Типы выпрямителей переменного тока.

Какие бывают выпрямители?

Ещё в начале ХХ века имел место очень принципиальный спор между корифеями электротехники. Какой ток выгоднее передавать потребителю на большие расстояния: постоянный или переменный? Научный спор выиграли сторонники передачи переменного тока по проводам высоковольтных линий от подстанции к потребителю. Эта система принята во всём мире и успешно эксплуатируется до сих пор.

Но большинство электронной техники и не только бытовой, но и промышленной питается постоянными напряжениями и это привело к созданию целой отрасли электрики – преобразование (выпрямление) переменного тока. После того как электронная лампа была забыта, главным элементом любого выпрямителя стал полупроводниковый диод.

Схемотехника выпрямителей весьма обширна, но самым простым является однополупериодный выпрямитель.

Однополупериодный выпрямитель.

Напряжение с вторичной обмотки силового трансформатора подаётся на один единственный диод. Вот схема.

Поэтому выпрямитель и назван однополупериодным. Выпрямляется только

один полупериод и на выходе получается импульсное напряжение. Форма его показана на рисунке.

Схема проста и не требует большого количества элементов. Это и сказывается на качестве выпрямленного напряжения. При низких частотах переменного напряжения (например, как в электросети — 50 Гц) выпрямленное напряжение получается сильно пульсирующим. А это очень плохо.

Для того чтобы снизить величину пульсации выпрямленного напряжения приходится брать величину конденсатора С1 очень большую, порядка 2000 – 5000 микрофарад, что увеличивает размер блока питания, так как электролиты на 2000 — 5000 мкф имеют довольно большие размеры. Поэтому на низких частотах эта схема практически не используется. Зато однополупериодные выпрямители прекрасно зарекомендовали себя в импульсных блоках питания работающих на частотах 10 – 15 кГц (килогерц). На таких частотах величина ёмкости фильтра может быть очень небольшой, а простота схемы уже не столь сильно влияет на качество выпрямленного напряжения.

Примером использования однополупериодного выпрямителя может служить простой зарядник от сотового телефона. Так как зарядник сам по себе маломощный, то в нём применяется однополупериодная схема, причём как во входном сетевом выпрямителе 220V (50Гц), так и в выходном, где требуется выпрямить переменное напряжение высокой частоты со вторичной обмотки импульсного трансформатора.

К несомненным достоинствам такого выпрямителя следует отнести минимум деталей, низкую стоимость и простые схемные решения. В обычных (не импульсных) блоках питания многие десятилетия успешно работают двухполупериодные выпрямители.

Двухполупериодные выпрямители.

Они бывают двух схемных решений: выпрямитель со средней точкой и мостовая схема, известная, как схема Гретца. Выпрямитель со средней точкой требует более сложного в исполнении силового трансформатора, хотя диодов там используется в два раза меньше чем в мостовой схеме. К недостаткам двухполупериодного выпрямителя со средней точкой можно отнести то, что для получения одинакового напряжения, число витков во вторичной обмотке трансформатора должно быть в два раза больше, чем при использовании мостовой схемы. А это уже не совсем экономично с точки зрения расходования медного провода.

Далее на рисунке показана типовая схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой.

Величина пульсаций выпрямленного напряжения меньше чем у однополупериодного выпрямителя и величину конденсатора фильтра так же можно использовать гораздо меньшую. Наглядно увидеть, как работает двухполупериодная схема можно по рисунку.

Как видим, на выходе выпрямителя уже в два раза меньше «провалов» напряжения — тех самых пульсаций.

Активно применяется схема выпрямителя со средней точкой в выходных выпрямителях импульсных блоков питания для ПК. Так как во вторичной обмотке высокочастотного трансформатора требуется меньшее число витков медного провода, то гораздо эффективнее применять именно эту схему. Диоды же применяются сдвоенные, т.е. такие, у которых общий корпус и три вывода (два диода внутри). Один из выводов — общий (как правило катод). По виду сдвоенный диод очень похож на транзистор.

Наибольшую популярность приобрела в бытовой и промышленной аппаратуре мостовая схема. Взгляните.

Можно без преувеличения сказать, что это самая распространённая схема. На практике вы с ней ещё не раз встретитесь. Она содержит четыре полупроводниковых диода, а на выходе, как правило, ставится RC-фильтр или только электролитический конденсатор для сглаживания пульсаций напряжения.

О данной схеме уже рассказывалось на странице про диодный мост. Стоит отметить, что и у мостовой схемы есть недостатки. Как известно, у любого полупроводникового диода есть так называемое прямое падение напряжения (Forward voltage drop — V_F). Для обычных выпрямительных диодов оно может быть 1 — 1,2 V (зависит от типа диода). Так вот, при использовании мостовой схемы на диодах теряется напряжение, равное 2 x V_F, т.е. около 2 вольт. Это происходит потому, что в выпрямлении одной полуволны переменного тока участвуют 2 диода (затем другие 2). Получается, что на диодном мосте теряется часть напряжения, которое мы снимаем со вторичной обмотки трансформатора, а это явные потери. Поэтому

в некоторых случаях в составе диодного моста применяются диоды Шоттки, у которых прямое падение напряжения невелико (около 0,5 вольта). Правда, стоит учесть, что диод Шоттки не рассчитан на большое обратное напряжение и очень чувствителен к его превышению.

Большой интерес вызывает выпрямитель с удвоением напряжения.

Выпрямитель с удвоением напряжения.

Принцип удвоителя напряжения Латура-Делона-Гренашера основан на поочерёдном заряде-разряде конденсаторов С1 и С2 разными по полярности полуволнами входного напряжения. В результате между катодом одного диода и анодом второго диода возникает напряжение в два раза превышающее входное. Схема в студию:)

Стоит отметить, что данная схема применяется в блоках питания нечасто. Но её можно смело использовать, если необходимо вдвое увеличить напряжение, которое снимается со вторичной обмотки трансформатора. Это будет более логичным и правильным решением, чем перематывать вторичную обмотку трансформатора с целью увеличить выходное напряжение вторичной обмотки в 2 раза (ведь при этом придётся наматывать вторичную обмотку с вдвое большим числом витков). Так что, если не удалось найти подходящий трансформатор — смело применяем данную схему.

Развитием схемы стало создание умножителя на полупроводниковых диодах.

Умножитель напряжения.

Каждый диод и конденсатор образуют «звено» и эти звенья можно соединять последовательно до получения напряжения в несколько десятков киловольт. Конечно, для этого входное напряжение тоже должно быть достаточно большим.

На рисунке изображён четырёхзвенный умножитель и на выходе мы получаем напряжение в четыре раза превышающее входное (U). Эти выпрямители получили большое распространение там, где нужно получить высокое напряжение при достаточно малом токе. Например, по такой схеме были выполнены источники высокого напряжения в старых телевизорах и осциллографах для питания анода электронно-лучевой трубки.

Сейчас такие источники питания используются в научных лабораториях, в детекторах элементарных частиц, в медицинской аппаратуре (люстра Чижевского) и в оружии самообороны (электрошокер). При повторении подобных конструкций и подборе деталей, следует

учитывать рабочее напряжение, как диодов, так и конденсаторов исходя из напряжения, которое вы хотите получить. Весь умножитель, как правило, заливается специальным компаундом или эпоксидной смолой во избежание высоковольтных пробоев между элементами схемы.

Для нормальной работы некоторых устройств как, например, люстры Чижевского необходимы достаточно высокие напряжения. Как считают специалисты, излучатель отрицательных аэроионов, эффективен только при напряжении не менее 60 киловольт.

Трёхфазные выпрямители.

Устройства, которые используются для получения постоянного тока из переменного трёхфазного тока, называются трёхфазными выпрямителями. Трёхфазные выпрямители в бытовой технике, конечно, не используются. Единственный прибор, который может использоваться в быту это сварочный аппарат. В качестве трёхфазных выпрямителей используются наработки двух известных электротехников Миткевича и Ларионова. Самая простая схема Миткевича называется «три четверти моста параллельно», что означает три силовых диода включенных параллельно через вторичные обмотки трёхфазного трансформатора. Схема.

Коэффициент пульсаций на нагрузке очень мал, что позволяет использовать конденсаторы фильтра небольшой ёмкости и малых габаритов.

Более сложной является схема Ларионова, которая называется «три полумоста параллельно», что это такое хорошо видно из рисунка.

В схеме используется уже шесть диодов и немного другая схема включения. Вообще схем трёхфазных выпрямителей достаточно много и наиболее совершенной, хотя редко употребляемой является схема «шесть мостов параллельно», а это уже 24 диода! Зато эта схема может выдавать высокое напряжение при большой мощности.

Трёхфазные мощные выпрямители используются в электровозах, городском электротранспорте (трамвай, троллейбус, метро), в промышленных установках для электролиза. Так же промышленные системы очистки газовых смесей, буровое и сварочное оборудование используют трёхфазные выпрямители.

Теперь вы знаете, какие бывают выпрямители переменного тока и сможете легко обнаружить их на принципиальной схеме или печатной плате любого прибора. А для тех, кто хочет знать больше, рекомендуем ознакомиться с книгой «Полупроводниковые выпрямители».

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

4.10. Выпрямление переменного тока и напряжения

Рассмотрим работу нескольких простейших выпрямителей

Работа однополупериодного выпрямителя на r-нагрузку

Пусть дана схема (рис. 4.47), вольтамперная характеристика диода (рис. 4.48) и напряжение источника u(t) = U_m sint. Поставим задачу: определить ток в цепи и напряжение на нагрузке. Используем графический метод для расчета тока.

Графические построения просты и понятны (рис. 4.48). При синусоидальном напряжении источника ток в цепи несинусоидален. Видно, что ток однополярен. Если этот ток умножить на сопротивление (r), то получим напряжение на нагрузке. Если пренебречь заштрихованной площадкой то в интервале (p – 2p) ток будет равен нулю (рис. 4.49).

Определим среднее значение выпрямленного тока:

.

Для сравнения, среднее значение синусоидального тока равно:

.

Действующее значение выпрямленного тока равно:

.

Видно, действующее значение выпрямленного тока в раз меньше, чем переменного тока.

С принятыми допущениями КПД этого выпрямителя равен:

,

где

.

Тогда окончательно:

Работа однополупериодного выпрямителя на rL-нагрузку

Введем в цепь индуктивность (рис. 4.50) и решим ту же задачу.

Дано: u = Um sinwt, L, r, BAX. Определим ток i., и напряжение u_r.

Применим метод кусочно-линейной аппроксимации. Расчет начнем с момента времени t = 0. В этот момент диод открывается и его сопротивление становится равным нулю.

Задача решается так же, как и при расчете переходного процесса.

Решение здесь приводить не будем, дадим только конечное выражение для тока:

.

Первое слагаемое в этом выражении – свободная составляющая, а второе слагаемое – принужденная составляющая, которая считается по схеме замещения (рис. 4.51) комплексно-символическим методом. Постоянную интегрирования А найдем из начальных условий:

.

Откуда:

.

Выражение для тока примет вид:

,

где p = -r/L.

Построим этот ток (рис. 4.52, штриховая линия). Решение для тока справедливо пока ток больше нуля i(t) > 0. При возрастании индуктивности (рис. 4.53) ампер-секундная площадка не изменяется, а только деформируется.

Использование L-элемента в однополупериодном выпрямителе для улучшения качества выпрямленного тока позволяет уменьшить коэффициент амплитуды К_а, но не обеспечивает идеальное выпрямление переменного тока.

Работа однополупериодного выпрямителя на rC-нагрузку

Введем в схему однополупериодного выпрямителя емкость С, включенную параллельно нагрузке (рис. 4.54). Расчет также начнем с момента отпирания диода. Применим метод кусочно-линейной аппроксимации.

Пусть в некоторый момент времени t₁ рабочая точка на характеристике диода переходит в первый квадрант, выполняется условие: j_a>j_к.

Сопротивление диода становится равным нулю: .

Напряжение источника становится равным напряжению на конденсаторе и на нагрузке:

.

Ток равен:

В цепях с конденсатором при первом включении на напряжение наблюдается некорректная коммутация, которая сопровождается скачками тока больших величин. Если С > 1000 мкФ выпрямитель необходимо защищать от этих скачков.

В момент времени, когда входное напряжение достигает максимальной величины:

,

потенциал катода становится больше потенциала анода: j_к > j_а. При этом ключ (диод) размыкается. Разряд конденсатора можно описать уравнением (рис. 4.55):

.

заряд будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на конденсаторе будет больше входного напряжения: u_c(t) > u(t). Влияние величины емкости на скорость разряда конденсатора показано на (рис. 4.56). Использование ёмкостного элемента, включенного к нагрузке однополупериодного выпрямителя, позволяет обеспечить сглаживание выпрямленного напряжения и выполнить поставленную задачу в определенном диапазоне нагрузок.

Схемы однофазных выпрямителей

Рассмотрим наиболее распространенные схемы однофазных выпрямителей.

1.

Двухполупериодный выпрямитель (рис. 4.57).

Дано: напряжение , сопротивление R_н, диоды 1, 2, 3, 4 и их вольтамперные характеристики.

Требуется определить U_н и i_н.

Проанализируем цепь методом кусочно-линейной аппроксимации. Расчет начнем с момента времени t = 0.

При_{верхний зажим становится положительным. Образуется контур протекания тока. Отпираются диоды 1 и 2. Напряжение на нагрузке равно:}

При входное напряжение становится меньше нуля: ._{Диоды 1 и 2 запираются, а 3 и 4 отпираются. Напряжение на нагрузке становится равным:}

.

В дальнейшем процессы повторяются. Временные диаграммы приведены на (рис. 4.58).

Проанализируем воздействие С – эле­ментов на кривые выходного напряжения (рис. 4.59). При двухполупериодном выпрямлении качество выпрямленного напряжения можно обеспечить меньшими значениями реактивных элементов. Главным недостатком этого выпрямителя является то, что уровень выпрямленного напряжения зависит от входного напряжения.

2.

Этого недостатка нет в схеме (рис. 4.60), так как с помощью трансформатора можно получить любое напряжение на вторичной обмотке изменением коэффициента трансформации.

Коэффициент трансформации равен:

.

Выбирая К_Т, можно сформировать любое U₂:

Процессы в схеме (рис. 4.60) полностью аналогичны предыдущей (рис. 4.57), там, где были включенными диоды 1 и 2, здесь будет включен диод 1.

С помощью трансформаторного элемента входная цепь с напряжением U₁ гальванически развязывается с выходной цепью с напряжением U_н.

Если какую-то точку выходной цепи соединить с землей, то тогда электромагнитный импульс, поступивший во входную цепь, не приведет к перераспределению потенциалов в выходной цепи. Электромагнитным импульсом может быть грозовой разряд, сварочная дуга, внезапные короткие замыкания в цепи или обрывы.

