+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Russian HamRadio — Выпрямители, достоинства и недостатки.

Выпрямители используются в блоках питания радиоэлектронных устройств для преобразования переменного напряжения в постоянное. Схема любого выпрямителя содержит 3 основных элемента:

Силовой трансформатор – устройство для понижения или повышения напряжения питающей сети и гальванической развязки сети с аппаратурой.

Выпрямительный элемент (вентиль), имеющий одностороннюю проводимость – для преобразования переменного напряжения в пульсирующее.

Фильтр – для сглаживания пульсирующего напряжения.

Выпрямители могут быть классифицированы по ряду признаков: по схеме выпрямления – однополупериодные, двухполупериодные, мостовые, с удвоением (умножением) напряжения, многофазные и др.

По типу выпрямительного элемента – ламповые (кенотронные), полупроводниковые, газотронные и др.

По величине выпрямленного напряжения – низкого напряжения и высокого.

По назначению –для питания анодных цепей, цепей экранирующих сеток, цепей управляющих сеток, коллекторных цепей транзисторов, для зарядки аккумуляторов и др.

Основные характеристики выпрямителей:

Основными характеристиками выпрямителей являются:

Номинальное напряжение постоянного тока – среднее значение выпрямленного напряжения, заданное техническими требованиями. Обычно указывается напряжение до фильтра U0 и напряжение после фильтра (или отдельных его звеньев – U. Определяется значением напряжения, необходимым для питаемых выпрямителем

устройств.

Номинальный выпрямленный ток I0 – среднее значение выпрямленного тока, т.е. его постоянная составляющая, заданная техническими требованиями. Определяется результирующим током всех цепей питаемых выпрямителем.

Напряжение сети Uсети – напряжение сети переменного тока, питающей выпрямитель. Стандартное значение этого напряжения для бытовой сети –220 вольт с допускаемыми отклонениями не более 10 %.

Пульсация – переменная составляющая напряжения или тока на выходе выпрямителя. Это качественный показатель выпрямителя.

Частота пульсаций – частота наиболее резко выраженной гармонической составляющей напряжения или тока на выходе выпрямителя. Для самой простой однополупериодной схемы выпрямителя частота пульсаций равна частоте питающей сети. Двухполупериодные, мостовые схемы и схемы удвоения напряжения дают пульсации, частота которых равна удвоенной частоте питающей сети. Многофазные схемы выпрямления имеют частоту пульсаций, зависящую от схемы выпрямителя и числа фаз.

Коэффициент пульсаций – отношение амплитуды наиболее резко выраженной гармонической составляющей напряжения или тока на выходе выпрямителя к среднему значению напряжения или тока. Различают коэффициент пульсаций на входе фильтра (p0 %) и коэффициент пульсаций на выходе фильтра (p %). Допускаемые значения коэффициента пульсаций на выходе фильтра определяются характером нагрузки.

Коэффициент фильтрации (коэффициент сглаживания) – отношение коэффициента пульсаций на входе фильтра к коэффициенту пульсаций на выходе фильтра k с = p0 / p. Для многозвенных фильтров коэффициент фильтрации равен произведению коэффициентов фильтрации отдельных звеньев.

Колебания (нестабильность) напряжения на выходе выпрямителя –изменение напряжения постоянного тока относительно номинального. При отсутствии стабилизаторов напряжения определяются отклонениями напряжения сети.

Схемы выпрямителей.

Выпрямители, применяемые для однофазной бытовой сети выполняются по 4 основным схемам: однополупериодной, двухполупериодной с нулевой точкой (или просто- двухполупериодной), двухполупериодной мостовой(или просто –мостовой, реже называется как “схема Герца”), и схема удвоения(умножения) напряжения(схема Латура). Для многофазных промышленных сетей применяются две разновидности схем: Однополупериодная многофазная и схема Ларионова.

