Е-1 Випрямлячі

     Випрямлячі

1.Пристрої вторинних джерел електроенергії

2.Некеровані та керовані випрямлячі

3.Згладжувальні фільтри

1. Для будь-якого електронного пристрою необхідне джерело живлення, що мав давати одне або кілька значень постійної напруги. Звичайно, в якості джерела живлення можна використовувати гальванічні батареї, але при великому споживанні потужності це неекономічно. У цьому випадку застосовують спеціальні електронні пристрої, що забезпечують формування необхідних живлячих напруг і звані джерелами електроживлення.

Джерела електричної енергії, необхідної для живлення будь-електронної апаратури, прийнято ділити на джерела первинного та вторинного електроживлення.

До первинним джерел електроживлення відносять трифазну (або однофазну) мережа промислової частоти 50 Гц (для стаціонарної апаратури) та генератори постійного або змінної напруги підвищеної частоти 400-500 Гц. Хімічні гальванічні елементи і сонячні батареї використовуються тільки для живлення бортової апаратури, установлюваної на рухомих об'єктах і вимагають автономного електроживлення.

Джерела вторинного електроживлення (ІВЕП) виконують функції перетворення виду струму (змінний - постійний), стабілізації і регулювання напруги або струму, фільтрації різних перешкод, що виникають при перемиканні, стабілізації і регулюванню напруги і т.д. Перетворення змінного струму в постійний здійснюється випрямлячами, а зворотне перетворення постійного струму в змінну - інверторами (не плутати з інверторами - електронними схемами "НЕ"),

Переважна частина пристроїв інформаційно-обчислювальних систем споживає електричну енергію у вигляді постійного струму. Якщо первинним джерелом служить мережа змінного струму U ~, то ІВЕП найчастіше має структуру, наведену на рис. 1, а.

Рис. 1. Структурні схеми Івен

Потужний трансформатор Т, як правило, знижує напругу, потім воно перетворюється випрямлячем В в постійну напругу, пульсації якого згладжуються фільтром Ф, і при необхідності рівень цієї напруги за допомогою стабілізатора Ст підтримується незмінним, не залежних від змін напруги мережі, температури, струму навантаження Н та інших дестабілізуючих факторів.

ІВЕП є невід'ємною частиною будь електронної апаратури і в значній мірі визначають її техніко-економічні показники. На частку джерел живлення нерідко доводиться до 40% загальної маси й обсягу апаратури, тому одним із завдань, що стоять перед проектувальниками, є їх комплексна мініатюризація.

З усіх вузлів ІВЕП найбільш громіздкі, як правило, - вузли, виконані на магнітопроводах з феромагнітних матеріалів (трансформатори та дроселі фільтрів).

Прагнення зменшити масу і габаритні розміри джерел електроживлення призвело до структурної схемою, званої "ІВЕП з бестрансформаторним входом" (рис. 1, б). У цій структурі змінну напругу первинної мережі спочатку випрямляється В1 і фільтрується Ф1, а потім інвертується в инвертор І в змінну , але з частотою 20-50 кГц. На цій частоті напруга трансформується Т до потрібного рівня, знову випрямляється В2, фільтрується Ф2 і при необхідності стабілізується Ст. Маса і габарити муздрамтеатру трансформатора (дроселя) обернено пропорційні частоті змінного струму. Тому на високій частоті відбувається різке зменшення розмірів трансформатора і фільтра Ф2. За рахунок цього, незважаючи на більше, в порівнянні зі структурою рис. 1, число вузлів і подвійне перетворення виду струму, джерело виходить значно менше по масі і габаритним розмірам.

2. Випрямлячі - це джерела вторинного електроживлення, реалізують статичний метод перетворення енергії змінного струму в енергію постійного струму.

Схема будь-якого випрямляча містить 3 основних елементи:

1) Силовий трансформатор - пристрій для зниження або підвищення напруги живильної мережі і гальванічної розв'язки мережі з апаратурою.

2) Випрямний елемент (вентиль), що має однобічну провідність - для перетворення перемінної напруги в пульсуюче.

3) Фільтр - для згладжування пульсуючого напруги.

Випрямлячі можуть бути класифіковані по ряду ознак:

1) за схемою випрямлення - однополуперіодні, двухполуперіодний, мостові, з подвоєнням (множенням) напруги, багатофазні й ін

2) за типом випрямного елемента - лампові (кенотрони), напівпровідникові, газотрони та ін

3) за величиною випрямленої напруги - низької напруги і високого.

