Выпрямитель

1. Выпрямитель

механическое, электровакуумное,
полупроводниковое или другое
устройство, предназначенное для
преобразования переменного
входного электрического тока в
постоянный выходной
электрический ток

2.

по виду переключателя выпрямляемого тока
механические синхронные с щёточно-коллекторным коммутатором тока;
механические синхронные с контактным переключателем (выпрямителем) тока;
с электронной управляемой коммутацией тока (например, тиристорные);
электронные синхронные (например, транзисторные) — как разновидность выпрямителей с
управляемой коммутацией;
с электронной пассивной коммутацией тока (например, диодные);
по мощности
силовые выпрямители;
выпрямители сигналов;
по степени использования полупериодов переменного напряжения
однополупериодные — пропускают в нагрузку только одну полуволну;
двухполупериодные — пропускают в нагрузку обе полуволны;
неполноволновые — не полностью используют синусоидальные полуволны;
полноволновые — полностью используют синусоидальные полуволны;
по схеме выпрямления — мостовые, с умножением напряжения, трансформаторные, с
гальванической развязкой, бестрансформаторные и пр.;
по количеству используемых фаз — однофазные, двухфазные, трёхфазные и многофазные;
по типу электронного вентиля — полупроводниковые диодные, полупроводниковые
тиристорные, ламповые диодные (кенотронные), газотронные, игнитронные, электрохимические
и пр.;
по управляемости — неуправляемые (диодные), управляемые (тиристорные);
по количеству каналов — одноканальные, многоканальные;
по величине выпрямленного напряжения — низковольтные (до 100В), средневольтовые (от
100 до 1000В), высоковольтные (свыше 1000В);
по назначению — сварочный, для питания микроэлектронной схемы, для питания ламповых
анодных цепей, для гальваники и пр.;
по степени полноты мостов — полномостовые, полумостовые, четвертьмостовые;
по наличию устройств стабилизации — стабилизированные, нестабилизированные;
по управлению выходными параметрами — регулируемые, нерегулируемые;
по индикации выходных параметров — без индикации, с индикацией (аналоговой,
цифровой);
по способу соединения — параллельные, последовательные, параллельно-последовательные;
по частоте выпрямляемого тока — низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные.

3. Применение выпрямителей

Приемниками электроэнергии с нелинейными характеристиками являются в
первую очередь всевозможные преобразовательные установки переменного
тока в постоянный, использующие различные вентили.
Сюда относятся выпрямительные установки для:
железнодорожной тяги
городского электротранспорта
электролиза (производство алюминия, хлора, едкого натра и др.)
питания приводов прокатных станов
возбуждения генераторов электростанций
В качестве вентилей до последнего времени использовались в основном
ртутные выпрямители (неуправляемые и управляемые). В настоящее время
широкое применение находят преимущественно кремниевые
полупроводниковые выпрямители. Внедряются тиристорные выпрямители.
Обычно выпрямительные установки выполняются большой мощности и
присоединяются через специальные трансформаторы к питающей сети на
напряжении 6 — 10 кВ. Выпрямительные установки небольшой мощности
выполняются по трехфазной схеме с нулевым выводом.
Применение выпрямителей

4. Ртутный выпрямитель

5. Выпрямители сварочные

предназначены для
ручной дуговой сварки на
постоянном токе
низкоуглеродистой и
легированной сталей
штучными электродами в
условиях промышленных,
строительных, монтажных
и ремонтных
предприятий.
Выпрямители сварочные

6. Выпрямители многоцелевые

Выпрямители предназначены:
- для запуска двигателей автомобилей,
тракторов, комбайнов (в т.ч. КамАЗ, МАЗ, К701), что в условиях холодной зимы позволяет
значительно сэкономить топливноэнергетические ресурсы;
- зарядки-разрядки аккумуляторных батарей
при их формировании;
- групповой и одиночной подзарядки и
контроля состояния аккумуляторных батарей
при их формировании; проведения сварочных
работ постоянным током электродом любого
диаметра;
- сушки обмоток электрических машин;
- питания ручного инструмента напряжением
переменного тока.
Агрегаты выпрямительные тиристорные

7. Flex Kraft – это модульный выпрямитель

Основное
предназначение
выпрямителя – это
подача электропитания к
гальваническим ваннам,
которые используются в
таких процессах
обработки поверхности,
как гальванизация,
анодирование и
нанесение
гальванического
покрытия на печатные
платы.

