Структурная схема источника питания

Рис.1

ТР-трансформатор; В-выпрямитель; Ф-сглаживающий фильтр; С-стабилизатор.

Рис.2

В зависимости от назначения выпрямители могут быть управ­ляемыми (с регулированием выпрямленного напряжения) и неуправляемые.

1.2. Эксплуатационные характеристики выпрямителей

Основными величинами, характеризующими эксплуатационные свой­ства выпрямителей являются:

среднее значение выпрямленного напряжения и тока ;

коэффициент полезного действия ;

внешняя характеристика, представляющая зависимость напряжения на выходе от тока нагрузки ;

коэффициент пульсаций, представляющий отношение амплитуды данной гармоники выпрямленного напряжения (тока) к среднему значению выпрямленного напряжения (тока)

.

1.3. Основные характеристики выпрямительных диодов

Вольтамперная характеристика выпрямительного диода (рис. 3) содежит две ветви. Прямая ветвь используется для определения номина­льной величины прямого тока, а также для определения потерь в диоде.

По обратной ветви определяют вентильную прочность диода, так как максимальное обратное напряжение, которое можно прикладывать к диоду, ограничено пробивным напряжением.

По вольтамперной характеристике полупроводникового прибора можно определить следующие статические параметры:

номинальный (прямой) ток - среднее значение тока, про­ходящего через открытый диод и обеспечивающего допустимый его нагрев при номинальных условиях охлаждения;

номинальное прямое падение напряжения - среднее значение падения напряжения при номинальном токе (этот параметр исполь­зуется для подбора параллельно включенных диодов);

номинальное обратное напряжение - допустимое рабочее нап­ряжение диода, величина которого составляет (этот параметр ис­пользуется для подбора последовательно включенных диодов);

пробивное напряжение , соответствующее загибу обратной вет­ви вольтамперной характеристики, после превышения которого значительно возрастает обратный ток и происходит пробой диода.

Дифференциальное сопротивление , которое определяется нак­лоном прямой ветви в ее линейной части ;

обратный ток , характеризующий потери в диоде в обратном направлении.

1.4. Трансформатор источника питания

С помощью трансформатора производится преобразование величины входного напряжения, электрическое разделение входной и выходной час­ти источника питания, преобразование числа фаз системы напряжений. Режим работы трансформатора совместно с выпрямителем отличается от обычных режимов работы трансформатора при линейной нагрузке. Это обусловлено, с одной стороны, характером эквивалентной нагрузки для тра­нсформатора, которая в преобразователях электрического тока нелиней­на. С другой стороны, возможны режимы работы трансформатора с вынуж­денным намагничиванием сердечника.

Существенное влияние на характер электромагнитных процессов в выпрямителе оказывают магнитные потоки рассеяния в трансформаторе. Характер распределения магнитных потоков рассеяния зависит от конст­руктивных особенностей трансформатора - от формы магнитопровода, типа и устройства обмоток, взаимного расположения обмоток относительно друг друга. Потоки рассеяния учитываются одним из главных параметров трансформатора - , который называют индуктивным сопротивлением об­моток, расположенных на одном стержне. Вторым важным параметром тран­сформатора является - активное сопротивление обмоток, расположен­ных на одном стержне магнитопровода. Особенности расчета трансфор­матора выпрямителей различной мощности зависят от соотношения между параметрами и . В преобразователях малой мощности (особенно низ­ковольтных) индуктивное сопротивление обмоток трансформатора значительно меньше активного сопротивления . Поэтому при работе таких преобразователей потоками рассеяния пренебрегают.

Для трансформаторов большой мощности потоки рассеяния оказывают решающее влияние на характер электро­магнитного процесса, поэтому при расчете пренебрегают величиной . В трансформаторах выпрямителей средней мощности и соизмеримы, по­этому необходимо учитывать их оба.

По расположению обмоток на сердечнике для выпрямителей при меняются два типа трансформаторов. К первому типу относят транс­форматоры, во вторичных обмотках которых за полный период ток проте­кает один раз и только в одном направлении. Вторичные обмотки таких трансформаторов включаются последовательно с выпрямительными диодами (рис. 2, а), поэтому ток в обмотках содержит постоянную составляющую. Ко второму типу относят трансформаторы, у которое во вторичной обмот­ке ток протекает дважды за период, причем за каждый полупериод в про­тивоположном направлении (рис. 2, в). Такие трансформаторы не имеют вынужденного постоянного подмагничивания магнитопровода.

В эквивалентной схеме трансформатора выпрямителя для замены индуктивной связи между обмотками эквивалентной электрической связью обычно первичную обмотку с числом витков приводят ко вторичной обмотке . Это объясняется тем, что заданными параметрами при расчете выпрямителя являются напряжение и ток нагрузки , под­ключаемой ко вторичной обмотке трансформатора. Для однофазного двухобмоточного трансформатора параметры приведенной первичной обмотки определяются следующими зависимостями

где -коэффициент трансформации.

Эквивалентная схема однофазного трансформатора изображена на рис. 4, а. У правильно сконструированных трансформаторов ток намаг­ничивания значительно меньше тока нагрузки , поэтому эквивален­тную схему можно упростить исключением индуктивности (рис. 3, б).