Однофазный двухполупериодный выпрямитель: 3.3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель

3.3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель

Схема однофазного двухполупериодного выпрямителя представлена на рис. 3.3. Схема представляет собой два однополупериодных выпрямителя, работающих на общую нагрузку.

Рис. 3.3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель

В схеме диоды VD1 иVD2 подключены к двум одинаковым вторичным полуобмоткам, действующее напряжение на которых равноU2.

Рассмотрим временную диаграмму работы схемы (рис. 3.4). Под действием переменного напряжения вторичной обмотки u2диодVD1 проводит ток только в нечётные полупериоды, а диодVD2 – только в чётные. В нагрузке получается два полупериода пульсирующего напряжения, частота пульсаций в два раза выше частоты питающей сети. Приведённые выше формулы (3.1)…(3.4) выведены в общем виде, поэтому для рассматриваемой схемы будем записывать только окончательный результат.

Среднее значение выпрямленного напряжения

.

Среднее значение выпрямленного тока .

Среднее значение тока диода .

Максимальное обратное напряжение на диоде достигает удвоенной амплитуды значения напряжения вторичной обмотки

.

Ток вторичной обмотки представляет собой сумму токов каждой из полуобмоток, поэтому подмагничивания сердечника трансформатора нет, что является существенным преимуществом данной схемы. Однако напряжение на закрытом диоде получается слишком большим, примерно в три раза больше выпрямленного напряжения, поэтому двухполупериодную схему используют при Ud30 В.

Рис. 3.4. Временная диаграмма работы однофазного двухполупериодного выпрямителя

Подробнее рассмотрим режим работы трансформатора. Действующее значение тока вторичной обмотки

.

Следовательно, для рассматриваемой схемы коэффициент формы тока

.

Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора

.

Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора

,

где Pd=UdId– мощность постоянного тока в нагрузке.

Расчетная мощность первичной обмотки

.

Расчетная (типовая) мощность трансформатора

.

Коэффициент использования трансформатора по мощности

.

3.3. Однофазный мостовой выпрямитель

Схема однофазного мостового выпрямителя представлена на рис. 3.5. В данной схеме у трансформатора только одна вторичная обмотка, но в нагрузку поступают два полупериода напряжения вторичной обмотки трансформатора. В нечётные полупериоды ток проходит через диод VD1, нагрузку, диодVD3. В чётные – через диодVD2, нагрузку, диодVD4.

Рис. 3.5. Однофазный мостовой выпрямитель

Временная диаграмма работы однофазного мостового выпрямителя представлена на рис. 3.6. Она практически не отличается от временной диаграммы двухполупериодного выпрямителя, только лишь отмечено прохождение тока через пары диодов VD1,VD3 иVD2,VD4, а также видно, что обратное напряжение на закрытом диодеUb.maxуменьшилось.

Среднее значение выпрямленного напряжения такое же, как в предыдущей схеме

.

Рис. 3.6. Временная диаграмма работы однофазного мостового выпрямителя

Среднее значение тока диода .

Максимальное обратное напряжение на диоде равно амплитудному значению напряжения вторичной обмотки

.

Подмагничивания сердечника трансформатора нет, что является существенным преимуществом данной схемы. Подробнее рассмотрим режим работы трансформатора. Действующее значение тока вторичной обмотки

.

Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора

.

Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора

,

где Pd=UdId– мощность постоянного тока в нагрузке.

Расчетная мощность первичной обмотки

.

Расчетная (типовая) мощность трансформатора

.

Коэффициент использования трансформатора по мощности

.

Для удобства сравнения различных схем выпрямителей составим таблицу основных электрических параметров.

Таблица 3.1

Основные электрические параметры однофазных выпрямителей

Схема

выпрямителя

Трансформатор

Диоды

Нагрузка КП(1)

Ud/U2

I2/Id

I1/nId

S1/Pd

S2/Pd

ST/Pd

Ub.max

Ud

Ia/Id

Однофазная однополупериодная

0,45

1,57

1,21

2,69

3,49

3,09

1,57

1

1,57

Однофазная двухполупериодная

0,9

0,79

1,11

1,23

1,73

1,48

3,14

0,5

0,667

Однофазная

мостовая

0,9

1,11

1,11

1,23

1,23

1,23

1,57

0,5

0,667

Проведённый анализ работы схем выпрямителей не учитывал влияние на выходное напряжение выпрямителя внутреннего сопротивления трансформатора и сопротивления диодов, а также потерь из-за прямого падения напряжения на открытых диодах.

На холостом ходувыпрямителя выходное напряжение будет меньше расчётного на величину прямого падения напряжения на открытых диодах. Для однополупериодной и двухполупериодной схемы последовательно с нагрузкой включён только один диод, а в мостовой схеме – два. Поэтому мостовая схема для малых выходных напряжений не применяется, так как падение напряжения на двух диодах существенно снижает коэффициент полезного действия схемы. Предположим, выходное напряжение выпрямителя равно 3 В. На каждом из диодов мостовой схемы прямое падение напряжения составит около 1 В, итого 2 В. То есть трансформатор должен иметь на вторичной обмотке запас по напряжению в 40% из-за потерь в диодах.

Под нагрузкойвыходное напряжение выпрямителя начнёт уменьшаться из-за потерь напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора и диодов. Зависимость выходного напряжения выпрямителя от тока нагрузки называется

внешней характеристикой.

Уравнение внешней характеристики

, (3.14)

где Ud0– напряжение холостого хода выпрямителя;

ra– активное сопротивление трансформатора;

rпр– прямое динамическое сопротивление диодов;

Id– ток нагрузки.

Как следует из выражения (3.14) внешняя характеристика выпрямителя, работающего на активную нагрузку, представляет собой прямую линию. Примерный вид внешней характеристики представлен на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Внешняя характеристика выпрямителя с активной нагрузкой

Более подробные сведения об однофазных выпрямителях приведены в литературе [11, 14, 20].

Контрольные вопросы

1. Для чего применяются выпрямители?

2. Приведите классификацию и перечислите основные параметры выпрямителей.

3. Нарисуйте схему однополупериодного однофазного выпрямителя с активной нагрузкой и его временную диаграмму работы.

4. Нарисуйте схему двухполупериодного однофазного выпрямителя с активной нагрузкой и его временную диаграмму работы.

5. Нарисуйте схему мостового однофазного выпрямителя с активной нагрузкой и его временную диаграмму работы.

Принцип работы однофазного двухполупериодного выпрямителя со средней точкой

Хотя полуволновой выпрямитель используется в некоторых схемах с низким энергопотреблением, например, пиковый детектор, он редко используется в силовых выпрямителях. Более популярным силовым выпрямителем является двухполупериодный выпрямитель.

Двухполупериодный выпрямитель является более сложным по конструкции, чем полуволновой выпрямитель, но он обладает некоторыми значительными преимуществами. Он использует оба полупериода синусоидальной волны, в результате чего выходное постоянное напряжение выше, чем у полуволнового выпрямителя.

Еще одним преимуществом является то, что выходное напряжение имеет гораздо меньше пульсаций, что облегчает получение плавного выходного сигнала.

Двухполупериодный выпрямитель

Для выпрямления обоих полупериодов синусоиды в двухполупериодном выпрямителе используются два диода, по одному на каждую половину цикла. Также в таком выпрямителе используется трансформатор, имеющий во вторичной обмотке центральный отвод.

Двухполупериодный выпрямитель похож на два полуволновых выпрямителя. На следующем рисунке показана двухполупериодная схема выпрямителя.

Работу этой схемы легко понять по одному полупериоду за раз. Рассмотрим первый полупериод, когда точка A положительна по отношению к C. В это время диод D1 смещен в прямом направлении, а диод D2 — в обратном. Следовательно, только верхняя половина вторичной обмотки трансформатора обеспечивает ток в течение этого полупериода. Это создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе.

В течение следующего полупериода полярность напряжения источника меняется на противоположную. Теперь точка B положительна по отношению к C. На этот раз диод D2 смещен в прямом направлении, а диод D1 — в обратном. Как вы можете видеть, только вторая половина вторичной обмотки трансформатора обеспечивает ток. Это также создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе, как и раньше.

В результате выпрямленный ток нагрузки протекает в течение обоих полупериодов, благодаря чему мы получаем двухполупериодный сигнал на нагрузке.

Величина выходного напряжения

Поскольку двухполупериодный выпрямитель выдает выходной сигнал в течение обоих полупериодов, он имеет в два раза больше положительных циклов, чем полуволновой выпрямитель. В результате среднее значение напряжения также в два раза больше:

Среднее значение напряжения за один цикл рассчитывается по следующей формуле:

Это уравнение указывает нам на то, что значение постоянного напряжения  составляет около 63,6% от пикового значения. Например, если пиковое напряжение входного сигнала составляет 10 В, напряжение на выходе выпрямителя будет 6,36 В

Когда вы измеряете при помощи вольтметра сигнал с выхода двухполупериодного выпрямителя, показания будут равны среднему значению.

Аппроксимация второго порядка

В действительности мы не получаем идеальное двухполупериодное напряжение на нагрузочном резисторе.

Из-за потенциального барьера, диод не включается, пока напряжение источника не достигнет около 0,7 В. Таким образом, выходное напряжение на 0,7 В ниже идеального пикового выходного напряжения.

Выходная частота

Двухполупериодный выпрямитель инвертирует каждый отрицательный полупериод, удваивая количество положительных полупериодов. Из-за этого у двухполупериодного выпрямителя на выходе есть в два раза больше циклов, чем на входе.

Поэтому частота двухполупериодного сигнала в два раза превышает входную частоту:

Например, если частота источника составляет 50 Гц, выходная частота будет 100 Гц.

Фильтрация напряжения двухполупериодного выпрямителя

Выходной сигнал, который мы получаем от двухполупериодного выпрямителя, представляет собой пульсирующее постоянное напряжение, которое увеличивается до максимума, а затем уменьшается до нуля.

Чтобы получить напряжение без пульсаций, нам необходимо отфильтровать выходной сигнал. Один из способов сделать это — подключить конденсатор, известный как сглаживающий конденсатор, через нагрузочный резистор, как показано ниже:

 

Изначально конденсатор не заряжен. В течение первой четверти цикла диод D1 смещен в прямом направлении, поэтому конденсатор начинает заряжаться. Зарядка продолжается до тех пор, пока напряжение не достигнет своего пикового значения. В этот момент напряжение на конденсаторе будет равно Vp.

После того, как входное напряжение достигает своего пика, оно начинает уменьшаться. Как только входное напряжение станет меньше Vp, напряжение на конденсаторе будет выше входного напряжения, которое закроет диод.

Когда диод не проводит, конденсатор разряжается через нагрузку, пока не будет достигнут следующий пик. Когда наступает следующий пик, диод D2 кратковременно открывается и заряжает конденсатор до пикового значения.

 

Недостатки двухполупериодного выпрямителя

Одним из недостатков двухполупериодного выпрямителя является необходимость в трансформаторе, имеющий во вторичной обмотке центральный отвод. По этой причине в мощных источниках питания размеры и стоимость таких трансформаторов существенно возрастают. Вот почему использование выпрямителя с центральным отводом оправдана только в устройствах с низким энергопотреблением.

Еще одним недостатком является то, что из-за центрального отвода для выпрямления используется только половина вторичного напряжения.

Чтобы избежать этих недостатков можно использовать мостовой двухполупериодный выпрямитель.

Однофазный двухполупериодный выпрямитель — Студопедия

Схема однофазного двухполупериодного выпрямителя представлена на рис. 3.3. Схема представляет собой два однополупериодных выпрямителя, работающих на общую нагрузку.

Рис. 3.3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель

В схеме диоды VD1 и VD2 подключены к двум одинаковым вторичным полуобмоткам, действующее напряжение на которых равно U2.

Рассмотрим временную диаграмму работы схемы (рис. 3.4). Под действием переменного напряжения вторичной обмотки u2 диод VD1 проводит ток только в нечётные полупериоды, а диод VD2 – только в чётные. В нагрузке получается два полупериода пульсирующего напряжения, частота пульсаций в два раза выше частоты питающей сети. Приведённые выше формулы (3.1)…(3.4) выведены в общем виде, поэтому для рассматриваемой схемы будем записывать только окончательный результат.