Чаще всего используются трехфазные схемы выпрямителей. Основные показатели, характеризующие схемы выпрямителей могут быть разбиты на 3 группы:

Относящиеся ко всему выпрямителю в целом: U0 -напряжение постоянного тока до фильтра, I0 – среднее значение выпрямленного тока, p0 – коэффициент пульсаций на входе фильтра.

Определяющие выбор выпрямительного элемента (вентиля): Uобр – обратное напряжение (напряжение на выпрямительном элементе (вентиле) в непроводящую часть периода), Iмакс – максимальный ток проходящий через выпрямительный элемент (вентиль) в проводящую часть периода.

Определяющие выбор трансформатора: U2 – действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора, I2 – действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора, Pтр – расчетная мощность трансформатора.

Основные характеристики различных схем выпрямления.

Сравнение схем выпрямления и ориентировочный расчет выпрямителя можно сделать, используя данные из таблицы.

Тип схемы

Uобр

I макс

I 2

U 2

C 0

*

P0 %

U C0

Однополупериодная

3 U0

7 I 0

2 I 0

0,75U0

60 I 0/U0

600 I

0
——
U0 *C0

1,2U0

Двухполупериодная

3 U0

3,5 I 0

I 0

0,75U0

30 I 0/U0

300 I

0
——
U0 *C0

1,2U0

Мостовая

1,5 U0

3,5 I 0

1,41 I 0

0,75U0

30 I 0/U0

300 I

0
——
U0 *C0

1.2U0

Удвоения напряжения

1,5 U0

7 I 0

2,8 I 0

0,38U0

125 I 0/U0

1250 I

0
——
U0 *C0

0,6U0

* Значение емкости конденсатора рассчитано для P0 % = 10 %

Задавшись значением напряжения на выходе выпрямителя U0 и значением номинального тока в нагрузке (среднего значения выпрямленного тока) I 0, можно без труда определить напряжение вторичной обмотки трансформатора, ток во вторичной обмотке, максимально допустимый ток вентилей, обратное напряжение на вентилях, а также рабочее напряжение конденсатора фильтра. Задавшись необходимым коэффициентом пульсаций, можно рассчитать значение емкости на выходе выпрямителя.

Однополупериодный выпрямитель.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

U2 — Напряжение на вторичной обмотке трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке.

Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

Как видно на осциллограммах напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт и напряжение в нагрузку подается только с заряженного в предыдущий полупериод конденсатора. При отсутствии конденсатора пульсации выпрямленного напряжения довольно значительны.

Недостатками такой схемы выпрямления являются: Высокий уровень пульсации выпрямленного напряжения, низкий КПД, значительно больший, чем в других схемах, вес трансформатора и нерациональное использование в трансформаторе меди и стали.

Данная схема выпрямителя применяется крайне редко и только в тех случаях, когда выпрямитель используется для питания цепей с низким током потребления.

Двухполупериодный выпрямитель с нулевой точкой.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

U2 — Напряжение на одной половине вторичной обмотки трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке

.

Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

В этом выпрямителе используются два вентиля, имеющие общую нагрузку и две одинаковые вторичные обмотки трансформатора (или одну со средней точкой). Практически схема представляет собой два однополупериодных выпрямителя, имеющих два разных источника и общую нагрузку. В одном полупериоде переменного напряжения ток в нагрузку проходит с одной половины вторичной обмотки через один вентиль, в другом полупериоде — с другой половины обмотки, через другой вентиль.

Преимущество: Эта схема выпрямителя имеет в 2 раза меньше пульсации по сравнению с однополупериодной схемой выпрямления. Емкость конденсатора при одинаковом с однополупериодной схемой коэффициенте пульсаций может быть в 2 раза меньше.

Недостатки: Более сложная конструкция трансформатора и нерациональное использование в трансформаторе меди и стали.

Мостовая схема выпрямителя.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

U2 — Напряжение вторичной обмотки трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке.

Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

Основная особенность данной схемы – использование одной обмотки трансформатора при выпрямлении обоих полупериодов переменного напряжения.

При выпрямлении положительного полупериода переменного напряжения ток проходит по следующей цепи: Верхний вывод вторичной обмотки – вентиль V2 – верхний вывод нагрузки – нагрузка — нижний вывод нагрузки — вентиль V3 – нижний вывод вторичной обмотки – обмотка.

При выпрямлении отрицательного полупериода переменного напряжения ток проходит по следующей цепи: Нижний вывод вторичной обмотки – вентиль V4 – верхний вывод нагрузки — нагрузка – нижний вывод нагрузки – вентиль V1 – верхний вывод вторичной обмотки – обмотка. Как мы видим, в обоих случаях направление тока через нагрузку (выделено курсивом) одинаково.

Преимущества: По сравнению с однополупериодной схемой мостовая схема имеет в 2 раза меньший уровень пульсаций, более высокий КПД, более рациональное использование трансформатора и уменьшение его расчетной мощности. По сравнению с двухполупериодной схемой мостовая имеет более простую конструкцию трансформатора при таком же уровне

пульсаций. Обратное напряжение вентилей может быть значительно ниже, чем в первых двух схемах.

Недостатки: Увеличение числа вентилей и необходимость шунтирования вентилей для выравнивания обратного напряжения на каждом из них.

Эта схема выпрямителя наиболее часто применяется в самых различных устройствах. На основе этой схемы, при наличии среднего вывода с вторичной обмотки трансформатора можно получить еще два варианта схем выпрямления:

На левой схеме отвод от средины вторичной обмотки позволяет получить еще одно напряжение, меньше основного в 2 раза. Таким образом основное напряжение получается с мостовой схемы выпрямления, дополнительное – с двухполупериодной.

На правой схеме получается двуполярное напряжение амплитудой в 2 раза меньше чем получаемое в основной схеме. Оба напряжения получаются с помощью двуполупериодных схем выпрямления.

Схема удвоения напряжения.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

U2 — Напряжение вторичной обмотки трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке.

Отличительной особенностью данной схемы является то, что в одном полупериоде переменного напряжения от вторичной обмотки трансформатора “заряжается” один конденсатор, а во втором полупериоде от той же обмотки– другой. Поскольку конденсаторы включены последовательно, то результирующее напряжение на обоих конденсаторах (на нагрузке) в два раза выше, чем можно получить от той же вторичной обмотки в схеме с однополупериодным выпрямителем.

Преимущества: Вторичную обмотку трансформатора можно рассчитывать на значительно меньшее напряжение.

Недостатки: Значительные токи через вентили выпрямителя, Уровень пульсаций значительно выше, чем в схемах двуполупериодных выпрямителей.

Эта же схема может использоваться еще в двух вариантах:

Левая схема предназначена для получения двух напряжений питания одной полярности, правая – для получения двуполярного напряжения с общей точкой.

Во втором варианте схемы характеристики выпрямителя соответствуют характеристикам однополупериодного выпрямителя.

Многофазные выпрямители.

Многофазные выпрямители применяются, как правило только в промышленной и специальной аппаратуре. Обычно в промышленной аппаратуре применяются трехфазные выпрямители двух типов – трехфазный выпрямитель и выпрямитель Ларионова.

Трехфазный выпрямитель.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

ФА, ФС, ФВ – напряжения на вторичных обмотках трехфазного трансформатора.

U va, Uvb, Uvc напряжение на нагрузке получаемое с соответствующего вентиля.

Uн – Суммарное напряжение на нагрузке.

Выпрямитель представляет собой однополупериодный выпрямитель для каждой из трех фазных вторичных обмоток. Все три вентиля имеют общую нагрузку. Если рассмотреть осциллограммы напряжения на нагрузке при отключенном конденсаторе для каждой из трех фаз, то можно заметить, что напряжение на нагрузке имеет такой же уровень пульсаций, как и в схеме однополупериодного выпрямления. Сдвиг фаз (т.е. сдвиг по времени) напряжений выпрямителей между собой в результате даст в 3 раза меньший уровень пульсаций, чем в однофазной однополупериодной схеме выпрямления.