Электромагнитный импульс распространяется без проводов и наводится в электрическую цепь благодаря реактивным элементам.

Схемы трехфазных выпрямителей

Рассмотрим однополупериодный трехфазный выпрямитель (рис. 4.61). Исходная информация для расчетов задается аналогично.

Дано: входное фазное напряжение , сопротивление нагрузки R_н, диоды 1, 2, 3 и их ВАХ.

Определить напряжение нагрузки u_н.

Расчет этого выпрямителя начнем с момента времени . С этого момента при напряжение больше всех остальных напряжений, поэтому напряжение нагрузки равно:

.

С момента времени напряжение больше всех остальных. Поэтому напряжение нагрузки равно:

.

Дальнейшие расчеты понятны, а временная диаграмма показана на (рис. 4.62). Кривая выходного напряжения однополярна, она колеблется от амплитудного значения до его половины. Этим напряжением уже можно питать такие нагрузки, как двигатель постоянного тока, у которого наблюдается малая зависимость скорости вращения от коэффициента пульсаций.

Рассмотрим трехфазный двухполупериодный выпрямитель (рис. 4.63, схема Ларионова).

Схема (рис. 4.63) работает аналогично предыдущей (рис. 4.61).

В интервале точек 1 – 2 (рис. 4.64) кривая напряжения u_c инвертируется. Поэтому выходное напряжение u_н имеет еще меньший коэффициент пульсаций по сравнению со схемой (см. рис. 4.62).

Для большинства общетехнических установок эта кривая удовлетворяет стандартам и не требует дополнительной фильтрации.

Качественные показатели выходного напряжения выпрямителей

Главным показателем качества выходного напряжения является коэффициент пульсаций, который равен отношению разности максимального и минимального значений выходного напряжения к его номинальному значению:

.

Следующим показателем является коэффициент искажения, который равен отношению действующего значения напряжения первой гармоники к действующему значению напряжения:

.

Коэффициент гармоник оценивает содержание высших гармоник в напряжении и равен отношению всех высших гармоник к основной гармонике:

Коэффициент полезного действия:

.

Коэффициент мощности:

Мощность искажения:

.

Выпрямители переменного тока

Выпрямители переменного тока

Подробности

Категория: Электротехника

Выпрямители переменного тока

Электростанции вырабатывают переменный ток. Однако 25-30% электрической энергии используется в устройствах, работающих на постоянном токе. Для преобразования переменного тока в постоянный ток применяют выпрямители.
Для выпрямления переменного тока раньше использовались электромагнитные преобразователи, ртутные, ионные, электронные лампы. В настоящее время в основном применяются полупроводниковые выпрямители. Они проще по конструкции, меньше по размерам, надежнее при эксплуатации, удобнее при обслуживании и имеют более высокий КПД.

Полупроводники по электропроводимости занимают промежуточное место между проводниками и изоляторами. Для них характерно наличие двух типов проводимости: электронной, или  n-проводимости, за счет свободных электронов; дырочной, или p-проводимости, за счет валентных электронов (дырок). Введение определенных примесей позволяет получать полупроводники проводимости n— или p-типа. Если полупроводник имеет две зоны с различными типами проводимости, то на их границе образуется n-p-переход, обладающий односторонней проводимостью электрического тока.

Действительно, при подключении положительного полюса источника к зоне с проводимостью р-типа, а отрицательного — к зоне с проводимостью n-типа дырки будут отталкиваться положительным потенциалом источника тока, а электроны — отрицательным. В результате этого они движутся навстречу друг другу, частично рекомбинируя в зоне перехода, а затем притягиваются к электродам источника питания, обеспечивая прохождение электрического тока через диод (рис. справа, а). Если же последний подключить иначе (рис. справа, б), то зона перехода обедняется носителями зарядов, а его сопротивление резко возрастает и ток через диод не проходит.

Одностороннюю проводимость диода демонстрируют с помощью установки, схематически изображенной на рис. слева.

Такая конструкция диода имеет специфическую зависимость тока от напряжения и имеет вид «клюшки». Для резистора вольт-амперная характеристика имеет вид прямой линии.

 

Для наблюдения
осциллограммы вольт-амперной характеристики диода, выражающей зависимость величины проходящего через него тока от приложенного напряжения, собирают установку, изображенную на рис. справа, а. Используя вольт-амперную характеристику диода, можно объяснить его свойство выпрямлять переменный ток, нарисовав графики тока и напряжения (рис. справа, б). Если включить генератор развертки осциллографа в установке, то можно наблюдать осциллограмму выпрямленного тока.

Для проводника развернутая диаграмма тока имеет вид синусоиды. 

С помощью выпрямителей получают пульсирующий ток, направление которого не меняется, а меняется величина.  Для  того, чтобы сгладить   пульсацию   тока, последовательно  с диодом включают дроссель (катушка с сердечником), а параллельно — конденсаторы большой емкости (рис. слева). Дроссель и конденсаторы представляют собой фильтр, который сглаживает пульсацию тока. На выходе выпрямителя получают постоянный ток по величине и направлению.

Для выпрямления переменного тока используют три вида выпрямителей: однополупериодный (рис. справа, а), двухполупериодный со средней точкой (рис. справа, б) и двухполупериодный по мостовой схеме (рис. справа, в).
Полупроводниковые диоды разнообразны по конструкции и назначению. Для сильных токов применяют плоскостные диоды, а для слабых токов — точечные диоды.

Выпрямители. Виды и устройство. Структура и особенности

Выпрямители это электротехнические устройства, которые служат для получения из переменного напряжения, постоянного. Главными компонентами выпрямителей являются вентили и трансформатор. Они создают условия протекания тока в нагрузочной цепи в одну сторону, то есть, выпрямляют его. Из переменного напряжения образуется постоянное с наличием пульсаций.

Устройство и структура выпрямителя

Чтобы сгладить полученные импульсы выпрямленного напряжения, после выхода выпрямителя подключают выравнивающий фильтр, состоящий из емкостей, дросселей и сопротивлений. Для выравнивания и регулировки полученного тока и напряжения к выходу сглаживающего фильтра подключают схему стабилизатора. Такие устройства часто подключают и на входе устройства на переменный ток.

Режимы функционирования и свойства отдельных компонентов выпрямителя, стабилизатора, регулятора и фильтра согласовывают с определенными условиями эксплуатации нагрузки потребителя. Поэтому главной задачей при проектировании устройств выпрямления является расчет соотношений, дающих возможность определить по режиму эксплуатации потребителя электрические свойства и параметры компонентов стабилизатора и других частей. Далее необходимо рассчитать эти элементы и выбрать по каталогу в торговой сети.

Рис. 1

Выпрямители в общем виде можно изобразить структурной схемой (Рис. 2), в которую входит:

1 — Силовой трансформатор.
2 — Диодный мост, состоящий из диодов.
3 — Устройство фильтрования.
4 — Нагрузочная цепь со стабилизатором.

Рис. 2

Силовой трансформатор

Это устройство предназначено для согласования напряжений на входе и выходе выпрямительного устройства (Рис. 1 — а). Другими словами, трансформатор осуществляет разделение сети нагрузки и сети питания. Существуют всевозможные варианты схем соединения обмоток этого трансформатора, выбор которых зависит от типа схемы выпрямления устройством. На величину выходного напряжения трансформатора U₂ влияет величина напряжения на выходе выпрямительного моста U_н.

Трансформатор способен выполнить гальваническую развязку частоты f₁ с сетью питания U₁, I₁, и нагрузочную цепь с U_н, I_нодновременно. В настоящее время появилась возможность проектировать и производить инверторы высокого напряжения, функционирующие на повышенной частоте и выпрямляющие напряжение. Для этого применяются схемы бестрансформаторного выпрямления, в которых блок вентилей подключается сразу к первичной сети питания.

Диодный мост

Этот блок выполняет основную функцию в устройстве выпрямителя, преобразуя переменный ток в постоянный (Рис. 1 — б). В блоке применяются чаще всего элементы в виде диодов.

На выходе блока вентилей снимается постоянное напряжение, имеющее повышенный уровень импульсов, который зависит от числа фаз сети питания и схемой выпрямителя.

Устройство фильтрования

Фильтрующая часть выпрямителя обеспечивает необходимый уровень пульсаций напряжения на выходе выпрямителя в соответствии с предъявляемыми требованиями нагрузки (Рис. 1 — в). В схеме фильтрующего устройства применяются сглаживающий дроссель или сопротивление, подключенные последовательно, и конденсаторы, подключенные параллельно выходу питания.

Однако чаще всего фильтры выполняют по схемам несколько сложнее. В маломощных выпрямителях нет необходимости в применении дросселя и резистора. В схемах выпрямителей для трехфазной сети величина импульсов меньше, тем самым становятся легче условия функционирования фильтра.

Стабилизатор напряжения

Устройство стабилизации напряжения предназначено для снижения внешнего влияния на выходное напряжение. Воздействиями могут быть: изменение частоты тока, температуры, перепады напряжения и другие факторы. В конструкции стабилизатора используются полупроводниковые элементы в виде стабилитронов, тиристоров, симисторов и других полупроводников, устройство и работа которых будет рассмотрена отдельно.

Классификация

Выпрямители, выполненные на основе полупроводниковых элементов, классифицируются по различным признакам.

По мощности на выходе:

• Повышенной мощности – свыше 100 киловатт.
• Средней мощности – менее 100 кВт.
• Малой мощности – до 0,6 киловатт.

По фазности сети питания:

• 1-фазные.
• 3-фазные.

По количеству импульсов одного полюса выпрямленного напряжения U

₂ за один период:

• Однотактные (имеют один полупериод).
• Двухтактные (два полупериода).

По типу управления вентилями выпрямители делятся на:

• Управляемые. В схеме применяются транзисторы, тиристоры.
• Неуправляемые. Используются диоды.

Выпрямители разделяют для следующих видов нагрузки:

• Активно-емкостная.
• Активно-индуктивная.
• Активная.

Расчет выпрямителя

Характер нагрузки, формы потребления тока влияют на способы расчета выпрямителя, и значительно отличаются. Расчет выпрямителя выполняется путем подбора схемы выпрямителя, вида вентилей, определения нагрузки на трансформатор, фильтр и диоды, энергетических и электрических параметров.

Ряд факторов влияет на выбор схемы прибора. Эти факторы необходимо учитывать согласно предъявляемому требованию к выпрямителю.

К таким факторам можно отнести:

• Мощность и напряжение.
• Пульсация и частота напряжения на выходе.
• Значение обратного напряжения на диодах и их количество.
• Коэффициент мощности и другие параметры.
• КПД.

Коэффициент применения трансформатора по мощности оказывает большое влияние на расчет выпрямителя. Этот параметр вычисляется формулой:

Где I_d, U_d, — средние величина выпрямленного тока и напряжения, I₁, U₁  — рабочая первичная величина тока и напряжения, I₂, U₂  – рабочая величина вторичного тока и напряжения.

При повышении коэффициента использования трансформатора размеры прибора в общем уменьшаются, а КПД увеличивается.

Схемы выпрямления

Однофазные выпрямители

Схемы приборов для подключения к питанию однофазной сети используются чаще всего для бытовых электрических устройств. В них применяются однофазные трансформаторы, функционирующие с фазой и нолем. Обе обмотки трансформатора таких приборов являются однофазными.

Однофазная однотактная схема

Однополупериодная схема чаще всего используют для выравнивания токов малой мощности (несколько миллиампер), когда нет необходимости идеального выравнивания напряжения на выходе выпрямителя. Такая схема характерна значительными пульсациями выходного напряжения и малым коэффициентом использования трансформатора.

На диаграмме видна работа однотактного выпрямителя на активную нагрузку.

Нагрузочный ток i_d под воздействием ЭДС вторичной обмотки (е₂) может пройти только за те полупериоды, на которых анод диода обладает положительным потенциалом по отношению к катоду. По диоду в первый полупериод протекает ток i_vd, а во второй полупериод ток становится нулевым (при отрицательном потенциале анода).

Напряжение на выходе выпрямителя u_d всегда ниже ЭДС обмотки е₂, из-за того, что определенная часть напряжения теряется. Наибольшее обратное сопротивление вентиля U_обрmax достигает амплитудной величины ЭДС вторичной обмотки.

Диаграммы токов обеих обмоток трансформатора аналогичны, если не считать ток намагничивания и удалить из него величину I_d, так как она не трансформируется в первичную обмотку. Из-за этой величины в сердечнике трансформатора образуется вспомогательный магнитный поток, который насыщает сердечник.

Такой эффект называется вынужденным подмагничиванием. Это можно выделить, как основной недостаток схемы. После насыщения ток намагничивания трансформатора повышается по сравнению с нормальным режимом. Повышение этого тока создает условия для увеличения сечения проводника первичной обмотки. Вследствие этого возрастают размеры трансформатора.

Похожие темы:

Применение диодов для выпрямления переменного тока

Выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный, выпрямительные схемы являются самыми простыми и наиболее распространенными диодными схемами. Простейшая выпрямительная схема показана на рис.4.4, а.

Рис.4.4. Однополупериодный выпрямитель и его временные диаграммы 

Для синусоидального входного напряжения, значительно превышающего прямое напряжение диода, выходное напряжение будет иметь вид, показанный на рис.4.4, б. Представленная схема называется однополупериодным выпрямителем, так как она пропускает на выход только одну полуволну входного сигнала.

На рис.4.5, а представлена схема двухполупериодного выпрямителя, а на рис.4.5, б показан ее выходной сигнал. Из временных диаграмм видно, что входной сигнал используется при выпрямлении полностью. На графике выходного напряжения наблюдаются интервалы с нулевым значением напряжения, они обусловлены прямым напряжением диодов. В рассматриваемой схеме два диода всегда подключены последовательно к входу, это необходимо учитываться при использовании низковольтных источников питания.

Переменная составляющая является «вредной» частью выпрямленного напряжения. Для ее уменьшения на нагрузочном резисторе, т.е. для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения применяют специальные сглаживающие фильтры. В сглаживающем фильтре, изображенном на рис.4.6, применяются конденсаторы большой емкости, через которые ответвляется переменная составляющая тока, чтобы возможно меньшая ее часть проходила в нагрузку.

Рис.4.5. Двухполупериодный выпрямитель и его временные диаграммы

 

 

 

Рис.4.6. Однополупериодный выпрямитель с фильтром

Простейший способ выпрямления переменного напряжения состоит в том, что производят заряд конденсатора через диод по схеме, показной на рис.4.6. Если такая схема работает в режиме холостого хода, то конденсатор в течение положительной полуволны заряжается практически до амплитудного значения переменного напряжения. При отрицательной полуволне диод заперт.