Среднее значение выпрямленного напряжения

.

Среднее значение выпрямленного тока .

Среднее значение тока диода .

Максимальное обратное напряжение на диоде достигает удвоенной амплитуды значения напряжения вторичной обмотки

.

Ток вторичной обмотки представляет собой сумму токов каждой из полуобмоток, поэтому подмагничивания сердечника трансформатора нет, что является существенным преимуществом данной схемы. Однако напряжение на закрытом диоде получается слишком большим, примерно в три раза больше выпрямленного напряжения, поэтому двухполупериодную схему используют при Ud £ 30 В.


Рис. 3.4. Временная диаграмма работы однофазного двухполупериодного выпрямителя

Подробнее рассмотрим режим работы трансформатора. Действующее значение тока вторичной обмотки

.

Следовательно, для рассматриваемой схемы коэффициент формы тока

.

Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора

.

Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора

,

где Pd = Ud×Id – мощность постоянного тока в нагрузке.

Расчетная мощность первичной обмотки

.

Расчетная (типовая) мощность трансформатора

.

Коэффициент использования трансформатора по мощности

.

принцип работы, типы и схемы

Принцип работы

Видя, что 3-фазный источник питания — это просто три однофазные комбинации, мы можем использовать это многофазное свойство для создания 3-фазных цепей выпрямителя.

Как и в случае однофазного выпрямления, в трехфазном выпрямлении используются диоды, тиристоры, транзисторы или преобразователи для создания полуволновых, двухволновых, неконтролируемых и полностью управляемых выпрямительных цепей, преобразующих данный трехфазный источник питания в постоянный выходной уровень постоянного тока. В большинстве случаев трехфазный выпрямитель подается напрямую от электросети или от трехфазного трансформатора, если подключенная нагрузка требует другого уровня выхода постоянного тока.

Как и в случае предыдущего однофазного выпрямителя, наиболее простой трехфазной выпрямительной схемой является схема неуправляемого полуволнового выпрямителя, в которой используются три полупроводниковых диода, по одному диоду на фазу, как показано ниже.

Принцип работы диодного моста

Диод в цепи переменного напряжения

Итак, в статье про диод мы рассматривал, что будет на выходе диода, если подать на него переменный ток. Для этого мы даже собирали вот такую схему, где G – это синусоидальный генератор. С клемм X1 и X2 уже снимали сигнал.

Мы на диод подавали переменное напряжение.

А на выходе после диода получали уже вот такой сигнал.

То есть у нас получилось вот так.

Да, мы получили постоянный ток из переменного, но стоило ли это того? В этом случае у нас получился постоянный пульсирующий ток, где половина мощности сигнала была вообще вырезана.

Как работает диодный мост в теории

Как вы знаете, переменный ток меняет свое направление несколько раз в секунду. Поэтому, его можно разбить на положительные полуволны и отрицательные полуволны. Положительные полуволны я пометил красным, а отрицательные – синим.

Для того, чтобы диодный мост работал, ему нужна какая-либо нагрузка. Пусть это будет резистор. Следовательно, когда на диодный мост приходит положительная полуволна, протекание тока через него будет выглядеть вот так.

Как вы видите, при положительной полуволне не задействованы диоды, которые я показал штриховой линией.

После положительной полуволны приходит отрицательная полуволна, и в этом случае протекание тока в диодном мосте выглядит так.

В этом случае, диоды, которые работали при положительной полуволне, при отрицательной полуволне они отдыхают). Эстафету принимает на себя другая пара диодов. Можно даже сказать, что в диодном мосте они работают попарно. Одна пара диодов работает на положительную полуволну, а другая пара – на отрицательную.

Обратите внимание на нагрузку. На нее всегда приходит одна и та же полярность тока при любом стечении обстоятельств

Работа диодного моста на практике

Давайте и мы посмотрим, что получается на выходе диодного моста, если подать на него переменное напряжение. Для этого возьмем 4 простых кремниевых диода и соединим их в диодный мост

Важно, чтобы диоды были одной марки

На вход диодного моста будем подавать переменное напряжение, и посмотрим, что у нас получается на выходе.

Итак, на вход я подаю вот такой сигнал.

На выходе получаю постоянное пульсирующее напряжение.

Здесь мы видим, что отрицательная полуволна в диодном мосте не срезается, а превращается в положительную. Мощность сигнала при этом не теряется, так как отрицательная полуволна просто инвертируется в положительную полуволну. Ну разве не чудо?

Наблюдательный читатель также может заметить, что амплитуда сигнала чуть-чуть просела. Если мы на вход подавали синусоидальный сигнал с амплитудой в 6 Вольт, то на выходе диодного моста имеем чуть меньше 6 Вольт, а точнее где-то 4,8 Вольта. Почему так произошло? Дело все в том, что на кремниевом диоде падает напряжение 0,6-0,7 Вольт. Так как переменное напряжение проходит через 2 диода при каждой полуволне, то на каждом диоде падает по 0,6 Вольт. 2×0,6=1,2 Вольта. 6-1,2=4,8 Вольта.

Теперь можно с гордостью нарисовать рисунок.

Однофазный однополупериодный выпрямитель

Однофазный однополупериодный выпрямитель, схема которого приведена на рис. 30.2 а, является простейшим.

Схема однофазного двух-полупериодного выпрямителя.| Эпюры напряжений и токов выпрямителя.

Однофазный однополупериодный выпрямитель имеет ограниченное применение. Он используется главным образом в маломощных усилителях и в измерительных схемах при условии применения фильтра для сглаживания пульсаций. Основными недостатками этой схемы являются следующие: высокий уровень пульсаций тока, низкий коэффициент использования трансформатора; значительное изменение выходного напряжения при большом внутреннем сопротивлении вентиля, большое обратное напряжение; малый КПД выпрямителя из-за больших потерь на внутреннем сопротивлении вентиля.

Благодаря простоте устройства однофазные однополупериодные выпрямители часто применяются в маломощных цепях измерительных приборов, в радий — и телевизионной технике.

Таким образом, для однофазного однополупериодного выпрямителя следует выбирать анод, у которого максимально допустимое обратное напряжение больше или равно амплитудному значению напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Схема использования заряд.

Так как УЗ-400 и УЗ-401 имеют однофазные однополупериодные выпрямители, то для сглаживания выходного напряжения необходим конденсатор в 50 — 100 мкф. Чтобы конденсатор успевал зарядиться и обеспечить достаточное сглаживание напряжения на обмотке реле, изменять напряжение на входе УЗ-400 необходимо очень медленно. После каждого срабатывания проверяемого реле необходимо снизить входное напряжение до нуля и обождать некоторое время, чтобы конденсатор разрядился на реле. Необходимо помнить, что проверять от УЗ-400 или УЗ-401 можно только аппаратуру с номинальным током, не превышающим номинальный ток диодов в выпрямителях зарядного устройства.

На рис. 14.6, а изображена схема простейшего однофазного однополупериодного выпрямителя на ТИ-рИСТОре VS. Управление выпрямленным напряжением в управляемых выпрямителях сводится к задержке во времени момента включения тиристора по отношению к моменту его естественного включения. Это осуществляется за счет сдвига фаз между анодным напряжением и напряжением, подаваемым на управляющий электрод тиристора. Такой сдвиг фаз называют углом управления а. В зависимости от сопротивления переменного резистора R1 угол управления а может изменяться от 0 до 90, что позволяет плавно регулировать выпрямленное напряжение от наибольшей величины до ее половины. Зависимость среднего значения выпрямленного напряжения Ua от угла управления а называют характеристикой управления. Для однофазного двухполупериодного выпрямителя эта характеристика представлена на рис. 14.7, где максимальное значение угла управления атахл.

Схема трехфазного выпрямителя с отводом от нулевой точки ( а и мостового.

Однофазный выпрямитель с удвоением напряжения ( рис. 30.2 г) представляет собой последовательное соединение двух однофазных однополупериодных выпрямителей. В первом полупериоде при положительном напряжении на аноде диода VD заряжается конденсатор Сь а во втором полупериоде проводит диод VD2 и конденсатор С2 заряжается напряжением противоположной полярности. Так как эти конденсаторы включены последовательно, то выходное напряжение почти удваивается. Конденсаторы С ] и С2 могут использоваться как элементы фильтра. Трансформатор в этой схеме используется так же полно, как и в мостовой. В связи с этим такой выпрямитель часто называют полумостовым.

Основным элементом современных управляемых выпрямителей является тиристор. На рис. 9.30, а представлена схема простейшего однофазного однополупериодного выпрямителя на тиристоре.

Емкостный фильтр ( рис. 5.5 о) состоит из конденсатора, подключаемого параллельно нагрузке; применяется в маломощных цепях. Процесс сглаживания пульсаций емкостным фильтром показан на рис. 5.6. Положительные полуволны напряжения, выпрямленного однофазным однополупериодным выпрямителем, разделены паузами.

Расчет основан на допущении, что R — С Rn. Это допущение почти всегда соблюдается, давая основание считать, что переходные процессы в схеме выпрямления весьма быстро проходят, и время установления режима работы вентиля меньше времени протекания тока через него. Переходные процессы снова возникают при повторном включении вентиля, в результате чего форма кривой напряжения на конденсаторе несколько отличается от формы кривых, ранее изображенных на графиках. Чтобы учесть потери в схеме однофазного однополупериодного выпрямителя, на рис. 3 — 12, а показано сопротивление R, включенное последовательно с нагрузкой.

Назначение и практическое использование

Область использования моста, набранного из диодов, довольно широка. Это могут быть блоки питания и узлы управления. Он стоит во всех устройствах, питающихся от промышленной сети 220 вольт. Например, телевизоры, приёмники, зарядки, посудомоечные машины, светодиодные лампы.

Не обходятся без него и автомобили. После запуска двигателя начинает работать генератор, вырабатывающий переменный ток. Так как бортовая сеть вся питается от постоянного напряжения, ставится выпрямительный мост, через который происходит подача выпрямленного напряжения. Этим же постоянным сигналом происходит и подзарядка аккумуляторной батареи.

Выпрямительное устройство используется для работы сварочного аппарата. Правда, для него применяются мощные устройства, способные выдерживать ток более 200 ампер. Использование в устройствах диодной сборки даёт ряд преимуществ по сравнению с простым диодом. Такое выпрямление позволяет:

  • увеличить частоту пульсаций, которую затем просто сгладить, используя электролитический конденсатор;
  • при совместной работе с трансформатором избавиться от тока подмагничивания, что даёт возможность эффективнее использовать габаритную мощность преобразователя;
  • пропустить большую мощность с меньшим нагревом, тем самым увеличивая коэффициент полезного действия.

Но также стоит отметить и недостаток, из-за которого в некоторых случаях мост не используют. Прежде всего, это двойное падение напряжения, что особенно чувствительно в низковольтных схемах. А также при перегорании части диодов устройство начинает работать в однополупериодном режиме, из-за чего в схему проникают паразитные гармоники, способные вывести из строя чувствительные радиоэлементы.

Блок питания

Ни один современный блок питания не обходится без выпрямительного устройства. Качественные источники изготавливаются с использованием мостовых выпрямителей. Классическая схема состоит всего из трёх частей:

  1. Понижающий трансформатор.
  2. Выпрямительный мост.
  3. Фильтр.

Синусоидальный сигнал с амплитудой 220 вольт подаётся на первичную обмотку трансформатора. Из-за явления электромагнитной индукции во вторичной его обмотке наводится электродвижущая сила, начинает течь ток. В зависимости от вида трансформатора величина напряжения за счёт коэффициента трансформации снижается на определённое значение.

Между выводами вторичной обмотки возникает переменный сигнал с пониженной амплитудой. В соответствии со схемой подключения диодного моста это напряжение подаётся на его вход. Проходя через диодную сборку, переменный сигнал преобразуется в пульсирующий.

Такая форма часто считается неприемлемой, например, для звукотехнической аппаратуры или источников освещения. Поэтому для сглаживания используется конденсатор, подключённый параллельно выходу выпрямителя.