Достоинства: Низкий уровень пульсаций выпрямленного напряжения.

Недостатки: Так же как и в однофазной однополупериодной схеме выпрямления, низкий КПД, нерациональное использование трансформатора. Данный выпрямитель неприменим для обычной однофазной сети.

Схема Ларионова.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

Этот выпрямитель представляет собой мостовые выпрямители для каждой пары трехфазных обмоток, работающие на общую нагрузку.

Соединяя в себе достоинства мостового выпрямителя и трехфазного питания, он имеет настолько низкий уровень пульсаций, что позволяет работать почти без сглаживающего конденсатора или с небольшой его емкостью.

Недостатки: Увеличенное количество вентилей. Выпрямитель также не может быть применен для работы в однофазной бытовой сети.

Выпрямители для бестрансформаторного питания аппаратуры.

Бестрансформаторные выпрямители являются простейшими неавтономными источниками постоянного тока. Они применяются при напряжениях близких к напряжению сети или превышающих его в 1,5 – 2,5 раза и токах до нескольких десятков миллиампер.

Ограниченное применение бестрансформаторных выпрямителей объясняется в первую очередь требованиями техники безопасности, так как оба полюса выпрямленного напряжения гальванически связаны с сетью.

Второй недостаток таких выпрямителей – отсутствие гибкости при выборе выпрямленного напряжения. Для радиоаппаратуры можно использовать в качестве безтрансформаторных выпрямители: Однополупериодный, мостовой, удвоения напряжения. Основные характеристики такие же как и в случае с трансформаторным питанием. Сетевое напряжение подключают к точкам подключения вторичных обмоток трансформаторов (вместо трансформатора).

Безтрансформаторные схемы опасны для использования!

Для питания малогабаритной портативной аппаратуры с токами до 15-20 миллиампер можно применять однополупериодные или мостовые схемы с гасящими конденсаторами. В этой схеме конденсатор Сгас выполняет роль “безваттного” реактивного сопротивления, образующий с активным сопротивлением нагрузки своеобразный делитель напряжения.

 

Реактивное сопротивление гасящего конденсатора указано в формуле.

Данная схема может найти применение для заряда малогабаритных аккумуляторов радиоприемников, радиостанций и радиотелефонов.

При конструировании и эксплуатации выпрямителя также необходимо соблюдать осторожность!

Некоторые рекомендации по работе с выпрямителями.

Вторичные обмотки трансформаторов необходимо всегда защищать плавкими предохранителями. В этом случае короткое замыкание в цепи нагрузки не приведет к таким последствиям как выход из строя трансформатора и тем более не приведет к возгоранию аппаратуры.

Часто при конструировании выпрямителей оказывается, что нет нужных вентилей (диодов) или конденсаторов. с нужными характеристиками. В таком случае можно применить параллельное или последовательное соединение вентилей или конденсаторов.

Что при этом нужно помнить?

Если имеющиеся вентили (диоды) по допустимому току меньше расчетного максимального тока, можно применить параллельное соединение таких диодов, умножив их допустимый ток на количество диодов в “связке”.

В случае если допустимое обратное напряжение вентилей (диодов) меньше рассчитанного значения, можно применить их последовательное соединение, включив параллельно каждому диоду шунтирующие резисторы, которые выровняют обратное напряжение между диодами. Величину сопротивления шунта рассчитывают по формуле:

Rш = 700 * Uобр / N для диодов с Uобр меньше 200 В и Iмакс = 1 – 10 Ампер

Или

Rш = 150 * Uобр / N для диодов с Uобр более 200 В и Iмакс менее 0,3 Ампер

В случае если емкость конденсатора меньше расчетной, можно применить параллельное включение нескольких конденсаторов, имеющих рабочее напряжение не меньше расчетного.