При подключении нагрузки в течение всего времени, когда диод заперт, происходит разряд конденсатора через сопротивление нагрузки. Когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора становится больше выходного напряжения, диод открывается и конденсатор вновь начинает заряжаться. Величина напряжения, до которого зарядится конденсатор, зависит от внутреннего сопротивления трансформатора и от сопротивления диода. На рис.4.7 представлена временная диаграмма выходного напряжения и тока диода в установившемся режиме.

Недостатком такой схемы является большая величина пульсаций. Соотношение между временем разряда и временем заряда конденсатора может быть значительно улучшено, если осуществлять заряд конденсатора во время как положительной, так и отрицательной полуволн переменного напряжения. Это достигается при использовании мостовой схемы выпрямителя, показанной на рис.4.8, а.

В течение всего времени заряда конденсатора диоды соединяют отрицательный вывод обмотки трансформатора с общей шиной питания, а положительной – с выходом схемы независимо от полярности напряжения на обмотке. Следует обратить внимание, что для данной схемы частота пульсаций будет в два раза выше частоты входного напряжения.

 

Рис.4.7. Временная диаграмма напряжения и тока для однополупериодного выпрямителя

 

 

 

 

Рис.4.8. Мостовой выпрямитель с фильтром (а) и его временные диаграммы (б)

Размах пульсаций выпрямителя с фильтром определяется выражением:

ΔU = IН / 2Cf(однополупериодное выпрямление),     (4.1)

ΔU = IН / 2Cf(двухполупериодное выпрямление),     (4.2)

где IН – ток нагрузки, C – емкость конденсатора фильтра, f – частота входного сигнала. Если ток нагрузки равен нулю, то конденсатор будет просто оставаться заряженным до амплитудного значения входного переменного напряжения.

Конденсатор подбирают так, чтобы выполнялось условие RНС >>1/f , (где f – частота пульсаций, в нашем случае – 100 Гц), тогда будет обеспечено ослабление пульсаций. Амплитуда пульсаций прямо пропорциональна току нагрузки и обратно пропорциональна емкости конденсатора и частоте входного сигнала.

Если требуется уменьшить пульсации, а сопротивление нагрузки мало, то необходима чрезмерно большая емкость конденсатора, т.е. сглаживание пульсаций выполнить одним конденсатором практически нельзя. Приходится включать дополнительный сглаживающий фильтр (рис.4.9), состоящий из дросселя с большим индуктивным сопротивлением и еще одного конденсатора (или еще более сложный фильтр).

Необходимо отметить, что весьма опасно короткое замыкание нагрузки, которое, в частности, получается при пробое конденсатора сглаживающего фильтра. Тогда все напряжение источника будет приложено к диоду и ток станет недопустимо большим. Происходит тепловое разрушение диода.

На базе двухполупериодных выпрямителей можно построить схемы с умножением напряжения. Схема, показанная на рис.4.10, называется удвоителем напряжения.

Рис.4.9. Сглаживающий фильтр LC-типа

 

 

Рис.4.10. Удвоитель напряжения

 

Нижняя обмотка трансформатора включена к точке соединения двух конденсаторов. Верхняя обмотка в первый полупериод заряжает верхний конденсатор, во второй полупериод – нижний таким образом, что каждый из них заряжается до амплитудного значения напряжения. На выход подается сумма этих напряжений. Эта схема является двухполупериодным выпрямителем, так как она работает в каждом полупериоде входного сигнала – частота пульсаций в два раза превышает частоту колебаний питающей сети 50 Гц.

Разновидности этой схемы позволяют увеличивать напряжение в 3, 4 и более раз. В частности, аналогичные схемы используются в телевизионных умножителях напряжения, позволяющих получить анодное напряжение для кинескопов, величина которого превышает 20 кВ.

Если сигналы несинусоидальны, то для их выпрямления используются более сложные схемы. Например, если сигнал имеет прямоугольную форму, то говорить о его выпрямлении не принято, хотя процесс выпрямления применим и к нему. Например, требуется получить последовательность импульсов, совпадающих с моментами нарастания прямоугольного сигнала. Для этого сначала дифференцируют прямоугольный сигнал, а затем выпрямляют его с помощью диода (рис.4.11).

Следует иметь в виду, что прямое напряжение диода составляет приблизительно 0,6 В. На выходе этой схемы сигнал будет получен лишь с том случае, когда двойная амплитуда прямоугольного входного сигнала будет не меньше 0,6 В.

Еще одна область применения диодов основана на способности пропускать большее из двух напряжений, не оказывая влияния на меньшее. Схемы, в которых используется это свойство, объединены в семейство логических схем. Рассмотрим схему резервной батареи питания – она используется в устройствах, которые должны работать непрерывно даже при отключениях питания (например, электронные часы). Схема, показанная на рис.4.12, включает как раз такую батарею.

Рис.4.11. Выпрямление прямоугольных сигналов

В отсутствие сбоев питания батарея не работает, при возникновении сбоя питания на схему начинает поступать от батареи, при этом перерыва в подаче питания не происходит.

 

Рис.4.12. Схема резервного питания.

 

Схемы выпрямления переменного тока в постоянный и инвертирование постоянного тока в переменный

 

Рис.300.

Схема однополупериодного выпрямителя и графики изменения тока и напряжений.

Выпрямителями называют устройства, в которых происходит преобразование переменного тока в постоянный или пульсирующий.

В зависимости от числа фаз питающей сети различают однофазные и трехфазные выпрямители.

Выпрямитель состоит из следующих основных элементов:

— силового трансформатора, служащего для согласования входного и выходного напряжения выпрямителя, а также разделения питающей сети и цепи нагрузки;

— блока диодов или тиристоров, осуществляющих выпрямление переменного тока;

— сглаживающего фильтра, обеспечивающего уменьшение пульсаций выпрямленного тока и напряжения;

— блок управления тиристорами (входит только в комплект управляемых выпрямителей).

 

Однополупериодная однофазная схема выпрямления

 

В этой схеме напряжение на вторичной обмотке трансформатора u₂ изменяется по синусоидальному закону.

Ток во вторичной цепи трансформатора при наличии диода и нагрузки R_Н будет проходить только в течение первого полупериода действия переменного напряжения u₂, когда к диоду приложено прямое напряжение.

В течение второго полупериода действия переменного напряжения u₂ тока в цепи нагрузки не будет, т.к. к диоду будет приложено обратное напряжение и он будет заперт.

 

 

Рис.301.

 Схема однофазного мостового выпрямителя и кривые изменения напряжений и токов.

 

Следовательно, ток в нагрузке i_н и напряжение на нагрузке u_н будут пульсирующими.

Среднее за период значение напряжения на нагрузке U_d называется средним значением выпрямленного напряжения или выпрямленным напряжением. Аналогично, среднее за период значение тока называется выпрямленным током I_d. При однополупериодной схеме выпрямления U_d = 0,45U₂.

 

Двухполупериодная однофазная мостовая схема выпрямления

 

Эта схема состоит из трансформатора и четырех диодов, соединенных по мостовой схеме.

К одной диагонали моста присоединена вторичная обмотка трансформатора, а к другой – нагрузка R _Н.

Диоды в схеме работают парами поочередно.

В первый полупериод напряжения u ₂ ток проводят диоды VD 1 и VD 3, а диоды VD 2 и VD 4 закрыты, т.к. к ним приложено обратное напряжение.

Во второй полупериод изменяется направление напряжения u ₂ и ток проводят диоды VD 2 и VD 4, а диоды VD 1 и VD 3 закрыты.

При этом ток в нагрузке проходит все время в одном направлении.

Для этой схемы среднее значение выпрямленного напряжения U_d = 0,9 U ₂.

Военно-техническая подготовка

1.7. Выпрямители

Выпрямитель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.

1.7.1. Однополупериодный выпрямитель.

Простейшая схема однополупериодного выпрямителя состоит только из одного выпрямляющего ток элемента (диода). На выходе — пульсирующий постоянный ток. На промышленных частотах (50—60 Гц) не имеет широкого применения, так как для питания аппаратуры требуются сглаживающие фильтры с большими величинами ёмкости и индуктивности, что приводит к увеличению габаритно-весовых характеристик выпрямителя. Однако схема однополупериодного выпрямления нашла очень широкое распространение в импульсных блоках питания с частотой переменного напряжения свыше 10 кГц, широко применяющихся в современной бытовой и промышленной аппаратуре. Объясняется это тем, что при более высоких частотах пульсаций выпрямленного напряжения, для получения требуемых характеристик (заданного или допустимого коэффициента пульсаций), необходимы сглаживающие элементы с меньшими значениями ёмкости (индуктивности). Вес и размеры источников питания уменьшаются с повышением частоты входного переменного напряжения.

Однополупериодный выпрямитель или четвертьмост является простейшим выпрямителем и включает в себя один вентиль (диод или тиристор).

Напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт, всё падение напряжения происходит на вентиле, а напряжение на нагрузке Uн равно нулю. Среднее значение переменного тока по отношению к подведенному действующему составит:

.

Эта величина вдвое меньше, чем в полномостовом. Важно отметить, что среднеквадратичное значение напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя будет в меньше подведенного действующего, а потребляемая нагрузкой мощность в 2 раза меньше (для синусоидальной формы сигнала).

1.7.2. Двухполупериодный выпрямитель.

Двухполупериодный выпрямитель может строиться по мостовой или полумостовой схеме (когда, например, в случае выпрямления однофазного тока, используется специальный трансформатор с выводом от средней точки вторичной обмотки и вдвое меньшим количеством выпрямляющих ток элементов. Такая схема ныне применяется редко, так как более металлоёмка и имеет большее эквивалентное активное внутреннее сопротивление, то есть большие потери на нагрев обмоток трансформатора).

Рис 1. Двухполупериодный выпрямитель с сглаживающим ёмкостным фильтром.

При построении двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим конденсатором следует всегда помнить, что переменное напряжение всегда измеряется в «действующем» значении, которое в 1,41 раза меньше его максимальной амплитуды, а выпрямленное напряжение на конденсаторе, в отсутствие нагрузки, будет всегда равно амплитудному. Это означает, что, например, при измеренном напряжении однофазного переменного тока 12 вольт до мостового однофазного выпрямителя со сглаживающим конденсатором, на конденсаторе, (в отсутствие нагрузки), будет напряжение до 17 вольт. Под нагрузкой выпрямленное напряжение будет ниже, (но не ниже величины средневыпрямленного напряжения переменного тока, если внутреннее сопротивление трансформатора — источника переменного тока — принять равным нулю) и зависеть от ёмкости сглаживающего конденсатора.

Соответственно, выбор величины переменного напряжения вторичной обмотки трансформатора, должен строиться исходя из максимальной допустимой величины подаваемого напряжения, а ёмкость сглаживающего конденсатора — должна быть достаточно большой, чтобы напряжение под нагрузкой не снизилось меньше минимально допустимого. На практике также учитывается неизбежное падение напряжения под нагрузкой — на сопротивлении проводов, обмотке трансформатора, диодах выпрямительного моста, а также возможное отклонение от номинального величины питающего трансформатор напряжения электрической сети.

Рис 2. Входное переменное напряжение (жёлтого цвета) и постоянное выходное напряжение однополупериодного выпрямителя с фильтрующей ёмкостью.

Следует отметить, что в выпрямителях с сглаживающим конденсатором диоды открываются не на весь полупериод напряжения, а на короткие промежутки времени, когда мгновенное значение переменного напряжения превышает постоянное напряжение на фильтрующем конденсаторе (т. е. в моменты вблизи максимумов синусоиды). Поэтому протекающий через диоды (и обмотку трансформатора) ток представляет собой короткие мощные импульсы сложной формы, амплитуда которых значительно превышает средний ток, потребяемый нагрузкой выпрямителя. Этот факт следует учитывать при расчёте трасформатора (вариант расчёта для работы не на активную нагрузку, а на выпрямитель с ёмкостным фильтром), и принимать меры для подавления возникающих импульсных помех.

1.7.3. Мостовая схема выпрямления переменного тока.

Диодный мост — электрическая схема, предназначенная для преобразования («выпрямления») переменного тока в пульсирующий.

На вход (Input) схемы подаётся переменное напряжение (обычно, но не обязательно синусоидальное). В каждый из полупериодов ток проходит только через 2 диода, 2 других — заперты:

Рис 3. Выпрямление положительной полуволны

Рис 4. Выпрямление отрицательной полуволны

Рис 5. Анимация принципа работы

В результате, на выходе (DC Output) получается напряжение, пульсирующее с частотой, вдвое большей частоты питающего напряжения:

Рис 6. Красным — исходное синусоидальное напряжение , зелёным — однополупериодное выпрямление (для сравнения), синим — рассматриваемое двухполупериодное

Преимущества

• Двухполупериодное выпрямление с помощью моста (по сравнению с однополупериодным) позволяет:
• Получить на выходе напряжение с повышенной частотой пульсаций, которое проще сгладить фильтром на конденсаторе.
• Избежать постоянного тока подмагничивания в питающем мост трансформаторе.
• Увеличить его КПД, что позволяет сделать его магнитопровод меньшего сечения.

Недостатки

• Происходит двойное падение напряжения по сравнению с однополупериодным выпрямлением (прямое напряжение диода × 2 ≈ 1 В), это иногда нежелательно в низковольтных схемах. Частично этот недостаток может быть преодолен за счет использования диодов Шоттки с малым падением напряжения.
• При перегорании одного из диодов схема превращается в однополупериодную, что может быть не замечено вовремя, и в устройстве появится скрытый дефект.

Учебное пособие по базовому устранению неисправностей блока питания

Рис. 1

Льюис Лофлин

Многие устройства, в частности твердотельная электроника, должны использовать постоянный или постоянный ток. Диод — это твердотельное устройство, проводящее только в одном направлении. Когда анод (A) положительный, а катод (K) отрицательный, ток от положительного к отрицательному будет течь через диод, через нагрузку и обратно к источнику питания.

Таким образом, ток будет течь только в положительном полупериоде (от 0 до 180 градусов), а диод отключится во время отрицательного полупериода от 180 градусов до 360 градусов.Период синусоидальной волны от 0 до 360 градусов равен 1 / F. В случае 60 Гц это 1/60 = 16,7 мс.

Похожие видео:

Базовые электронные блоки питания, часть 1
Базовые электронные блоки питания, часть 2
Создание низковольтного источника питания постоянного тока, часть 3

Лаборатория питания переменного тока по последовательным цепям, часть 1
Лаборатория питания переменного тока по последовательным цепям, часть 2

Что такое мощность? Напряжение (в вольтах) — это «толчок», а ток (в амперах) — это то, что толкают.(Электрические заряды) Мощность равна напряжению, умноженному на ток. Мощность измеряется в ваттах. Таким образом, один ампер на один вольт равен одному ватту. (Я не буду вдаваться в подробности закона Ома. См. Ваш текст.) Чтобы получить питание, мы должны иметь напряжение и ток вместе, поэтому открытый переключатель, обрыв провода или отключающий диод не дает энергии.