Трёхфазный выпрямитель

На производствах и в местах, где используется трёхфазная сеть, применяют трёхфазный выпрямитель. Состоит он из шести диодов, по одной паре на каждую фазу. Использование такого рода устройства позволяет получить большее значение тока с малой пульсацией. А это, в свою очередь, снижает требования к выходному фильтру.

Наиболее популярными вариантами включения трёхфазных выпрямителей являются схемы Миткевича и Ларионова. При этом одновременно могут использоваться не только шесть диодов, но и 12 или даже 24. Трёхфазные мосты используются в тепловозах, электротранспорте, на буровых вышках, в промышленных установках очистки газов и воды.

15.3 Стабилизаторы напряжения и тока

Этим устройством называют электрический прибор, автоматически обеспечивающий поддержание напряжения (тока) нагрузки с заданной точностью. Электронные приборы могут нормально работать при вариации питающего напряжения 0,1 – 3,0%, а иногда и того меньше.

Стабилизаторы классифицируют по ряду признаков:

  1. По роду стабилизируемой величины – стабилизаторы напряжения и тока.
  2. По способу стабилизации – параметрические и компенсационные стабилизаторы.

Широкое применение получили компенсационные стабилизаторы, которые подразделяются на стабилизаторы непрерывного и импульсного регулирования. Стабилизация достигается за счет введения отрицательной обратной связи между выходом и регулирующим элементом, который изменяет свое сопротивление так, что компенсирует возникшее отклонение выходной величины.

Параметрические стабилизаторы напряжения и тока. Схема такого устройства имеет вид:

Рисунок 15. 14 — Схема параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне (а) и вольт — амперные характеристики Rб при ?Uвх параметрического стабилизатора (б).

С помощью такого простейшего стабилизатора, в котором применяется полупроводниковый стабилитрон VD, можно обеспечить стабилизацию напряжения от единиц до нескольких сотен вольт при токах от единиц мА до одного ампера. Если необходимо стабилизировать U<3В, то вместо стабилитрона используют стабисторы.

Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне примерно равен 30 — 50. Его К.П.Д. не превышает 0,3; а диапазон стабилизируемого напряжения узок и не регулируется.

В параметрических стабилизаторах тока нелинейный элемент включается последовательно с нагрузкой.

Рисунок 15.14 — Схема (а) и объяснение принципа действия (б) параметрического стабилизатора тока.

В качестве нелинейного элемента используют биполярные и полевые транзисторы. Рабочая точка на вольт-амперной характеристике параметрического стабилизатора тока выбирается таким образом, чтобы при изменении питающего напряжения нагрузочный ток практически не изменялся. Коэффициент стабилизации тока в таком стабилизаторе составляет несколько десятков.

Рисунок 15.15 — Схемапараметрического стабилизатора тока на полевом транзисторе

Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения и тока являются АСР с отрицательной обратной связью, но их достоинства достигнуты усложнением схем. К > 1000, η = 0,5 – 0,6. Аналогично параметрическому стабилизатору, компенсационный стабилизатор включают между сглаживающим фильтром и нагрузочным резистором.

Рисунок 15.16-Схемы компенсационного стабилизатора напряжения на биполярных

транзисторах (а) и операционном усилителе (б).

Рисунок 15.17 — Схема компенсационного стабилизатора тока на биполярных транзисторах.

Компенсационные стабилизаторы непрерывного действия выпускаются в виде ИМС и применяются в качестве индивидуальных стабилизаторов отдельных блоков. В то же время общие источники ВП выполняют нестабилизированными.

Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения (ИСПН) имеют η = 0,80 – 0, 85, меньше габариты и массу. Это достигается использованием транзистора в режиме ключа, что позволяет получить прямоугольные импульсы, которые затем сглаживаются фильтром. Мощность потерь на транзисторе стремится к нулю и получают высокий К.П.Д. Изменение длительности импульсов или частоты их следования позволяет поддерживать Uвых = const.

Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения по способу управления регулирующим элементом разделяют на релейные (двухпозиционные) и с широтно–импульсной модуляцией (ШИМ). Частоты переключений регулирующего транзистора равны 2 – 50 кГц.

Рисунок 15.18 — Принципиальная электрическая схема релейного импульсного стабилизатора постоянного напряжения.

Что такое стабилизатор и для чего он нужен?

На сегодняшний день, рынок электроприборов предлагает большой выбор выпрямителей. Устройства можно подобрать по техническим характеристикам, которые будут подходить определенной электросети.

Но для начала нужно разобраться, что же такое трансформатор переменного тока. Если его правильно подобрать, он будет служить долгие годы. Устройство, как уже говорилось ранее, защищает электроприборы от перепада переменного тока.

С помощью выпрямителя тока, все электроприборы работают в щадящем режиме. Это позволяет сэкономить на электроэнергии и продлить эксплуатацию бытовой техники. Если подробно разобраться, то вся электротехника изготавливается со специальной программой и рассчитана на определенное напряжение в сети.

Если все условия соблюдены, бытовые приборы будут работать с высокой производительностью и минимальной затратой энергии. Переменный ток электрической сети часто меняется, поэтому выпрямитель выравнивает его.

Еще применяют трансформаторы напряжения для двигателей автомобилей. Они нужны для того, чтобы двигатель мог завестись без перегрузок с низкого напряжения. Пример двигателя автомобиля, можно взять мотор стиральной машины. При постоянных перепадах без стабилизатора тока, двигатель испытывает большие перегрузки, как следствие может сгореть.

Практическое применение

На практике диодный мост имеет довольно широкий спектр применения – это и цифровая техника, блоки питания в персональных компьютерах, ноутбуках, различных устройствах, автомобильных генераторах, питающихся от низкого постоянного напряжения. Помимо этого их можно встретить в системах звуковоспроизведения, измерительной техники, теле- радиовещания, они устанавливаются в ряде различных устройств по всему дому. Для лучшего понимания роли диодного моста в этих приборах мы рассмотрим несколько конкретных схем, в которых он применяется.

Примеры схем с диодным мостом и их описание

Одна из наиболее простых схем с применением диодного моста – это зарядное устройство, применяемое для оборудования, питаемого низким напряжением. Один из таких вариантов рассмотрим на следующем примере

Как видите на рисунке, от понижающего трансформатора Т1 напряжение из переменного 220В преобразуется в переменное на уровне 7 – 9В. После этого пониженное напряжение подается на диодный мост VD, от которого выпрямленное через сглаживающий конденсатор С1 на микросхему КР. От микросхемы выпрямленное напряжение стабилизируется и выдается на клеммы разъема.

На рисунке выше приведен пример схемы карманного фонаря, данная модель подключается к бытовой сети 220В через розетку, что представлено соединением разъема Х1 и Х2. Далее напряжение подается на мост VD, а с него уже на микросхему DA1, которая при наличии входного питания сигнализирует об этом через светодиод HL1. После этого напряжение питания приходит на аккумулятор GB, который заряжается и затем используется в качестве основного источника питания для лампы фонарика.

Здесь представлен пример схемы сварочного агрегата, в котором диодный мост устанавливается сразу после понижающего трансформатора для выпрямления электрического тока. Из-за сложности схемы дальнейшее рассмотрение работы устройства нецелесообразно. Стоит отметить, что существуют и другие устройства с еще более сложным принципом работы – импульсные блоки питания, ШИМ модуляторы, преобразователи и т.д.

Оцените статью:

Выпрямитель со средней точкой

Описание: Сравнение основных их видов со средней точкой и с удвоителем тока показывает что хотя оба выпрямителя имеют одинаковые динамические характеристики удвоитель больше подходит для использования в области больших токов так как в нем меньше соединений и потерь на вторичной стороне а отсутствие средней точки дает возможность выбрать нечетное число витков. При построении двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим конденсатором следует всегда помнить что переменное напряжение всегда измеряется в действующем значении которое в раза Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск. Выпрямитель — это механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: ВЫПРЯМИТЕЛЬ Особенности простых схем . ПАРАДОКС — Откуда лишние вольты ?

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой.


Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средним нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора рис. Обратное напряжение на диодах выше в этой схеме, чем в мостовой. Необходимым элементом данного выпрямителя является трансформатор с двумя вторичными обмотками. Выпрямитель со средней точкой является по существу двухфазным, так как вторичная обмотка трансформатора со средней точкой создает две ЭДС, равные по величине, но противоположные по направлению.

Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу двухполупериодного выпрямителя со средним выводом на активную нагрузку с учетом потерь в трансформаторе и вентилях, представлены на рис.

Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой а и диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку б. В результате встречного направления м. Среднее напряжение на нагрузке. Обратное напряжение прикладывается к закрытому диоду, когда проводит ток другой диод. Поскольку к закрытому диоду в этой схеме максимально прикладывается двойное амплитудное напряжение вторичной стороны, то. Коэффициент использования трансформатора по мощности в двухполупериодной схеме со средней точкой.

Таким образом, габаритная мощность трансформатора в двухполупериодной схеме со средней точкой в 1,48 раза превышает мощность в нагрузке. Файловый архив студентов. Логин: Пароль: Забыли пароль?

Email: Логин: Пароль: Принимаю пользовательское соглашение. FAQ Обратная связь Вопросы и предложения. Добавил: jarenoeletto Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам. Скачиваний: Среднее напряжение на нагрузке то есть между средним значением выпрямленного напряжения и действующим значением существует то же соотношение, что связывает среднее и действующее значение синусоидального тока.

Соседние файлы в предмете Силовая электроника Основы силовой электроники [DjVu]. Силовая электроника Примеры и расчёты.


Выпрямители. Схемы выпрямления, их расчет

Однофазный однополупериодный выпрямитель является простейшим и имеет схему, приведенную на рис. В таком выпрямителе ток через нагрузку протекает лишь в течение полупериода сетевого напряжения рис. Такой выпрямитель находит ограниченное применение в маломощных устройствах. Отрицательной чертой однополупериодного выпрямителя является протекание постоянной составляющей тока во входной цепи. Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой представляет собой параллельное соединение двух однополупериодных выпрямителей рис. Диоды схемы проводят ток поочередно, каждый в течение полупериода рис.

Назначение, схема и принцип работы двухполупериодного выпрямителя со средней точкой. В том случае если при выпрямлении переменного тока.

Выпрямители

Очевидно, что параметры выпрямителя можно улучшить, если обеспечить протекание тока нагрузки в оба полупериода действия входного напряжения. Этого можно добиться, используя две схемы однополупериодного выпрямления, работающие синхронно и противофазно на единую нагрузку. Описанная схема называется однофазной двухполупе-. Таким образом, средние значения тока и напряжения на нагрузочном резисторе в случае двухполупериодного выпрямления будут в два раза превышать аналогичные показатели для однополупеоиодной схемы:. Этого нельзя забывать при выборе диодов для выпрямителя. Основная частота пульсаций выпрямленного напряжения в данной схеме будет равна удвоенной частоте входного напряжения. Существенным недостатком схемы двухполупериодного выпрямления со средней точкой является потребность в двух источниках входного напряжения. Проблема решена в схеме однофазного мостового выпрямителя, рис. Также как и в двухполупериодной схеме выпрямления со средней точкой, в мостовой схеме напряжение прикладывается к нагрузке в течение всего периода изменения напряжения Uвх. Поэтому при одном и том же напряжении нагрузки в мостовой схеме к обратносмещенным диодам прикладывается напряжение в два раза меньшее, чем в схеме Рис.

Полупроводниковые однофазные выпрямители блоков питания.

Двухполупериодные выпрямители. Как уже говорилось, однополупериодные выпрямители применяются достаточно широко, хотя их использование ограничено конкретными условиями и требованиями. То есть, если речь идет о маломощных зарядных устройствах, то применение однополупериодной схемы в них оправдано и даже будет существенным преимуществом. Минимальное количество деталей, экономичность и простота технических решений — вот главные достоинства устройств с однополупериодным выпрямителем.

Самым простым типом выпрямителя является однополупериодный выпрямитель.

