Некерований однофазний двопівперіодний випрямляч

Мостовий однофазний випрямляч (запропонований Грецем) скла­дається з трансформатора, що має одну вторинну обмотку, та чотирь­ох випрямних діодів, з'єднаних у мо­стову схему. Схема випрямляча зоб­ражена на рис. 9.6.

Діоди VD1,VD3 складаютька­тодну групу,VD2, VD4 -анодну(за назвою з'єднаних між собою електродів). При цьому у одну діа­гональ моста (діагональ постійного струму) увімкнене навантаження, а до другої діагоналі (діагоналі змін­ного струму) підімкнена вторинна обмотка трансформатора.

У провідному стані завжди знахо­дяться два діоди - один із анодної і один із катодної груп.

За полярності, вказаної без дужок, це діодиVD1, VD4, а діодиVD2, VD3 при цьому закриті. За полярності, вка­заної у дужках - навпаки. Через на­вантаження струм завжди тече у од­ному напрямку.

Часові діаграми роботи випрям­ляча зображені на рис. 9.7.

Для цієї схеми придатні практич­но усі розрахункові співвідношення однофазного випрямляча з нульовим виводом за винятком:

Аналізуючи схеми обох вищерозглянутих випрямлячів, можна зазначити деякі переваги мостового випрямляча, порівняно з випрямлячем з нульовим виводом. Зокрема те, що за однакових U_d зворотна максимальна напруга на діоді у два рази нижча, краще використовується трансформатор, простіша його конструкція.

Недоліком мостової схеми є подвійна кількість випрямних діодів, що, як правило, несуттєво завдяки незначним габаритам діодів та їхній відносно низькій вартості.

Тільки при випрямленні малих напруг (до 10 В) важливим є те, що у мостовій схемі струм завжди протікає через два діоди, а у схемі з нульовим виводом через один. Тому тут падіння на ключах (до одного вольта на одному діоді) у два рази менше: маємо більший к.к.д.

Часто, наприклад, для живлення операційних підсилювачів, необхідно мати два джерела напруги рівної за значенням, але з протилежною полярністю. У цьому випадку доцільно використовувати випрямну схему, зображену на рис. 9.8 - двополярний випрямляч. Він становить собою два однофазні випрямлячі з нульовим виводом, вихідні напруги яких увімкнено послідовно (VD1, VD3 - діоди одного випрямляча, а VD2, VD4 - другого).

Якщо у схемі мостового випрямляча (див. рис. 9.6) замінити діоди VD3 і VD4 на конденсатори, як це показано на рис. 9.9, отримаємо подвоювач напруги (схема Латура).

З рисунку видно, що при різних полярностях напруги на вторинній обмотці трансформатора маємо два шляхи протікання струмів: один із них (I_C1) заряджає конденсатор C₁, а другий (I_C2) - конденсатор С₂. Оскільки вихідна напругаи_а знімається з послідовно увімкнених кон­денсаторів, то маємо (для режиму холостого ходу):

Зазначимо, що схеми, де половину елементів складають вентилі, а половину інші елементи, називаютьпівмостовими схемами.

18. Основні характеристики випрямлячів.

1) Основні експлуатаційні параметри випрямляча - це середня на­пруга на його навантаженніU_d(див. рис. 9.3) та середній струм наван­таженняI_d

Тоді опір навантаження стано­вить,

а його потужність

2) Коефіцієнт пульсацій ви­прямленої напруги

де U_m(1) - амплітудне значення основної гармоніки випрямленої напру­ги при розвиненні останньої у ряд Фур'є.

3) Зовнішня (навантажувальна) характеристика U_d = f(I_d)

4) Регулювальна характеристика U_d=f (а), де а - кут керування тиристорів (лише для керованих випрямлячів).

5) Середнє значення струму через вентиль І_a

6) Амплітудне значення струму через вентиль І_am

7) Амплітудне значення зворотної напруги, що прикладається до вен­тиля U_вт .

8) Коефіцієнт корисної дії h

9) Надійність.

