1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

   Целью работы является изучение принципа действия и основных характеристик неуправляемого выпрямителя, а также ознакомление с видами  и особенностями построения фильтров,  влияющих  на энергетические характеристики выпрямителя.

          2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

  Для питания  электродвигателей  постоянного тока, силовых элементов энергетического канала  ЭМ и МС, приводов роботов и устройств различного назначения постоянным током, а также электронных устройств управления требуется постоянное напряжение различной величины. В качестве первичного источника электрической энергии в большинстве случаев используется промышленная сеть переменного напряжения частотой 50 Гц. Для преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение заданной величины и  допустимой пульсации применяют неуправляемые выпрямители с разными по структуре фильтрами. Обычно в состав источника питания входит трансформатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр (электронный стабилизатор постоянного напряжения для цепей управления). В зависимости от назначения и условий работы отдельные элементы выпрямительного устройства могут отсутствовать.
Трансформатор напряжения преобразует переменное напряжение сети до величины, определяемой требованиями нагрузочного устройства и с учетом падения напряжения на промежуточных функциональных узлах схемы.
Выпрямитель  обеспечивает в нагрузочном устройстве ток одного направления.      Существует однополупериодное и двухполупериодное выпрямление переменного многофазного, однофазного напряжения. В настоящей  работе используются однополупериодный и мостовой двухполупериодный выпрямители. Принципиальная электрическая схема такого источника питания представлена на рис. 1.
С помощью переключения тумблера S2 обеспечивается включение однополупериодного или  мостового двухполупериодного выпрямителя.
Из временных диаграмм (рис.2 и рис. 3) видно, что, когда. потенциал точки А положительный по отношению к потенциалу точки В, диод \/D1 при однополупериодном выпрямлении и диоды VD1и VD2. при двухполупериодном выпрямлении открыты и в нагрузочном резисторе появляется ток.

Рис. 1. Электрическая схема  выпрямителей с фильтрами

    Во второй полупериод полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора изменяется на противоположное, то есть потенциал точки  А становится отрицательным по отношению к потенциалу точки В. При такой полярности диод VD1 при однополупериодном выпрямлении включен в обратном направлении, то есть все напряжение вторичной обмотки трансформатора будет приложено к закрытому диоду и ток нагрузки в цепи будет отсутствовать. При однополупериодном выпрямлении диоды VD4 и VD2 будут открыты, в диоды VD1и VD3закрыты и в нагрузочном резисторе Rh  появится ток с одним и тем же направлением.

    Выпрямленное напряжение на нагрузочном устройстве имеет пульсирующий характер. В однополупериодном выпрямителе среднее значение выпрямленного напряжения.

    При разложении в ряд  Фурье выходного напряжения однополупериодного выпрямителя  можно записать

Коэффициент пульсации однополупериодного выпрямителя определяется отношением амплитуды основной (первой) гармоники к среднему выпрямленному напряжению

Анализ электрических параметров позволяет сделать вывод о недостатках этого выпрямителя: повышенный коэффициент пульсации, заниженные значения выпрямленных токов  и напряжений.
  В двухполупериодном выпрямителе среднее значение выпрямленного напряжения

Разложив напряжение Uн.ср  в ряд  Фурье

получим численные значения коэффициента пульсации выпрямителя.

Отношение амплитуды основной гармоники к  выпрямленному напря­жению определяет коэффициент пульсации для двухполупериодного мостового выпрямителя  в виде

Для питания большинства электронных устройств управления напряжение с таким  коэффициентом пульсации не используют с целью исключения нестабильности в работе устройства в целом и уменьшения помех.  Для снижения пульсаций   выпрямленных напряжений и токов в силовых и слаботочных цепях управления преобразователей часто применяют различные сглаживающие фильтры.
В качестве элементов сглаживающих фильтров применяют  индук­тивные катушки и конденсаторы, сопротивление которых зависит от частоты гармонических составляющих напряжения (тока). В данной работе используются однозвенные и многозвенные фильтры.   
К однозвенным относятся индуктивный, резисторный и ем­костный фильтры, которые включаются (рис.1.) параллельно нагрузочному резистору R.
К многозвенным фильтрам относятся  Г-образные  и П-образные фильтры типа LC и RC. Эффективность работы сглаживающих фильтров определяется двумя показателями:

-  коэффициентом пульсации Кп, равным отношению амплитудного значения основной гармоники выпрямленного напряжения U  к постоянной составляющей, равной среднему выпрямленному напряжению U, т.е.

-коэффициентом сглаживания q, равным отношению коэффициентов пульсации на входе K и  выходе фильтра K

При работе выпрямительного устройства с ростом тока нагрузки увеличиваются внутренние потери напряжения на силовых элементах  выпрямителя, наблюдается падение  выпрямленного напряжения  на зажимах преобразователя. Зависимость

называют внешней характеристикой преобразователя,  являющейся одной из важнейших характеристик выпрямительного устройства.

         

Из-за изменений сопротивления нагрузочного устройства и изменений напряжения сети выпрямленное напряжение  на нагрузочном устройстве может меняться, что, иногда, может оказаться недопустимым для питания электронных устройств. В связи с этим возникает необходимость стабилизации выпрямленного напряжения. Стабилизация осуществляется с помощью дополнительного устройства, называемого стабилизатором, которое включают между фильтром и нагрузкой.