8. Вентильные блоки преобразовательных подстанций систем энергоснабжения

Питание главных двигателей постоянного тока прокатных станов,
кранов, гальванических ванн для получения цветных металлов и стали,
нанесения металлических покрытий и гальванопластики, установок
электростатической очистки промышленных газов, установок очистки и
обессоливания воды.
Электроснабжение контактных сетей электротранспорта постоянного
тока (трамвай, троллейбус, электровоз, метро)
Связь энергосистем переменного тока
Дальняя передача электроэнергии постоянным током.
Энергоснабжение заводов осуществляется электросетью
переменного тока, но для приводов прокатных станов и других
агрегатов выгоднее использовать двигатели постоянного тока по
той же причине, что и для двигателей транспортных средств.
Вентильные блоки преобразовательных
подстанций систем энергоснабжения

9. Структурная схема выпрямителя

Силовой трансформатор – преобразует переменное питающее напряжение
(необходимое напряжение, гальваническая развязка).
Вентиль – обладает односторонней проводимостью и обеспечивает
преобразование переменного тока в выпрямленный (ток одного направления).
Сглаживающий фильтр – преобразует выпрямленный ток в ток близкий по
форме к постоянному току.
Нагрузка – активная, активно-индуктивная, активно-емкостная, противо-ЭДС.
Структурная схема выпрямителя

10. Характеристики

Номинальное выходное
напряжение постоянного
тока и допустимый диапазон
его изменения;
Номинальный ток нагрузки;
Диапазон эффективного
входного напряжения
переменного тока (например
220 В ± 10%);
Допустимая выходная
пульсация, её амплитудночастотные характеристики;
Нагрузочная
характеристика;
Эквивалентное внутреннее
комплексное сопротивление;
Коэффициент
использования габаритной
мощности трансформатора.

11. Однофазный однополупериодный выпрямитель

Частота пульсаций 50 Гц.
Напряжение со вторичной обмотки
трансформатора проходит через
вентиль на нагрузку только в
положительные полупериоды
переменного напряжения. В
отрицательные полупериоды
вентиль закрыт, всё падение
напряжения происходит на вентиле,
а напряжение на нагрузке равно
нулю.
Однофазный однополупериодный выпрямитель
Схема используется в импульсных блоках питания с частотой
переменного напряжения свыше 10 кГц, широко применяющихся в
современной бытовой и промышленной аппаратуре.

12.

Недостатки
Большая
величина
пульсаций
Низкий
коэффициент
использования
габаритной
мощности
трансформатора
Преимущества
Сильная
нагрузка на
вентиль
Экономия на
количестве
вентилей

13. Двухполупериодный со средней точкой

Частота пульсаций 100 Гц
имеет почти вдвое большее эквивалентное
внутреннее активное сопротивление, вдвое
меньше диодов и средний ток через один
диод почти вдвое больше, чем в
полномостовом, при амплитуде
выпрямляемого напряжения сопоставимой с
падением напряжения на переходе
твердотельного диода обладает значительно
лучшим КПД по сравнению с мостовой
схемой
Двухполупериодный со средней точкой
Двухфазный переменный ток выпрямляется двумя
однополупериодными четвертьмостовыми выпрямителями,
включенными параллельно и работающими на одну общую нагрузку.

14.

больше потери
энергии на нагрев
меди обмоток
трансформатора
Недостатки
Трудность вывода
средней точки
трансформатора
Высокий
коэффициент
использования
габаритной мощности
трансформатора
Преимущества
Удвоенная частота
пульсаций

15. Однофазный мост

Частота
пульсаций
100 Гц
Однофазный мост
Ток в нагрузке протекает в одном и том же направлении в
течение обоих полупериодов через 2 последовательно
включенных открытых диода.

16. Виды сглаживающих фильтров

В маломощных выпрямителях, питающихся от однофазной сети переменного
тока, применяются простейшие ёмкостные фильтры, в выпрямителях средней
и большой мощности - Г-образные LC- и RC-фильтры и П-образные СLC- и
СRC-фильтры.

17. Основные схемы сглаживающих фильтров питания

Индуктивно-ёмкостный
сглаживающий фильтр
Резистивно-ёмкостный
сглаживающий фильтр
Основные схемы сглаживающих
фильтров питания

18. Трёхфазные выпрямители

обладают
лучшей характеристикой
выпрямления
переменного тока –
меньшим
коэффициентом
пульсаций выходного
напряжения по
сравнению с
однофазными
выпрямителями.
Связано это с тем, что в
трёхфазном
электрическом токе
синусоиды разных фаз
«перекрывают» друг
друга. После
выпрямления такого
напряжения, сложения
амплитуд различных
фаз не происходит, а
выделяется
максимальная
амплитуда из значений
всех трёх фаз входного
напряжения.
Трёхфазные выпрямители

