Лекции 5-6 - Презентация

МГТУ им. Н.Э. БауманаКафедра «Радиоэлектронные системы и устройства»Электропреобразовательныеустройства радиоэлектронных средствЛекции 5-6Выпрямительные устройства ифильтрыЛекции 5-62/68ПЛАН ЛЕКЦИИ1.1 Общие сведения о выпрямителях1.2 Трансформаторы в выпрямителях1.3 Неуправляемые выпрямители1.4 Управляемые выпрямители1.5.

Порядок проектирования выпрямителейЛекции 5-63/68Общие сведения о выпрямителяхЛекции 5-64/68ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЫПРЯМИТЕЛЯХИдеальный выпрямительСтруктура выпрямителяЛекции 5-65/68ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЫПРЯМИТЕЛЯХКлассификация1. По возможности управления уровнем напряжения:-неуправляемые;-управляемые.2. По числу фаз источника переменного тока:-однофазные;-многофазные.3.

По величине выпрямленного напряжения:-низкого напряжения (менее 1000 В);-высокого напряжения (свыше 1000 В).Лекции 5-66/68ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЫПРЯМИТЕЛЯХКлассификация4. По типу выпрямительного элемента:-ламповые (кенотронные);-газотронные;-полупроводниковые.5. По уровню выходной мощности:-маломощные (менее 680 Вт);-средней мощности (до 100 кВт);-большой мощности (свыше 100 кВт).Лекции 5-67/68ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЫПРЯМИТЕЛЯХКлассификация6. По числу знакопостоянных импульсов в кривой выпрямленногонапряжения за период питающего напряжения:-однополупериодные;-двухполупериодные;-m-полупериодные.7. По назначению:-бытовые;-промышленные;-специальные.Лекции 5-68/68ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЫПРЯМИТЕЛЯХОсновные характеристики1.

Среднее значение выходного напряжения uвых(постоянная составляющая):T1U ср   uвых dtT02. Среднее значение выходного тока iвыx (постоянная составляющая):T1I ср   iвых dtT03. Коэффициент пульсации выходного напряжения:KП UmU сргде Um – амплитуда низшей (основной) гармоники выходного напряжения.Лекции 5-69/68Трансформаторы в выпрямителяхЛекции 5-610/68ТРАНСФОРМАТОРЫ В ВЫПРЯМИТЕЛЯХТрансформатор в режиме холостого хода1  W1dФ0dФ0,  2  W2, где W1 и W2 – число витков первичной и вторичнойdtdt обмоток соответственноФ0  Фмакс sin tЛекции 5-61  W1Фмакс cos t  E1m sin  t E1 ;2E1m 2W1 f сФмакс 4, 44W1 f сФмакс .2211/68ТРАНСФОРМАТОРЫ В ВЫПРЯМИТЕЛЯХТрансформатор в режиме холостого ходаАналогично получим ЭДС и для вторичной обмотки:E2  4,44W2 fсФmax ;U1    E1  ES1   I 0 R1;P1  U1I1  P2  U 2 I 2 ;ES1  E1 , R1  1;E2 I1 W2  n.E1 I 2 W1Лекции 5-6nU2.U112/68ТРАНСФОРМАТОРЫ В ВЫПРЯМИТЕЛЯХТрансформатор в режиме нагрузкиU1  I1 z1  E1 ,где z1 и z2 – полные сопротивления первичной и вторичнойU 2  E2  I 2 z2 , обмоток соответственноФ  const W1I 0  W1I1  W2 I 2 – уравнение равновесия МДС.W21EII 0  I1 I 2  I1  I 2 ; E1I1  E2 I 2 ; 1  2  n – коэф-т трансформации.W1nE2 I1Лекции 5-613/68ТРАНСФОРМАТОРЫ В ВЫПРЯМИТЕЛЯХЭквивалентная схема трансформатораС1 – ёмкость первичной обмотки; R1 – сопротивление первичной обмотки;Ls1 – индуктивность рассеяния первичной обмотки; RL – эквивалентное сопротивление потерь всердечнике; LM – индуктивность намагничивания; C12 – междуобмоточная ёмкость;R2 – сопротивление вторичной обмотки; LS2 – индуктивность рассеяния вторичной обмотки;C2 – ёмкость вторичной обмоткиЛекции 5-614/68Неуправляемые выпрямителиЛекции 5-615/68НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИОднофазный однополупериодный выпрямительЛекции 5-616/68НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИОднофазный однополупериодный выпрямитель1.

Среднее значение выходного напряжения uвых :11U ср utdtU вх.m sin td t вх2 02 022 U вх sin tdt 02U вх U вх.m 0, 45U вх .2. Максимальное обратное напряжение на диоде:U обр. макс  U вх.m  2U вх  U ср .3. Значения токов:U вх.m1 2I;II ср  1,57 I ср .I2 idt0,5I;2т222mR22 0НЛекции 5-617/68НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИОднофазный однополупериодный выпрямитель4. Максимальный ток диода:I д. макс 2U вх  I ср .RН5.

Ток в первичной обмотке:1I1 22 i d t ;210I1 1, 21I срn.6. Габаритные и типовая мощности:P1  U1 I1  nU 2 I1  2, 22nU ср  2,69U ср I ср ; P2  U 2 I 2  3, 49U ср I ср ;PT Лекции 5-6P1  P2 3,09U ср I ср .218/68НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИОднофазный однополупериодный выпрямительВнешняя (нагрузочная) характеристикаU ср  U ХХ   rтр  rд N  I ср ,где UХХ – напряжение холостого хода; rд – дифференциальноесопротивление вентиля; rтр – активное сопротивление обмотоктрансформатора; N – число вентилей, через которые протекает ток нагрузки.Лекции 5-619/68НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИДвухполупериодный выпрямитель со средней точкойЛекции 5-620/68НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИДвухполупериодный выпрямитель со средней точкойЛекции 5-621/68НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИДвухполупериодный выпрямитель со средней точкойЛекции 5-622/68НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИОднофазный мостовой выпрямительЛекции 5-623/68НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИОднофазный мостовой выпрямительЛекции 5-624/68НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИТрёхфазный выпрямитель с нулевым выводомЛекции 5-625/68НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИТрёхфазный мостовой выпрямительЛекции 5-626/68НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИОсновные соотношения в схемах выпрямителейЛекции 5-627/68НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИВысокочастотный выпрямительЛекции 5-628/68Умножители напряженияЛекции 5-629/68УМНОЖИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯСхемы умножения напряженияСимметричный удвоитель(схема Латура)Утроитель напряженияЛекции 5-6Несимметричный удвоительУчетверитель напряжения30/68Сглаживающие фильтрыЛекции 5-631/68СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫКлассификация, основные характеристики и требования1.