Знаючи експлуатаційні характеристики різних схем випрямлячів і вимоги з боку навантаження, обирають конкретну схему. На основі параметрів 5-7 вибирають вентилі.

Розрізняють такі режими роботи випрямлячів:

1) на активне навантаження (R);

2) на активно-індуктивне навантаження (RL);

3) на активно-ємнісне навантаження (RC);

4) на протиелектрорушійну силу - проти-е.р.с. (Е - наприклад, коли випрямляч використовують для заряду акумуляторної батареї.

Найпростішим єоднопівперіодний випрям­ляч, робота якого полягає у тому, що протягом одного півперіода на­пруги мережі навантаження підімкненедіодним ключем до вторинної обмотки трансформатора, а протягом другого півперіодавідімкненевід неї. Показники якості вихідної напруги та інші у цього випрямляча вкрай низькі. Тому його застосовують дуже рідко.

Электрические фильтры

Электрическим фильтром называется четырехполюсник, устанавливаемый между источником питания и нагрузкой и служащий для беспрепятственного (с малым затуханием) пропускания токов одних частот и задержки (или пропускания с большим затуханием) токов других частот.

Диапазон частот, пропускаемых фильтром без затухания (с малым затуханием), называется полосой пропусканияили полосой прозрачности;диапазон частот, пропускаемых с большим затуханием, называется полосой затуханияили полосой задерживания.Качество фильтра считается тем выше, чем ярче выражены его фильтрующие свойства, т.е. чем сильнее возрастает затухание в полосе задерживания.

В качестве пассивных фильтров обычно применяются четырехполюсники на основе катушек индуктивности и конденсаторов. Возможно также применение пассивных RC-фильтров, используемых при больших сопротивлениях нагрузки.

Фильтры применяются как в радиотехнике и технике связи, где имеют место токи достаточно высоких частот, так и в силовой электронике и электротехнике.

Для упрощения анализа будем считать, что фильтры составлены из идеальных катушек индуктивности и конденсаторов, т.е. элементов соответственно с нулевыми активными сопротивлением и проводимостью. Это допущение достаточно корректно при высоких частотах, когда индуктивные сопротивления катушек много больше их активных сопротивлений ( ), а емкостные проводимости конденсаторов много больше их активных проводимостей ( ).

Фильтрующие свойства четырехполюсников обусловлены возникающими в них резонансными режимами – резонансами токов и напряжений. Фильтры обычно собираются по симметричной Т- или П-образной схеме, т.е. при или (см. лекцию №14). В этой связи при изучении фильтров будем использовать введенные в предыдущей лекции понятия коэффициентов затухания и фазы.

Классификация фильтров в зависимости от диапазона пропускаемых частот приведена в табл. 1.

Таблица 1. Классификацияфильтров

Названиефильтра	Диапазонпропускаемыхчастот
Низкочастотный фильтр (фильтр нижних частот)
Высокочастотный фильтр (фильтр верхних частот)
Полосовой фильтр (полосно-пропускающий фильтр)
Режекторный фильтр (полосно-задерживающий фильтр)	и , где

В соответствии с материалом, изложенным в предыдущей лекции, если фильтр имеет нагрузку, сопротивление которой при всех частотах равно характеристическому, то напряжения и соответственно токи на его входе и выходе связаны соотношением

. .

(1)

В идеальном случае в полосе пропускания (прозрачности) , т.е. в соответствии с (1) , и . Следовательно, справедливо и равенство , которое указывает на отсутствие потерь в идеальном фильтре, а значит, идеальный фильтр должен быть реализован на основе идеальных катушек индуктивности и конденсаторов. Вне области пропускания (в полосе затухания) в идеальном случае , т.е. и .

Рассмотрим схему простейшего низкочастотного фильтра,представленную на рис. 1,а.

Связь коэффициентов четырехполюсника с параметрами элементов Т-образной схемы замещения определяется соотношениями (см. лекцию № 14)

или конкретно для фильтра на рис. 1,а

;

(2)

;

(3)

.

