такая большая величина коэффициента пульсаций является основным недостатком однополупериодной схемы выпрямления. Кроме того, постоянная составляющая выпрямленного тока І₀ в данной схеме значительно меньше действуещего значения тока во вторичной обмотке трансформатора (І₀=0.636І). Это приводит к недостаточному использованию обмоток трансформатора по току.

Этого недостатка лишена двухполупериодная схема выпрямления (с выводом средней точки и мостовая схема). Рассмотрим схему выпрямителя со средней точкой.

Рис. 3 Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

В схеме с выводом средней точки (рис. 3) вторичная обмотка силового трансформатора имеет три вывода: два – от концов обмотки А и В и третий – от ее середины О. По существу данная схема представляет собой сочетание двух однополупериодных выпрямителей работающих на нагрузку R_H_.

Рассмотрим работу схему. В один из полупериодов, когда конец обмотки А положителен по отношению к среднему

Рис. 4 Токи и напряжения в нагрузке R_H выводу то, диод Д1 открыт, а Д2 – закрыт.

Поэтому ток в цепи течет по контуру от вывода А, через диод Д1, нагрузочное сопротивление R_H и замыкается через вторичную обмотку ОА. В следующий полупериод, когда вывод В положителен по отношению к точке О, ток проходит от вывода В через диод Д2, нагрузочное сопротивление R_Hи замыкается через вторичную обмотку ОВ. Ток через нагрузку в оба полупериода проходит в одном направленнии, создавая на этом сопротивлении выпрямленное напряжение Uo. На рис. 4 приведены кривые выпрямленного напряжения и тока. Из рисунка видно, что выпрямленные ток и напряжение имеют форму синусоидальных импульсов, повторяющихся каждую половину периода. При одинаковых амплитудных значениях входного напряжения, постоянные составляющие тока и напряжения для двухполупериодной схемы оказывается в два раза больше, чем при однополупериодном выпрямлении: ,

Из рис. 3 видно, что в течение того полупериода, когда диод Д1 открыт к диоду Д2 приложено напряжение всей вторичной обмотки (если пренебречь падением напряжения на открытом диоде Д1). Максимальное значение этого напряжения равно удвоенной амплитуде на одной из половин вторичной обмотки трансформатора. Очевидно, что такое же обратное напряжение испытывает и диод Д1 при открытом диоде Д2. U_обр=2U_2m= . Это соотношение показывает, что в этой схеме выпрямление обратное напряжение на диоде более чем в 3 раза превышает выпрямленное напряжение.

Среднее значение тока, проходящего через каждый диод равна І_ср=0.5І₀. Отсюда следует, что в двохполупериодной схеме велечина тока, проходящего через кардій диод, в два раза менше, чем в однополупериодной. Потому при одинаковом значении требуемого выпрямленного тока в двухполупериодной схеме можно использовать диоды, рассчитанные на меньшую величину допустимого тока, чем в однополупериодной схеме.

Действующее значение тока, проходящего через вторичную обмотку трансформатора, для двухполупериодной схемы составляет:

І₂=0. 785І₀

Эта величина действующего значения тока І₂в два раза менше, чем в однополупериодной схеме. Следовательно, в двухполупериодной схеме значительно лучше, чем в однополупериодной, используются обмотки трансформатора по току, что позволяет уменшить размеры и массу силового трансформатора.

Для двухполупериодной схемы, работающей на чисто активную нагрузку коэффициент пульсаций равен: К_П=0.67. Следовательно, двухполупериодная схема дает более сглаженное выпрямленное напряжение, что однако не исключает необходимости исползовать сглаживающие фильтры, а лишь позволяет существенно упростить их схему.

Необходимость осуществления вывода от середины вторичной обмотки является недостатком рассмотренной схемы, так ака при этом усложняется трансформатор. Этот недостаток устранен в двухполупериодной мостовой схеме. Ее схема при ведена на рис. 5

Рис. 5 Двухполупериодная мостовая схема выпрямителя

Рассмотрим работу схемы. В один из полупериодов напряжения U₂, когда потенциал точки А больше чем точки В, ток проходит от точки А через диод Д1, сопротивление нагрузки и диод Д3 к точкеВ.В следующий полупериод, когда потенциал точки В больше чем А, ток пройдет от точки В через диод Д2, сопротивление нагрузки и диод Д4 к точке А. Направление тока, проходящее через нагрузочное сопротивление R_H, в течение обоих полупериодов остается неизменным. В отличие от однополупериодной схемы

выпрямления ток і, протекающий во вторичной обмотке трансформатора имеет

с инусоидальную форму, а постоянные

составляющие тока и напряжения в нагрузке

имеют в два раза большее значение :

Заменив амплитудное значение действующим получим: U₀=0.9U_2.