В приведенном выше случае мы получаем очень плохую передачу мощности с выключенным диодом во время отрицательного полупериода и положительного полупериода, постоянно меняющегося между нулем вольт и пиком. Обратите внимание, что Vmax является пиковым.

Рисунок 2

Допустим, переменный ток на входе составляет 12,6 В (среднеквадратичное значение). Чтобы получить пик, мы умножаем 12,6 на 1,414, что равно примерно 17,8 вольт. Но среднее (или измеренное) напряжение постоянного тока составляет пиковое время .3185 равно примерно 5,67 вольт. Это то, что называется пульсирующим постоянным током . Чистый постоянный ток, например, от автомобильного аккумулятора на 12 вольт, не имеет «пульсации» и будет настоящим 12 вольт.

Подключите вольтметр постоянного тока к нагрузке, показанной выше на рисунке 1, и вы получите показание около 5,66 вольт. Переключите счетчик на переменный ток, все равно будет считываться какое-то значение напряжения.Это нормально, поскольку кто-то считывает «пульсацию» на нефильтрованном необработанном постоянном токе. Подключите тот же вольтметр переменного тока к чистому источнику постоянного тока, например, автомобильному аккумулятору, и вы увидите нулевое напряжение переменного тока.

На рисунке 2 мы подключили конденсатор к нагрузке. Конденсатор заряжается в течение положительного полупериода, а затем разряжается через нагрузку в течение отрицательного полупериода, когда у нас нет выхода. Количество пульсаций зависит от сопротивления нагрузки и размера конденсатора.

Конденсатор большего размера производит меньше пульсаций или более высокое сопротивление нагрузки (потребляя меньший ток, следовательно, меньше времени для разряда конденсатора), уменьшит уровень пульсаций, потому что у конденсатора меньше времени для разряда.Без нагрузки, только конденсатор и выпрямитель, конденсатор будет заряжаться до пика.

Предупреждение. При построении этих схем соблюдайте полярность конденсатора и диода. Номинальное напряжение конденсаторов должно превышать ожидаемое пиковое напряжение на 50%. Также обратите внимание на номинальные токи трансформаторов и диодов.

Рисунок 3

Двухполупериодное выпрямление

Двухполупериодное выпрямление преобразует обе полярности входного сигнала в постоянный ток, что делает его более эффективным.Однако в схеме с трансформатором с нецентральным ответвлением требуется четыре диода вместо одного, необходимого для полуволнового выпрямления. Это связано с тем, что для каждой выходной полярности требуется по два выпрямителя. Расположенные таким образом четыре выпрямителя называются диодным мостом или мостовым выпрямителем.

Обратите внимание, что в этом примере стрелки показывают обычный ток, а не поток электронов, который я использую со своими учениками. Это вызывает бесконечную путаницу для студентов, поскольку военные и т. Д. Используют поток электронов в своих учебных материалах, в то время как классы полупроводников используют обычный ток.Просто помните об этом, следя за этим материалом. Электронный поток изменяется от отрицательного к положительному, обычный (или зарядовый) поток — от положительного к отрицательному.

На рисунке 3 D1 и D2 проводят в течение положительного полупериода, а D3 и D4 проводят в течение отрицательного полупериода. Мощность в два раза больше, чем при полуволновом выпрямлении, потому что мы используем оба полупериода. Используя снова 12 вольт переменного тока, мы имеем пиковое значение 12,6 X 1,414 или 17 вольт. (17,8 вольт) Но теперь, чтобы получить среднее значение, мы умножаем его на пик (17.8 вольт) на 0,637, что равняется 10,83 вольт, что вдвое больше, чем полуволна.

Кроме того, мы можем использовать конденсатор фильтра меньшего размера для устранения пульсаций, чем мы использовали для полуволнового выпрямления. Мы также удвоили частоту с 60 Гц до 120 Гц. Следует отметить, что при построении этой схемы напряжение на измерителе будет ниже одного вольт. Это связано с падением напряжения на диодах на 0,6 В, калибровкой измерителя из-за изменения частоты (с 60 Гц до 120 Гц) и ошибками расчетов.

Рисунок 4 типичных мостовых выпрямителей.

Рисунок 5

Рисунок 5 выше иллюстрирует другой метод получения двухполупериодного выпрямления. В этом случае мы используем трансформатор с центральным отводом и два диода. При использовании центрального ответвителя (C) в качестве общего, напряжение A и B сдвинуто по фазе на 180 градусов. Когда A положительный, D1 будет смещен в прямом направлении и будет проводить, в то время как B будет отрицательным, таким образом, обратное смещение D2 будет непроводящим. В отрицательном полупериоде по отношению к A, когда D1 не проводит, D2 будет проводить.

Следует отметить, что выходное напряжение будет уменьшено вдвое. Если мы используем трансформатор на 25,2 вольт, три ампер, выходное напряжение будет 12,6 вольт. Есть некоторые разногласия по поводу выходного тока. Мы имеем дело с усилителями RMS и должны учитывать импеданс трансформатора. (Z) В течение каждого полупериода в этой конфигурации ток проходит через половину всех обмоток. В зависимости от сопротивления провода, Z и т. Д. Ток может превышать номинальный ток в 1,2–1,8 раза. Я бы посоветовал с осторожностью относиться к этим утверждениям и не превышал бы 1.4. Все предыдущие правила для пикового напряжения, выходного напряжения и т. Д. Остаются в силе.

Связанные материалы: Основные силовые трансформаторы.

Полуполупериодный и полнополупериодный выпрямители | Преобразование переменного тока в постоянный ток

Преобразование мощности очень распространено в современной электронике. Мы постоянно переключаемся с переменного тока на постоянный и наоборот. Обычным источником переменного тока является источник питания, тогда как батареи используются для питания постоянного тока по мере необходимости. Однако преобразование переменного тока в постоянный — это более простой способ вместо того, чтобы покупать новую батарею каждый раз, когда вам нужен постоянный ток.Выпрямитель — это электрическое устройство, которое преобразует переменный ток в постоянный, и часто используется во многих устройствах, используемых вокруг нас. Однако одноступенчатый выпрямитель не создает плавного постоянного тока, который можно было бы использовать. Многоступенчатое выпрямление и дополнительные схемы необходимы для более плавного или пригодного для использования постоянного тока. Посмотрим, как это происходит.

Основы полуволнового и полноволнового выпрямления

Самый простой выпрямитель — диод, подключенный к источнику переменного тока. Это также известно как полуволновой выпрямитель. Простой однополупериодный выпрямитель представляет собой одиночный диод с p-n переходом, подключенный последовательно к нагрузочному резистору.Работу полуволнового выпрямителя легко понять: диод с p-n переходом проводит ток только тогда, когда он смещен в прямом направлении.

Этот принцип используется в однополупериодном выпрямителе для преобразования переменного тока в постоянный. Здесь предусмотрен входной цикл переменного тока. Это входное напряжение понижается с помощью трансформатора. Диод с p-n переходом проводит ток только при прямом смещении. Тот же принцип используется в полуволновом выпрямителе для преобразования переменного тока в постоянный. Вход здесь — переменный ток.Это входное напряжение понижается с помощью трансформатора. Поскольку диод смещен в прямом направлении в течение полупериода переменного тока, выход доступен только в течение этого полупериода.

Для уменьшения пульсаций в цепи выпрямителя с конденсаторным фильтром:

• RL следует увеличить.
Входная частота
• должна быть уменьшена.
Входная частота
• должна быть увеличена.
Следует использовать конденсаторы
• с высокой емкостью.

Схема однополупериодного выпрямителя Выход полуволнового выпрямителя

Двухполупериодный выпрямитель

Подобно полуволновой схеме, двухполупериодная схема выпрямителя вырабатывает выходное напряжение или ток, который является чисто постоянным или имеет некоторую заданную составляющую постоянного тока.Двухполупериодные выпрямители имеют ряд фундаментальных преимуществ перед своими полуволновыми выпрямителями. Среднее выходное напряжение постоянного тока выше, чем для полуволнового выпрямителя, выход двухполупериодного выпрямителя имеет меньшую пульсацию, чем полуволновой выпрямитель, что дает относительно более гладкую форму выходного сигнала.

Часто используются два основных типа двухполупериодных выпрямителей. В меньшей конструкции используются два диода вместо одного диода, используемого в полуволновом диоде, то есть по одному на каждую половину цикла.Многообмоточный трансформатор используется там, где вторичная обмотка разделена поровну на две половины с центральным ответвленным соединением. Подключение двухполупериодного выпрямителя с отводом по центру показано ниже.

Схема двухполупериодного выпрямителя с центральным ответвлением Схема двухполупериодного выпрямителя с диодным мостом Полная форма сигнала синусоидального выпрямителя

Для другой конфигурации требуется четыре диода, подключенные по схеме Н-моста. Четыре диода, обозначенные от D1 до D4, расположены «последовательными парами», при этом ток в каждом полупериоде проходит только через два диода.Во время положительного полупериода питания диоды D1 и D2 проходят последовательно, в то время как диоды D3 и D4 смещены в обратном направлении, и ток течет через нагрузку. Во время отрицательного полупериода питания диоды D3 и D4 проходят последовательно, но диоды D1 и D2 выключаются, поскольку теперь они смещены в обратном направлении. Ток, протекающий через нагрузку, имеет то же направление, что и раньше.

Фильтрация выпрямленного напряжения

Выходной сигнал через диоды в вышеуказанных шагах не является ни полным, ни полностью постоянным током.Выходной сигнал не является постоянным постоянным током и его нецелесообразно использовать с цепями. Схема фильтра, также известная как сглаживающий конденсатор, добавляется к схеме выпрямителя для улучшения выходного сигнала. Сглаживающие конденсаторы подключаются параллельно нагрузке на выходе двухполупериодного мостового выпрямителя. Эта схема фильтра увеличивает средний выходной уровень постоянного тока, поскольку конденсатор действует как запоминающее устройство. Сглаживающий конденсатор преобразует пульсирующий выход выпрямителя в более плавный выход постоянного тока.

Выход конденсатора

Тем не менее, на выходе все еще есть небольшая пульсация, которую можно сгладить путем изменения номиналов конденсатора.Напряжение пульсаций обратно пропорционально величине сглаживающего конденсатора. Эти два связаны следующей формулой:

В _{пульсация} = I _{нагрузка} / (fxC)

Альтернативой является использование ИС регулятора напряжения для постоянного источника питания постоянного тока.

Вы можете ознакомиться с конструкцией мостового выпрямителя здесь с видеоуроком:

Видео предоставлено:

ElectroBOOM

---

Эта статья была впервые опубликована 8 августа 2017 г., а недавно — 13 декабря 2019 г.

Преобразователи переменного тока в постоянный — Выпрямители

Rectification

Преобразователи

AC / DC служат выпрямителями. Они преобразуют переменный ток в постоянный в ряде промышленных, бытовых, сельскохозяйственных и других приложений. Выпрямители используются как автономные блоки, питающие одиночные и множественные нагрузки постоянного тока, а также в качестве входных каскадов систем переменного тока из-за их практически неограниченной выходной мощности и прекрасной управляемости. Их скорость реакции обычно достаточна для работы с электромеханическими переходными процессами, возникающими в моторных приводах и источниках питания.

Преобразователи

AC / DC с линейной коммутацией или, как их еще называют, преобразователи с естественной коммутацией или пассивные выпрямители, являются наиболее обычным выбором для приложений, где доступно однофазное и трехфазное питание. Это связано с простотой схем, требующих минимального количества активных и пассивных компонентов. Тиристоры — это главные силовые переключатели с линейной коммутацией. Термин «линейная коммутация» описывает тип коммутации, то есть передачу тока от одного проводящего элемента к другому в зависимости от напряжения сети.Для включения тиристора требуется подача в его затвор импульса тока.

В маломощных приложениях, транспортных средствах, медицине и бытовых устройствах, где нет источника переменного тока или где реактивный ток и гармоники, вызванные коммутацией линии, были бы недоступны, принято использовать преобразователи с принудительной коммутацией, имеющие более сложную схему, а иногда и с более высокими потерями. Особая ситуация существует также с нагрузками постоянного и переменного тока, когда отклик преобразователя с линейной коммутацией может быть недостаточным для удовлетворения жестких требований к динамике и энергоэффективности, и когда дополнительный преобразователь питается от линии постоянного тока и работает с высокой частотой коммутации. это необходимо.Для этих целей разработаны активные выпрямители.

Основные топологии выпрямителя приведены на принципиальных схемах на рис. 1, где нагрузка представлена ​​двигателями постоянного тока. Системы, построенные на диодах, называются неуправляемыми выпрямителями , а системы, построенные на тиристорах и транзисторах, известны как управляемые выпрямители , потому что их выход постоянного тока можно изменять. Процессы ректификации весьма разнообразны; соответственно бывают разные типы выпрямительных цепей

Рисунок 1: Преобразователь переменного тока в постоянный выпрямитель

— средние (M) и мостовые (B) выпрямители
— однофазные (M1, M2, B2) и трехфазные (M3, B6) выпрямители
— полуволновые ( 1 импульс на период питания) и двухполупериодные (2, 3, 6 импульсов) выпрямители

Данные выпрямителя

Выпрямители

отличаются формой сигнала постоянного тока, пульсациями и КПД, который зависит от среднеквадратичных, средних и амплитудных значений напряжения, тока и мощности.Диапазон их мощности очень широк — от милливатт до мегаватт. Устройства с низким энергопотреблением обычно работают от однофазного источника питания, в то время как выпрямители большой мощности используются в основном в трехфазной конфигурации. В таблице ниже приведены основные данные различных схем неуправляемого выпрямителя с резистивной нагрузкой.

Полная эффективная мощность P _s , фазное напряжение U _s и ток Is питают выпрямитель напрямую, через дроссели или через трансформатор. В последнем случае Us = U ₂ , P _s = P ₂ .Средняя выпрямленная мощность нагрузки P _d , напряжение U _d и ток Id представляют собой пульсирующие сигналы постоянного тока с 1, 2, 3 или 6 импульсами за период питания T. Параметры k _U , k _I , k _P , k _R и k _F называются коэффициентами напряжения, сглаженного тока, мощности, обратной и прямой цепи.

Коэффициент пульсаций kr выходного сигнала обычно определяется выпрямленным размахом пульсаций напряжения U _r (см.рис.2 ниже). Пиковое обратное напряжение U _R и прямой ток I _F каждого выпрямительного устройства зависит от типа схемы. Коэффициент мощности выпрямителя определяет отношение реальной средней активной мощности P _d к полной мощности P _s , которая является произведением среднеквадратичного напряжения и среднеквадратичного тока, поэтому φ — это угол сдвига фаз тока. относительно напряжения. Для данного напряжения потребляемый среднеквадратичный ток составляет

I _с = P _d / U _с cosφ

Рисунок 2: Преобразователь переменного тока в постоянный выпрямитель

Это показывает, что коэффициент мощности и сила тока обратно пропорциональны значениям.Ток протекает через распределительные и передающие линии, трансформаторы и т. Д., Вызывая потери в их сопротивлениях. Если потери возрастают, возможно, до точки перегрузки, гармонические токи могут вызвать условия резонанса в линиях передачи. Форма волны напряжения питания также будет искажена, что отрицательно скажется на других линейных нагрузках, если значительная часть нагрузки, подаваемой потребителем, поглощает мощность посредством искаженных токов. По этой причине потребители предпочитают единичный коэффициент мощности, который потребляет мощность при минимальном действующем значении тока.