Выпрямитель

Теперь мы подошли к наиболее популярному применению диода: выпрямлению. Упрощенно, выпрямление — это преобразование переменного напряжения в постоянное. Оно включает в себя устройство, которое позволяет протекать электронам только в одном направлении. Как мы уже видели, это именно то, что и делает полупроводниковый диод. Простейшим выпрямителем является однополупериодный выпрямитель. Он пропускает через себя на нагрузку только половину синусоиды сигнала переменного напряжения.

Типы выпрямителей переменного тока: двухполярные выпрямители со средней точкой

Перейти к основному содержанию. Для построения диодных выпрямителей чащё всего используются двухполупериодные схемы. Рассмотрим две, принципиально отличающиеся средствами достижения цели, но дающие одинаковый результат. Двухполупериодный выпрямитель — устройство преобразования переменного напряжения в постоянное, работающее по принципу бесконтактной коммутации используемых выводов источника переменного напряжения с нагрузкой, создавая однополярное питание. Рисунок 1. Однофазный двухполупериодный выпрямитель. Трансформаторная схема с двойной обмоткой и общим выводом. На рисунке 1 а изображена электрическая схема выпрямителя.

параметры выпрямителя можно улучшить, если обеспечить протекание тока Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой.

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока. Схема выпрямителя двухполупериодного

Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средним нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора рис. Обратное напряжение на диодах выше в этой схеме, чем в мостовой. Необходимым элементом данного выпрямителя является трансформатор с двумя вторичными обмотками.

Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: ДИОДНЫЙ МОСТ или ОДИН ДИОД / Сравним Выпрямители /

Большинство выпрямителей создаёт не постоянный, а пульсирующий ток, для сглаживания пульсаций применяют фильтры. Из-за принципа обратимости электрических машин выпрямитель и инвертор являются двумя разновидностями одной и той же электрической машины справедливо только для инвертора на базе электрической машины. Выпрямители обычно используются там, где нужно преобразовать переменный ток в постоянный ток. Применение выпрямителей для преобразования переменного тока в постоянный вызвало понятие среднего значения тока по модулю то есть без учёта знака ординаты за период.

Классификация, свойства, схемы, онлайн калькулятор. Расчёт ёмкости сглаживающего конденсатора.

Выпрямители: разновидности, схемы, формулы и функции расчета

На рис. Данный выпрямитель представляет собой соединение двух однополупериодных выпрямителей, подключенных к общей нагрузке. В положительный полупериод потенциал в точке » » выше, ток идет по цепи , а диод закрыт. В отрицательный полупериод закрывается , а ток идет по цепи. Средние значения выпрямленного напряжения и коэффициента пульсаций те же, что и в предыдущей схеме, то есть ;. Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой содержит два вентиля диода VD 1 и VD 2 рис.

Назначение, схема и принцип работы однополупериодного выпрямителя

Двухполупериодный выпрямитель — устройство или контур, проводящий ток в течение обеих половин цикла переменного тока. Двухполупериодный выпрямитель состоит из трансформатора с центральным отводом вторичной обмотки, двух диодов и сопротивления нагрузки. В течение первой половины цикла переменного тока верхний конец вторичной обмотки положителен, а нижний конец вторичной обмотки отрицателен.


Однофазный однополупериодный выпрямитель

Выпрямитель – это устройство, преобразующее электрическую энергию переменного тока в постоянный.

Основой выпрямителя являются полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, транзисторы. В зависимости от используемых полупроводников выпрямитель может быть неуправляемым и управляемым.

Неуправляемый однополупериодный выпрямитель

Простейший выпрямитель состоит из одного диода и называется однофазным однополупериодным выпрямителем.

На данной схеме к выпрямителю подключена активная нагрузка в виде резистора R, а на первичную обмотку трансформатора подано переменное синусоидальное напряжение. На вторичной обмотке трансформатора, также образуется синусоидальное напряжение Uab.

В момент, когда потенциал точки a выше, чем точки b (данный процесс соответствует точкам на диаграмме 0,2π,4π…), к аноду диода приложено положительное напряжение Uab, что вызывает ток id, который проходит через диод и нагрузка R оказывается под напряжением Ud.

Когда потенциал точки a меньше, чем точки b (соответствует точкам на диаграмме 3π, 5π…), к аноду диода приложено отрицательное напряжение Uab, что вызывает запирание диода. Ток id становится равным нулю.

Таким образом, диод пропускает ток только одну половину периода, отсюда и название – однополупериодный выпрямитель.

Среднее значение выпрямленного напряжения Ud  равно интегралу функции взятой за период 2π, но так как одну половину периода диод не пропускает ток, она равна нулю, значит Ud принимает вид:

где U2 действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

На диаграмме среднее значение выпрямленного напряжения Ud представлено в виде площади прямоугольника (оранжевая штриховка) с высотой Ud и основанием 2π. Эта площадь равна площади выпрямленной полуволны (зеленая штриховка).

Ток id повторяет по форме напряжение ud, потому как нагрузка в данном случае активная.

Среднее значение выпрямленного тока:

Управляемый однополупериодный выпрямитель

Для реализации управления величиной выпрямленного напряжения в схеме вместо диода используют тиристор.

Работа схема во многом аналогична схеме с диодом. В данном случае ток через нагрузку R будет проходить только при открытии тиристора VS. Открытие тиристора VS происходит при подаче на него управляющего импульса, и при условии, что к аноду тиристора приложено положительное (относительно катода) напряжение uab.

Задерживая подачу управляющего импульса на угол α относительно нулевого значения напряжения uab, можно изменять выпрямленное напряжение ud. Нетрудно заметить, что чем больше угол α, тем позже открывается тиристор VS, а следовательно, меньше значение выпрямленного напряжения ud. При угле α=0, схема полностью аналогична схеме с диодом.

Однофазная однополупериодная схема выпрямителя на практике не получила широкого распространения. Это связано с тем, что в результате выпрямления диодом тока во вторичной обмотке, образуется постоянная составляющая Id, которая оказывает подмагничивающее действие на магнитопровод трансформатора. В результате этого, при расчетах приходилось выбирать трансформатор завышенной мощности, что приводило к увеличению его массы и габаритов, и было нецелесообразно экономически.

  • Просмотров: 12207
  • Однофазный однополупериодный выпрямитель — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

    Однофазный однополупериодный выпрямитель

    Cтраница 1

    Однофазный однополупериодный выпрямитель, схема которого приведена на рис. 30.2 а, является простейшим.  [1]

    Однофазный однополупериодный выпрямитель имеет ограниченное применение. Он используется главным образом в маломощных усилителях и в измерительных схемах при условии применения фильтра для сглаживания пульсаций. Основными недостатками этой схемы являются следующие: высокий уровень пульсаций тока, низкий коэффициент использования трансформатора; значительное изменение выходного напряжения при большом внутреннем сопротивлении вентиля, большое обратное напряжение; малый КПД выпрямителя из-за больших потерь на внутреннем сопротивлении вентиля.  [3]

    Благодаря простоте устройства однофазные однополупериодные выпрямители часто применяются в маломощных цепях измерительных приборов, в радий — и телевизионной технике.  [4]

    Таким образом, для однофазного однополупериодного выпрямителя следует выбирать анод, у которого максимально допустимое обратное напряжение больше или равно амплитудному значению напряжения на вторичной обмотке трансформатора.  [5]

    Так как УЗ-400 и УЗ-401 имеют однофазные однополупериодные выпрямители, то для сглаживания выходного напряжения необходим конденсатор в 50 — 100 мкф. Чтобы конденсатор успевал зарядиться и обеспечить достаточное сглаживание напряжения на обмотке реле, изменять напряжение на входе УЗ-400 необходимо очень медленно. После каждого срабатывания проверяемого реле необходимо снизить входное напряжение до нуля и обождать некоторое время, чтобы конденсатор разрядился на реле. Необходимо помнить, что проверять от УЗ-400 или УЗ-401 можно только аппаратуру с номинальным током, не превышающим номинальный ток диодов в выпрямителях зарядного устройства.  [7]

    На рис. 14.6, а изображена схема простейшего однофазного однополупериодного выпрямителя на ТИ-рИСТОре VS. Управление выпрямленным напряжением в управляемых выпрямителях сводится к задержке во времени момента включения тиристора по отношению к моменту его естественного включения. Это осуществляется за счет сдвига фаз между анодным напряжением и напряжением, подаваемым на управляющий электрод тиристора. Такой сдвиг фаз называют углом управления а. В зависимости от сопротивления переменного резистора R1 угол управления а может изменяться от 0 до 90, что позволяет плавно регулировать выпрямленное напряжение от наибольшей величины до ее половины. Зависимость среднего значения выпрямленного напряжения Ua от угла управления а называют характеристикой управления. Для однофазного двухполупериодного выпрямителя эта характеристика представлена на рис. 14.7, где максимальное значение угла управления атахл.  [8]

    Однофазный выпрямитель с удвоением напряжения ( рис. 30.2 г) представляет собой последовательное соединение двух однофазных однополупериодных выпрямителей. В первом полупериоде при положительном напряжении на аноде диода VD заряжается конденсатор Сь а во втором полупериоде проводит диод VD2 и конденсатор С2 заряжается напряжением противоположной полярности. Так как эти конденсаторы включены последовательно, то выходное напряжение почти удваивается. Конденсаторы С ] и С2 могут использоваться как элементы фильтра. Трансформатор в этой схеме используется так же полно, как и в мостовой. В связи с этим такой выпрямитель часто называют полумостовым.  [10]

    Основным элементом современных управляемых выпрямителей является тиристор. На рис. 9.30, а представлена схема простейшего однофазного однополупериодного выпрямителя на тиристоре.  [11]

    Емкостный фильтр ( рис. 5.5 о) состоит из конденсатора, подключаемого параллельно нагрузке; применяется в маломощных цепях. Процесс сглаживания пульсаций емкостным фильтром показан на рис. 5.6. Положительные полуволны напряжения, выпрямленного однофазным однополупериодным выпрямителем, разделены паузами.  [12]

    Расчет основан на допущении, что R — С Rn. Это допущение почти всегда соблюдается, давая основание считать, что переходные процессы в схеме выпрямления весьма быстро проходят, и время установления режима работы вентиля меньше времени протекания тока через него. Переходные процессы снова возникают при повторном включении вентиля, в результате чего форма кривой напряжения на конденсаторе несколько отличается от формы кривых, ранее изображенных на графиках. Чтобы учесть потери в схеме однофазного однополупериодного выпрямителя, на рис. 3 — 12, а показано сопротивление R, включенное последовательно с нагрузкой.  [13]

    Страницы:      1

    Что такое однофазный двухполупериодный выпрямитель

    Однофазный двухполупериодный диодный выпрямитель

    Выпрямитель однофазный диодный, преобразующий переменный сигнал в постоянное напряжение, бывает двух типов – однополупериодный и двухполупериодный. Ранее упоминался полуволновой диодный выпрямитель.

    Двухполупериодный диодный выпрямитель также может быть двух типов – с трансформатором с отводом от средней точки и мостовым выпрямителем. Оба они изображены на рисунке ниже.

    В случае трансформатора с отводом от средней точки у нас есть два объединенных однополупериодных выпрямителя.Постоянные токи этих полуволновых трансформаторов равны, но противоположны. Каждый диод проводит соответствующий полупериод трансформатора. Ниже вы можете увидеть формы тока и напряжения для этого выпрямителя.

    Двухполупериодный выпрямитель с отводом от средней точки

     

    Мостовой выпрямитель схема изображена ниже. Здесь у нас четыре диода вместо двух. Таким образом, в каждом полупериоде трансформатора у нас есть два проводящих диода. Ниже вы можете увидеть формы напряжения и тока для этого выпрямителя.

    Двухполупериодный мостовой выпрямитель

     

    Среднее напряжение VDC=ωT∫0TVmsinωtdt.

    Таким образом, VDC=2Вmπ=0,636Вм. Среднеквадратичное значение (RMS) равно RMS=1T∫0Tv2L(t)dt=ωπ∫0π(Vmsinωt)2dt

    и VL=Vm2=0,707Vm.

    Среднее значение тока нагрузки Idc=VdcR=0,636VdcR. А среднеквадратичное значение тока нагрузки IL=0,707 ВмР.

    Коэффициент ректификации (RF), показатели эффективности ректификации σ=PdcPL=0,81.