Н айдем обратное напряжение U_обр, прикладываемое к каждому диоду. По схеме видно, что напряжение U₂, прикладывается к диодам Д3 и Д4, а также к Д1 и Д2. При этом если потенциал точки А больше чем В, то на диоды Д1 и Д3 подается прямое напряжение, а на диоды Д2 и Д4 обратное. Поэтому диоды Д1 и Д3 имееют малое сопротивление и на них практически нет падения напряжение, а все напряжение падает надиодах Д2 и Д4, так как на них подается обратное напряжение и они имеют большое сопротивление. Если же потенциал точки В больше чем А, то по аналогичным рассуждением все напряжение вторичной обмотки падает на диодах Д1 и Д3. Поэтому максимальное обратное напряжение на диодах равно амплитудному напряжению вторичной обмотки U_обр= U₂_m=1.41U₂=1.57U_0. Коэффициент пульсаций мостовой схемы К_П=0.67.

Вследствие меньшего коэффициента пульсаций и обратного

Рис. 4 Диаграммы токов и напряжений в

двухполупериодном выпрямителе

напряжения прикладываемого к диоду двополупериодная мостовая схема получила широкое распространение.

В большинстве случаев выпрямленное напряжение имеет намного большую пульсацию чем допускается для питания электронной аппаратуры. Для уменшения пульсации выпрямленного напряжения применяют сглаживающие фильтры.

Любой сглаживающий фильтр должен обеспечивать снижение пульсации выпрямленного напряжения, т. е. должен обладать необходимым коэффициентом сглаживания q: , где К_П–коэффициент пульсации до, а К´_П после фильтра.

Для того чтобы на выходе выпрямителя получить напряжение с меньшими пульсациями, достаточно паралельно сопротивлению нагрузки включить конденсатор. В те промежутки времени, когда ток поступает с выпрямителя конденсатор будет запасать энергию, а когда нет, то будет разряжатся на сопротивление нагрузки.

В качестве последовательных элементов фильтра чаще всего используют индуктивности и активные сопротивления. Параллельными элементами фильтра обычно служат конденсаторы.

Действие индуктивности как элемента фильтра сводится к тому, что в нем теряется наибольшая доля переменной составляющей напряжения, так как его сопротивление X_L=wL обычно намного больше чем сопротивление нагрузки. Для постоянной составляющей сопротивление индуктивности равно нулю.

Действие конденсатора как элемента фильтра сводится к тому, что шунтируя сопротивление нагрузки, он пропускает через себя наибольшую долю переменной составляющей выпрямленного тока, так как его сопротивление X_C= значительно меньше сопротивления нагрузки.

Для увелечения коэффицента сглаживания фильтра используют одновременное включение индуктивности – последовательно и емкости – паралельно нагрузке.( LC-фильтр). При этом на данной частоте спротивление индуктивности должно быть гораздо больше сопротивления нагрузки , а сопротивление емкости гораздо меньше сопротивления нагрузки . Для уменшения пульсаций доминимума используют несколько каскадов LC-фильтров.

Но использование индуктивности в сглаживающем фильтре сопряжено с конструктивными трудностями, так как она занимает много места на плате, также она вносит электромагнитные помехи, что приводит к нестабильной работе устройств, которые питаются от выпрямителя. Поэтому в некоторых случаях последовательно с нагрузкой вместо индуктивности ставят активное сопротивление, так как на нем как и на индуктивности тоже может задерживатся переменная составляющая. Но использование резистора вместокатушки индуктивности целесообразно при малой постоянной составляющей тока, который питает нагрузку, так как на активном сопротивлении фильтра теряется и посоянная составляющая напряжения, что приводит к уменьшению КПД фильтра.

Рис. 5 Схемы фильтров

Каждый выпрямитель, рассматриваемый как источник постоянного тока, характеризуется выходными параметрами:

1.номинальное выпрямленное напряжение Uвн

2. номинальный выпрямленный ток I вн

3. Выходное сопротивление постоянному току Rвых0

4. коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения или тока р(р1).

