Класифікація напівпровідникових випрямлячів

Пристрій, призначений для перетворення енергії джерела змінного струму в постійний струм називається випрямлячем. Випрямляч може бути представлений у вигляді структурної схеми, представленої на рис. 1.

Охарактеризуємо основні елементи схеми:

• силовий трансформатор служить для узгодження вхідного і вихідного напруги випрямляча і електричного поділу окремих ланцюгів випрямляча (тобто розділяє живильну мережу та мережу навантаження);
• блок вентилів забезпечує одностороннє протікання струму в ланцюзі навантаження, в результаті чого змінна напруга перетвориться в пульсуюче;
• згладжує фільтр призначений для зменшення пульсації напруги на навантаженні до необхідного значення;
• стабілізатор напруги, службовець для стабілізації середнього значення випрямленої напруги при коливаннях напруги мережі живлення або при зміні струму навантаження.

Мал. 1 - Структурна схема випрямляча

Співвідношення між параметрами в випрямному пристрої багато в чому залежать від схеми випрямлення. Під схемою випрямлення розуміють схему з'єднання обмоток трансформатора і порядок приєднання вентилів до вторинних обмоток трансформатора.

Схеми випрямлення (випрямлячі) класифікують за такими основними ознаками:

1. За кількістю фаз джерела живлення змінної напруги розрізняють випрямлячі однофазного струму і випрямлячі трифазного струму.
2. За способом підключення вентилів до вторинної обмотки трансформатора - нульові схеми, з використанням нульової (середньої) точки вторинної обмотки трансформатора і мостові схеми, в яких нульова точка ізольована або вторинні обмотки трансформатора з'єднані в трикутник.

Схема однофазного мостового випрямляча

Тимчасові діаграми напруг і струмів мостового випрямляча

При позитивній полярності напруги на вторинній обмотці трансформатора (полярність вказана без дужок) на інтервалі 0 - υ1 (0 - π), струм проводять діоди Д1 і Д2. Падіння напруги на діодах на інтервалі провідності близько до нуля (вентилі ідеальні), тому до навантаження прикладається позитивна полуволна напруги вторинної обмотки трансформатора, створюючи на ній напруга ud = u2. На інтервалі υ1 - υ2 (π - 2π) зміниться полярність напруг u1 і u2 на зворотну, що призведе до відмикання діодів Д3 і Д4. При цьому напруга u2 буде підключено до навантаження з тієї ж полярністю, що і на попередньому інтервалі. Отже, вихідна напруга ud при чисто активному навантаженні мостового випрямляча має вигляд однополярних напів-хвиль напруги (ud = u2).

За споживаної навантаженням потужності випрямлячі поділяються на малопотужні (одиниці кВт), середньої потужності (десятки кВт) і великої потужності (Рпот> 100 кВт).

Незалежно від потужності випрямляча всі схеми поділяються на однотактний або однополуперіодні і двотактні (двухполуперіодні).
Однотактний - це схеми, у яких струм протікає по вторинних обмоток трансформатора один раз за період (напівперіод або його частина). Всі нульові схеми є однотактним.

Схема однофазного двухполуперіодного випрямляча з висновком нульової точки трансформатора

Тимчасові діаграми однофазного випрямляча з нульовим виводом при активному навантаженні
Двохнапівперіодне випрямлення в схемі досягається виконанням трансформатора з двома вторинними обмотками. Обмотки з'єднані послідовно і мають загальну нульову (середню) точку. Вільні кінці вторинних обмоток трансформатора приєднані до анодам вентилів Д1 і Д2, а пов'язані між собою катоди вентилів утворюють позитивний полюс випрямляча. Негативним полюсом випрямляча є загальна (нульова) точка з'єднання вторинних обмоток. Таким чином трансформатор служить в цій схемі як для узгодження величини напруги живлення і напруги на навантаженні, так і для створення середньої (нульовий) точки. Очевидно, що напруги на висновках вторинних обмотках трансформатора u1 і u2 (або ЕРС е1 і е2) однакові за величиною і зрушені щодо нульової точки на 180 °, тобто знаходяться в протифазі.
У кожен момент часу проводить струм той діод, потенціал анода якого позитивний. Тому на інтервалі 0 - π відкритий діод Д1 і до опору навантаження Rн (Rd) докладено фазна напруга вторинної обмотки трансформатора ud = u2-1. Діод Д2 в інтервалі 0 - π закритий, так як до нього докладено негативне напруга. В кінці інтервалу напруги і струми в схемі дорівнюють нулю.
На наступному інтервалі роботи схеми π - 2π напруги на первинної і вторинної обмотках змінюють свою полярність на зворотну, тому діод Д2 буде відкритий, а діод Д1 - закритий. Далі процеси в схемі випрямлення повторюються. Крива випрямленої напруги ud складається з однополярним полуволн фазної напруги вторинної обмотки трансформатора. Форма струму навантаження при чисто активному навантаженні повторює форму напруги. Діоди Д1 і Д2 проводять струм по черзі протягом напівперіоду.

За призначенням:

• малопотужні випрямлячі, як правило однофазні, використовують в системах управління, для харчування окремих вузлів електронної апаратури, в вимірювальній техніці і ін .;
• випрямлячі середньої і великої потужності служать джерелами живлення промислових установок.

Схеми випрямлення діляться на прості і складні. До простих схем відносяться однофазні та трифазні, нульові і мостові схеми. У складних (або складових схемах) кілька простих схем з'єднуються послідовно або паралельно

По виду (характеру) навантаження. Для однофазних схем випрямлення характерні значні пульсації випрямленої напруги. Для зменшення пульсацій напруги на навантаженні використовують згладжують фільтри, що виконуються на основі реактивних елементів дроселів (L) і конденсаторів (С). Характер вхідного ланцюга фільтра, що згладжує спільно з навантаженням визначають вид навантаження випрямляча. Розрізняють роботу випрямляча на активне навантаження (R - НГ), активно-індуктивне навантаження (RL - НГ), активне навантаження і ємнісний фільтр (RC - НГ).
Загальним для всіх випрямлячів є їх застосування переважно при RL - НГ. Це пояснюється тим, що малопотужні випрямлячі найчастіше працюють LC - фільтром, а потужні випрямлячі - з L - фільтром.

За способом управління розрізняють некеровані і керовані випрямлячі.