(4)

Из уравнений четырехполюсника, записанных с использованием гиперболических функций (см. лекцию № 14), вытекает, что

.

Однако в соответствии с (2) - вещественная переменная, а следовательно,

.

(5)

Поскольку в полосе пропускания частот коэффициент затухания , то на основании (5)

.

Так как пределы изменения : , - то границы полосы пропускания определяются неравенством

,

которому удовлетворяют частоты, лежащие в диапазоне

.

(6)

Для характеристического сопротивления фильтра на основании (3) и (4) имеем

.

(7)

Анализ соотношения (7) показывает, что с ростом частоты w в пределах, определяемых неравенством (6), характеристическое сопротивление фильтра уменьшается до нуля, оставаясь активным. Поскольку, при нагрузке фильтра сопротивлением, равным характеристическому, его входное сопротивление также будет равно , то, вследствие вещественности , можно сделать заключение, что фильтр работает в режиме резонанса, что было отмечено ранее. При частотах, больших , как это следует из (7), характеристическое сопротивление приобретает индуктивный характер.

На рис. 2 приведены качественные зависимости и .

Следует отметить, что вне полосы пропускания . Действительно, поскольку коэффициент А – вещественный, то всегда должно удовлетворяться равенство

.

(8)

Так как вне полосы прозрачности , то соотношение (8) может выполняться только при .

В полосе задерживания коэффициент затухания определяется из уравнения (5) при . Существенным при этом является факт постепенного нарастания , т.е. в полосе затухания фильтр не является идеальным. Аналогичный вывод о неидеальности реального фильтра можно сделать и для полосы прозрачности, поскольку обеспечить практически согласованный режим работы фильтра во всей полосе прозрачности невозможно, а следовательно, в полосе пропускания коэффициент затухания будет отличен от нуля.

Другим вариантом простейшего низкочастотного фильтра может служить четырехполюсник по схеме на рис. 1,б.

Схема простейшего высокочастотного фильтраприведена на рис. 3,а.

Для данного фильтра коэффициенты четырехполюсника определяются выражениями

;

(9)

;

(10)

.

(11)

Как и для рассмотренного выше случая, А – вещественная переменная. Поэтомунаосновании (9)

.

Данномунеравенствуудовлетворяетдиапазонизменениячастот

.

(12)

Характеристическоесопротивлениефильтра

,

(13)

изменяясь в пределах от нуля до с ростом частоты, остается вещественным. Это соответствует, как уже отмечалось, работе фильтра, нагруженного характеристическим сопротивлением, в резонансном режиме. Поскольку такое согласование фильтра с нагрузкой во всей полосе пропускания практически невозможно, реально фильтр работает с в ограниченном диапазоне частот.

Вне области пропускания частот определяется из уравнения

(14)

при . Плавное изменение коэффициента затухания в соответствии с (14) показывает, что в полосе задерживания фильтр не является идеальным.

Качественный вид зависимостей и для низкочастотного фильтра представлен на рис. 4.

Следует отметить, что другим примером простейшего высокочастотного фильтра может служить П-образный четырехполюсник на рис. 3,б.

Полосовой фильтрформально получается путем последовательного соединения низкочастотного фильтра с полосой пропускания и высокочастотного с полосой пропускания , причем . Схема простейшего полосового фильтра

приведена на рис. 5,а, а на рис. 5,б представлены качественные зависимости для него.

Урежекторного фильтраполоса прозрачности разделена на две части полосой затухания. Схема простейшего режекторного фильтра и качественные зависимости для него приведены на рис.6.

В заключение необходимо отметить, что для улучшения характеристик фильтров всех типов их целесообразно выполнять в виде цепной схемы, представляющей собой каскадно включенные четырехполюсники. При обеспечении согласованного режима работы всех n звеньев схемы коэффициент затухания такого фильтра возрастает в соответствии с выражением , что приближает фильтр к идеальному.

Поиск по сайту: