Презентация "Полупроводниковые выпрямители"

Основы электротехники

Полупроводниковые

выпрямители

ВЫПРЯМИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

1. Расставьте соответствующее название условным обозначениям в электрической цепи.

2. Вставьте пропущенные слова

 Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, предназначенное для а)____________________ переменного электрического тока одного напряжения и определенной частоты в электрический ток другого б)_________________ и той же частоты

3. Вставьте пропущенные слова

 Если к диоду приложено прямое а)__________________ (то есть анод имеет положительный потенциал относительно катода), то диод б)____________ (через диод течёт прямой ток, диод имеет малое сопротивление).

4. Вставьте пропущенные слова

 Конденсатор — двухполюсник с постоянным или переменным значением а)___________________ и малой проводимостью; устройство для накопления б)_________________ и энергии электрического поля.

ВЫПРЯМИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

5. Вставьте пропущенные слова

 Резистор — пассивный элемент электрических а)________________, обладающий определённым или переменным значением электрического б)____________________

6. Вставьте пропущенные слова

 Электрический ток — а)_________________ движение частиц — носителей электрического б)___________________

7. Вставьте пропущенные слова

 Электрическая цепь — совокупность а)________________, элементов, предназначенных для протекания б)_________________ тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.

8. Вставьте пропущенные слова

 Переменный ток — электрический ток который с течением времени а)______________ по величине и направлению

9. Вставьте пропущенные слова

 Постоянный ток — электрический а)____________, который с течением времени не изменяется по величине и б)__________________.

10. Вставьте пропущенные слова

 Электрическая нагрузка – любой а)_______________ (потребитель) электрической энергии в б)_______________________ цепи

В зависимости от источника первичного электропитания выпрямители бывают:

Выпрямители предназначены для преобразования

энергии переменного тока

в энергию постоянного тока.

ВЫПРЯМИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Трансформатор

Выпрямительный диод

Фильтр

Нагрузка

Он является простейшим. В таком выпрямителе ток через нагрузку протекает лишь в течение полупериода сетевого напряжения 

ОДНОФАЗНЫЙ ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Трансформатор

Выпрямительный диод

Фильтр

Нагрузка

ОДНОФАЗНЫЙ ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Однофазный однополупериодный выпрямитель

Основными электрическими параметрами однополулериодного выпрямителя являются:

– средние значения выпрямленных напряжения и тока:

Uнср = √2 * U2 / π ≈ 0,45 * U2; Iнср = Uнср / Rн

– мощность нагрузочного устройства Рнср= Uнср * Iнср;

– амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения U2m;

– коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения  ε = U2m /   Uнср ≈ 1,57;

– коэффициент полезного действия

η =   Рнср / Рнср * Pvd * Pтр,

где  Pтр – мощность потерь в трансформаторе, а  Pvd – мощность потерь в диодах

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора:

I2 = U2 / Rн ≈ 2,22 * Iнср

Основным преимуществом однополупериодного выпрямителя является его простота. Недостатками этого выпрямителя являются: большой коэффициент пульсаций, малые значения выпрямленных тока и напряжения.

Следует обратить внимание еще на один недостаток однополупериодного выпрямителя. Ток имеет постоянную составляющую, которая вызывает подмагничивание сердечника трансформатора, из-за чего уменьшается магнитная проницаемость сердечника, что в свою очередь снижает индуктивность обмоток трансформатора. Это приводит к росту тока холостого хода трансформатора, а следовательно, к снижению КПД всего выпрямителя.

Вывод

ОДНОФАЗНЫЙ ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Двухполупериодные выпрямители бывают двух типов: мостовыми и с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора.

Эти выпрямители являются более мощными, чем однополупериодные, так как с их помощью нагрузочные устройства используют для своего питания оба полупериода напряжения сети. Они свободны от недостатков, свойственных однополупериодным выпрямителям. Однако это достигается за счет усложнения схем двухполупериодных выпрямителей.

. 

Однофазный двухполупериодный выпрямитель

ОДНОФАЗНЫЙ ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Он состоит из трансформатора и четырех диодов, подключенных к вторичной обмотке трансформатора по мостовой схеме. К одной из диагоналей моста подсоединяется вторичная обмотка трансформатора, а к другой – нагрузочный резистор Rн. Каждая пара диодов VD1, VD4 и VD2, VD3 работает поочередно.

Наибольшее распространение получил двухполупериодный мостовой выпрямитель.

Понижающий

трансформатор

Выпрямительный мост

Фильтр

Нагрузка

ОДНОФАЗНЫЙ ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Диоды VD2, VD4 открыты в первый полупериод напряжения вторичной обмотки трансформатора U2 (интервал времени 0 – Т/2). При этом в нагрузочном резисторе Rн появляется ток Iн. В этом интервале диоды VD1, VD3 закрыты.

U2

Понижающий

трансформатор

Выпрямительный мост

Фильтр

Нагрузка

ОДНОФАЗНЫЙ ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

U2

В следующий полупериод напряжения вторичной обмотки (интервал времени Т/2 – Т) диоды VD1, VD3 открыты, а диоды VD2, VD4 закрыты.

В оба полупериода через нагрузочный резистор Rн протекает ток, имеющий одно и то же направление.

заряд-разряд конденсатора

ОДНОФАЗНЫЙ ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

ОДНОФАЗНЫЙ ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Средние значения выпрямленных напряжений и токов:

 , (3.1)

 .

Средний ток каждого диода:

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора:

Коэффициент пульсаций выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя:

ОДНОФАЗНЫЙ ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Вывод

Анализ приведенных соотношений показывает, что при одинаковых значениях параметров трансформаторов и сопротивления Rн, мостовой выпрямитель по сравнению с однополупериодным имеет следующие преимущества:

- средние значения выпрямленных тока Iнср  и напряжения Uнср  , в 2 раза больше, а пульсации значительно меньше.

В то же время максимальное обратное напряжение на каждом из за­крытых диодов, которые по отношению к зажимам вторичной обмотки включены параллельно, имеет такое же значение, что и в однополупериодном выпрямителе, т.е. U2m = √2 * U2, Все эти преимущества достигнуты за счет увеличения числа диодов в 4 раза, что является основным недостатком мостового выпрямителя.

Промышленность выпускает полупроводниковые выпрямительные блоки, в которых диоды соединены по мостовой схеме.

ДУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ СО СРЕДНЕЙ ТОЧКОЙ

Представляет собой параллельное соединение двух однополупериодных выпрямителей. Рассматриваемый выпрямитель может использоваться только с трансформатором, имеющим вывод от середины вторичной обмотки.

Рассматриваемый выпрямитель характеризуется довольно высокими технико-экономическими показателями и широко используется на практике. При его проектировании полезно помнить о сравнительно большом обратном напряжении на диодах. 

Uср= 2√2 * U2 / π≈ 0,9 * U2

U2 ≈ 1,11 · Uср

Iср= Uср/ Rн

ε= 2/ 3≈ 0,67

Uобр.макс= 2√2 * U2= π * Uср

Iд.ср= ½ * Iср

Iд.макс= √2 * U2/ Rн= π * Iср / 2

где U2 — действующее значение напряжения каждой половины вторичной обмотки.

Основные параметры выпрямителя

ДУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ СО СРЕДНЕЙ ТОЧКОЙ

VD1

VD2

Rн

C1

VD1

VD2

Rн

C1

ДУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ СО СРЕДНЕЙ ТОЧКОЙ

Исходные данные: на рисунке приведены схемы замещения неуправляемых выпрямителей, где VD - идеальный вентиль.

Схемы замещения выпрямителей

Задача: расположить схемы в порядке возрастания выходного напряжения.

Решение: рассчитаем уровни выходного напряжения для каждой схемы.

Вывод: таким образом, схемы следует расположить в порядке а, в, б.

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Исходные данные: потери в полупроводниковом приборе (диоде) составляют 12ватт. Учитывая трёхэлементную тепловую модель (полупроводник – корпус – радиатор –среда ), тепловые сопротивления переходов равны:

- полупроводник – корпус Rп-к= 0,1 0С/Вт

- корпус – радиатор Rк-р= 20С/Вт

- радиатор – среда Rр-с= 3,50С/Вт

- температура окружающей среды tОС=20 0С.

Задача: определите температуру полупроводника (tП).

Решение: температура полупроводника определяется выражением (3.6):

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Проверим, что мы узнали из пройденной темы

Молодцы, а теперь запишите домашнее задание

1. Составление конспекта по опорным вопросам

2. Выполнение заданий в рабочей тетради Ярочкина, Г. В.

Электротехника. № 9.1-9.7

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

ВСЕМ СПАСИБО