    Форм-фактор (FF) – это отношение среднеквадратичного значения напряжения или тока к его среднему значению.FF=VLVdc и FF=ILIdc. Для двухполупериодного выпрямителя FF=1,1.

    Коэффициент пульсаций (RF) — это мера пульсаций RF=VacVdc, где Vac=V2L+V2dc. Сделав несколько математических упрощений, RF=(VLVdc)2–1=FF2–1=0,482.

    Коэффициент использования трансформатора (TUF) — это показатель качества трансформатора TUM=VdcIdcVSIS, где VS и IS — среднеквадратичное значение напряжения и среднеквадратичного значения тока вторичного трансформатора. Где для двухполупериодного трансформатора IS=0,707 ВмР.

    Читатель должен учитывать, что только однополупериодные выпрямители с резистивной нагрузкой создают гармонические токи в своих трансформаторах.

    Спецификации промышленных однофазных двухполупериодных диодных выпрямителей содержат следующие важные параметры:

    • Пиковое повторяющееся обратное напряжение VRRM;
    • Коэффициент пульсации;
    • Среднеквадратичное значение входного напряжения на ветвь трансформатора VS;
    • Средний ток диода IF(AV);
    • Коэффициент ректификации;
    • Частота пульсаций на выходе fr;
    • Пиковый повторяющийся прямой ток IFRM;
    • Первичная мощность трансформатора, ВА;
    • Среднеквадратичное значение тока диода IF(RMS) ;
    • Форм-фактор;
    • Вторичная мощность трансформатора ВА;
    • Форм-фактор тока диода IF(RMS)IF(AV).

    Например, Digi-Key Electronics предлагает широкий ассортимент однофазных двухполупериодных и мостовых выпрямителей.

     

     

     

     

    Однофазный выпрямитель – обзор

    В [16] показано, что 5-я и 7-я гармоники тока однофазных и трехфазных диодных выпрямителей часто находятся в противофазе. Эти знания можно использовать для уменьшения гармонических искажений тока в системе путем комбинирования однофазных и трехфазных диодных выпрямителей.В этом разделе показан пример, иллюстрирующий влияние комбинирования однофазных и трехфазных диодных выпрямителей. В целом может быть трудно предсказать эффект компенсации, особенно если принять во внимание полное сопротивление и зависимость токов гармоник от нагрузки.

    12.4.3.1 Пример ослабления гармоник за счет комбинирования одно- и трехфазных диодных выпрямителей

    Моделируется установка с распределительным трансформатором мощностью 1 МВА. Линия СН предполагается синусоидальной и сбалансированной.Трансформатор нагружен несколькими однофазными диодными выпрямителями (общая нагрузка 170 кВт) и трехфазным диодным выпрямителем мощностью 170 кВт. Трехфазный выпрямитель расположен рядом с трансформатором с медным кабелем длиной 50 м, 90 мм 2 . Нагрузки однофазного выпрямителя равномерно распределяются на трехфазные с помощью медного кабеля длиной 200 м, 50 мм 2 . Предполагается, что

    однофазные выпрямители подключены к настенным розеткам, поэтому для однофазных выпрямителей используется длинный кабель.На рис. 12.24 показана смоделированная система.

    РИСУНОК 12.24. Смоделированная система с трансформатором, кабелем и нагрузкой. Полное сопротивление кабелей показано их удельными значениями относительно трансформатора.

    Реактивное сопротивление кабеля составляет 0,07 Ом/км, емкостные эффекты не учитываются. Полное сопротивление кабелей показано их удельными значениями относительно трансформатора. Падение основного напряжения на длинном кабеле составляет около 7% при нагрузке однофазного выпрямителя 170 кВт. Сопротивление кабеля является преобладающим сопротивлением короткого замыкания, как видно из однофазных выпрямителей.

    На рис. 12.25а показан результат моделирования токов, потребляемых двумя группами выпрямителей. Токи складываются во вторичной обмотке трансформатора, что показано на рис. 12.25б.

    РИСУНОК 12.25. Смоделированные токи, потребляемые в системе. (a) Токи выпрямителя, потребляемые на PCC3. (b) Суммарный ток во вторичных обмотках трансформатора (PCC 2 ).

    Интуитивно видно, что две формы волны хорошо поддерживают друг друга. Однофазный ток оказывает эффект «заполнения долины» на трехфазный ток, и результирующая форма волны выглядит более синусоидальной, чем любой из двух отдельных токов.

    Общее гармоническое искажение трехфазного тока составляет 51 %, а однофазного — 88 %. При суммировании токов в трансформаторе результирующее искажение составляет всего 38%. Это снижение искажений в основном связано с компенсацией 5-й гармоники, что более четко видно на рис. 12.26. На рис. 12.26 показан гармонический спектр трех токов, изображенных на рис. 12.25.

    РИСУНОК 12.26. Гармонический спектр токов выпрямителя (1 и 3 фазы) и трансформатора (xfr).

    Основные составляющие двух нагрузок выпрямителя совпадают по фазе и, таким образом, складываются в трансформаторе арифметически. Третьей гармоники в спектре трехфазной нагрузки нет, поэтому третья гармоника однофазного выпрямителя видна непосредственно в трансформаторе. Интересно наблюдать за тем, что происходит с током 5-й гармоники. В этом случае наблюдается ток 110 А от трехфазного выпрямителя и 90 А от однофазного выпрямителя.На трансформаторе видно только около 45 А. Это всего около 20% от арифметической суммы вкладов двух выпрямителей. 7-я гармоническая составляющая в трансформаторе составляет менее 60% от арифметической суммы.

    В работе [16] сделан вывод о том, что добавление трехфазного выпрямителя к существующей однофазной нагрузке не приведет к увеличению КНИ тока и на трансформаторе, но фактически уменьшит КНИ и и тем самым снизит потери в трансформатор.

    однофазный двухполупериодный выпрямитель | Преобразователи переменного тока в постоянный | Учебник по электронике |

    Однофазный двухполупериодный управляемый выпрямитель с нагрузкой R:

    На приведенном ниже рисунке показаны однофазные двухполупериодные управляемые выпрямители с нагрузкой R

    .


    • Однофазный полностью управляемый выпрямитель позволяет преобразовывать однофазный переменный ток в постоянный.Обычно это используется в различных приложениях, таких как зарядка аккумуляторов, управление скоростью двигателей постоянного тока и передняя часть ИБП (источник бесперебойного питания) и SMPS (импульсный источник питания).
    • Все четыре используемых устройства являются тиристорными. Моменты включения этих устройств зависят от подаваемых сигналов запуска. Выключение происходит, когда ток через устройство достигает нуля и оно находится под обратным смещением, по крайней мере, в течение времени, равного времени выключения устройства, указанному в паспорте.
    • В положительный полупериод тиристоры Т1 и Т2 открываются под углом ± .
    • Когда T1 и T2 проводят
    Vo=Vs
    IO=is=Vo/R=Vs/R
    • В отрицательный полупериод входного напряжения тиристоры T3 и T4 срабатывают под углом (Ï€+ α)
    • Здесь выходной ток и ток питания направлены в противоположные стороны
    — is=-io
    T3 и T4 отключаются при 2 мкОм.

    Однофазный двухполупериодный управляемый выпрямитель с нагрузкой «RL»:

    На рисунке ниже показаны однофазные двухполупериодные управляемые выпрямители с нагрузкой RL.


    Работа в этом режиме может быть разделена на четыре режима
    Режим 1 (от ± до )
    • В положительный полупериод приложенного сигнала переменного тока тиристоры T1 и T2 имеют прямое смещение и могут быть включены при угол α.
    • Напряжение нагрузки равно положительному мгновенному напряжению питания переменного тока. Ток нагрузки положительный, без пульсаций, постоянный и равен Io.
    • Из-за положительной полярности напряжения и тока нагрузки индуктивность нагрузки накапливает энергию.
    Режим 2 (от Ï€ до Ï€+α)
    • При wt=Ï€ входное питание равно нулю, а после Ï€ становится отрицательным. Но индуктивность препятствует любому изменению через него.
    • Для поддержания постоянного тока нагрузки, а также в том же направлении. ЭДС самоиндуцирования появляется через букву «L», как показано на рисунке.
    • Из-за этого наведенного напряжения тиристоры T1 и T2 находятся в прямом включении, несмотря на отрицательное напряжение питания.
    • Напряжение нагрузки отрицательное и равно мгновенному напряжению питания переменного тока, тогда как ток нагрузки положительный.
    • Таким образом, нагрузка действует как источник, а накопленная в индуктивности энергия возвращается обратно в сеть переменного тока.

    Режим 3 (от Ï€+α до 2Ï€)
    • При wt=Ï€+α SCR T3 и T4 включены, а T1, T2 имеют обратное смещение.
    • Таким образом, процесс проведения переносится с Т1,Т2 на Т3,Т4.
    — Напряжение нагрузки снова становится положительным, и энергия накапливается в катушке индуктивности
    — T3, T4 проводят в отрицательном полупериоде от (Ï€+α) до 2Ï€
    — При положительном напряжении нагрузки и энергии тока нагрузки сохраняется
    Режим 4 (от 2 Ом до 2 Ом + ±)
    • При wt=2 Ом входное напряжение проходит через ноль.
    • Индуктивная нагрузка будет пытаться противодействовать любому изменению тока, если это необходимо для поддержания постоянного тока нагрузки в том же направлении.
    • ЭДС индукции положительна и поддерживает проводимость тиристоров T3 и T4 также с обратной полярностью.
    • Таким образом, VL имеет отрицательное значение и равно мгновенному напряжению питания переменного тока. При этом ток нагрузки остается положительным.
    • Таким образом, нагрузка действует как источник, а накопленная энергия индуктивности возвращается обратно в сеть переменного тока.

    (PDF) A Проект однофазного мостового двухполупериодного выпрямителя

    3

    На основе уравнений (6) и (7), результаты:

    (Уравнение 9)

    отношение напряжения пульсаций Vrms к среднему значению выходного напряжения, как показано в уравнении

    (10) (Pyakuryal & Matin, 2013a).

    (уравнение 10)

    2.1 Вопросы проектирования по напряжению

    Целью практического проектирования является достижение заданного выходного напряжения постоянного тока, в данном случае от 5 до 24 В.Следовательно, более удобно указывать все расчетные параметры в единицах постоянного тока. Например, номинал и коэффициент трансформации трансформатора в схеме выпрямителя

    можно легко определить, если среднеквадратичное значение входного напряжения выпрямителя соответствует требуемому выходному напряжению

    В постоянного тока (Рашид, 2011). Представьте среднеквадратичное значение входного напряжения выпрямителя как Vrms, что равно 0:707 Vm. входное напряжение

    среднеквадратичное значение на вторичную обмотку двухполупериодного выпрямителя инициируется как:

    Vrms = 1.11 В пост. тока (уравнение 11)

    Другим важным параметром конструкции является максимальное повторяющееся обратное напряжение (VRRM) используемых диодов. В

    случае мостового выпрямителя:

    (уравнение 12)

    Важно оценить пиковый повторяющийся прямой ток (IFRM) используемых диодов в цепях выпрямителя.

    В случае двухполупериодных выпрямителей: Двухполупериодный IFRM.

    (уравнение 13)

    2.2 Рассмотрение конструкции емкостного выходного фильтра

    Размещение большого конденсатора параллельно нагрузке может привести к тому, что выходное напряжение будет практически равно постоянному току (Hart,

    2011).В двухполупериодной схеме время разряда конденсатора меньше, чем в полуволновой схеме, из-за выпрямленной синусоиды

    во второй половине каждого периода (Fraser & Milne, 1994). При использовании выходного фильтра, если через нагрузку используется конденсатор

    , а катушка индуктивности последовательно с нагрузкой, ток нагрузки будет более плавным, а эффект пульсаций будет снижен (Pyakuryal & Matin, 2013b).