Основной характеристикой выпрямителя является нагрузочная характеристика Uв=f(Iв)

по этой характеристике определяется номинальное напряжение Uвн и выходное сопротивление постоянному току (при Iвн=Iвн)

Выходное сопротивление выпрямителя переменному току Z_вых в общем случае является комплексным и зависит от частоты переменной составляющей тока, потребляемого нагрузкой. Зависимость Z_выхили его активной составляющей Rвых от частоты называется импедансно — частотной характеристикой выпрямителя (ИЧХ). Общий вид этой характеристики определяется схемой фильтра.

Как потребитель энергии переменного тока выпрямитель характеризуется входными параметрами:

1.номинальное напряжение питающей сети Uсн

2. максимально допустимое напряжение питающей сети

3.номинальный потребляемый ток Iсн

4. Номинальная потребляемая мощность (полная и активная) Sсн и Рсн.

5. коэффициент мощности

6. коэффициент полезного действия

В зависимости от характера нагрузки выпрямителя различают режимы:

1.активно-индуктивной нагрузки (нагрузка типа RL)

2.работа на противо эдс с ограничением тока активным сопротивлением (нагрузка типа (RE)

3.Работа на противоэдс с ограничением тока индуктивностью (нагрузка типа LE)

4. активно-емкостная нагрузка (нагрузка RC)

индуктивно -емкостная нагрузка (нагрузка типа LC).

Выпрямитель с нагрузкой типа RC обладает более крутой («мягкой»)

характеристикой и более высоким напряжением, обусловленным эффектом заряда емкости. Нагрузочные характеристики выпрямителей, работающих в режимах RL и LC совпадают в большей части полного диапазона, но при самых малых токах нагрузки напряжение выпрямителя с нагрузкой типа LC резко возрастает, в связи с переходом выпрямителя в режим прерывистого тока, котором проявляется эффект заряда емкости.

В качестве одного из преимуществ режимов RL и LC можно отметить более легкие условия работы вентилей и обмоток трансформатора по нагреву.

При нагрузке типа RC на работу выпрямителя оказывает существенное влияние активное сопротивление обмоток трансформатора и вентилей

Однофазная однополупериодная схема обычно применяется для выпрямления малых (до 10-15 Вт) мощностей. Достоинством схемы является ее простота. К недостаткам относятся: большое значение переменной составляющей выпрямленного напряжения и низкая частота ее первой гармоники, низкий коэффициент использования трансформатора по мощности, большая величина обратного напряжения на вентиле.

Напряжение вторичной обмотки трансформатора определяется по формуле

где Uo -напряжение на нагрузке

где — ток в нагрузке

Однофазная мостовая схема широко применяется для получения малых и средних (<1кВт) мощностей выпрямленного тока. В схеме осуществляется двухполупериодное выпрямление однофазного тока. Коэффициент использования трансформатора в этой схеме больше, а режим работы вентилей более легкий, чем в других схемах.

Напряжение вторичной обмотки трансформатора определяется по формуле

=1.11 где — напряжение на нагрузке

а ток =1. 11 где — ток в нагрузке

выпрямитель

главная

ВЫПРЯМИТЕЛИ И ИХ ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Выпрямительное устройство предназначено для преобразования переменного тока в постоянный и состоит, в общем случаи, из трех узлов: трансформатора, выпрямителя и сглаживающего фильтра. В случае необходимости в выпрямитель добавляется стабилизатор напряжения.
Режим работы выпрямителя в основном определяется типом фильтра, включенного на его выходе. В маломощных выпрямителях, которые питаются от однофазной сети переменного тока, применяются емкостные фильтры, Г- образные LC, RC и П-образные CLC и CRC фильтры.
Емкостный фильтр характерен для выпрямителей, рассчитанных на малые токи нагрузки, и, в общем случае, представляет собой обычный конденсатор, подключенный параллейно нагрузки для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения.