В случае если рабочее напряжение конденсаторов меньше допустимого для конкретной схемы, можно применить последовательное включение конденсаторов, не забывая, что общая емкость в этом случае уменьшится во столько раз, сколько конденсаторов будет включено в последовательную цепь.

Такую схему применять можно только в крайнем случае, поскольку в такой схеме пробой (короткое замыкание) одного конденсатора вызовет “цепную реакцию”, так как на оставшиеся в работе конденсаторы будет приложено большее напряжение, чем было до замыкания одного из них. Шунтирование конденсаторов резисторами в этом случае не спасает аппаратуру от последовательного выхода из строя конденсаторов во всей цепочке. Лучше применить последовательное соединение нескольких выпрямителей, рассчитанных на более низкое напряжение. Тогда при пробое одного из конденсаторов выходное напряжение просто снизится.

В этой статье приведена только краткая информация по схемам выпрямителей. Более подробно о расчете выпрямителей можно прочесть в самой различной литературе.

При подготовке статьи использована литература:

В.Я. Брускин “Номограммы для радиолюбителей” МРБ 1972 год.

Б.Богданович, Э.Ваксер “Краткий радиотехнический справочник” Беларусь 1968 год.

Всего вам доброго!

2.2 Основные характеристики выпрямителей. Трансформаторы и выпрямители

Похожие главы из других работ:

Газоснабжение жилого микрорайона г. Чебоксары

1.6.1 Основные характеристики газовых сетей

Газовые сети бывают 2-х типов: разветвлённые и кольцевые. У разветвлённых сетей газ поступает к узлу потребления по одному участку (направлению), поэтому они являются тупиковыми сетями…

Ионная имплантация

3. Основные характеристики ионной имплантации

Формально ионной имплантацией следовало бы называть облучение поверхности твердого тела атомами или атомарными ионами с энергией не менее 5-10 энергий связи атома в решетке облучаемой мишени (тогда до остановки ион или атом пройдет не менее 2-3…

Исследование влияния частоты переменного электрического поля на яркость люминесценции различных люминофоров

2.2 Основные характеристики люминесцирующих веществ

Важнейшими характеристиками вещества при фотолюминесценции являются: спектры поглощения, возбуждения, излучения, яркость или интенсивность свечения, выход свечения, длительность послесвечения, степень поляризации…

Микропроцессорные защиты элементов подстанции

3.2 Основные технические характеристики

Основные технические характеристики шкафов приведены в таблице 3.2.1. Таблица 3.2.1 — Технические характеристики шкафов Параметр Нормируемое значение Номинальное напряжение переменного тока…

Модернизация комплексов релейной защиты силовых трансформаторов и отходящих линий электрической сети подстанции

1.2 Основные характеристики подстанции

Подстанция «ГПП» 35/6 кВ питается от двухцепной воздушной линий 35 кВ, отходящей от тяговой подстанции со станции «Симская». Со стороны высокого напряжения установлены выключатели типа ВМД-35…

Модернизация электропривода дымососа котельной

1.4.2 Основные технические характеристики дымососа

Привод дымососов осуществляется от закрытых асинхронных одно- или двухскоростных электродвигателей…

Организация рынка электроэнергии ФОРЭМ в России

Основные характеристики ФОРЭМ

Федеральный (общероссийский) оптовый рынок электрической энергии и мощности (ФОРЭМ) представляет собой систему договорных отношений множества его участников (субъектов)…

Поверочный расчет парогенератора К-35-40

2.2 Основные конструктивные характеристики топки

Котлы типа К-35-40 имеют пылеугольную топку для камерного сжигания каменных и бурых углей и фрезерованного торфа. По конструктивным размерам принимаем активный объем топочной камеры Vт = 179 м3. Допустимое тепловое напряжение объема топки…