Выпрямители однофазные

При уровнях мощности ниже нескольких киловатт, например, в жилых помещениях, нагрузки питаются от однофазного источника питания. Обычно используемые простые полуволновые однофазные схемы выпрямителя (М1) представлены на рис. 1, а, б. Результирующие формы выходного напряжения и тока полуволнового диодного выпрямителя показаны на рис. 2, а. Здесь

θ ₁ = ω ₁ т
ω ₁ = 2πf ₁ ,

, где ω1 — угловая частота, f 1 — частота напряжения питания, а t — время.Во время положительного чередования синусоидальной волны переменного тока анод диода VD положительный, а катод отрицательный, диод проводит, поскольку он смещен в прямом направлении. Тогда положительное чередование переменного тока появится на нагрузочном двигателе M . Во время отрицательного чередования цикла переменного тока анод становится отрицательным, а катод — положительным. Это напряжение смещает диод в обратном направлении, и ток через нагрузку практически не протекает. Следовательно, на нагрузке не появляется напряжение.Такой тип преобразователя получил название однополупериодного выпрямителя, потому что отрицательные полупериоды были отсечены. Поскольку напряжение нагрузки имеет в основном положительный полупериод, ток нагрузки является постоянным и прерывистым, что означает, что он течет только в одном направлении и имеет разрывы. Таким образом, выпрямитель способен работать в первом квадранте вольт-амперной плоскости, как показано на рис. 5, б; следовательно, он называется одноквадрантным преобразователем.

В случае резистивной нагрузки U _d всегда положительный, а линейный ток переменного тока (такой же, как выпрямленный ток I _d ) имеет полусинусоидальную форму и течет в фазе с напряжением.Нагрузки, такие как двигатели, обладают свойствами резистивно-индуктивной нагрузки; следовательно, U _d на короткое время становится отрицательным, и линейный ток переменного тока (такой же, как I _d ) не совпадает по фазе с напряжением. Когда индуктивность стремится к бесконечности, форма сигнала тока искажается и становится почти прямоугольной.

Двухтиристорный однофазный двухполупериодный выпрямитель (средний выпрямитель или M2) показан на рис. 1, c . Он производит выпрямленное пульсирующее выходное напряжение и ток для каждого изменения входного переменного тока, как показано на рис.5, в, для случая диодной схемы. Индуктивная нагрузка вызывает перекрытие тока, обозначенное углом перекрытия y. В выпрямителе используется трансформатор с центральным отводом, который передает переменное напряжение источника в схему диодного выпрямителя. Аноды каждого устройства VS1 и VS2 подключены к противоположным концам вторичной обмотки трансформатора. Затем катоды соединяются вместе, образуя общий положительный выход. Нагрузочный двигатель M подключается между общей катодной точкой и соединителем с центральным ответвлением трансформатора.Трансформатор, два диода или тиристора и нагрузка образуют полный путь для тока.

Регулируя угол включения тиристора α между 0 и π, пользователь может управлять машиной в обоих направлениях, но ток нагрузки и крутящий момент двигателя являются однонаправленными, как показано на рис. 5, d. Таким образом, выпрямитель может работать в двух квадрантах плоскости тока-напряжения: первый квадрант является выпрямительным режимом работы, а четвертый квадрант поддерживает инвертирующий режим работы.Следовательно, это двухквадрантный преобразователь (рис. 5, д). Пока преобразователь не может производить отрицательный выходной ток, сигналы управления двигателем и режимы торможения должны быть ограничены. В инвертирующем режиме удобнее выражать угол открытия через угол опережения от конечной границы интервала, доступного для успешной коммутации, чем как задержку a от начала интервала. Этот угол продвижения, показанный на рис.5, г, обычно обозначают как R. Тогда

α + β = π
cos α = — cos β

Чтобы сформировать двухполупериодный однофазный мостовой выпрямитель (B2), четыре диода или тиристора должны быть соединены между собой, как показано на рис.1, г, показывает. Благодаря использованию четырех устройств вместо двух в этой конструкции отпадает необходимость в центральном кране. Во время работы мостового выпрямителя два диода смещены в прямом направлении при каждом изменении входного переменного напряжения. Когда происходит положительное чередование, устройства VS2 и VS3 имеют прямое смещение, а VS1 и VS4 — обратное. Путь проводимости следует от источника переменного тока через VS2 , нагрузку, затем через VS3 и обратно к источнику.Это вызывает такое же чередование во всей нагрузке. Во время отрицательного чередования ток течет от источника через VS1 , через нагрузку, затем через VS4 и обратно в линию питания. Это приводит к тому, что второе чередование появляется поперек нагрузки в том же направлении, что и первое чередование. Это означает, что напряжение, развиваемое на нагрузке, одинаково для каждого изменения. В результате оба изменения входа появляются как выход через нагрузку, а пульсирующий ток течет через выход постоянного тока.Временные диаграммы и вольт-амперная плоскость схемы такие же, как у двухполупериодного выпрямителя.

Замените VS2 и VS4 парой конденсаторов с именами C1 и C2 . В этой полумостовой топологии достигается удвоение напряжения. VD1 заряжает C1 при положительном изменении напряжения питания и
VD2 заряжает C2 при отрицательном изменении. На выходе выпрямителя отображается сумма обоих напряжений.

Трехфазные выпрямители

Трехфазная схема трехдиодного выпрямителя (средний выпрямитель, M3) вырабатывает более чистое постоянное напряжение, чем схемы однофазного выпрямителя, что приводит к меньшему расходу энергии. Предпочтительно использовать трехфазный источник питания, за исключением дробных киловатт, если такой источник питания имеется. На рис. 1, е фазы L 1, L2 и L3 трехфазного источника подключены к анодам тиристоров VS1 , VS2 и VS3 через трансформатор.Нагрузка двигателя M включена между катодами тиристоров и нейтралью трансформатора. Когда фаза L 1 имеет положительное значение, максимальная проводимость происходит через VS1 , поскольку он смещен в прямом направлении. Нет проводимости через VS1 во время отрицательного чередования фазы L 1. Другие тиристоры работают аналогичным образом, проводя во время положительного переменного входного чередования и не проводя во время связанного с ним отрицательного чередования переменного тока.

Схема выпрямления тиристорной трехфазной трехдиодной цепи представлена ​​на рис. 5, е. В случае резистивно-индуктивной нагрузки ток продолжается через диод или тиристор после того, как напряжение изменило знак. По этой причине тиристор не закрывается в момент нулевого напряжения, а остается открытым. Регулируя угол включения тиристоров, можно получить отрицательное напряжение, таким образом, это снова двухквадрантный преобразователь.

Обычно используемый шестипульсный аналог этой схемы выпрямителя представлен на рис.4, л. Этот трехфазный мостовой выпрямитель (B6) использует шесть диодов или тиристоров. Аноды тиристоров VS4 , VS5 и VS6 соединены вместе в одной точке, а катоды VS1 , VS2 и VS3 соединены в другой точке. Нагрузка подключается через эти две точки. Следовательно, устройство, подключенное к наиболее положительному напряжению, будет проводить в катодной группе; два других будут смещены в обратном направлении. Кроме того, устройство, подключенное к наиболее отрицательному напряжению, будет проводить в анодной группе; два других в этой группе будут иметь обратное смещение.Здесь по крайней мере два устройства одновременно находятся в открытом состоянии, и по крайней мере одно устройство из каждой группы должно проводить, чтобы облегчить прохождение тока двигателя. Пульсации напряжения низкие, поскольку выходное напряжение состоит из шести импульсов за период напряжения (рис. 2, ж). Порядок переключения тиристоров на рис.4, е: VS1 + VS6 , VS6 + VS2 , VS2 + VS4 , VS4 + VS3 , VS3 + VS5 , VS5 + VS1 . Эта схема не требует нейтральной линии трехфазного источника; следовательно, можно использовать как источник, соединенный треугольником, так и источник, соединенный звездой.Опять же, это двухквадрантный выпрямитель. Если нагрузка имеет высокую индуктивность, прямой ток продолжается при отрицательном анодном напряжении, и отключение устройства происходит с задержкой. Поскольку ранее открытые устройства не закрываются после открытия следующих устройств, возможно, что три или даже четыре устройства будут открыты во время процесса коммутации. Это означает, что в катодной или анодной группе имеется более одного открытого диода, и ток переключается с одной фазы на другую.

Двойной выпрямитель

В предыдущих схемах полярность напряжения нагрузки может быть изменена, но направление тока нагрузки остается постоянным.На рис. 3, a, прямое соединение двух выпрямителей средней точки было произведено для создания системы с двойным управлением. Это четырехквадрантный двойной выпрямитель r, состоящий из четырех квадрантов, потому что отрицательный ток, а также отрицательное напряжение могут создаваться здесь при правильной регулировке угла зажигания (рис. 3, b). Здесь, в то время как тиристоры VS1 , VS2 и VS3 пропускают ток, выпрямитель работает в первом и четвертом квадрантах, тогда как тиристоры VS4 , VS5 и VS6 пропускают ток, второй и третий квадрант активен.

Рисунок 3: Двойной выпрямитель с преобразователем переменного тока в постоянный

На рисунке 4 антипараллельное соединение двух мостовых выпрямителей организовано для обеспечения работы в четырех квадрантах. Такая схема на сегодняшний день является наиболее распространенной промышленной четырехквадрантной системой постоянного тока и используется во многих сложных приложениях, где требуется быстрое управление. Обычно они включают в себя дополнительные функции для повышения безопасности работы и улучшения переходных процессов управления.

Рисунок 4: Преобразователь переменного тока в постоянный с двойным выпрямителем

Сегодня двойные преобразователи с антипараллельными тиристорами производятся в большом количестве в виде очень компактных блоков, охватывающих широкий диапазон мощности от нескольких киловатт до десятков мегаватт.Для самых высоких номиналов доступны модульные конструкции с радиаторами с воздушным и водяным охлаждением.

Активные выпрямители

Использование диодных и тиристорных выпрямителей приводит к проблемам электромагнитной совместимости (ЭМС). Диоды и тиристоры являются основными причинами проблем, связанных с искажением мощности и тока, что приводит к низкому общему коэффициенту мощности, тепловым эффектам, сбоям в работе устройства и разрушению другого оборудования. Примечательно, что генерируемые выпрямителями гармоники попадают в частотный спектр примерно до 3 кГц.Они возвращаются в энергосистему, создавая непрерывное искажение нормальной синусоидальной формы волны тока. Частоты искажений умножены на

Рисунок 4: Активный выпрямитель преобразователя переменного тока в постоянный

Наряду с увеличением числа импульсов выпрямителя частоты гармоник высокого порядка увеличиваются, а их относительная величина уменьшается. Следовательно, кривая входного тока становится более синусоидальной, а выходной ток лучше сглаживается. Напротив, при увеличении угла включения выпрямителя частоты гармоник и их величина не изменяются, но фазовый сдвиг гармоник увеличивается относительно напряжения питания.Этот эффект вызывает потребление реактивной мощности от линий питания с уменьшением коэффициента мощности. В результате растет потребность в качественных источниках питания при обеспечении единичного коэффициента мощности.

Недавняя стандартизация EMC определяет пределы гармонических искажений, которые могут быть соблюдены с помощью схемы диода и тиристорного выпрямителя, реализованной с помощью пассивных фильтров на стороне сети. Однако они могут быть довольно большими и дорогими. Кроме того, в некоторых приложениях, чувствительных к электромагнитной совместимости, появление гармоник в выпрямителе, хотя и отфильтрованных в сторону питающей сети, может нарушить работу всей системы.

В качестве альтернативы были предложены активные выпрямители. За последнее десятилетие интерес к активным выпрямителям быстро вырос из-за некоторых из их важных преимуществ, таких как способность к рекуперации мощности, регулировка постоянного напряжения, низкие гармонические искажения входных токов и высокий коэффициент мощности.

Активные выпрямители, подобные показанным на рис. 5, б, построены на транзисторах, которые, в отличие от диодов и тиристоров, являются полностью управляемыми электронными устройствами с возможными высокочастотными характеристиками.Здесь сеть будет подключена через индукторы к фазным клеммам U _s , а U _d представляет выход постоянного тока. Этот однофазный полный мост может использоваться как выпрямитель и инвертор; таким образом, он обеспечивает двунаправленную передачу энергии, что полезно для приложений с рекуперацией энергии. Однако схема содержит в два раза больше переключателей по сравнению с пассивным выпрямителем.

Для преобразователей этого типа было изобретено множество стратегий управления, и принципы их работы существенно различаются.Хотя многие методы управления известны и реализованы, есть два способа работы схемы с точки зрения активного выпрямителя . Согласно первому из них, классический самокоммутируемый мостовой выпрямитель пропускает положительный ток, не выполняя никаких функций управления. Чтобы пропустить отрицательный ток для торможения двигателя, транзисторы должны быть открыты в режиме переключения. Что касается второго способа, транзисторный мост выпрямляет ток и управляет выпрямленным напряжением, в то время как диоды свободного хода пропускают отрицательный ток в период регенерации без контроля напряжения, как показано на рис.5, c , для всех диодов одновременно. В обоих случаях ток может быть как положительным, так и отрицательным. Понятно, что регулировка затвора переключателей более сложна, чем у тиристоров, из-за необходимости синхронизации с сетью питания и конкретным индуктором; таким образом, усилие при движении несколько выше.

Рис. 5, d , показывает формы сигналов напряжения сети (сплошной) и тока сети (пунктир). Из-за синусоидальной формы тока в нем не будет гармоник.Кроме того, обнуление фазового угла между линиями напряжения и тока позволяет избежать появления реактивной мощности первой гармоники. При той же выпрямленной мощности входной ток выпрямителя имеет значительно меньшую амплитуду и среднеквадратичное значение по сравнению с пассивным выпрямителем.

Топология трехфазного выпрямителя Vienna показана на рис. 6, a ; его можно охарактеризовать следующим образом. Каждая фаза имеет индуктор на стороне питания. Выход представляет собой схему с контролируемым постоянным напряжением и центральной точкой.Преимущество состоит в том, что из-за такого разделения выходного напряжения переключатели будут нуждаться в более низком блокирующем напряжении и, таким образом, могут быть использованы лучшие характеристики проводимости.