Реакция нагрузки на выпрямитель зависит от емкости конденсатора, сопротивление которого для переменной составляющей на много меньше сопротивления нагрузки.
Если же фильтр выпрямителя начинается с дросселя, обладающего большой индуктивностью, то нагрузка выпрямителя — индуктивная.
Выпрямитель характеризуется: выходными параметрами, режимом работы диодов,и параметрами трансформатора.
Выходные параметры выпрямителя:

номинальное среднее выпрямленное напряжение U0;
номинальный средний выпрямленный ток I0;
коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения Kп01;
частота пульсаций выпрямленного напряжения Fп;
внутреннее сопротивление выпрямителя R0;

Коэффициентом пульсации Kп01 называется отношение амплитуды первой гармоники выпрямленного напряжения U01 к среднему значению выпрямленного напряжения U0.
Характеристика диодов в выпрямителе:

среднее значение прямого тока Iпр ср;
действующее значение прямого тока Iпр;
амплитуда тока Iпр max;
амплитуда обратного напряжения Uобр max;
средняя мощность Рпр ср;

Существуют различные схемы выпрямления для питания РЭА от однофазной сети переменного тока.

Выпрямители по однополупериодной схеме применяются в основном с емкостным фильтром и обычно рассчитаны на выпрямленные токи до десятков миллиампер.
К достоинствам такого выпрямителя относится: простота и возможность работать без наличия трансформатора. К недостаткам: низкая частота пульсаций, высокое обратное напряжение на вентиле, плохое использование трансформатора (если он есть), подмагничивание сердечника постоянным током.
Двухполупериодный с выводом от средней точки (рис 2.) в основном работает с емкостным, Г- и П- образным RC и LC фильтрами. Достоинства такого выпрямителя — повышенная частота пульсаций, малое число вентилей, возможность использовать общего радиатора для диодов без изоляции.К недостаткам данной схемы можно отнести: большая габаритная мощность трансформатора по сравнению с мостовой схемой и по схеме удвоения напряжения, повышенное обратное напряжение на диодах.

Однофазный выпрямитель по мостовой схеме (рис.3) является наилучшим вариантом по техническим и экономическим показателям. Остановимся на этой схеме немного подробнее.
Мостовая схема так же является двухполупериодной. Форма напряжения на нагрузке оказывается такой же, как и на схеме со средней точкой. Рабочее напряжение конденсатора так же равняется амплитуде переменного напряжения на вторичной обмотке. Мостовая схема содержит четыре диода. В течение одной половины периода ток проходит от верхнего по схеме вывода вторичной обмотки через диод VD1, нагрузку, диод VD2 и к нижнему выводу обмотки. В течение следующей полуволны ток проходит от нижнего по схеме вывода вторичной обмотки, через VD3, нагрузку, VD4 и к верхнему выводу обмотки. Таким образом, В течении обоих полупериодов диодами выпрямляется одно и тоже напряжение вторичной обмотки, и составляющая пульсации с частотой 50 Гц отсутствует.

Так как ток нагрузки проходит через диоды поочередно, то ток каждого диода будет равен половине тока нагрузки.
Увеличение числа диодов в мостовой схеме окупается вдвое меньшим числом витков вторичной обмотки, уменьшением пульсаций, относительно небольшим обратным напряжением, хорошим использованием трансформатора, возможностью работать от сети переменного тока без трансформатора. К недостаткам такой схемы можно отнести повышенное падение напряжения на диодном комплекте.( падение напряжения на кремневом диоде может достигать порядка 1В. А на двух последовательных — соответственно 2В как в мостовой схеме. Таким образом, если выпрямитель рассчитан на низкое напряжение, соизмеримое с падением напряжения на диодах, нужно будет увеличивать напряжение вторичной обмотки трансформатора), невозможность установки, используемых диодов на одном радиаторе без изолирующих прокладок.
Выпрямитель с удвоением напряжения (рис. 4) применяется в выпрямителях, выполненных на повышенные напряжения (1.

..2 кВ) при небольших токах нагрузки. Этот выпрямитель обладает повышенной частотой пульсаций, пониженным обратным напряжением, хорошим использованием трансформатора, возможностью так же работать без трансформатора. Рассмотрим принцип работы этого выпрямителя подробнее. Здесь за один полупериод заряжается через диод один конденсатор, а за второй полупериод через второй диод заряжается второй конденсатор. Выпрямленное выходное напряжение снимается с обоих конденсаторов, включенных последовательно. Каждый конденсатор заряжается по схеме однополупериодного выпрямителя, но суммарное напряжение оказывается двухполупериодным. Разряжаются конденсаторы только через нагрузку, поэтому частота пульсаций вдвое больше частоты сети. Выходное напряжение почти достигает удвоенной амплитуде напряжения вторичной обмотки, а рабочее напряжение конденсаторов равно амплитуде этого напряжения. Обратное напряжение на каждом диоде равно удвоенной амплитуде.

Несимметричные выпрямители с умножением напряжения (рис 5) находят широкое применение в высоковольтных выпрямителях при малых токах нагрузки, в режиме, очень близком к холостому ходу. На рисунке приведена однополупериодная схема с учетверением напряжения. Коэффициент умножения в такой схеме зависит от числа каскадов, каждый из которых состоит из конденсатора и диода. Напряжение на конденсаторах, кроме C1, равно 2U2m (т. е. удвоенной амплитуде), а на C1 равное амплитуде вторичной обмотки.
Рассмотрим подробно этот случай. В течение одного полупериода заряжается C1 до напряжения обмотки, а C3 до суммы напряжения обмотки и заряженного C2 минус напряжение на C1. При этом C2 разряжается. В течение следующего полупериода заряжается конденсатор C2 до суммы напряжений обмотки и на C1, а C4 заряжается до суммы напряжений на обмотке, на C1 и на C3 минус напряжение на конденсаторе C2. При этом конденсаторы C1 и C3 разряжаются.

Оба конденсатора C2 и C4 заряжаются до удвоенной амплитуды напряжения на обмотке. И как видно из схемы, результирующее напряжение снимается с этих же конденсаторов, соединенных последовательно. Следует заметить, что если в данной схеме удалить конденсатор C4 и диод VD4, а выпрямленное напряжение снимать с C1 и C3, то получим схему с утроением напряжения. Существует так же двухполупериодная схема с учетверением напряжения(рис 6). В этой схеме можно получать выпрямленное напряжение только в четное число раз больше напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

полезные ссылки маркировка

Вход выпрямителя 380–480 В перем. тока Выход 170–200 В пост. тока

Категория Любой Лебедки Электрические цепные тали Электрические канатные тали Подъемники для театральных сцен Подъемники с пневматическим приводом Ручные подъемники

Диапазон мощности Любой До 1 т / 1999 фунтов от 1 тонны / от 2000 до 3999 фунтов 2 тонны / от 4000 до 5999 фунтов 3 тонны / от 6000 до 8800 фунтов 4 тонны / от 8800 до 9999 фунтов 5 тонн от 10 000 до 13 199 фунтов 6~9 тонн / от 13 200 до 21 999 фунтов 10~19 тонн / от 22 000 до 43 999 фунтов 20~29 тонн / от 44 000 до 65 999 фунтов 30~49тонна / от 66 000 до 109 999 фунтов 50~99 тонн / от 110 000 до 219 000 фунтов Более 100 тонн / 220 000 фунтов

напряжения Любой 1 фаза 110~120В 60Гц 1 фаза 220~240В 50/60Гц 1 фаза 110~120/220~240В 50/60Гц 3 фазы 220~240В 60Гц 3 фазы 380В 50Гц 3 фазы 440~480В 60Гц 3 фазы 220~240/440~480В 60Гц 3 фазы 380/440~480В 50/60Гц 3 фазы 220~240/380/440~480В 50/60Гц 12 В постоянного тока 24 В постоянного тока 3 фазы 575В 50Гц 3 фазы 200~240В 3 фазы 380~480В

Количество скоростей Любой 1 скорость 2 скорости Переменная скорость 1 скорость — дополнительная переменная скорость 2 переменная скорость 3 скорости 4 скорости 5 Скорость

Выпрямители: почти все, что вам нужно знать

Что такое выпрямитель?

Выпрямитель представляет собой электрическое устройство, используемое для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC), позволяя току проходить через устройство только в одном направлении. Диоды работают как односторонние клапаны в выпрямителе, чтобы поддерживать этот поток тока. Этот процесс обычно известен как «исправление».

Хотя выпрямители имеют множество применений, чаще всего они используются в качестве основных компонентов источников питания постоянного тока и систем передачи постоянного тока высокого напряжения. В промышленных условиях выпрямители обычно выбираются на основе приложенного напряжения, тока, необходимого в процессе, качества электроэнергии и того, как будет организовано управление.

