Принципиальная схема выпрямительного устройства

Выпрямительное устройство (ВУ), предназначенное для преоб­разования переменного тока в постоянный (рис. 1.1 ) состоит из следующих основных частей:

Ä трансформатора (Тр;

Ä группы элект­рических вентилей (В;

Ä сглаживающего фильтра (Ф).

Назначе­ние трансформатора — подводить к группе электрических вентилей

переменное напряжение, величина которого непосредственно опре­деляет величину выпрямленного напряжения.

Так, чтобы получить более высокое выпрямленное напряжение, требуется подать к вен­тилям более высокое переменное напряжение. Иногда величина переменного напряжения электросети может совпадать с напряже­нием, которое надо подавать к вентилям. В этом случае возможно обойтись без трансформатора. Однако приходится учитывать, что применение трансформатора исключает непосредственную элект­рическую связь между сетью переменного тока и цепями выпрям­ленного тока. Некоторые схемы выпрямления вообще нельзя вы­полнить без применения трансформатора.

Электрическим вентилем принято называть такой прибор, который обладает односторонней проводимостью, для тока одного направления (это направление принято называть «прямым») он обладает очень малым сопротивлением, а для тока противоположно­го направления (его называют «обратным») — очень большим.

Группа электрических вентилей собирается по определенной схеме.

Выпрямленный ток, получаемый от устройства, состоящего из трансформатора и группы электрических вентилей, не является строго

Сеть

нагруз­ка

Рис. 1. 1. Схема выпрямительного устройства

постоянным. Он, как принято говорить, обладает пульса­цией.

Такой пульсирующий ток можно представить себе как бы состоящим из двух токов:

постоянного тока и наложенного на него небольшого переменного тока.

Если такой пульсирующий постоянный ток подать, например, на аппаратуру связи, то он может нарушить осуществление необходимой коммутации или сильно иска­зить передачу сообщений.

Поэтому на выходе выпрямителя необ­ходимо предусматривать специальный сглаживающий фильтр, со­стоящий из дросселей и конденсаторов.

Помимо трансформатора, вентилей и фильтра выпрямительное устройство содержит аппаратуру коммутации, регулировки напряжения (а часто и регулировки тока), контроля, защиты и др. (на рис. 1.1 эта аппаратура не показана).

2. Основные свойства полупроводниковых вентилей.

Кроме односторонней проводимости вентили обладают еще рядом свойств:

Сопротивление, которое оказывает вентиль прямому току, называется сопротивлением в прямом направлении.

Падение напряжения на вентиле при прохождении пря­мого тока называется прямым падением напряжения. Тот вентиль, у которого в прямом направлении сопротивление, а следовательно, и прямое падение напряжения наименьшие, счи­тается лучшим.

Величина среднего значения выпрямленного тока или постоянная составляющая выпрямленного тока определяется для каждого вентиля его конструктивными данными и условиями охлаждения.

Напряжение, которое действует на вентиле в обратном направлении, называется о б р а т н ы м напряжением.

Так как идеальных вентилей нет, то всякий вентиль под действием об­ратного напряжения пропускает незначительный ток, называемый обратным током. Величина этого тока определяется в основ­ном сопротивлением вентиля в обратном направлении.

Обратное напряжение, при котором вентиль работает без изме­нения своих свойств без повреждений и в течение любого срока, а обратный ток сохраняет свою величину в допустимых пределах, называется д о п у с т и м ы м обратным напряжением вентиля.

При некотором повышении обратного напряжения, подаваемого на вентиль сверх допустимого значения, может произойти электрический пробой и порча вентиля, т. е. вентиль потеряет свои вентильные свойства и начнет проводить ток одинаково в обоих направлениях. Обратное напряжение, при котором происходит пробой вентиля, называется пробивным напряже­нием. Оно характеризует электрическую прочность вентиля.

Допустимое обратное напряжение всегда ниже пробивного напряжения, оно является одной из важных электрических характеристик вентиля, так как от него зависит ве­личина выпрямленного напряжения, которое можно получить при помощи данного вентиля.

Чтобы представить себе, какие практические соотношения существуют между прямыми и обратными величинами, укажем, что, например, обратный ток у селеновых вентилей в 50—100 раз меньше, чем прямой, а у германиевых и кремниевых вентилей — обратный ток в 600—3000 раз меньше допустимого прямого. Чем меньше обратный ток по сравнению с прямым, тем качество вен­тиля считается выше.

Аналогично обстоит дело и с обратным напряжением. Чем выше обратное напряжение, которое вентиль длительно выдерживает не повреждаясь, тем считается выше качество вентиля.

Однако производство вентилей на высокие обратные напряжения обходится дороже, чем на низкие.

Кроме того, вентили на высокие обратные напряжения требуются только для получения высоких вы­прямленных напряжений, поэтому в более низковольтных выпрямительных устройствах целесообразно применять вентили, рассчитанные на низкое обратное напряжение.

В дальнейшем при выводе основных соотношений между электрическими величинами в различных схемах выпрямления будем предполагать, что вентили являются идеальными, т. е. прямое падение напряжения у них равно нулю, а сопро­тивление в обратном направлении равно бесконечности и, следовательно, обратный ток равен нулю.

Все применяемые на практике вентили обладают небольшим сопротивлением в прямом направлении и во много раз большим сопротивлением в обратном направлении.

Основным параметром вентиля является вольт-амперная характеристика (рис. 1.2).

Она состоит из двух ветвей:

ветвь 1 представляет собой зависимость между прямым током и прямым падением напряжения;

ветвь 2 — зависимость между обратным напряжением и обратным током.

Раньше наибольшее применение имели селеновые вентили, особенно в устройствах, рассчитанных на большие токи. Однако в последние годы получили распространение кремниевые вентили, обладающие лучшими электрическими характеристиками. Кроме того, преимуществом кремниевых вентилей является и то, что выпрямительный блок, собранный из таких вентилей, имеет значи­тельно меньшие габаритные размеры, чем блок из селеновых вентилей.