Разработка монтажа центрального разъединителя РНДЗ-500 кВ

2.4 Комплектация и основные монтажные характеристики

Основные блоки: а) заземляющие ножи; б) изоляторы; в) рама основание; в) привод. Разъединитель поставляется с завода изготовителя отдельными блоками. Отдельные блоки маркированы номерами…

Расчёт утилизационного котла судна

1. Основные характеристики судна

1. Тип судна — толкач проекта N 81200 2. Назначение судна — толкание сухогрузных и нефтеналивных составов и барж, перевозящих нефтепродукты с температурой вспышки паров свыше 60є С с общей грузоподъемностью до 8000 т. 3…

Системы построения изображений в ИК-диапазоне

4. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОВИЗОРОВ

Формат и частота смены изображений. Формат изображения в матричных тепловизорах при правильно подобранной оптике соответствует числу отдельных элементов в матрице. Например…

Тепловой расчет котельного агрегата

7.1 Основные характеристики

По условию устанавливаем чугунный экономайзер. Водяные экономайзеры устанавливаем для снижения температуры уходящих газов, а следовательно для повышения КПД котельной установки…

Типы, характеристики и методы формирования регулярных поверхностных микро- и наноструктур

1.1 Основные характеристики и типы

Суспензии порошков в жидкости являются основой огромного массива процессов с использованием материалов, как в технологии, так и в науке. Так, кровь, керамика, косметика, моющие средства, чернила, краски…

Цунами. Физика процесса

3. Основные характеристики цунами

К ним относятся: магнитуда, интенсивность на конкретном побережье и скорость движения волны, длина волны. Цунами классифицируют по магнитуде (магнитудная шкала для цунами предложена японскими учеными). Магнитуда цунами (m) определяется…

Электроснабжение деревни Анисовка

Основные технические характеристики проводов

Таблица №7 Провод Dср, мм Ro, Ом/км хо, Ом/км Iдоп, А АС16 1500 1,772 0,416 111 АС25 1500 1,146 0,40 135 АС50 1500 0,592 0,380 210 Расчет потерь напряжения на участках Рассчитаем потери напряжения на участках в процентах…

1.28. Схемы выпрямителей для источников питания

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Диоды и диодные схемы



Двухполупериодная мостовая схема. На рис. 1.74 показана схема источника питания постоянного тока с мостовым выпрямителем, который мы только что рассмотрели. Промышленность изготавливает мостовые схемы в виде функциональных модулей. Маленькие мостовые модули рассчитаны на предельный ток 1 А и напряжение пробоя от 100 до 600 В. а иногда до 1000 В. Для больших мостовых выпрямителей предельный ток равен 25 А и выше.

Рис. 1.74. Схема мостового выпрямителя. Значок полярности и электрод в виде дуги служат для обозначения поляризованного конденсатора, заряжать его с другой полярностью недопустимо.

Двухлолупериодный однофазный выпрямитель. Схема двухполупериодного однофазного выпрямителя приведена на рис. 1.75. Выходное напряжение здесь в 2 раза меньше, чем в схеме мостового выпрямителя. Схема двухполупериодного однофазного выпрямителя не является эффективной с точки зрения использования трансформатора, так как каждая половина вторичной обмотки используется только в одном полупериоде. В связи с этим ток в обмотке за этот интервал времени в 2 раза больше, чем в простой двухполупериодной схеме. Согласно закону Ома, температура нагрева обмотки пропорциональна произведению I²R, значит, за время в 2 раза меньшее нагрев будет в 4 раза больше или в среднем больше по сравнению с эквивалентной двухполупериодной схемой. Трансформатор для этой схемы следует выбирать так, чтобы его предельный ток был в 1,4 (в √2) раз больше, чем у трансформатора мостовой схемы, в противном случае такой выпрямитель будет более дорогим и более громоздким, чем мостовой.