4) за призначенням-для харчування анодних ланцюгів, ланцюгів сіток, що екранують, ланцюгів керуючих сіток, колекторних ланцюгів транзисторів, для зарядки акумуляторів і ін

Основні характеристики випрямлячів:

1. Номінальна напруга постійного струму - середнє значення випрямленої напруги, заданий технічними вимогами.Визначається значенням напруги, необхідним для живляться випрямлячем пристроїв.

2. Номінальний випрямлений струм I0 - середнє значення випрямленого струму, тобто його постійна складова, задана технічними вимогами. Визначається результуючим струмом усіх ланцюгів що живляться випрямлячем.

3. Напруга мережі Uсеті - напруга мережі змінного струму, що живить випрямляч. Стандартне значення цієї напруги для побутової мережі -220 вольтів з відхиленнями, що допускаються не більше 10%.

4. Пульсація - перемінна складового напруги токи на виході випрямляча. Це якісний показник випрямляча.

5. Частота пульсацій - частота найбільше різко вираженої гармонійний складової чи напруги струму на виході випрямляча.Для найпростішої однополуперіодної схеми випрямляча частота пульсацій дорівнює частоті живильної мережі.Двухполуперіодний, мостові схеми і схеми подвоєння напруги дають пульсації, частота яких дорівнює подвоєній частоті живильної мережі. Багатофазні схеми випрямлення мають частоту пульсацій, що залежить від схеми випрямляча і числа фаз.

6. Коефіцієнт пульсацій - відношення амплітуди найбільше різко вираженої гармонійний складової чи напруги струму на виході випрямляча до середнього значення чи напруги струму. Розрізняють коефіцієнт пульсацій на вході фільтра (p0%) і коефіцієнт пульсацій на виході фільтра (p%). Допустимі значення коефіцієнта пульсацій на виході фільтра визначаються характером навантаження.

7. Коефіцієнт фільтрації (коефіцієнт згладжування) - відношення коефіцієнта пульсацій на вході фільтра до коефіцієнта пульсацій на виході фільтра k з = p0 / p. Для багатоланкових фільтрів коефіцієнт фільтрації дорівнює добутку коефіцієнтів фільтрації окремих ланок.

8. Коливання (нестабільність) напруги на виході випрямляча-зміна напруги постійного струму щодо номінального. При відсутності стабілізаторів напруги визначаються відхиленнями напруги мережі.

3. Згладжувальні фільтри

Не залежно від схеми випрямлячів, випрямлена напруга завжди є пульсуючою і містить, крім постійної складової і змінні складові. У більшості випадків живлення схемпромислової електроніки пульсуючою напругою неприйнятне.

Оскільки в будь-якій схемі випрямляча коефіцієнт пульсацій вихідної напруги у багато разів перевищує допустимі межі, на виході випрямлячів включають спеціальний пристрій - згладжуючий фільтр.

До згладжуючих фільтрів пред'являються такі основні вимоги:

1) з одного боку, в фільтрах необхідно максимально зменшити змінні складові напруги, а з іншого - не допускати істотного зменшення постійної складової;

2) при перехідних процесах в фільтрі під час включення і виключення напруги мережі або навантаження спади напруги і струму повинні знаходитися в допустимих межах;

3) власна частота фільтра повинна бути нижче частоти основної гармоніки випрямленої напруги щоб уникнути резонансних явищ в окремих його ланках.

Класифікація згладжуючих фільтрів і їх параметри

В залежності від типу елементів, застосованих для побудови згладжуючих фільтрів розрізняють:

-пасивні фільтри - виконуються з використанням опорів, конденсаторів, індуктивностей

С-фільтри

L-фільтри

RC-фільтри

LC – фільтри

-електронні (активні) фільтри - виконуються з використанням активних елементів – транзисторів.

За кількістю фільтруючих елементів розрізняють:

-одноланкові фільтри;

-багатоланкові.

Параметри згладжуючих фільтрів

Основним параметром, що дозволяє дати кількісну оцінку згладжує фільтра, є коефіцієнт згладжування S:

ξ₁ -коефіцієнт пульсації на вході фільтра; ξ₂ - коефіцієнт пульсації на виході фільтра/
Коефіцієнт згладжування показує, у скільки разів фільтр зменшує пульсації.

Домашнє завдання: опрацювати матеріал, коротко законспектувати , переглянути відеофрагменти