Пульсация является важным параметром для определения эффективности и качества выпрямителя. Пульсация — это чистота мощности (насколько она чистая), выраженная в процентах. Переменный ток, деленный на постоянный, равен проценту пульсаций.

С момента своего основания в 1963 году компания Dynapower находится в авангарде разработки нестандартных и стандартных решений по выпрямлению для отделки металлов, горнодобывающей, сталелитейной, химической, оборонной и водородной промышленности по всему миру.

Типы выпрямителей

Существует множество промышленных выпрямителей, в том числе тиристорные тиристоры, силовые статы, переключатели ответвлений, режимы переключения, прерыватели IGBT и тиристорные выпрямители. Выпрямители с переключателем ответвлений и блоком питания практически не обеспечивают операторам контроля. У них очень низкие показания пульсаций, малая сила тока и низкая стоимость, но, как правило, их ремонт очень дорог.

В качестве альтернативы выпрямители с прерывателями SCR, SMPS и IGBT предлагают, казалось бы, неограниченный контроль для операторов; они могут легко контролировать напряжение сверху вниз от нуля до 100 процентов.

Выпрямители SCR

Выпрямитель SCR представляет собой полупроводниковый источник питания, который измеряет электроэнергию, открывая электрические «клапаны», которые работают вместе для выпрямления электроэнергии. Чем дольше «вентиль» открыт, тем выше будет напряжение, выходящее из выпрямителя.

Dynapower RapidX Series SCR Rectifier Выпрямители

SCR представляют собой источники питания постоянного тока с переменным напряжением, представляющие собой низкочастотные системы с высокими пульсациями. Эти системы прочны и имеют долгую историю существования на рынке — у ряда наших клиентов системы все еще работают по прошествии 40 или 50 лет. Они стабильно регулируются и реагируют, несут большую мощность в больших медных обмотках, и их довольно легко устранить с помощью больших, легко идентифицируемых компонентов.

Импульсные источники питания

Импульсный источник питания (SMPS) — это электронный источник питания, в котором используется переключатель с переменного тока на постоянный, обратно на переменный и снова на постоянный. Все это делается с высокой частотой, что позволяет уменьшить внутренние детали. В них используется высокое первичное напряжение, в то время как входные устройства на 480 В переменного тока обычно видят 700 В постоянного тока, коммутирующие напряжения внутри трансформатора.

Детали меньшего размера, более плотная обмотка, меньшие габариты и еще меньшие допуски — это прецизионное оборудование обеспечивает хорошую эффективность использования пространства на ватт, современные компьютерные интерфейсы и интуитивно понятное управление.

Импульсные блоки питания существуют уже около 40 лет. Традиционно они использовались в небольших текущих приложениях, и только за последние 10 лет или около того были успешно развернуты крупномасштабные режимы переключения.

Dynapower Импульсный источник питания с водяным охлаждением

Мощные IGBT-прерыватели и тиристорные выпрямители

Dynapower также разрабатывает и производит высокомощные IGBT-прерыватели и тиристорные выпрямители для крупных приложений, таких как производство зеленого водорода, электролиз, производство хлора и щелочи, электрорафинирование, и другие специализированные приложения.

Наши возможности проектирования включают полную систему трансформаторных выпрямителей высокой мощности, включая полностью интегрированные операторские интерфейсы и системы управления для отдельного блока или всей многоблочной сети SCADA.

Наши IGBT-прерыватели и тиристорные выпрямители могут также поставляться с дополнительным оборудованием в соответствии с требованиями спецификации, включая распределительные устройства, устройства коррекции коэффициента мощности, фильтры подавления гармоник, теплообменники и автономные системы охлаждения. Конструкции прерывающих выпрямителей состоят из технологии высокочастотного переключения в модульной конструкции, которая преобразует вторичное переменное напряжение трансформатора в регулируемое выходное постоянное напряжение. Более крупные энергосистемы состоят из нескольких модулей прерывателей для получения заданных требований к току.

Dynapower IGBT Chopper Rectifier Тиристорный выпрямитель Dynapower

Варианты охлаждения выпрямителя

Выпрямители могут иметь воздушное, водяное, масляное или гибридное охлаждение. Традиционно большинство производителей выпрямителей предлагают выпрямители с воздушным или водяным охлаждением. Блоки с воздушным охлаждением обычно больше на ватт мощности, потому что им требуется большая площадь поверхности для рассеивания тепла, в то время как блоки с водяным охлаждением обычно меньше, потому что площадь поверхности не является фактором охлаждения этих блоков.