Рис. 1.75. Двухполупериодный выпрямитель на основе трансформатора со средней точкой.

Рис. 1.76.

Упражнение 1.28. Это упражнение поможет вам разобраться в механизме нагрева обмотки, пропорционального I²R, и понять, в чем проявляется недостаток однофазного выпрямителя. На какое предельное минимальное значение тока должен быть расчитан плавкий предохранитель, чтобы в цепи мог протекать ток, изменяющийся согласно графику, показанному на рис. 1.76, и имеющий среднюю амплитуду 1 А? Подсказка: предохранитель «перегорает», когда в цепи начинает протекать ток, превышающий предельное значение тока предохранителя. При этом в предохранителе расплавляется металлический проводник (температура его нагрева пропорциональна I²R). Допустим, что и в нашем случае температурная постоянная времени для плавкого предохранителя значительно больше, чем период прямоугольных колебаний, т. е. предохранитель реагирует на значение I², осредненное за несколько периодов входного сигнала.

Расщепление напряжения питания. Широко распространена мостовая однофазная двухполупериодная схема выпрямителя, показанная на рис. 1.77. Она позволяет рсщеплять напряжение питания (получать на выходе одинаковые напряжения положительной и отрицательной полярности). Эта схема эффективна, так как в каждом полупериоде входного сигнала используются обе половины вторичной обмотки.

Рис. 1.77. Формирование двухполярного (расщепленного) напряжения питания.

Рис. 1.78. Удвоитель напряжения.

Выпрямители с умножением напряжения. Схема, показанная на рис. 1.78, называется удвоителем напряжения. Для того чтобы понять, как работает эта схема, представьте, что она состоит из двух последовательно соединенных выпрямителей. Фактически эта схема является двухполупериодным выпрямителем, так как она работает в каждом полупериоде входного сигнала — частота пульсаций в 2 раза превышает частоту колебаний питающей сети (для сети с частотой 60 Гц, как в США, частота пульсаций составляет 120 Гц). Разновидности этой схемы позволяют увеличивать напряжение в 3, 4 и более раз. На рис. 1.79 показаны схемы выпрямителей, обеспечивающие увеличение напряжения в 2, 3 и 4 раза, в которых один конец обмотки трансформатора заземлен.

РРис. 1.79. Схемы умножения напряжения; наличие источника с плавающим напряжением в представленных схемах не обязательно.


Другие пассивные компоненты


Схемы выпрямителей

Добавлено 4 марта 2017 в 15:10

Сохранить или поделиться

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

Схема однополупериодного выпрямителя

Однополупериодный выпрямитель не удовлетворяет требований большинства источников питания. Содержание гармоник в выходном сигнале выпрямителя слишком велико, и, следовательно, их трудно отфильтровать. Кроме того питающий источник переменного напряжения подает питание на нагрузку во время только одной половины каждого полного периода, а это означает, что половина его возможностей не используется. Тем не менее, однополупериодный выпрямитель является очень простым способом уменьшения мощности, подводимой к активной нагрузке. Переключатели некоторых двухпозиционных ламповых диммеров подают напрямую полное переменное напряжение на лампу накаливания для «полной» яркости или через однополупериодный выпрямитель для уменьшения яркости (рисунок ниже).

Использование однополупериодного выпрямителя: двухпозиционный ламповый диммер

В положении переключателя «Тускло» лампа накаливания получает примерно половину мощности, которую она бы получала при работе с полным периодом переменного напряжения. Поскольку питание после однополупериодного выпрямителя пульсирует гораздо быстрее, чем нить накала успевает нагреться и охладиться, лампа не мигает. Вместо этого, нить накала просто работает на меньшей, чем обычно, температуре, обеспечивая менее яркий свет. Эта идея быстроты «пульсирования» питания по сравнению с медленно реагирующей нагрузкой широко используется в мире промышленной электроники для управления электроэнергией, подаваемой на нагрузку. Так как управляющее устройство (в данном случае, диод) в любой момент времени либо полностью проводит, либо полностью не проводит ток, то оно рассеивает мало тепловой энергии, контролируя при этом мощность нагрузки, что делает этот метод управления питанием очень энергоэффективным. Эта схема, возможно, является самым грубым способом подачи пульсирующего питания на нагрузку, но она достаточна в качестве применения, доказывающего правильность идеи.