    Затем, чтобы получить ровный выходной сигнал выпрямителя, используется накопительный конденсатор, который устанавливается параллельно выходу преобразователя, а в

    параллельно нагрузке.Этот конденсатор заряжается, когда напряжение от выпрямителя превышает напряжение конденсатора

    , а затем, когда напряжение выпрямителя падает, конденсатор обеспечивает требуемый ток за счет накопленного заряда (Pyakuryal & Matin,

    2013b). На рисунке 3 ниже показаны пульсации для двухполупериодного выпрямителя со сглаживанием конденсатора. Для случаев, когда пульсации

    малы по сравнению с напряжением питания, что почти всегда так, можно рассчитать пульсации, зная условия цепи (Hart, 2011).

    Рисунок 3: Пульсации (ΔVo) в однофазном мостовом двухполупериодном выпрямителе

    Как упоминалось Mulkern, Henze and Lo (1991) и Raymond et. al (2003), на выходе

    выпрямителя, использующего схему сглаживающего конденсатора, всегда будут какие-то пульсации, необходимо уметь угадывать примерное значение. Превышение

    Слишком большое значение конденсатора приведет к дополнительным затратам, размеру и весу, а недостаточное указание приведет к снижению производительности.

    Согласно Hart (2011), приближение, пульсация от пика к пику:

    3.4: Схемы выпрямителя — Workforce LibreTexts

    Что такое исправление?

    Теперь мы подошли к самому популярному применению диода: выпрямление . Проще говоря, выпрямление — это преобразование переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Это связано с устройством, которое допускает только односторонний поток электронов. Как мы видели, это именно то, что делает полупроводниковый диод. Простейшей схемой выпрямителя является однополупериодный выпрямитель . Он позволяет только половине формы сигнала переменного тока проходить к нагрузке.(Рисунок ниже)

    Схема однополупериодного выпрямителя.

    Полупериодное выпрямление

    Для большинства силовых приложений однополупериодного выпрямления недостаточно. Гармонический состав выходного сигнала выпрямителя очень велик и, следовательно, его трудно отфильтровать. Кроме того, источник переменного тока подает питание на нагрузку только в половине полных циклов, а это означает, что половина его мощности не используется. Однако однополупериодное выпрямление — это очень простой способ уменьшить мощность до резистивной нагрузки.Некоторые двухпозиционные диммеры для ламп подают полную мощность переменного тока на нить накала лампы для «полной» яркости, а затем полуволновое выпрямление для меньшей светоотдачи. (Рисунок ниже)

    Применение однополупериодного выпрямителя: двухуровневый диммер лампы.

    В положении переключателя «Dim» лампа накаливания получает примерно половину мощности, которую она обычно получает при работе от двухполупериодного переменного тока. Поскольку импульсы мощности полуволнового выпрямления намного быстрее, чем успевает нагреться и остыть нить накала, лампа не мигает.Вместо этого его нить просто работает при более низкой температуре, чем обычно, обеспечивая меньший световой поток. Этот принцип быстрой «импульсной» подачи мощности на медленно реагирующее нагрузочное устройство для управления подаваемой на него электрической мощностью распространен в мире промышленной электроники. Поскольку управляющее устройство (в данном случае диод) является либо полностью проводящим, либо полностью непроводящим в любой момент времени, оно рассеивает мало тепловой энергии при управлении мощностью нагрузки, что делает этот метод управления мощностью очень энергоэффективным.Эта схема, возможно, является самым грубым методом подачи импульсного питания на нагрузку, но ее достаточно для проверки концепции приложения.

    Двухполупериодные выпрямители

    Если нам необходимо выпрямить питание переменного тока, чтобы получить полное использование обоих полупериодов синусоиды, необходимо использовать другую конфигурацию схемы выпрямителя. Такая схема называется двухполупериодным выпрямителем . В одном виде двухполупериодного выпрямителя, называемом конструкцией с отводом от середины отвода , используется трансформатор с вторичной обмоткой с отводом от середины и двумя диодами, как показано на рисунке ниже.

    Двухполупериодный выпрямитель с отводом от средней точки.

    Работу этой схемы легко понять по одному полупериоду за раз. Рассмотрим первый полупериод, когда полярность напряжения источника положительная (+) сверху и отрицательная (-) снизу. В это время работает только верхний диод; нижний диод блокирует ток, а нагрузка «видит» первую половину синусоиды, положительную сверху и отрицательную снизу. Только верхняя половина вторичной обмотки трансформатора пропускает ток в течение этого полупериода, как показано на рисунке ниже.

    Двухполупериодный выпрямитель со средним отводом: верхняя половина вторичной обмотки проводит ток во время положительного полупериода на входе, отдавая положительный полупериод на нагрузку.

    В течение следующего полупериода полярность переменного тока меняется на противоположную. Теперь другой диод и другая половина вторичной обмотки трансформатора пропускают ток, в то время как части цепи, ранее проводившие ток в течение последнего полупериода, простаивают. Нагрузка по-прежнему «видит» половину синусоиды той же полярности, что и раньше: положительную сверху и отрицательную снизу.(Рисунок ниже)

    Двухполупериодный выпрямитель со средним отводом: во время отрицательного входного полупериода нижняя половина вторичной обмотки проводит, обеспечивая положительный полупериод на нагрузку.

    Одним из недостатков конструкции двухполупериодного выпрямителя является необходимость трансформатора с вторичной обмоткой с отводом от средней точки. Если рассматриваемая цепь имеет большую мощность, размер и стоимость подходящего трансформатора будут значительными. Следовательно, конструкция выпрямителя с центральным отводом используется только в маломощных устройствах.

    Полярность двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки на нагрузке может быть изменена на обратную путем изменения направления диодов. Кроме того, реверсивные диоды можно подключить параллельно существующему выпрямителю с положительным выходом. В результате получается двухполярный двухполупериодный выпрямитель с отводом от средней точки, показанный на рисунке ниже. Обратите внимание, что подключение самих диодов имеет ту же конфигурацию, что и мост.

    Двухполярный двухполупериодный выпрямитель со средним отводом

    Двухполупериодные мостовые выпрямители

    Существует другая, более популярная конструкция двухполупериодного выпрямителя, построенная на четырехдиодной мостовой схеме.По понятным причинам эта конструкция называется двухполупериодным мостом . (Рисунок ниже)

    Двухполупериодный мостовой выпрямитель.

    Направление тока для схемы двухполупериодного мостового выпрямителя показано на рисунке ниже для положительных полупериодов и на рисунке ниже для отрицательных полупериодов формы сигнала источника переменного тока. Обратите внимание, что независимо от полярности входа ток протекает в одном направлении через нагрузку. То есть отрицательный полупериод источника является положительным полупериодом на нагрузке.Ток течет через два диода последовательно для обеих полярностей. Таким образом, в диодах теряется два диодных падения напряжения источника (0,7·2=1,4 В для Si). Это недостаток по сравнению с полноволновой конструкцией с центральным отводом. Этот недостаток характерен только для источников питания с очень низким напряжением.

    Двухполупериодный мостовой выпрямитель: поток электронов для положительных полупериодов.

    Двухполупериодный мостовой выпрямитель: поток электронов для отрицательных полупериодов.

    Запоминание правильного расположения диодов в схеме двухполупериодного мостового выпрямителя часто может разочаровать новичка, изучающего электронику. Я обнаружил, что альтернативное представление этой схемы легче запомнить и понять. Это точно такая же схема, за исключением того, что все диоды нарисованы горизонтально, все «указывая» в одном направлении. (Рисунок ниже)

    Альтернативный вариант компоновки двухполупериодного мостового выпрямителя.

    Одним из преимуществ запоминания этой компоновки схемы мостового выпрямителя является то, что ее легко расширить до многофазной версии, показанной на рисунке ниже.

    Схема трехфазного двухполупериодного мостового выпрямителя.

    Каждая трехфазная линия подключается между парой диодов: один для направления питания на положительную (+) сторону нагрузки, а другой — на отрицательную (-) сторону нагрузки. Многофазные системы с более чем тремя фазами легко встраиваются в схему мостового выпрямителя. Возьмем, к примеру, схему шестифазного мостового выпрямителя на рисунке ниже.

    Схема шестифазного двухполупериодного мостового выпрямителя.

    При выпрямлении многофазного переменного тока сдвинутые по фазе импульсы накладываются друг на друга, создавая более «гладкий» выходной сигнал постоянного тока (с меньшим содержанием переменного тока), чем выходной сигнал, получаемый при выпрямлении однофазного переменного тока. Это неоспоримое преимущество в схемах мощных выпрямителей, где физические размеры фильтрующих компонентов были бы непомерно высокими, но необходимо обеспечить мощность постоянного тока с низким уровнем шума. Диаграмма на рисунке ниже показывает двухполупериодное выпрямление трехфазного переменного тока.

    Выход трехфазного переменного тока и трехфазного двухполупериодного выпрямителя.

    Напряжение пульсаций

    В любом случае выпрямления — однофазного или многофазного — величина напряжения переменного тока, смешанного с выходным напряжением постоянного тока выпрямителя, называется напряжением пульсаций . В большинстве случаев, поскольку желаемой целью является «чистый» постоянный ток, пульсации напряжения нежелательны. Если уровни мощности не слишком велики, можно использовать фильтрующие сети для уменьшения пульсаций выходного напряжения.

    1-импульсные, 2-импульсные и 6-импульсные блоки

    Иногда метод выпрямления называют путем подсчета количества выходных «импульсов» постоянного тока на каждые 360 o электрического «оборота».Таким образом, однофазная схема однополупериодного выпрямителя будет называться 1-импульсным выпрямителем , поскольку она вырабатывает один импульс в течение времени одного полного цикла (360 o ) формы волны переменного тока. Однофазный двухполупериодный выпрямитель (независимо от конструкции, с центральным отводом или мостом) будет называться двухимпульсным выпрямителем , поскольку он выдает два импульса постоянного тока в течение одного периода переменного тока. Трехфазный двухполупериодный выпрямитель будет называться 6-импульсным блоком .

    Фазы цепи выпрямителя

    Современное электротехническое соглашение дополнительно описывает функцию схемы выпрямителя, используя обозначение с тремя полями: фаз , путей и количество импульсов .Однофазная схема однополупериодного выпрямителя имеет несколько загадочное обозначение 1Ph2W1P (1 фаза, 1 путь, 1 импульс), что означает, что напряжение питания переменного тока является однофазным, что ток на каждой фазе линий питания переменного тока движется только в одном направлении (путь), и что на каждые 360 90 101 o 90 102 электрического вращения производится один импульс постоянного тока. Однофазная двухполупериодная схема выпрямителя с центральным отводом будет обозначаться как 1Ph2W2P в этой системе обозначений: 1 фаза, 1 путь или направление тока в каждой половине обмотки и 2 импульса или выходного напряжения за цикл.Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель будет обозначаться как 1Ph3W2P: то же, что и для конструкции с центральным отводом, за исключением тока, может проходить 90 276 в обоих направлениях по линиям переменного тока, а не только в одном направлении. Показанная ранее схема трехфазного мостового выпрямителя будет называться выпрямителем 3Ф3В6П.

    Можно ли получить больше импульсов, чем удвоенное число фаз в цепи выпрямителя?

    Ответ на этот вопрос положительный, особенно в многофазных цепях. Благодаря творческому использованию трансформаторов наборы двухполупериодных выпрямителей могут быть соединены параллельно таким образом, что для трех фаз переменного тока будет производиться более шести импульсов постоянного тока.Фазовый сдвиг 30 o вводится с первичной обмотки на вторичную обмотки трехфазного трансформатора, когда конфигурации обмоток не одного типа. Другими словами, трансформатор, соединенный либо Y-Δ, либо Δ-Y, будет демонстрировать фазовый сдвиг 30 o , в то время как трансформатор, соединенный Y-Y или Δ-Δ, не будет. Это явление можно использовать, если один трансформатор, подключенный Y-Y, питает мостовой выпрямитель, а другой трансформатор, подключенный Y-Δ, питает второй мостовой выпрямитель, а затем запараллеливает выходы постоянного тока обоих выпрямителей.(Рисунок ниже) Поскольку формы пульсаций напряжения на выходе двух выпрямителей сдвинуты по фазе на 30 90 101 o 90 102 относительно друг друга, их наложение приводит к меньшим пульсациям, чем на любом выходе выпрямителя, рассматриваемом по отдельности: 12 импульсов на 360 90 101 o 90 102, а не только шесть:

    Схема многофазного выпрямителя: 3-фазная 2-полосная 12-импульсная (3Ph3W12P)

    Обзор

    • Выпрямление — это преобразование переменного тока (AC) в постоянный ток (DC).
    • Однополупериодный выпрямитель представляет собой схему, которая позволяет подавать на нагрузку только один полупериод формы волны переменного напряжения, что приводит к одной неизменной полярности на ней. Результирующий постоянный ток, подаваемый на нагрузку, значительно «пульсирует».
    • Двухполупериодный выпрямитель представляет собой схему, которая преобразует оба полупериода сигнала переменного напряжения в непрерывную серию импульсов напряжения той же полярности. Результирующий постоянный ток, подаваемый на нагрузку, не так сильно «пульсирует».
    • Многофазный переменный ток при выпрямлении дает гораздо более «гладкую» форму волны постоянного тока (меньшая пульсация напряжения ), чем выпрямленный однофазный переменный ток.