Техническое обслуживание выпрямителя

Несмотря на то, что выпрямители чрезвычайно прочны и долговечны, иногда требуется ремонт. Большинство проблем с выпрямителями вызваны перегревом электрических компонентов, таких как печатная плата. Основной причиной перегрева может быть коррозия, плохие линии охлаждения, неправильный компонент, установленный во время ремонта, разрушение органического лака в трансформаторе или плохие соединения шин.

Хорошее управление теплом важно для долгосрочного обслуживания выпрямителя. Общее эмпирическое правило для минимизации тепла: чистый, плоский и плотный:

Держите все контакты в чистоте.
Убедитесь, что все электрические поверхности установлены ровно друг к другу.
Все электрические поверхности должны быть герметичными.

Почему стоит выбрать выпрямитель Dynapower?

Dynapower — универсальный магазин, где можно купить любые выпрямители: от обширной линейки предварительно спроектированных и изготовленных по индивидуальному заказу выпрямителей до комплексных послепродажных услуг, включая обслуживание на месте, программы обучения, запасные части и модернизацию элементов управления.

При рассмотрении вопроса о покупке нового выпрямителя уделите время выбору подходящего оборудования и плана технического обслуживания, чтобы максимально увеличить время безотказной работы, сэкономить деньги вашего бизнеса и повысить безопасность и производительность. Dynapower предлагает полный спектр услуг и поддержки, чтобы вы могли быть уверены в сроке службы своего продукта.

Техническая модернизация выпрямителя

Dynapower работает с нашими клиентами, чтобы определить области их процессов, которые можно улучшить за счет технической модернизации. К ним относятся такие элементы, как улучшения безопасности, чтобы гарантировать, что устройство соответствует требованиям и что работы по техническому обслуживанию могут быть выполнены на нем должным образом.

Внедряя наши технические усовершенствования, мы используем наш более чем 50-летний опыт работы в сфере энергоснабжения, чтобы предоставить нашим клиентам наилучшие возможные обновления для ваших систем. К ним относятся такие улучшения, как дополнительные термодатчики, обратные клапаны давления воды, датчики вентилятора, датчики расхода, датчики химического загрязнения и многое другое.

Модернизация элементов управления выпрямителем

Dynapower предлагает контроллеры с сенсорной панелью, сенсорным экраном и многоблочные контроллеры для наших выпрямительных блоков. Наш контроллер сенсорной панели можно легко интегрировать как в выпрямители SCR, так и в импульсные источники питания. Эти контроллеры дают нашим клиентам возможность точно регулировать напряжение, длительность импульса, время цикла и время задержки.

Запасные части для выпрямителей, планы профилактического обслуживания и обслуживание на местах

Dynapower предлагает широкий ассортимент запасных частей для выпрямителей, таких как платы управления, термовыключатели, все типы предохранителей и различные выпрямительные диоды. Если вы не видите нужную деталь, у нас есть горячая линия по запасным частям по телефону (802) 860-7200, чтобы помочь вам найти ее.

Dynapower также предлагает обслуживание на месте и профилактическое обслуживание оборудования Dynapower и Rapid Power Technologies, а также выпрямителей большинства других марок. Наш выездной сервис включает в себя ввод в эксплуатацию, ремонт, плановое техническое обслуживание и оценку оборудования.

Программы профилактического обслуживания Dynapower предназначены для обеспечения регулярной проверки и регулировки вашего оборудования, что продлевает срок службы оборудования. Наша цель — предотвратить ненужные сбои оборудования, обеспечить его правильную работу и свести к минимуму ваши затраты на ремонт и эксплуатацию.

Ремонт выпрямителя

Важно следить за производительностью и обслуживанием выпрямителя, чтобы предотвратить такие проблемы, как потеря эффективности, сбой системы, травмы или длительное время простоя. Наша программа ремонта выпрямителей включает в себя полную очистку и повторную сборку вашего выпрямителя Dynapower или Rapid Power. Мы также предлагаем удобство полного ремонта на месте с использованием нашего современного, лучшего в отрасли испытательного оборудования.