19. Трёхфазный однополупериодный выпрямитель

Вентили работают поочередно,
каждый в течение одной трети
периода, когда потенциал анода
одного вентиля более
положителен, чем потенциал
анодов двух вентилей.
Частота пульсаций 150 Гц
Трёхфазный однополупериодный
выпрямитель

20. Трёхфазный мост

Частота пульсаций 300 Гц
Шесть вентилей в схеме объединены в
две группы: анодную (2,4,6) и
катодную (1,3,5). Обмотки
трансформатора могут быть соединены
звездой или треугольником. Все
вентили работают попарно: один из
анодной группы и один из катодной. В
катодной группе ток проводит тот
вентиль, анодное напряжение которого
больше, а в анодной - тот, который
имеет наиболее отрицательный
потенциал на катоде. Смена пар
вентилей происходит через 1/6
периода. Ток через нагрузку течет в
одном направлении.
Трёхфазный мост

21.

Однофазная однотактная схема выпрямления применяется на выходные
мощности до 15 Вт, если нагрузка допускает большой коэффициент пульсаций. Ее
достоинством является простота, минимальное число элементов и возможность
работать без трансформатора. Недостаток - малая частота пульсации, большой КП.
Однофазная мостовая схема применяется при мощности до 300 Вт, если
выпрямленное напряжение относительно невелико, а ток нагрузки велик. Ее
достоинства – повышенная частота пульсаций, хорошее использование
трансформатора, возможность работы без трансформатора, а недостаток – много
вентилей, поэтому увеличивается падение напряжения в вентильном комплекте.
Однофазная двухтактная со средней точкой применяется при малых токах
нагрузки и высоком выпрямленном напряжении (при одинаковом U2 в 2 раза
больше, чем в мостовой схеме), но на малые мощности (до 50 Вт). Достоинства
схемы в минимальном числе вентилей, повышенной частоте пульсаций большем
выпрямленном напряжении. Недостатки – плохое использование трансформатора и
усложненная его конструкция, высокое обратное напряжение на вентиле.
При достаточно большой мощности постоянного тока лучше использовать
многофазные схемы. В выпрямителях средней мощности применяется в основном
схема Миткевича – трехфазная однотактная. Ее достоинства большая частота и
меньшая величина пульсаций, малое падение напряжения на открытом вентиле,
поэтому ее применяют при выпрямленных низких напряжениях. Недостатки –
плохое использование трансформатора, наличие вынужденного намагничивания
сердечника трансформатора, большое обратное напряжение на вентиле. При
большой мощности постоянного тока используется трехфазная двухтактная
схема (Ларионова) Ее достоинства – хорошее использование трансформатора,
большая частота пульсаций и ее маленькая амплитуда, отсутствие вынужденного
намагничивания трансформатора и возможность применять любую схему
соединения обмоток трансформатора. Недостаток - большое число вентилей.

22. Андрей Николаевич Ларионов

(4 [16] июля 1889, Москва —
7 февраля 1963, там же)
В 1919 году окончил МВТУ со званием
инженер-электрик. Остался в МВТУ
работать преподавателем. В 1923 году
предложил схему трёхфазного
выпрямителя на трёх полумостах на
шести диодах, которая, в зависимости
от схемы включения обмоток
(звезда/треугольник) имеет две
разновидности: «звезда-Ларионов» и
«треугольник-Ларионов». Схема
«звезда-Ларионов» применяется в
авиационных, автотракторных, водных
и др. генераторах бортового
электроснабжения, в электроприводе и
в других областях науки и техники. В
1930 году перешёл на работу
преподавателем в МЭИ (c 1933 года
профессор). Член-корреспондент АН
СССР (с 1953 года). C 1953 года в
Институте автоматики и телемеханики
АН СССР (с 1969 — Институт проблем
управления). Заслуженный деятель
науки и техники РСФСР (1959).

23.

Важной вехой в научной деятельности Андрея
Николаевича стала разработка в 1950 г. основ теории и
практики одной из разновидностей синхронных
двигателей с постоянными магнитами — так называемых
гистерезисных двигателей.
Он создал трехфазный генератор с постоянными
магнитами мощностью 2 кВА для передвижной
железнодорожной ремонтной электростанции, а в 1959 г.
совместно с работниками НИИ автоприборов заявлен и
внедрен генератор переменного тока ГТ-1А с
противополярной стабилизацией напряжения.
В 1951 г. Ларионов был награжден орденом Ленина. В
1959 г. ему было присвоено звание заслуженного деятеля
науки и техники РСФСР. Ученый вел также большую
общественную работу. Избирался депутатом Московского
городского и Первомайского районного Советов депутатов
трудящихся.