Выпрямительные устройства. Общие сведения

Выпрямительное устройство (выпрямитель) – это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения (тока) в постоянное.

Выпрямительные устройства используются как самостоятельно, так и в составе инверторов, преобразователей постоянного напряжения в постоянное и стабилизаторов как основной функциональный элемент (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 – Структурная схема выпрямителя

Выпрямительное устройство ВУ состоит из трех основных функциональных элементов.

Трансформатор Тр предназначен для преобразования величины напряжения UС источника первичного питания ИПЭ до значения U2, необходимого для получения среднего выпрямленного напряжения U0 в цепи нагрузки Н, преобразования числа фаз переменного напряжения и обеспечения электрической (гальванической) развязки нагрузки Н от первичного источника ИПЭ.

Блок выпрямления – блок полупроводниковых приборов В – предназначен для преобразования рода тока (из переменного в постоянный пульсирующий) и для преобразования числа фаз m выпрямления:

(1.1)

где p – число фазных обмоток вторичной цепи трансформатора Тр;
– количество импульсов тока, проходящих по одной фазной обмотке за один период преобразуемого напряжения.

Сглаживающий фильтр Ф уменьшает содержание переменных составляющих в спектре выходного напряжения. Он предназначен для уменьшения (сглаживания) пульсаций выпрямленного напряжения или тока до величины, допустимой для нормальной работы потребителя.

Основным элементом, с помощью которого происходит преобразование переменного напряжения (тока) в постоянное (постоянный), является электрический вентиль. Под электрическим вентилем понимается функциональный элемент, обладающий свойством односторонней проводимости вследствие способности скачкообразно изменять величину сопротивления протеканию электрического тока в зависимости от знака приложенного напряжения.

Основным функциональным элементом современных полупроводниковых выпрямительных устройств является полупроводниковый вентиль с односторонней проводимостью p-n перехода.

В реальных условиях режимы работы всех элементов устройств выпрямления взаимосвязаны. Процессы, протекающие в различных частях схемы выпрямления, зависят от характера нагрузки, падения напряжения в трансформаторе, вентилях, в элементах сглаживающего фильтра. На практике выпрямители могут работать на активную нагрузку, когда она некритична к уровню переменной составляющей выпрямленного напряжения. Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения между блоком вентилей и нагрузкой включаются сглаживающие фильтры, содержащие индуктивности и емкости. В ряде случаев и сама нагрузка содержит элементы с индуктивностью, емкостью и внешней э. д. с.. Индуктивный и емкостный характер нагрузки выпрямителя меняет режим работы вентиля и схемы в целом по сравнению с работой на активный характер нагрузки, оказывает существенное влияние на работу схемы выпрямителя.

Изменение характера нагрузки приводит к изменению величины и формы выпрямленного напряжения (и тока), токов в первичной и вторичной обмотках трансформатора.