    Работа цепи и ее характеристики

    В период собственно 1880-х годов началась идентификация и уникальность выпрямителей. Развитие выпрямителей изобрело различные подходы в области силовой электроники. Первый диод, использованный в выпрямителе, был разработан в 1883 году.С появлением вакуумных диодов в первые дни 1900-х годов возникли ограничения для выпрямителей. Принимая во внимание, что с модификациями ртутных дуговых ламп использование выпрямителей было расширено до различных диапазонов мегаватт. И один тип выпрямителя — полупериодный выпрямитель.

    Усовершенствование вакуумных диодов показало эволюцию ртутных дуговых ламп, и эти ртутные дуговые трубки были названы выпрямительными трубками. С разработкой выпрямителей были впервые использованы многие другие материалы.Итак, это краткое объяснение того, как развивались выпрямители и как они развивались. Давайте четко и подробно объясним, что такое однополупериодный выпрямитель, его схема, принцип работы и характеристики.

    Что такое полупериодный выпрямитель?

    Выпрямитель — это электронное устройство, которое преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока. Другими словами, он преобразует переменный ток в постоянный. Выпрямитель используется почти во всех электронных устройствах. В основном он используется для преобразования напряжения сети в напряжение постоянного тока в блоке питания.При использовании постоянного напряжения работают электронные устройства. По периоду проводимости выпрямители делятся на две категории: полупериодный выпрямитель и двухполупериодный выпрямитель

    .

    Строительство

    По сравнению с двухполупериодным выпрямителем HWR является самым простым выпрямителем для конструкции. Только с одним диодом можно построить устройство.

    Конструкция HWR

    Однополупериодный выпрямитель состоит из следующих компонентов:

    • Источник переменного тока
    • Резистор на секции нагрузки
    • Диод А
    • Понижающий трансформатор А

    Источник переменного тока

    Этот источник тока подает переменный ток на всю цепь.Этот переменный ток обычно представляется как синусоидальный сигнал.

    Понижающий трансформатор

    Для увеличения или уменьшения напряжения переменного тока обычно используется трансформатор. Поскольку здесь используется понижающий трансформатор, он снижает напряжение переменного тока, а когда используется повышающий трансформатор, он повышает напряжение переменного тока с минимального уровня до высокого уровня. В HWR в основном используется понижающий трансформатор, поскольку требуемое напряжение для диода очень мало.Когда трансформатор не используется, большое напряжение переменного тока может повредить диод. В то же время в некоторых случаях можно использовать повышающий трансформатор.

    В понижающем устройстве вторичная обмотка имеет меньше витков, чем первичная обмотка. Из-за этого понижающий трансформатор снижает уровень напряжения от первичной обмотки к вторичной.

    Диод

    Использование диода в однополупериодном выпрямителе позволяет протекать току только в одном направлении, тогда как он останавливает протекание тока в другом направлении.

    Резистор

    Это устройство, которое блокирует подачу электрического тока только до определенного уровня.

    Это конструкция однополупериодного выпрямителя .

    Работа однополупериодного выпрямителя

    Во время положительного полупериода диод находится в состоянии прямого смещения и проводит ток к RL (сопротивлению нагрузки). На нагрузке возникает напряжение, равное входному сигналу переменного тока положительного полупериода.

    В качестве альтернативы, во время отрицательного полупериода диод находится в состоянии обратного смещения и через диод не протекает ток. На нагрузке появляется только входное напряжение переменного тока, и это чистый результат, который возможен во время положительного полупериода. Выходное напряжение пульсирует постоянным напряжением.

    Цепи выпрямителя

    Однофазные цепи или многофазные цепи относятся к цепям выпрямителей. Для бытовых применений используются схемы однофазных выпрямителей малой мощности, а для промышленных приложений высокого напряжения постоянного тока требуется трехфазное выпрямление.Наиболее важным применением диода с PN-переходом является выпрямление и процесс преобразования переменного тока в постоянный.

    Полуволновое выпрямление

    В однофазном однополупериодном выпрямителе протекает либо отрицательная, либо положительная половина переменного напряжения, а другая половина переменного напряжения блокируется. Следовательно, выход получает только половину волны переменного тока. Один диод требуется для однофазного однополупериодного выпрямления и три диода для трехфазного питания.Полупериодный выпрямитель производит большее количество пульсаций, чем двухполупериодные выпрямители, и для устранения гармоник требуется гораздо большая фильтрация.

    Однофазный однополупериодный выпрямитель

    Для синусоидального входного напряжения выходное постоянное напряжение без нагрузки для идеального однополупериодного выпрямителя равно

    Вэфф = Vпик / 2

    В постоянного тока = Vпик / ᴨ

    Где

    • Vdc, Vav – выходное напряжение постоянного тока или среднее выходное напряжение
    • Vpeak – пиковое значение входного фазного напряжения
    • Vrms – выходное напряжение среднеквадратичного значения

    Работа однополупериодного выпрямителя

    Диод

    PN-перехода работает только в условиях прямого смещения.Однополупериодный выпрямитель использует тот же принцип, что и диод с PN-переходом, и, таким образом, преобразует переменный ток в постоянный. В схеме однополупериодного выпрямителя сопротивление нагрузки включено последовательно с диодом PN-перехода. Переменный ток является входом однополупериодного выпрямителя. Понижающий трансформатор принимает входное напряжение, а результирующее выходное напряжение трансформатора подается на нагрузочный резистор и диод.

    Работа HWR объясняется в два этапа, которые

    • Процесс положительной полуволны
    • Процесс отрицательной полуволны
    Положительная полуволна

    При частоте 60 Гц в качестве входного напряжения переменного тока понижающий трансформатор снижает его до минимального напряжения.Таким образом, на вторичной обмотке трансформатора создается минимальное напряжение. Это напряжение на вторичной обмотке называется вторичным напряжением (Vs). Минимальное напряжение подается в качестве входного напряжения на диод.

    Когда входное напряжение достигает диода, во время положительного полупериода диод переходит в состояние прямого смещения и разрешает протекание электрического тока, тогда как во время отрицательного полупериода диод переходит в отрицательное смещение. состоянии и препятствует прохождению электрического тока.Положительная сторона входного сигнала, подаваемого на диод, такая же, как прямое постоянное напряжение, подаваемое на диод P-N. Таким же образом, отрицательная сторона входного сигнала, подаваемого на диод, такая же, как обратное постоянное напряжение, подаваемое на диод P-N

    .

    Итак, было известно, что диод проводит ток при прямом смещении и препятствует протеканию тока при обратном смещении. Точно так же в цепи переменного тока диод пропускает ток в течение положительного цикла и блокирует ток во время отрицательного цикла.Что касается +ve HWR, это не будет полностью препятствовать полупериодам -ve, оно допускает несколько сегментов полупериодов -ve или допускает минимальный отрицательный ток. Это генерация тока из-за неосновных носителей заряда, находящихся в диоде.

    Генерация тока через эти неосновные носители заряда очень минимальна, поэтому ею можно пренебречь. Эта минимальная часть из пяти полупериодов не может быть соблюдена на участке нагрузки. В практическом диоде считается, что отрицательный ток равен «0».

    Резистор в секции нагрузки использует постоянный ток, создаваемый диодом. Таким образом, резистор называется резистором электрической нагрузки, где постоянное напряжение/ток рассчитывается на этом резисторе (R L ). Электрическая мощность рассматривается как электрический коэффициент цепи, в которой используется электрический ток. В HWR резистор использует ток, создаваемый диодом. Из-за этого резистор называется нагрузочным резистором. R L в HWR используется для ограничения или ограничения дополнительного постоянного тока, генерируемого диодом.

    Таким образом, был сделан вывод, что выходной сигнал в однополупериодном выпрямителе представляет собой непрерывные + пять полупериодов, которые имеют синусоидальную форму.

    Отрицательная полуволна

    Работа и конструкция однополупериодного выпрямителя в отрицательном направлении почти идентичны выпрямителю с положительной полуволной. Единственный сценарий, который здесь будет изменен, — это направление диода.

    При частоте 60 Гц в качестве входного переменного напряжения понижающий трансформатор снижает его до минимального напряжения.Таким образом, на вторичной обмотке трансформатора создается минимальное напряжение. Это напряжение на вторичной обмотке называется вторичным напряжением (Vs). Минимальное напряжение подается в качестве входного напряжения на диод.

    Когда входное напряжение достигает диода, во время отрицательного полупериода диод переходит в состояние прямого смещения и разрешает протекание электрического тока, тогда как во время положительного полупериода диод переходит в отрицательное смещение. состоянии и препятствует прохождению электрического тока.Отрицательная сторона входного сигнала, подаваемого на диод, такая же, как прямое постоянное напряжение, подаваемое на диод P-N. Точно так же положительная сторона входного сигнала, подаваемого на диод, такая же, как обратное постоянное напряжение, подаваемое на диод P-N

    .

    Итак, было известно, что диод проводит ток при обратном смещении и препятствует протеканию тока при прямом смещении. Точно так же в цепи переменного тока диод позволяет протекать току в течение цикла -ve и блокирует протекание тока во время цикла +ve.Что касается -ve HWR, он не будет полностью препятствовать +ve полупериодам, он допускает несколько сегментов +ve полупериодов или допускает минимальный положительный ток. Это генерация тока из-за неосновных носителей заряда, находящихся в диоде.

    Генерация тока через эти неосновные носители заряда очень минимальна, поэтому ею можно пренебречь. Эта минимальная часть +ve полупериодов не может наблюдаться на участке нагрузки. В практическом диоде считается, что положительный ток равен «0».

    Резистор в секции нагрузки использует постоянный ток, создаваемый диодом. Таким образом, резистор называется резистором электрической нагрузки, где постоянное напряжение/ток рассчитывается на этом резисторе (R L ). Электрическая мощность рассматривается как электрический коэффициент цепи, в которой используется электрический ток. В HWR резистор использует ток, создаваемый диодом. Из-за этого резистор называется нагрузочным резистором. R L в HWR используется для ограничения или ограничения дополнительного постоянного тока, генерируемого диодом.

    В идеальном диоде полупериоды +ve и -ve на выходе кажутся похожими на полупериоды +ve и -ve. Но в практических сценариях полупериоды +ve и -ve несколько отличаются от входного циклов и это незначительно.

    Таким образом, был сделан вывод, что выходной сигнал в однополупериодном выпрямителе представляет собой непрерывные полупериоды, которые имеют синусоидальную форму. Итак, на выходе однополупериодного выпрямителя есть непрерывные синусоидальные сигналы +ve и -ve, а не чистый сигнал постоянного тока, а в пульсирующей форме.

    Работа однополупериодного выпрямителя

    Это пульсирующее значение постоянного тока изменяется в течение короткого периода времени.

    Работа однополупериодного выпрямителя

    Во время положительного полупериода, когда вторичная обмотка верхнего конца положительна по отношению к нижнему концу, диод находится в состоянии прямого смещения и проводит ток. Во время положительных полупериодов входное напряжение прикладывается непосредственно к сопротивлению нагрузки, когда предполагается, что прямое сопротивление диода равно нулю.Формы выходного напряжения и выходного тока такие же, как и у входного напряжения переменного тока.

