Лекция - Выпрямители
Подождите немного. Документ загружается.
ЯГМА
Медицинская физика
Лечебный факультет
1 курс
1 семестр
Лекция №
«Выпрямители»
Составил: Дигурова И.И.
Бабенко Н.И.
2003 г.
1.Электронные выпрямители их виды и характеристика.
Одним из основных источников энергии в быту и в промышленноти
является электрический ток. Электрический ток бывает двух видов:
постоянный и переменный. Переменный ток имеет следующие преимущества
перед постоянным:
1.Переменный ток в промышленном масштабе легче получить, так как
генераторы переменного тока имеют более простое техничекое устройство,
чем генераторы постоянного тока ( динамомашины ).
2. Переменный ток легко транспортировать на любые расстояния без
значительных потерь энергии.
При необходимости переменный ток может быть преобразован в
постоянный ток с помощью электронного устройства, который называется
выпрямителем.
Электронный выпрямитель - это электротехническое устройство для
преобразования переменного тока в постоянный.
Структурная схема выпрямителя:
1 2 4 5
1.Трансформатор - необходим для повышения или понижения входного
перенменного напряжения до необходимого уровня и изоляции аппарата от
входной электрической сети.
2.Выпрямляющие элементы ( вентили )- это ламповые или
полупроводниковые диоды, которые подключаются ко вторичной обмотке
трансформатора и служат для преобразования переменного тока в
пульсирующий.. Все выпрямляющие элементы обладают односторонней
проводимостью.
3.Сглаживающий фильтр - применяется для понижения пульсации
выпрямленного напряжения и тока. Это совокупность резисторов ,катушек
индуктивности и конденсаторов.
4.Стабилизатор - поддерживает постоянным амплитуду выпрямленного
напряжения и тока на выходе выпрямителя. Стабилизатор делает эти
характеристики независимыми от колебания напряжения в электрической сети
на входе выпрямителя. Иногда стабилизатор ставят сразу перед
трансформатором - стабилизатор входного напряжения.
Технические характеристики выпрямителей.
Если в качестве выпрямляющего элемента используется двухэлектродная
лампа (кенотрон), выпрямитель называется ламповым. Если
полупроводниковый диод – полупроводниковым.
Если выпрямляется один полупериод входного напряжения,
выпрямитель называется однополупериодным. Если оба полупериода –
двухполупериодным.
При выпрямленном напряжении на выходе меньше 500 вольт
выпрямитель называется низковольтным. Если напряжение на выходе больше
500 вольт, выпрямитель высоковольтный.
Электрические характеристики выпрямителей.
1. Входное переменное напряжение и ток.
1. Выходное напряжение и ток.
2. Коэффициент пульсации Kp = Uп / Ucp.
Uп – амплитуда переменной составляющей выпрямленного напряжения.
Uср – среднее значение выпрямленного напряжения.
Кр – коэффициент пульсации выпрямленного напряжения.
Пусть график выходного напряжения на выходе выпрямителя имеет
следующий вид. Рассчитаем коэффициент пульсации для данного случая.
U
Umax
Uср
Umin
0 t
По определению:
Uп = ( Umax – Umin ) / 2
Uср = ( Umax + Umin ) / 2
Kp = Uп / Ucp = ( Umax – Umin ) / ( Umax + Umin )
4. Нагрузочная характеристика выпрямителя – график зависимости
напряжения на выходе от силы тока нагрузки. Имеет падающий характер.
U
0 J
2. Однополупериодный выпрямитель. Его
устройство, принцип действия, графики.
Однополупериодным выпрямителем называется выпрямитель, в котором
выпрямляется один полупериод входного синусоидального напряжения.
2
3
R
1
1.Трансформатор
2.Полупроводниковый диод
3.Нагрузка
Принцип работы:
Переменное напряжение со вторичной обмотки трансформатора подаётся
на диод, а через него в нагрузку. В положительные полупериоды через диод и
нагрузку идет ток, в отрицательные полупериоды ток в цепи диода и на
нагрузке отсутствует в силу односторонней проводимости диода. После диода
напряжение и сила тока на нагрузке будут пульсирующими.
до диода
t
после диода
t на нагрузке
Достоинство такого выпрямителя: простота устройства.
Недостатки: низкий КПД, большой коэффициет пульсаций (К
р
= 1.57).
Применяется в аппаратуре с допустимо большой пульсацией.
3.Двухполупериодный выпрямитель. Его устройство,
принцип работы, графики.
Двухполупериодным выпрямителем называют выпрямитель, в котором
выпрямляются оба полупериода входного синусоидального напряжения.
Одним из видов выпрямителя является выпрямитель с выводом от средней
точки. Вывод от средней точки – это отвод от середины вторичной обмотки
трансформатора ( на схеме точка В ).