Рисунок 5: Активный выпрямитель преобразователя переменного тока в постоянный

Есть один управляемый переключатель на каждую фазу: показаны полевые МОП-транзисторы. Вместе с окружающими их четырехдиодными мостами они работают как двунаправленные переключатели. При включении они подключают соответствующую фазу сети к центральной точке постоянного тока через два диода и катушку индуктивности, что заставляет букву намагничиваться.В выключенном состоянии катушка индуктивности размагничивается в нагрузку постоянного тока через диоды свободного хода, подключенные к положительной и отрицательной клеммам нагрузки, соответственно.

Схема на рис. 6, b , снова подключается к трехфазной сети через один индуктор на фазу. В отличие от выпрямителя Vienna, конденсаторы расположены на стороне сети преобразователя, а напряжение постоянного тока регулируется между положительной и отрицательной клеммами нагрузки на выходной стороне выпрямителя. В схеме используются двунаправленные переключатели, состоящие из диодов и транзисторов: в данном случае изображены IGBT.Здесь, как и в предыдущей схеме, возможны выпрямительный и инвертирующий режимы работы. В фазе выпрямления переключатели выключены, тогда как во время фазы инвертирования пара переключателей включена.

Сводка

Однофазный полупериодный выпрямитель — самый простой. Тем не менее, он имеет неадекватную форму вторичного тока, очень высокий уровень пульсаций и очень низкий коэффициент мощности.

Основным недостатком двухдиодного выпрямителя со средней точкой является необходимость использования трансформатора с центральной лентой.

Однофазный мостовой выпрямитель более эффективно использует трансформаторные и полупроводниковые устройства; его текущая форма более синусоидальная. Поэтому это лучшее решение для маломощных (до 1 кВт) приложений.
Однофазное выпрямление дает два идентичных импульса за цикл выпрямленного напряжения на стороне постоянного тока, тогда как трехфазное выпрямление дает три и более таких импульса. Следовательно, трехфазные выпрямители лучше с точки зрения минимизации искажений линейных токов и пульсаций напряжения нагрузки.Низкая степень использования трансформатора и низкий коэффициент мощности — основные недостатки трехфазного трехдиодного выпрямителя. Тем не менее, основным его преимуществом является достаточно высокое качество выпрямленного напряжения с небольшими пульсациями.

Трехфазные мостовые выпрямители преобладают из-за их хороших технических свойств: низкая пульсация, высокий коэффициент мощности, простая топология и низкая цена. Сегодня они используются как в мощных, так и в малоразмерных источниках питания, а также в преобразователях переменного тока в переменный со связью по постоянному току.

Активные выпрямители превосходят пассивные выпрямители со следующими характеристиками:

— Активно минимизируется появление гармоник в питающем токе
— при работе промежуточная цепь заряжается в течение всего периода сети выпрямленным синусоидальным питающим током в фазе с питающим напряжением; таким образом, максимальная активная мощность доступна через данный сетевой предохранитель
— выпрямленное напряжение и ток регулируются, таким образом, выход не зависит от напряжения питания в широком диапазоне; это помогает преодолеть возможные проблемы, связанные с нестабильным питающим напряжением, и нет необходимости вручную предварительно выбирать входное напряжение
— Требуется лишь несколько небольших пассивных компонентов
Можно ожидать, что этот метод, который до сих пор используется довольно редко , приобретет важность в ближайшем будущем.

Что такое выпрямитель? Типы выпрямителей, работа и применение

Различные типы выпрямителей — работа и применение

В электронике схема выпрямителя является наиболее часто используемой схемой, потому что почти каждое электронное устройство работает от постоянного тока (постоянного тока) , но доступность из источников постоянного тока ограничены, например, электрические розетки в наших домах обеспечивают переменного тока (переменного тока) . Выпрямитель — идеальный кандидат для этой работы в промышленности и дома для преобразования переменного тока в постоянный ток .Даже в наших зарядных устройствах для сотовых телефонов используются выпрямители для преобразования AC из наших домашних розеток в DC . Различные типы выпрямителей используются для определенных приложений.

В основном у нас есть два типа напряжения, которые широко используются в наши дни. Они бывают переменного и постоянного напряжения. Эти типы напряжения могут быть преобразованы из одного типа в другой с помощью специальных схем, разработанных для этого конкретного преобразования. Эти преобразования происходят повсюду.

Наши основные источники питания, которые мы получаем от электросетей, имеют переменный характер, и бытовые приборы, которые мы используем в своих домах, обычно требуют небольшого постоянного напряжения. Этот процесс преобразования переменного тока в постоянный получил название выпрямления. Преобразованию переменного тока в постоянный предшествует дальнейший процесс, который может включать в себя фильтрацию, преобразование постоянного тока в постоянный и так далее. Одна из самых распространенных частей электронного блока питания — мостовой выпрямитель.

Для многих электронных схем требуется выпрямленный источник питания постоянного тока для питания различных основных электронных компонентов от доступной сети переменного тока.Простой мостовой выпрямитель используется во множестве электронных силовых устройств переменного тока.

Другой способ взглянуть на схему выпрямителя состоит в том, что можно сказать, что она преобразует токи, а не напряжения. Это имеет более интуитивный смысл, потому что мы более привыкли использовать ток для определения природы компонента. Вкратце, выпрямитель принимает ток, который имеет как отрицательную, так и положительную составляющие, и выпрямляет его так, чтобы осталась только положительная составляющая тока.

Мостовые выпрямители широко используются в источниках питания, которые обеспечивают необходимое постоянное напряжение для электронного компонента или устройств.Наиболее эффективными коммутационными аппаратами, характеристики которых известны полностью, являются диоды. Теоретически вместо диодов можно использовать любой твердотельный переключатель, которым можно управлять или которым нельзя управлять.

Обычно выпрямители типа классифицируются в зависимости от их мощности. В этой статье мы обсудим многие типы выпрямителей, такие как:

• Однофазные выпрямители
• Трехфазные выпрямители
• Управляемые выпрямители
• Неуправляемые выпрямители
• Полуволновые выпрямители
• Полноволновые выпрямители
• Мостовые выпрямители
• Center -Tapped Rectifiers

Что такое выпрямитель?

Выпрямитель — это электрическое устройство, состоящее из одного или более чем одного диода, которое преобразует переменный ток ( AC ) в постоянный ток ( DC ).Он используется для выпрямления, где процесс ниже показывает, как он преобразует переменный ток в постоянный.

Что такое выпрямление?

Выпрямление — это процесс преобразования переменного тока (который периодически меняет направление) в постоянный ток (поток в одном направлении).

Типы выпрямителей

В основном есть два типа выпрямителей:

1. Неуправляемый выпрямитель
2. Управляемый выпрямитель

Мостовые выпрямители бывают многих типов, и оснований для классификации может быть множество, чтобы назвать несколько, тип питания, конфигурации мостовой схемы, возможности управления и т. д.Мостовые выпрямители можно в целом разделить на одно- и трехфазные выпрямители в зависимости от типа входа, на котором они работают. Оба этих типа включают следующие дополнительные классификации, которые можно разделить как на однофазные, так и на трехфазные выпрямители.

Дальнейшая классификация основана на коммутационных устройствах, которые использует выпрямитель, и их типы: неуправляемые, полууправляемые и полностью управляемые выпрямители. Некоторые типы выпрямителей обсуждаются ниже.

В зависимости от типа выпрямительной схемы выпрямители подразделяются на две категории.

• Полупериодный выпрямитель
• Двухполупериодный выпрямитель

Полупериодный выпрямитель преобразует только половину волны переменного тока в сигнал постоянного тока, тогда как двухполупериодный выпрямитель преобразует полный сигнал переменного тока в постоянный.

Мостовой выпрямитель — это наиболее часто используемый выпрямитель в электронике, и в этом отчете будет рассказано о его работе и изготовлении. Схема простого мостового выпрямителя — самый популярный метод двухполупериодного выпрямления.

Мы подробно обсудим как управляемые, так и неуправляемые (полуволновые и полнополупериодные мостовые) выпрямители со схемами и принципами работы следующим образом.

Неуправляемый выпрямитель:

Тип выпрямителя, выходное напряжение которого не может контролироваться , называется неуправляемым выпрямителем .

Выпрямитель работает с переключателями. Переключатели могут быть различных типов, в широком смысле, управляемые переключатели и неуправляемые переключатели. Диод — это однонаправленное устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Работа диода не контролируется, так как он будет работать до тех пор, пока он смещен в прямом направлении.

При конфигурации диодов в любом конкретном выпрямителе выпрямитель не полностью находится под контролем оператора, поэтому выпрямители такого типа называются неуправляемыми выпрямителями. Это не позволяет изменять мощность в зависимости от требований к нагрузке. Таким образом, этот тип выпрямителя обычно используется в постоянных или фиксированных источниках питания.

В неуправляемом выпрямителе используются только диоды, и они дают фиксированное выходное напряжение, зависящее только от входа AC .

Типы неуправляемых выпрямителей:

Неконтролируемые выпрямители делятся на два типа:

1. Полуволновый выпрямитель
2. Полноволновой выпрямитель

Полуволновый выпрямитель:

Тип выпрямителя, который преобразует только выпрямитель полупериод переменного тока (AC) в постоянный (DC) известен как полуволновой выпрямитель.

• Положительный полупериодный выпрямитель:

Полупериодный выпрямитель, который преобразует только положительный полупериод и блокирует отрицательный полупериод.

• Выпрямитель отрицательной полуволны:

Выпрямитель отрицательной полуволны преобразует только отрицательный полупериод переменного тока в постоянный ток.

Во всех типах выпрямителей однополупериодный выпрямитель — это простейший из них , поскольку он состоит только из одного диода .

Диод пропускает ток только в одном направлении, известном как вперед смещение . Нагрузочный резистор RL включен последовательно с диодом.

Положительный полупериод:

Во время положительного полупериода вывод диода анод станет положительным, а катод станет отрицательным, известным как прямое смещение . И это позволит протекать положительному циклу.

Отрицательный полупериод:

Во время отрицательного полупериода анод станет отрицательным, а катод станет положительным, что известно как обратное смещение .Таким образом, диод заблокирует отрицательный цикл.

Таким образом, когда источник переменного тока подключен к однополупериодному выпрямителю, через него будет проходить только полупериод , как показано на рисунке ниже.

Выход этого выпрямителя снимается через нагрузочный резистор RL . Если мы посмотрим на график вход-выход , он показывает пульсирующий положительный полупериод входа.

На выходе полуволнового выпрямителя слишком много пульсаций , и использовать этот выход в качестве источника постоянного тока не очень практично.Чтобы сгладил этот пульсирующий выходной сигнал, через резистор вводится конденсатор . Конденсатор будет заряжаться во время положительного цикла и разряжаться во время отрицательного цикла, чтобы выдать плавный выходной сигнал.

Такие типы выпрямителей тратят впустую мощность полупериода входа переменного тока.

Двухполупериодный выпрямитель:

Двухполупериодный выпрямитель преобразует как положительные, так и отрицательные полупериода переменного тока (переменного тока) в постоянный (постоянный ток).Он обеспечивает двойное выходное напряжение по сравнению с полуволновым выпрямителем

Двухполупериодный выпрямитель состоит из более чем одного диода.

Существует два типа двухполупериодных выпрямителей.

1. Мостовой выпрямитель
2. Выпрямитель с центральным отводом

Мостовой выпрямитель

Мостовой выпрямитель использует четыре диода для преобразования обоих полупериодов входного переменного тока в постоянный выходной.

В этом типе выпрямителя диоды подключаются в особой форме, как указано ниже.

Положительный полупериод:

Во время положительного полупериода входа диод D1 и D2 становится прямым смещением, а D3 и D4 становится обратным смещением. Диод D1 и D2 образуют замкнутый контур, который обеспечивает положительное выходное напряжение на нагрузочном резисторе RL .

Отрицательный полупериод:

Во время отрицательного полупериода диод D3 и D4 становится прямым смещением, а D1 и D2 становится обратным смещением.Но полярность нагрузочного резистора RL остается прежней и обеспечивает положительный выходной сигнал на нагрузке.

Выход двухполупериодного выпрямителя имеет низкие пульсации по сравнению с полуволновым выпрямителем, но, тем не менее, он не является плавным и устойчивым.

Чтобы сделать выходное напряжение плавным и стабильным, на выходе помещается конденсатор , как показано на рисунке ниже.

Заряд и разряд конденсатора, обеспечивающий плавные переходы между полупериодами.

Работа схемы мостового выпрямителя

Из принципиальной схемы видно, что диоды подключены определенным образом. Это уникальное расположение и дало название конвертеру. В мостовом выпрямителе напряжение на входе может быть от любого источника. Это может быть трансформатор, который используется для повышения или понижения напряжения, или сеть нашего домашнего источника питания. В этой статье мы используем трансформатор с ответвлениями 6-0-6 для обеспечения переменного напряжения.

В первой фазе работы выпрямителя, во время положительного полупериода, диоды D3-D2 смещены в прямом направлении и проводят ток. Диоды D1-D4 имеют обратное смещение и не проводят в течение этого полупериода, действуя как разомкнутые переключатели. Таким образом, мы получаем на выходе положительный полупериод. И наоборот, в отрицательном полупериоде диоды D1-D4 смещаются в прямом направлении и начинают проводить, тогда как диоды D3-D2 имеют обратное смещение и не проводят в этом полупериоде.

Опять получаем на выходе положительный полупериод.В конце процесса выпрямления отрицательная часть переменного тока преобразуется в положительный цикл. Выходной сигнал выпрямителя — это два полуположительных импульса с той же частотой и величиной, что и входной.

В отличие от работы полуволнового выпрямителя, полный мостовой выпрямитель имеет другую ветвь, которая позволяет ему проводить отрицательную половину формы волны напряжения, которую полумостовой выпрямитель не имел возможности сделать. Таким образом, среднее напряжение на выходе полного мостового выпрямителя вдвое больше, чем у полумостового выпрямителя.

Несмотря на то, что мы используем четыре отдельных силовых диода для изготовления двухполупериодного мостового выпрямителя, готовые компоненты мостового выпрямителя доступны в готовом виде в диапазоне различных значений напряжения и тока, которые могут использоваться непосредственно для обеспечения работоспособности. схема.

Форма волны выходного напряжения после выпрямления не соответствует правильному постоянному току, поэтому мы можем попытаться преобразовать ее в форму волны постоянного тока, используя конденсатор для фильтрации. Сглаживающие или накопительные конденсаторы, которые подключены параллельно нагрузке на выходе схемы двухполупериодного мостового выпрямителя, увеличивают средний выходной уровень постоянного тока до требуемого среднего напряжения постоянного тока на выходе, поскольку конденсатор действует не только как фильтрующий компонент, но и также периодически заряжается и разряжается, эффективно увеличивая выходное напряжение.