    Во время отрицательного полупериода, когда вторичная обмотка нижнего конца положительна по отношению к верхнему концу, диод находится в состоянии обратного смещения и не проводит ток. В течение отрицательного полупериода напряжение и ток на нагрузке остаются нулевыми. Величина обратного тока очень мала и ею пренебрегают. Таким образом, во время отрицательного полупериода мощность не подается.

    Серия положительных полупериодов представляет собой выходное напряжение, которое развивается на сопротивлении нагрузки. Выход представляет собой пульсирующую волну постоянного тока, и для создания гладкой выходной волны используются фильтры, которые должны быть поперек нагрузки. Если входная волна имеет полупериод, то он известен как однополупериодный выпрямитель.

    Схемы трехфазного однополупериодного выпрямителя

    Для трехфазного однополупериодного неуправляемого выпрямителя требуется три диода, каждый из которых подключен к фазе. Цепь трехфазного выпрямителя страдает от большого количества гармонических искажений как на соединениях постоянного, так и переменного тока.В выходном напряжении на стороне постоянного тока имеется три отдельных импульса за цикл.

    Трехфазный HWR в основном используется для преобразования трехфазной мощности переменного тока в трехфазную мощность постоянного тока. При этом вместо диодов используются переключатели, которые называются неуправляемыми переключателями. Здесь неуправляемые переключатели соответствуют тому, что не существует способа регулирования времени включения и выключения переключателей. Это устройство построено с использованием трехфазного источника питания, который подключен к трехфазному трансформатору, где вторичная обмотка трансформатора всегда соединена звездой.

    Здесь используется только соединение звездой по той причине, что нейтральная точка необходима для повторного подключения нагрузки к вторичной обмотке трансформатора, что обеспечивает обратное направление потока мощности.

    Общая конструкция 3-фазного HWR, обеспечивающего чисто резистивную нагрузку, показана на рисунке ниже. В конструктивном плане каждая фаза трансформатора рассматривается как отдельный источник переменного тока.

    КПД трехфазного трансформатора составляет почти 96.8%. Хотя эффективность трехфазного HWR больше, чем у однофазного HWR, она меньше, чем производительность трехфазного двухполупериодного выпрямителя.

    Характеристики трехфазного однополупериодного выпрямителя HWR

    Характеристики однополупериодного выпрямителя для следующих параметров

    PIV (пиковое обратное напряжение)

    В условиях обратного смещения диод должен выдерживать максимальное напряжение. Во время отрицательного полупериода ток через нагрузку не протекает.Таким образом, на диоде появляется все напряжение, потому что на сопротивлении нагрузки нет падения напряжения.

    PIV однополупериодного выпрямителя = V SMAX

    Это PIV однополупериодного выпрямителя .

    Средний и пиковый ток в диоде

    Предположим, что напряжение на вторичной обмотке трансформатора синусоидальное и его пиковое значение равно V SMAX . Мгновенное напряжение, подаваемое на однополупериодный выпрямитель, равно

    .

    Vs = V SMAX Вес Sin

    Ток, протекающий через сопротивление нагрузки, равен

    I MAX = V SMAX / (R F +R L )

    Положение

    Регулирование представляет собой разницу между напряжением холостого хода и напряжением при полной нагрузке по отношению к напряжению при полной нагрузке, а процентное регулирование напряжения задается как

    .

    %Регулировка = {(Vбез нагрузки – Vполная нагрузка) / Vполная нагрузка} *100

    Эффективность

    Отношение входного переменного тока к выходному постоянному току известно как эффективность (?).

    ?= Pdc/Pac

    Мощность постоянного тока, подаваемая на нагрузку, равна

    .

    Pdc = I 2 dc R L = (I MAX /ᴨ) 2 R L

    Вход переменного тока на трансформатор,

    Pac=рассеиваемая мощность на сопротивлении нагрузки + рассеиваемая мощность на переходном диоде

    = I 2 RMS R F + I 2 RMS R L = {I 2 MAX /4} [R F + R L ]

    ?= Pdc/Pac = 0.406/{1+R F /R L }

    КПД однополупериодного выпрямителя составляет 40,6%, если пренебречь R F .

    Коэффициент пульсации (γ)

    Содержимое пульсации определяется как количество содержимого переменного тока, присутствующего в выходном постоянном токе. Чем меньше коэффициент пульсаций, тем выше производительность выпрямителя. Значение коэффициента пульсации равно 1,21 для однополупериодного выпрямителя.

    Мощность постоянного тока, генерируемая HWR, представляет собой не точный сигнал постоянного тока, а пульсирующий сигнал постоянного тока, и в форме пульсирующего постоянного тока существуют пульсации.Эти пульсации можно уменьшить, используя фильтрующие устройства, такие как катушки индуктивности и конденсаторы.

    Для расчета количества пульсаций в сигнале постоянного тока используется коэффициент, называемый коэффициентом пульсаций, который представлен как γ . Когда коэффициент пульсации высокий, он показывает расширенную пульсирующую волну постоянного тока, тогда как минимальный коэффициент пульсации показывает минимальную пульсирующую волну постоянного тока,

    Когда значение γ очень мало, это означает, что выходной постоянный ток почти такой же, как чистый постоянный сигнал.Таким образом, можно утверждать, что чем ниже коэффициент пульсаций, тем более плавным является сигнал постоянного тока.

    В математической форме этот коэффициент пульсаций обозначается как отношение среднеквадратичного значения секции переменного тока к секции постоянного тока выходного напряжения.

    Коэффициент пульсации = среднеквадратичное значение секции переменного тока / среднеквадратичное значение секции постоянного тока

    I 2 = I 2 = I 2 DC + I 2 1 + I 2 2 + I 2 4 = I 2 DC + I 2 ак

    γ = I AC / I DC = (I 2 — I 2 — I 2 DC ) / I DC = {(I RMS / I 2 DC ) / Idc = {(I среднеквадратичное значение /I 2 постоянный ток )-1} = k f 2 -1)

    Где kf – форм-фактор

    kf = Irms / Iavg = (Imax/2)/ (Imax/ᴨ) =ᴨ/2 = 1.57

    Итак, γ = (1,572 – 1) = 1,21

    Коэффициент использования трансформатора (TUF)

    Определяется как отношение мощности переменного тока, подаваемой к нагрузке, и номинального переменного тока вторичной обмотки трансформатора. TUF однополупериодного выпрямителя составляет около 0,287.

    HWR с конденсаторным фильтром

    В соответствии с общей теорией, которая обсуждалась выше, на выходе однополупериодного выпрямителя есть пульсирующий сигнал постоянного тока. Это получается, когда HWR работает без применения фильтра.Фильтры — это устройства, которые используются для преобразования пульсирующего сигнала постоянного тока в устойчивые сигналы постоянного тока, что означает (преобразование пульсирующего сигнала в плавный сигнал). Этого можно достичь путем подавления пульсаций постоянного тока, возникающих в сигнале.

    Несмотря на то, что эти устройства теоретически можно использовать без фильтров, их предполагается реализовать для любых практических приложений. Поскольку устройству постоянного тока потребуется устойчивый сигнал, пульсирующий сигнал необходимо преобразовать в плавный, чтобы его можно было использовать в реальных приложениях.По этой причине HWR используется с фильтром в практических сценариях. Вместо фильтра можно использовать катушку индуктивности или конденсатор, но чаще всего используется HWR с конденсатором.

    На приведенном ниже рисунке показана принципиальная схема конструкции однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром и то, как он сглаживает пульсирующий сигнал постоянного тока.

    Преимущества и недостатки

    По сравнению с двухполупериодным выпрямителем, однополупериодный выпрямитель не так часто используется в приложениях.Хотя плюсов в этом устройстве немного. Преимущества однополупериодного выпрямителя : :

    • Дешево – поскольку используется минимальное количество компонентов
    • Простой — по той причине, что схема полностью проста.
    • Простота в использовании – простая конструкция упрощает использование устройства
    • Небольшое количество компонентов

    недостатки однополупериодного выпрямителя :

    • В секции нагрузки выходная мощность включена в состав как постоянного, так и переменного тока, где базовый уровень частоты аналогичен уровню частоты входного напряжения.Кроме того, будет увеличен коэффициент пульсации, что означает, что шум будет высоким, и потребуется расширенная фильтрация для обеспечения постоянного выхода постоянного тока.
    • Так как отдача мощности будет только во время одного полупериода входного переменного напряжения, их производительность по выпрямлению минимальна, а также будет меньше выходная мощность.
    • Однополупериодный выпрямитель имеет минимальный коэффициент использования трансформатора
    • В сердечнике трансформатора происходит насыщение по постоянному току, что приводит к току намагничивания, потерям на гистерезис, а также к развитию гармоник.
    • Мощность постоянного тока, подаваемая от однополупериодного выпрямителя, недостаточна для генерирования даже обычной мощности источника питания. Принимая во внимание, что это может быть использовано для нескольких приложений, таких как зарядка аккумулятора.

    Приложения

    Основным применением однополупериодного выпрямителя является получение мощности переменного тока от мощности постоянного тока. Выпрямители в основном используются во внутренних цепях источников питания почти в каждом электронном устройстве. В источниках питания выпрямитель обычно располагается последовательно, то есть состоит из трансформатора, сглаживающего фильтра и регулятора напряжения.Несколько других приложений HWR:

    • Использование выпрямителя в блоке питания позволяет преобразовывать переменный ток в постоянный. Мостовые выпрямители широко используются в крупных приложениях, где они обладают способностью преобразовывать переменное напряжение высокого уровня в минимальное постоянное напряжение.
    • Внедрение HWR позволяет получить необходимый уровень постоянного напряжения за счет понижающих или повышающих трансформаторов.
    • Это устройство также используется для сварки железных цепей, а также используется в средствах от комаров, чтобы проталкивать свинец для паров.
    • Используется на AM-радиоустройстве для целей обнаружения
    • Используется в качестве цепей зажигания и генерации импульсов
    • Реализован в усилителях напряжения и устройствах модуляции.

    Это все о схеме однополупериодного выпрямителя и работе с его характеристиками. Мы считаем, что информация, представленная в этой статье, поможет вам лучше понять этот проект. Кроме того, по любым вопросам, касающимся этой статьи или любой помощи в реализации проектов в области электротехники и электроники, вы можете обратиться к нам, оставив комментарий в разделе комментариев ниже.Вот вопрос к вам, какова основная функция однополупериодного выпрямителя?

    [Решено] Однофазный двухполупериодный выпрямитель использует полупроводниковые диоды

    Концепция :

    Значения X C и R выбраны так, что |X C | < < R L

    , т. е. \(\frac{1}{{{\omega _o}C}} <<{R_L}\) для однополупериодного выпрямителя

          \(\frac{1}{{2{\omega _o}C}} <<{R_L}\) для двухполупериодного выпрямителя

    • Поскольку конденсатор (C) и R L включены параллельно, они образуют цепь делителя тока.
    • Для высоких частот конденсатор будет действовать как короткое замыкание, т.е. большая часть тока I ac протекает через конденсатор, а очень небольшой переменный ток проходит через R L .
    • Аналогично, поскольку конденсатор ведет себя как разомкнутая цепь для постоянного тока, I DC будет течь через R L .


    В следующей таблице показаны различные отношения для FWR и HWR.

     

    HWR

    ФВР

    Напряжение пульсаций (В r )

    \(\ frac{{{I_{DC}}}}{{2{f_o}C}}\)

    \(\ frac{{{I_{DC}}}}{{2{f_o}c}}\)

    Коэффициент пульсации (r)

    \(\frac{1}{{2\;\sqrt 3 {f_o}C{R_L}}}\)

    \(\frac{1}{{2\;\sqrt 3 {f_0}C{R_L}\;}}\)

    Выходное напряжение постоянного тока (В DC )

    \({V_m} — \frac{{{I_{DC}}}}{{2{f_o}c}}\)

    \({V_m} — \frac{{{I_{DC}}}}{{4\;{f_o}c}}\)


    Расчет :

    В эфф.

    0 comments on “Однофазный двухполупериодный выпрямитель: 3.3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.