Сглаживающие фильтры:-пассивные;-активные (электронные).2. Важнейший параметр - коэффициент сглаживания:SK П1KП 2где KП1 и KП2 – коэффициенты пульсаций на входе и выходе фильтрасоответственно.Лекции 5-632/68СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫКлассификация, основные характеристики и требования3. Требования к сглаживающим фильтрам:-максимально возможное уменьшениевыпрямленного напряжения;-минимальное уменьшение постоянной составляющей выпрямленногонапряжения;-фильтр не должен заметно искажать формы тока нагрузки;-переходные процессы в фильтре, возникающие при включениивыключении выпрямителя или его нагрузки, не должны вызыватьчрезмерного повышения напряжения или бросков тока;-фильтр должен быть экономичен, то есть иметь небольшую стоимость,малые размеры и массу.Лекции 5-6переменнойсоставляющей33/68СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫОсновные схемы пассивных фильтровВажно, чтобы сопротивлениеконденсатора для основнойгармоники пульсации быламного меньше сопротивлениянагрузки:1RН .CЛекции 5-634/68СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫОсновные схемы пассивных фильтровДля хорошего сглаживаниянеобходимо: L  RН .Лекции 5-635/68СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫОсновные схемы Г- и П-образных пассивныхфильтровЛекции 5-636/68СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫОсновные схемы активных фильтрова)б)Активные Г-образные фильтры с нагрузкой в цепиэмиттера (а) и коллектора (б)Лекции 5-637/68Бестрансформаторные схемывыпрямленияЛекции 5-638/68БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИСхемы с «гасящим» конденсаторомZ  RН2  X C2 ; X C 1U; I эфф  вх ;2 f сCZ2I эфф  2 fсС U вх2  U вых.Лекции 5-639/68БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИСхемы с «гасящим» конденсаторомСредний ток через нагрузку может бытьнайден как:I ср  4 f с С1 2U вх  U вых  .Для ограничения тока при подключенииИЭП к сети и разрядки конденсатора послеотключения необходимы резисторы!Лекции 5-640/68Управляемые выпрямителиЛекции 5-641/68УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИЗависимость напряжения Uср от угла α называется регулировочнойхарактеристикой управляемого выпрямителя:U ср 1 2U 2 sin tdt , U ср  U ср 01  cos ,2где U ср 0  0,9U 2 – среднее значение напряжения на нагрузке при   0Лекции 5-642/68УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИЗависимость напряжения Uср от угла α называется регулировочнойхарактеристикой управляемого выпрямителя:U ср 1 2U 2 sin tdt ; U ср  U ср 01  cos 2где U ср 0  0,9U 2 – среднее значение напряжения на нагрузке при   0 .Лекции 5-643/68УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИЛекции 5-644/68УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИДостоинства :-высокий КПД при низком напряжениисети в несколько вольт;-ме́ньшие потери по сравнению сдиодными выпрямителями, что частопозволяет обойтись небольшимидешёвыми радиаторами (или вовсе ихне использовать).Недостатки :-более высокая стоимостьтранзисторов по сравнению сдиодами;Синхронный выпрямительЛекции 5-6- наличие дополнительных обмотокуправления транзисторами.45/68Порядок проектированиявыпрямителейЛекции 5-646/68ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙЛекции 5-647/68ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙТрансформаторный выпрямитель дляфонокорректораИсходные данные:- напряжение на нагрузке Uср = 22 В;- ток нагрузки Iср = 100 мА;- напряжение питающей сети переменного тока U1 = 220 В (однофазное);- частота питающей сети fc = 50 Гц;- коэффициент пульсации выпрямленного напряжения по первой гармонике KП2 = 0,01.Лекции 5-648/68ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙТрансформаторный выпрямитель дляфонокорректора1.

Определяем сопротивление нагрузки:RН U срI ср22 220 Ом0,12. Определяем выходную мощность выпрямителя:Pвых  U ср I ср  22  0,1  2, 2 Вт3. Учитывая малую мощность, отдаваемую в нагрузку, в данном случае возможно применениедвухполупериодной схемы со средней точкой и мостовой однофазной схемы (схемы Греца). Чтобыне усложнять конструкцию трансформатора, выбираем мостовую схему выпрямления – и в качествевентильного блока возьмём серийно выпускаемую малогабаритную диодную сборку.

Учитываяневысокие требования к подавлению пульсации выпрямленного напряжения, выберем простейшийсглаживающий фильтр из одной ёмкости.Лекции 5-649/68ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙТрансформаторный выпрямитель дляфонокорректора4. Для выбранной схемы выпрямления находим предварительные значения обратного напряженияна диоде, среднего тока через диод и максимального значения тока через диод по табличнымформулам:U обр. макс  1,57U вх  1,57  22  35 В;Iд I ср20,1 0,05 А;2I д. макс  1,57 I ср  1,57  0,1  0,157 А.5. В качестве вентильного блока выбираем диодную сборку типа B05S. Она имеет следующиехарактеристики:U обр. макс  50 В; I д.