Конденсатор заряжается до тех пор, пока форма сигнала не достигнет своего пика, и равномерно разряжается в цепи нагрузки, когда форма сигнала начинает снижаться. Таким образом, когда выходной сигнал становится низким, конденсатор поддерживает правильную подачу напряжения в цепи нагрузки, тем самым создавая постоянный ток.

Преимущества мостового выпрямителя:

1. Низкие пульсации в выходном сигнале постоянного тока
2. Высокий КПД выпрямителя
3. Низкие потери мощности

Недостатки мостового выпрямителя:

1. Мостовой выпрямитель сложнее, чем мостовой выпрямитель. однополупериодный выпрямитель
2. Больше потерь мощности по сравнению с двухполупериодным выпрямителем с центральным ответвлением.

Выпрямитель с центральным отводом

Этот тип двухполупериодного выпрямителя использует трансформатор с центральным отводом и два диода.

Трансформатор с центральным отводом — это трансформатор с двойным напряжением, который имеет два входа ( I1 и I2 ) и три выходных клеммы ( T1, T2, T3 ). Клемма T2 подключена к центру выходной катушки, которая действует как опорное заземление (опорное напряжение o вольт ).Клемма T1 создает положительное напряжение , а клемма T3 создает отрицательное напряжение относительно T2 .

Конструкция выпрямителя с центральным отводом приведена ниже:

Положительный полупериод:

Во время входного положительного полупериода T1 выдает положительное напряжение, а T2 — отрицательное напряжение. Диод D1 станет прямым смещением, а диод D2 станет обратным смещением.Это создает закрытый путь от T1 к T2 через нагрузочный резистор RL , как показано ниже.

Отрицательный полупериод:

Теперь во время входного отрицательного полупериода T1 будет генерировать отрицательный цикл, а T2 будет генерировать положительный цикл. Это переведет диод D1 в обратное смещение, а диод D2 в прямое смещение. Но полярность на нагрузочном резисторе RL все еще такая же, поскольку ток проходит от T3 к T1 , как показано на рисунке ниже.

Выход DC выпрямителя с центральным отводом также имеет пульсации, и он не является плавным и устойчивым. DC . Конденсатор на выходе устранит пульсации и обеспечит стабильный выход DC .

Управляемый выпрямитель:

Тип выпрямителя, выходное напряжение которого может изменяться или изменяться , называется управляемым выпрямителем .

Потребность в управляемом выпрямителе становится очевидной, если мы рассмотрим недостатки неуправляемого мостового выпрямителя.Чтобы превратить неуправляемый выпрямитель в управляемый, мы используем твердотельные устройства с управляемым током, такие как SCR, MOSFET и IGBT. У нас есть полный контроль, когда тиристоры включаются или выключаются в зависимости от импульсов затвора, которые мы применяем к ним. Они обычно более предпочтительны, чем их неконтролируемые аналоги.

Он состоит из одного или нескольких SCR ( кремниевый управляемый выпрямитель ).

SCR , также известный как тиристор , представляет собой трехконтактный диод.Эти клеммы представляют собой анод , катод и управляющий вход, известный как Gate .

Точно так же, как простой диод, SCR проводит при прямом смещении и блокирует ток при обратном смещении, но он запускает прямую проводимость только при наличии импульса на входе затвора . Таким образом, выходным напряжением можно управлять с помощью входа затвора.

Типы управляемого выпрямителя

Есть два типа управляемого выпрямителя.

Выпрямитель с полуволновым управлением

Выпрямитель с полуволновым управлением состоит из одного тиристора (выпрямителя с кремниевым управлением).

Полупериодный управляемый выпрямитель имеет ту же конструкцию, что и полуволновой неуправляемый выпрямитель, за исключением того, что мы заменили диод на SCR , как показано на рисунке ниже.

SCR не проводит обратное смещение, поэтому он блокирует отрицательный полупериод.

Во время положительного полупериода SCR будет проводить ток при одном условии, когда на вход затвора подается импульс.Вход затвора, конечно, представляет собой периодический импульсный сигнал, который предназначен для активации SCR в каждом положительном полупериоде.

Таким образом, мы можем контролировать выходное напряжение этого выпрямителя.

Выходной сигнал SCR также является пульсирующим напряжением / током DC . Эти импульсы удаляются с помощью конденсатора , параллельного нагрузочному резистору RL .

Полнополупериодный управляемый выпрямитель

Тип выпрямителя, который преобразует как положительный, так и отрицательный полупериод переменного тока в постоянный, а также регулирует выходную амплитуду известен как двухполупериодный управляемый выпрямитель.

Как и неуправляемый выпрямитель, управляемый двухполупериодный выпрямитель бывает двух типов.

Управляемый мостовой выпрямитель

В этом выпрямителе диодный мост заменен мостом SCR ( Thyristor ) с такой же конфигурацией, как показано на рисунке ниже.

Положительный полупериод :

Во время положительного цикла SCR (тиристор) T1 и T2 будет проводить при подаче импульса затвора. T3 и T4 будут иметь обратное смещение, поэтому они будут блокировать ток. Выходное напряжение будет установлено на нагрузочном резисторе RL , как показано ниже.

Отрицательный полупериод:

Во время отрицательного полупериода тиристоры T3 и T4 будут иметь прямое смещение с учетом входного импульса затвора, а T1 и T2 станут обратным смещением. Выходное напряжение появится на нагрузочном резисторе RL .

В конце вывода используется конденсатор для удаления пульсаций и обеспечения стабильного и плавного вывода.

Управляемый Выпрямитель с центральным отводом:

Как и неуправляемый выпрямитель с центральным отводом, в этой конструкции используются два SCR вместо двух диодов.

Оба этих переключения SCR будут синхронизированы по-разному в зависимости от входной частоты AC .

Его работа такая же, как и у неуправляемого выпрямителя, и его схематическая конструкция приведена ниже.

Однофазные и трехфазные выпрямители

Эта классификация основана на типе входа, на котором работает выпрямитель. Именование довольно простое. Когда вход однофазный, выпрямитель называется однофазным выпрямителем, а когда вход трехфазный, он называется трехфазным выпрямителем.

Однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, тогда как трехфазный выпрямитель использует шесть диодов, расположенных определенным образом для получения желаемого выхода.Это могут быть управляемые или неуправляемые выпрямители, в зависимости от компонентов переключения, используемых в каждом выпрямителе, таких как диоды, тиристоры и т. Д.

Сравнение выпрямителей

В следующей таблице показано соответствие между различными типами выпрямителей, такими как однополупериодный выпрямитель, двухполупериодный выпрямитель и выпрямитель с центральным ответвлением.

Применение выпрямителей

В основном почти все электронные схемы работают от постоянного напряжения.Основная цель использования выпрямителя — выпрямление, то есть преобразование переменного напряжения в постоянное. То есть выпрямители используются почти во всех выпрямительных и электронных устройствах.

Ниже приведен список общих применений и использования различных выпрямителей.

• Выпрямление, т.е. преобразование постоянного напряжения в переменное.
• Выпрямители используются в электросварке для обеспечения поляризованного напряжения.
• Применяется также в тяговых двигателях, подвижном составе и трехфазных тяговых двигателях, используемых для движения поездов.
• Полуволновые выпрямители используются в средствах от комаров и паяльниках.
• Полуволновой выпрямитель также используется в AM Radio в качестве детектора и детектора пикового сигнала.
• Выпрямители также используются в умножителях модуляции, демодуляции и напряжения.

Похожие сообщения:

Двухполупериодный выпрямитель — Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением

процесс преобразования переменного тока ток в постоянный ток ток называется выпрямлением.Исправление может быть достигается за счет использования одного диода или группа диодов. Эти диоды, которые преобразуют переменный ток преобразование тока в постоянный ток называют выпрямителями.

Выпрямители обычно делятся на два типа: половинные волновой выпрямитель и двухполупериодный выпрямитель.

А полуволновой выпрямитель использует только один диод для преобразования переменного тока в округ Колумбия.Так что построить полуволну очень просто. выпрямитель. Однако одиночный диод в полуволновом выпрямителе допускает только положительную половину цикла или отрицательную половину цикл входного сигнала переменного тока и оставшийся полупериод входной сигнал переменного тока заблокирован. В результате большая сумма силы тратится впустую. Кроме того, однополупериодные выпрямители не подходят для приложений, требующих стабильного и плавное постоянное напряжение.Значит, однополупериодные выпрямители не эффективные преобразователи переменного тока в постоянный.

ср можно легко преодолеть этот недостаток, используя другой тип выпрямитель, известный как двухполупериодный выпрямитель. Полная волна выпрямитель имеет несколько основных преимуществ перед полуволновым выпрямитель. Среднее выходное напряжение постоянного тока, создаваемое двухполупериодный выпрямитель выше, чем однополупериодный.Кроме того, выходной сигнал постоянного тока двухполупериодного выпрямителя имеет меньше пульсаций, чем полуволновой выпрямитель. Как результат, получаем более плавное выходное напряжение постоянного тока.

Let’s взгляните на двухполупериодный выпрямитель ……… ..

Полная волна выпрямитель определение

А Двухполупериодный выпрямитель — это тип выпрямителя, который преобразует оба полупериода сигнала переменного тока в пульсирующий сигнал постоянного тока.

As как показано на рисунке выше, двухполупериодный выпрямитель преобразует как положительные, так и отрицательные полупериоды входного переменного тока сигнал в выходной пульсирующий сигнал постоянного тока.

Двухполупериодный выпрямитель подразделяется на два типа: двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением и двухполупериодный мост выпрямитель.

В в этом руководстве двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом объяснил.

Раньше переходя на работу двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом, Давайте сначала взглянем на трансформатор с центральным ответвлением. Поскольку трансформатор с центральным ответвлением играет ключевую роль в двухполупериодный выпрямитель с отводом по центру.

Центр ответвительный трансформатор

Когда дополнительный провод подключается точно посередине вторичная обмотка трансформатора, она известна как трансформатор с отводом по центру.

провод отрегулирован таким образом, чтобы он попадал точно в средняя точка вторичной обмотки. Итак, провод ровно при нулевом напряжении сигнала переменного тока. Этот провод известен как центральный кран.

трансформатор с центральным ответвлением работает почти так же, как и обычный трансформатор. Как и у обычного трансформатора, в центре отводился трансформатор также увеличивает или снижает напряжение переменного тока.Однако трансформатор с центральным ответвлением имеет еще одно важное характерная черта. Это вторичная обмотка центрального отвода. трансформатор делит входной переменный ток или сигнал переменного тока (В _P ) на две части.

верхняя часть вторичной обмотки дает положительный напряжение _{В и 1} В и нижняя часть вторичной обмотка выдает отрицательное напряжение V ₂ .Когда мы объединяем эти два напряжения при выходной нагрузке, получаем полную Сигнал переменного тока.

Т.е. V _Итого = V ₁ + V ₂

напряжения V ₁ и V ₂ равны величина, но противоположная по направлению. То есть напряжения (В ₁ и V ₂ ) производят верхнюю часть и нижнюю часть вторичной обмотки сдвинута по фазе на 180 градусов друг с другом.Однако при использовании двухполупериодного выпрямителя с трансформатором с центральным ответвлением, мы можем производить напряжения которые находятся в фазе друг с другом. Проще говоря, по с использованием двухполупериодного выпрямителя с трансформатором с центральным ответвлением, мы можем произвести ток, который течет только в одиночном направление.

Что такое двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом

А Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением — это тип выпрямителя который использует трансформатор с отводом от центра и два диода для преобразовать полный сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока.

Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением состоит из переменного тока. источник, трансформатор с отводами, два диода и нагрузка резистор.

Источник переменного тока подключен к первичной обмотке центра. ответвительный трансформатор. Подключен центральный отвод (дополнительный провод) точно в середине вторичного обмотка делит входное напряжение на две части.

Верхняя часть вторичной обмотки подключена к диод D ₁ и нижняя часть вторичной обмотка подключена к диоду Д ₂ . Оба диода D ₁ и диод D ₂ подключены к общая нагрузка R _L с помощью центрального метчика трансформатор. Центральный кран обычно считается точка заземления или точка отсчета нулевого напряжения.

Как центр двухполупериодный выпрямитель с отводом работает

центр двухполупериодный выпрямитель с ответвлениями использует трансформатор с ответвлениями для преобразования входного переменного напряжения в выходное постоянное напряжение.

Когда подается входное переменное напряжение, вторичная обмотка Трансформатор с ответвлениями делит это входное переменное напряжение на две части: положительная и отрицательная.

Во время положительный полупериод входного сигнала переменного тока, клемма A станет положительным, клемма B станет отрицательной и центральный кран заземлен (ноль вольт). Положительный вывод A подключен к p-стороне диода D ₁ и отрицательная клемма B подключена к стороне n диода Д ₁ .Значит диод D ₁ смещен в прямом направлении. во время положительного полупериода и пропускает электрический ток через это.

Вкл. с другой стороны, отрицательный вывод B подключен к Сторона p диода D ₂ и положительный вывод А подключен к стороне n диода D ₂ . Так диод D ₂ имеет обратное смещение во время положительный полупериод и не пропускает электрический ток через это.

диод D ₁ подает постоянный ток на нагрузку R _L . В Постоянный ток, производимый на нагрузке R _L , вернется ко вторичной обмотке через центральный отвод.

Во время положительный полупериод, ток течет только в верхнем часть схемы, в то время как нижняя часть схемы не переносят ток на нагрузку, потому что диод D ₂ имеет обратное смещение.Таким образом, во время положительного полупериода входного сигнала переменного тока только диод D ₁ пропускает электрический ток, а диод D ₂ не пропускает электрический ток.

Во время отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока, клемма A становится отрицательным, клемма B становится положительной и отводится по центру. заземлен (ноль вольт). Отрицательный вывод A подключен к p-стороне диода D ₁ и положительный вывод B подключен к стороне n диода Д ₁ .Значит диод D ₁ имеет обратное смещение. во время отрицательного полупериода и не допускает электрического ток через него.

Вкл. с другой стороны, положительный вывод B подключен к Сторона p диода D ₂ и отрицательный вывод А подключен к стороне n диода D ₂ . Так диод D ₂ смещен в прямом направлении во время отрицательный полупериод и пропускает через него электрический ток.

диод D ₂ подает постоянный ток на нагрузку R _L . В Постоянный ток, производимый на нагрузке R _L , вернется ко вторичной обмотке через центральный отвод.

Во время отрицательный полупериод, ток течет только в нижнем часть схемы, а верхняя часть схемы не переносят ток на нагрузку, потому что диод D ₁ имеет обратное смещение.Таким образом, во время отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока, только диод D ₂ пропускает электрический ток, а диод D ₁ не допускает пропустить электрический ток.