2А
R 3
В
1
2Б
1 - Трансформатор
2А и 2Б – диоды
В – средняя точка вторичной обмотки трансформатора
3 - Нагрузка
В положительный полупериод ток в первичной обмотке трансформатора течет
вниз. Во вторичной обмотке ток идёт от точки В вверх через диод 2А, через
нагрузку R и возвращается в точку В. В отрицательный полупериод ток в
первичной обмотке течет вверх. Во вторичной обмотке ток идет от точки В
вниз через диод 2Б, через нагрузку R и возвращается в начальную точку В. В
каждый полупериод ток проходит через нагрузку в одном направлении.
U
t U до диода
t U после диода 2А
t U после диода 2Б
t суммарный
график U на R
Преимущества:
1.КПД больше чем у однополупериодного выпрямителя.
2.Коэффициент пульсации Кр=0.67, меньше, чем у однополупериодного
выпрямителя.
4. Сглаживающие фильтры.
Назначение, виды, работа.
Сглаживающий фильтр – зто злектротехническое устройство,
предназначенное для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения.
Фильтр включается между выпрямляющими элементами и нагрузкой.
Основная характеристика сглаживающего фильтра – коэффициент
сглаживания пульсаций (q). Это отношение коэффициента пульсации на входе
фильтра к коэффициенту пульсации на выходе фильтра :
Кп вх
q
Кп вых
=
Виды фильтров:
1. Пассивные фильтры– состоят из различного количества R, L, C –
элементов. Они бывают простые и сложные. В сложных кроме R, L, C –
элементов дополнительно содержатся колебательные контуры.
2. Активные фильтры – кроме R, L, C – элементов дополнительно
содержат лампы и транзисторы.
В медицинской аппаратуре применяются простые, пассивные «Г» и «П» –
образные фильтры.
«Г» «П»
Принцип работы фильтров удобно рассмотреть на примере простейших
емкостного и индуктивного фильтров, включенных на выходе
однополупериодного выпрямителя.
1. Емкостной фильтр.
Емкостной фильтр представляет собой конденсатор, включенный параллельно
нагрузке.
Одн. С - емкостной фильтр
выпр. С R R - нагрузка
U
1 1 1 1
2 t
При отсутствии емкости С через нагрузку R проходит пульсирующий ток ( на
графике импульсы 1 ). При наличии емкости С в положительные полупериоды
часть тока идет через нагрузку, а часть тока на зарядку конденсатора, который
заряжается и накапливает энергию.
В отрицательные полупериоды конденсатор отдаёт накопленную энергию в
нагрузку. Ток через нагрузку становиться непрерывным. Пульсация
напряжения и тока понижается ( на графике кривая 2 ).
Условие эффективной работы емкостного фильтра:
Х
с
<<R (Хс = 1 / ωC)
2.Индуктивный фильтр.
Индуктивный фильтр представляет собой дроссель ( катушку с
сердечником ), включенную последовательно с сопротивлением нагрузки.
Одн. L
выпр. R
В первую половину положительного полупериода, когла через дроссель
ток возрастает, дросель накапливает энергию в виде магнитного поля
катушки. Когда ток через дроссель уменьшается, энергия магнитного поля
катушки переходит в электрическое поле, поддерживая ток через нагрузку.
Коэффициент пульсации такого фильтра тем меньше, чем больше
индуктивность дроселя. Графики напряжения и тока на сопротивлении
нагрузки для емкостного и индуктивного фильтров качественно совпадают.
Условие эффективной работы индуктивного фильтра:
Х
L
>>R (Х
L
= Lω )
5. Аппарат для гальванизации.
Гальванизация – метод лечения постоянным током силой тока меньше
50мA и напряжением не больше 80 в.
С физической точки зрения – аппарат для гальванизации –
двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, содержащий сложный
П –образный фильтр (2 конденсатора и дроссель).
2А
1
3 6
мА
5
4 4 7
2Б
1. Трансформатор
2А и 2Б выпрямляющие элементы
3.Дроссель фильтра
4.Конденсаторы фильтра
5.Потенциометр
6.Миллиамперметр
7.Пациент
Принцип работы:
Переменный ток от сети напряжением 220V подаётся на трансформатор ,где
напряжение понижается до 80V,далее переменный ток поступает
последовательно на выпрямляющие элементы. В точку С поступает
пульсирующий ток .Далее он идёт на сглаживающий фильтр ,который делает
ток постоянным по величине .Затем ток поступает на потенциометр(делитель
напряжения), который может менять напряжение от 0 до 80V. Изменяя
напряжение, можно регулировать силу тока в сети пациента от 5 до 50мА.
0 + + +
- - - t
t
Y;U
до диодов
после диодов (пульсирующий)
0
t
после сглаживающего фильтра
(сглаженный ток)
0