Klasifikace polovodičových usměrňovačů

Zařízení určené k přeměně energie zdroje střídavého proudu na stejnosměrný proud se nazývá usměrňovač. Usměrňovač lze znázornit ve formě blokového schématu znázorněného na Obr. 1.

Pojďme charakterizovat hlavní prvky schématu:

a) výkonový transformátor slouží k přizpůsobení vstupního a výstupního napětí usměrňovače a elektrickému oddělení jednotlivých obvodů usměrňovače (tj. odděluje napájecí a zátěžovou síť);

b) ventilový blok zajišťuje jednosměrný tok proudu v zátěžovém obvodu, v důsledku čehož se střídavé napětí mění na pulzující napětí;

v) vyhlazovací filtr určený ke snížení zvlnění napětí v zátěži na požadovanou hodnotu;

G) Regulátor napětí, slouží ke stabilizaci průměrné hodnoty usměrněného napětí při kolísání napájecího napětí nebo při změně zatěžovacího proudu.

Rýže. 1 — Blokové schéma usměrňovače

Vztah mezi parametry v usměrňovači závisí do značné míry na obvodu usměrňovače.Obvodem usměrňovače rozumíme schéma zapojení vinutí transformátoru a postup připojení ventilů k sekundárním vinutím transformátoru.

Usměrňovací obvody (usměrňovače) jsou klasifikovány podle následujících hlavních charakteristik:

1. Počtem fází napájení střídavým proudem rozlišuje jednofázové usměrňovače resp. třífázové usměrňovače.

2. Způsobem připojení ventilů k sekundárnímu vinutí transformátoru — nulové obvody využívající nulový (střední) bod sekundárního vinutí transformátorových a můstkových obvodů, ve kterých je nulový bod izolován nebo sekundární vinutí transformátoru jsou trojúhelníková. připojeno.

Jednofázový můstkový usměrňovací obvod

Časové diagramy napětí a proudů můstkového usměrňovače

Při kladné polaritě napětí na sekundárním vinutí transformátoru (polarita je uvedena bez závorek) v intervalu 0 — υ1 (0 — π) je proud přenášen diodami D1 a D2. Úbytek napětí na diodách v intervalu vodivosti se blíží nule (ideální ventily), proto je na zátěž přivedena kladná půlvlna napětí na sekundárním vinutí transformátoru, která na ní vytváří napětí ud = u2. V intervalu υ1 — υ2 (π — 2π) dojde k přepólování napětí u1 a u2, což povede k odblokování diod D3 a D4. V tomto případě bude napětí u2 připojeno k zátěži se stejnou polaritou jako v předchozím intervalu. Proto výstupní napětí ud s čistě odporovou zátěží můstkového usměrňovače má podobu unipolárních půlvln napětí (ud = u2).

3.Příkon zátěžových usměrňovačů se dělí na nízký výkon (jednotky kW), střední výkon (desítky kW) a vysoký výkon (Ppot> 100 kW).

4. Bez ohledu na výkon usměrňovače jsou všechny obvody rozděleny na jednocyklové nebo polocyklové a dvoucyklové (plnovlnné).

Jednocyklový — jedná se o obvody, ve kterých proud prochází sekundárními vinutími transformátoru jednou za periodu (půl periody nebo její část). Všechny nulové obvody jsou jednoduché.

Jednofázový celovlnný usměrňovací obvod s výstupem nulového bodu transformátoru

Časové diagramy jednofázového nulového usměrňovače s aktivní zátěží

Usměrnění plné vlny v obvodu je dosaženo vyrobením transformátoru se dvěma sekundárními vinutími. Vinutí jsou zapojena do série a mají společný nulový (středový) bod. Volné konce sekundárních vinutí transformátoru jsou připojeny k anodám ventilů D1 a D2 a katody ventilů spojené dohromady tvoří kladný pól usměrňovače. Záporný pól usměrňovače je společným (neutrálním) připojovacím bodem sekundárních vinutí. Transformátor tedy v tomto obvodu slouží jak k přizpůsobení velikosti napájecího napětí a napětí v zátěži, tak k vytvoření středního (nulového) bodu. Je zřejmé, že napětí na svorkách sekundárních vinutí transformátoru u1 a u2 (resp. EMF e1 a e2) jsou co do velikosti stejná a jsou posunuta vůči nulovému bodu o 180°, tzn. jsou v protifázi.

V každém okamžiku tato dioda vede proud, jehož anodový potenciál je kladný.V intervalu 0 — π je tedy dioda D1 otevřená a na zatěžovací odpor Rn (Rd) je přiloženo fázové napětí sekundárního vinutí transformátoru ud = u2-1. Dioda D2 v rozsahu 0 — π je uzavřena, protože je na ni přivedeno záporné napětí. Na konci intervalu jsou napětí a proudy v obvodu nulové.

V dalším pracovním intervalu obvodu π — 2π se napětí primárního a sekundárního vinutí přepóluje, takže dioda D2 bude otevřená a dioda D1 zavřená. Také procesy v řetězci oprav jsou iterativní. Usměrněná křivka napětí ud se skládá z unipolárních půlvln fázového napětí sekundárního vinutí transformátoru. Tvar zatěžovacího proudu u čistě odporové zátěže sleduje tvar napětí. Diody D1 a D2 vedou proud v sérii po dobu půl periody.

5. Po předchozí domluvě:

a) usměrňovače nízkého výkonu, zpravidla jednofázové, používané v řídicích systémech, k napájení jednotlivých bloků elektronických zařízení, v měřicích zařízeních apod.;

b) usměrňovače středního a vysokého výkonu slouží jako zdroje energie pro průmyslové instalace.

6. Rovnací schémata se dělí na jednoduchá a složitá. Jednoduché obvody zahrnují jednofázové a třífázové, neutrální a můstkové obvody. Ve složitých (nebo složitých obvodech) je několik jednoduchých obvodů zapojeno sériově nebo paralelně.

7. Podle druhu (povahy) nákladu. Obvody jednofázového usměrňovače se vyznačují výraznou pulzací usměrněného napětí. Pro snížení zvlnění napětí na zátěži se používají vyhlazovací filtry založené na reaktivních prvcích tlumivek (L) a kondenzátory (C). Charakter vstupního obvodu vyhlazovacího filtru spolu se zátěží určuje typ zátěže usměrňovače. Rozlišuje se provoz usměrňovače pro aktivní zátěž (R — NG), aktivní indukční zátěž (RL — NG), aktivní zátěž a kapacitní filtr (RC — NG).

Společné pro všechny usměrňovače je jejich použití hlavně s RL — NG. Je to dáno tím, že nízkopříkonové usměrňovače nejčastěji pracují s LC filtrem a vysokovýkonové s L filtrem.

7. Podle řízení rozlišujte mezi neřízenými a řízenými usměrňovači.

Ph.D. Kolyada L.I.