Таким образом, диод D ₁ пропускает электрический ток во время положительный полупериод и диод D ₂ позволяет электрическое ток в течение отрицательного полупериода входного переменного тока сигнал.В результате оба полупериода (положительный и отрицательный) входного сигнала переменного тока. Итак, на выходе Напряжение постоянного тока почти равно входному напряжению переменного тока.

А небольшое напряжение теряется на диоде D ₁ и диоде D ₂ , чтобы заставить их вести себя. Однако это напряжение очень мало по сравнению с напряжением, возникающим на выход.Таким образом, этим напряжением пренебрегают.

диоды D ₁ и D ₂ обычно подключен к нагрузке R _L. Таким образом, ток нагрузки равен сумма токов отдельных диодов.

ср знайте, что диод пропускает электрический ток только в одном направление. Из приведенной выше диаграммы мы видим, что как диоды D ₁ и D ₂ допускают ток в том же направлении.

ср знайте, что ток, который течет только в одном направлении, называется постоянным током. Таким образом, результирующий ток на выход (нагрузка) — постоянный ток (DC). Однако прямая ток, появившийся на выходе, не является чистым постоянным током но пульсирующий постоянный ток.

значение пульсирующего постоянного тока изменяется в зависимости от ко времени.Это связано с рябью выходного сигнала. Эти колебания можно уменьшить, используя такие фильтры, как конденсатор и индуктор.

среднее выходное постоянное напряжение на нагрузочном резисторе в два раза больше схема однополупериодного выпрямителя.

Выход формы сигналов двухполупериодного выпрямителя

Формы выходных сигналов двухполупериодного выпрямителя показаны на рисунок ниже.

Первый сигнал представляет входной сигнал переменного тока. Вторая форма волны и третья форма волны представляет собой сигналы постоянного тока или постоянный ток, создаваемый диодом D ₁ и диод D ₂ . Последний сигнал представляет общий выходной постоянный ток, создаваемый диодами D ₁ и Д ₂ . Из приведенных выше осциллограмм мы можем сделать вывод что выходной ток, создаваемый на нагрузочном резисторе, не чистый постоянный ток, но пульсирующий постоянный ток.

Характеристики двухполупериодного выпрямителя

Пульсация фактор

коэффициент пульсации используется для измерения количества ряби присутствует в выходном сигнале постоянного тока. Высокий коэффициент пульсации указывает на высокий пульсирующий сигнал постоянного тока, в то время как низкий уровень пульсации коэффициент указывает на слабый пульсирующий сигнал постоянного тока.

Пульсация коэффициент определяется как отношение напряжения пульсаций к чистому Напряжение постоянного тока

коэффициент пульсации равен

Наконец, получаем

γ = 0.48

Выпрямитель эффективность

Выпрямитель КПД показывает, насколько эффективно выпрямитель преобразует Переменный ток в постоянный. Высокий процент КПД выпрямителя указывает на исправный выпрямитель, в то время как низкий процент КПД выпрямителя указывает на неэффективный выпрямитель.

Выпрямитель КПД определяется как отношение выходной мощности постоянного тока к Входная мощность переменного тока.

Это математически можно записать как

η = выход P _DC / вход P _AC

выпрямитель КПД двухполупериодного выпрямителя составляет 81,2%.

выпрямитель КПД двухполупериодного выпрямителя вдвое выше, чем у однополупериодный выпрямитель.Таким образом, двухполупериодный выпрямитель больше КПД полуволнового выпрямителя

Пик обратный напряжение (PIV)

Пиковое обратное напряжение или пиковое обратное напряжение является максимальным напряжение, которое диод может выдержать в условиях обратного смещения. Если приложенное напряжение больше пикового обратного напряжение, диод будет безвозвратно разрушен.

пиковое обратное напряжение (PIV) = 2 В _smax

Выход постоянного тока текущий

в выходной резистор нагрузки R _L , оба диода D ₁ и в диоде D _{2 токи} протекают в одном направлении. Таким образом, выходной ток представляет собой сумму D ₁ и D ₂ токи.

ток, производимый D ₁ , составляет I _max / π, а ток, производимый D ₂ , равен I _max / π.

Итак, на выходе ток I _DC = 2I _макс. / π
Где,
I _макс = максимальный постоянный ток нагрузки

Выход постоянного тока напряжение

На нагрузочном резисторе R _{появилось выходное напряжение постоянного тока, L} задано как

. В _{постоянного тока} = 2 В _макс / π
Где,
V _макс = максимальное вторичное напряжение

Среднее значение квадрат (RMS) значение тока нагрузки I

_RMS

среднеквадратичное значение тока нагрузки в полной волне выпрямитель

Среднее значение квадратное (RMS) значение выходного напряжения нагрузки В

_RMS

среднеквадратичное значение выходного напряжения нагрузки в двухполупериодный выпрямитель

Форм-фактор

Форма Фактор — это отношение действующего значения тока к выходному постоянному току. текущий

Это математически можно записать как

Ф.F = действующее значение тока / выходного постоянного тока

форм-фактор двухполупериодного выпрямителя

F.F = 1.11

Преимущества двухполупериодного выпрямителя с центральным отводным трансформатором

высокий КПД выпрямителя

Полный волновой выпрямитель имеет высокий КПД выпрямителя, чем половина волновой выпрямитель.Это означает, что двухполупериодный выпрямитель преобразует Переменный ток в постоянный более эффективно, чем однополупериодный выпрямитель.

Низкий потеря мощности

В полупериодный выпрямитель, только полупериод (положительный или отрицательный полупериод) разрешен, а оставшийся полупериод заблокирован. В результате больше половины напряжения потрачено. Но в двухполупериодном выпрямителе оба полупериода (положительные и отрицательные полупериоды) разрешены одновременно. время.Таким образом, двухполупериодный выпрямитель не теряет сигнал.

Низкий рябь

выходной сигнал постоянного тока в двухполупериодном выпрямителе имеет меньше пульсаций чем полуволновой выпрямитель.

Недостатки двухполупериодного выпрямителя с центральным отводным трансформатором

высокий стоимость

Трансформаторы с центральным ответвлением дороги и занимают много места. Космос.

«Это статья касается только двухполупериодного выпрямителя с отводом по центру. Если вы хотите прочитать о полной волне с отводом по центру выпрямитель с посещением фильтра: полный волновой выпрямитель с фильтром »

Волновое Выпрямление. Этот архелп понимает основы… | by Gamze Yılan

Эта статья поможет вам понять основы схем волнового выпрямителя.

Занимаясь электроникой, мы будем сталкиваться с двумя типами токов; AC (альтернативный ток) и DC (постоянный ток). Переменный ток в основном используется для больших электрических цепей, таких как промышленные машины, в то время как постоянный ток гораздо более полезен, когда речь идет о небольших бытовых устройствах. Для этого нам нужно преобразовать переменный ток в постоянный.

Волновое выпрямление — это метод, используемый в электронных схемах для преобразования переменного тока в постоянный. Электрические цепи, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный, называются выпрямителями.Вы можете рассматривать зарядное устройство для телефона как пример выпрямителя.

Есть два типа выпрямительных схем; однополупериодный выпрямитель и двухполупериодный выпрямитель.

Представьте себе полную синусоиду. Половина этого будет на положительной стороне системы координат, а другая половина — на отрицательной стороне, верно? Что ж, выпрямитель либо отключит отрицательную половину, либо отключит положительную половину, переворачивая отрицательную половину вверх дном, чтобы создать выпрямленный выход.

Примечание: При работе с полупроводниковыми выпрямителями мы преобразуем сигнал синусоидальной волны.Источник синусоидального напряжения показан ниже, чтобы напоминать синусоидальную волну.

Источник синусоидального напряжения

Источник синусоидального напряжения будет иметь положительный конец и отрицательный конец, как и любой другой источник напряжения. Однако, в отличие от источников постоянного напряжения, ток будет течь от положительного полюса к отрицательному в половине случаев, а в половине случаев — в противоположном направлении. Итак, предположим, что время, необходимое для формирования полной волны (или завершения цикла) с источником синусоидального напряжения, равно T.Ток будет течь по цепи по часовой стрелке во время T / 2 и против часовой стрелки в остальное время T / 2. Это называется альтернативным током. В этом контексте, чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, нам просто нужно будет разместить диод в цепи, которая использует такой источник напряжения.

Диод, который вы устанавливаете, может быть либо идеальным, либо настоящим. Если вы работаете с идеальным диодом, учитывая, что между источником напряжения и диодом нет компонентов, потребляющих напряжение, будет два результата.Когда ток течет в том же направлении, в котором работает диод (T / 2 времени), выходное напряжение Vout будет равно входному напряжению, которое источник синусоидального напряжения питает схему, Vin. Когда ток течет в направлении, противоположном диоду (T / 2 времени), поскольку схема будет работать как разомкнутая цепь, выходное напряжение Vout будет равно 0 В (ноль вольт). Теперь, если вы нарисуете график выходного напряжения и сравните его с исходным графиком синусоидальной волны, вы увидите диаграмму ниже:

Полуволновое выпрямление: до и после

, где график выходного напряжения не будет иметь отрицательных полупериодов, а вместо этого, ноль значение.Вот в чем разница между полуволновыми выпрямителями и полнополупериодными выпрямителями: имейте в виду, что полнополупериодный выпрямитель не просто изолирует отрицательные полупериодные волны, а вместо этого переворачивает их вверх дном. Подробнее об этом в следующих разделах этой статьи.

Вы обнаружите, что в реальной жизни не существует идеальных диодов, которые позволяли бы входному напряжению быть равным выходному напряжению. Реальные диоды будут иметь пороговое напряжение, и для того, чтобы ток протекал через диод, даже если он имеет то же направление, напряжение, питающее цепь, должно быть больше этого порога.А когда оно больше порогового значения, диод потребляет часть входного напряжения. Если называть пороговое значение диода Vd, Vout будет равно Vin-Vd; следовательно, Vin будет больше, чем Vout.

В этом случае выходное напряжение будет формироваться только тогда, когда входное напряжение подачи превысит пороговое напряжение Vd. В синусоидальной волне есть периоды, когда входное напряжение возрастает от 0 до Vd и снижается с Vd до 0. В течение этих периодов выходное напряжение не будет, и поэтому при построении графика выходного напряжения сделайте обязательно отметьте эти периоды как 0В.И поскольку Vout будет на max равным Vin-Vd, Vmax на графике выходного напряжения должен быть отмечен равным не Vin, как мы сделали с диодом идеи, а равным Vin-Vd, как показано ниже.

Неидеальный полуволновой выпрямитель

Используйте приведенную ниже формулу для расчета среднего напряжения постоянного тока (В постоянного тока) для идеальных и неидеальных диодов в полуволновых выпрямителях:

• Идеальные диоды: В постоянного тока = 0,318 * Вмакс.
• Неидеальные диоды: Vdc = 0,318 * (Vmax-Vd)

Двухполупериодный выпрямитель заполнит части 0 В, с которыми вы столкнетесь при работе с полуволновым выпрямителем, и предоставит вам более прямой, более стабильный и чистый ток.Существует два типа двухполупериодного выпрямителя: мостовой выпрямитель и трансформатор с центральным ответвлением.

a) Мостовой выпрямитель

Мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, а иногда и сопротивления между каждой парой.

Мостовой выпрямитель

Давайте поработаем над примером выше. Данный мостовой выпрямитель питается от двух цепей сверху и снизу, и поскольку источник напряжения выдает переменный ток, ток будет периодически течь по обоим путям. Теперь, поскольку это рабочая цепь, если ток входит по пути вверху, вам нужно будет убедиться, что он уходит по пути ниже и наоборот.Следовательно, ток не может вернуться на путь, по которому он входил в цепь. Затем в каждом узле, с которым встречается текущая встреча, он будет проходить по наиболее подходящему пути. Если, например, диод не пропускает ток, ток будет использовать один из других путей, позволяющих ему течь, пока он, наконец, не выйдет из цепи.

Если диоды не идеальны, произойдет то же самое, за исключением потери Vd каждый раз, когда ток протекает через диод.

b) Трансформатор с центральным ответвлением

Источник синусоидального напряжения подает два сигнала: T / 2 времени с положительного конца и T / 2 времени с отрицательного конца, как обычно.Этот тип выпрямителей работает с транзистором и двумя диодами. Когда ток течет от положительного конца к отрицательному концу источника в течение первой половины времени, он войдет в трансформатор через положительный конец трансформатора, чтобы завершить сетку, как позволяют диоды. В обратном направлении во второй половине времени произойдет прямо противоположное.

Трансформатор с центральным ответвлением

В обоих случаях полноволнового выпрямления, поскольку ни один из диодов не будет поглощать напряжение в любой момент времени, а только перевернет его, график выходного напряжения Vout будет таким, как показано ниже:

Полноволновой выпрямитель

Использование приведенная ниже формула для расчета среднего напряжения постоянного тока (Vdc) в двухполупериодных выпрямителях:

Примечание: Коэффициент вдвое больше коэффициента, который мы использовали с полуволновыми выпрямителями, так как теперь у нас в два раза больше волны.

Основы исправления

Дэвид Херрес

Томас Эдисон на закате XIX века попытался обосновать свою предпочтительную электрическую систему постоянного тока. Но победили Джордж Вестингауз и Никола Тесла. AC пережил и не без оснований. Простого пассивного устройства, трансформатора, достаточно для изменения уровней напряжения для передачи на различные расстояния, а также меньше коррозии на выводах, поскольку электрохимическая активность самоподавляется при изменении полярности.Процесс преобразования переменного тока в постоянный, включая фильтрацию и регулирование, известен как выпрямление. Можно построить простой и недорогой выпрямитель, включив диод последовательно с входом переменного тока. Диод проводит при прямом смещении и не проводит при обратном смещении. Таким образом, выходной сигнал этого полуволнового выпрямителя состоит только из части формы волны либо выше оси X , либо ниже ее, в зависимости от того, как поляризован диод.

Однополупериодный выпрямитель плохо использует мощность на входе.Кроме того, такая топология создает большую нагрузку на конденсаторы диодов и фильтров.

Двухполупериодный выпрямитель, напротив, использует полную форму входного сигнала. Он преобразует обе полярности в пульсирующий сигнал, который впоследствии может быть отфильтрован для создания высококачественного постоянного тока. Трансформатора с центральным отводом и двумя диодами достаточно для выпрямления обеих половин входного переменного тока. Другая конфигурация схемы, которая дает такой же двухполупериодный выходной сигнал, состоит из четырех диодов, соединенных как «мост».«Этот мостовой выпрямитель не требует, чтобы трансформатор имел центральный ответвитель, а поток мощности распределяется равномерно, что повышает надежность и сокращает объем технического обслуживания.

В промышленных приложениях используются трехфазные полуволновые и двухполупериодные выпрямители, полуволновой выпрямитель с тремя диодами и двухполупериодный выпрямитель с шестью диодами.

No related posts.