Если нам нужно выпрямить питание переменным напряжением, чтобы получить полное использование обоих полупериодов синусоидального сигнала, то необходимо использовать другие схемы выпрямителей. Такие схемы называются двухполупериодными выпрямителями. Один из типов двухполупериодных выпрямителей, называемый выпрямителем со средней точкой, использует трансформатор со средней точкой во вторичной обмотке и два диода, как показано на рисунке ниже.

Двухполупериодный выпрямитель, схема со средней точкой

Понять работу данной схемы довольно легко, рассмотрев ее в разные половины периода синусоидального сигнала. Рассмотрим первую половину периода, когда полярность напряжения источника положительна (+) наверху и отрицательна внизу. В это время ток проводит только верхний диод, нижний диод блокирует протекание тока, а нагрузка «видит» первую половину синусоиды, положительную наверху и отрицательную внизу. Во время первой половины периода ток протекает только через верхнюю половину вторичной обмотки трансформатора (рисунок ниже).

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой: Верхняя половина вторичной обмотки проводит ток во время положительной полуволны на входе, доставляя положительную полуволну на нагрузку (стрелками показано направление движения потока электронов)

В течение следующего полупериода полярность переменного напряжения меняется на противоположную. Теперь другой диод и другая половина вторичной обмотки трансформатора проводят ток, а часть схемы, проводившая ток во время предыдущего полупериода, находится в ожидании. Нагрузка по-прежнему «видит» половину синусоиды, той же полярности, что и раньше: положнительная сверху и отрицательная снизу (рисунок ниже).

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой: Во время отрицательной полуволны на входе ток проводит нижняя половина вторичной обмотки, доставляя положительную полуволну на нагрузку (стрелками показано направление движения потока электронов)

Одним из недостатков этой схемы двухполупериодного выпрямителя является необходимость трансформатора со средней точкой во вторичной обмотке. Особенно сильно этот недостаток проявляется, если для схемы имеют значение высокая выходная мощность; размер и стоимость подходящего трансформатора становятся одними из определяющих факторов. Следовательно, схема выпрямителя со средней точкой используется только в приложениях с низким энергопотреблением.

Полярность на нагрузке двухполупериодного выпрямителя со средней точкой может быть изменена путем изменения направления диодов. Кроме того, перевернутые диоды могут подключены параллельно с существующим выпрямителем с положительным выходом. В результате получится двуполярный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, показанный на рисунке ниже. Обратите внимание, что соединение диодов между собой аналогично схеме моста.

Двуполярный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Существует еще одна популярная схема двухполупериодного выпрямителя, она построена на базе схемы четырехдиодного моста. По очевыдным причинам эта схема называется двухполупериодным мостовым выпрямителем.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Направления потоков электронов в двухполупериодном мостовом выпрямителе показано на рисунках ниже для положительной и отрицательной полуволн синусоиды переменного напряжения источника. Обратите внимание, что независимо от полярности на входе, ток через нагрузку протекает в одном и том же направлении. То есть, отрицательная полуволна на источнике соответствует положительной полуволне на нагрузке. Ток протекает через два диода, соединенных последовательно для обеих полярностей. Таким образом, из-за падения напряжения на двух диодах теряется (0.7 x 2 = 1.4В для кремниевых диодов). Это является недостатком по сравнению с двухполупериодным выпрямителем со средней точкой. Этот недостаток является проблемой только для очень низковольтных источников питания.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель. Поток электронов для положительных полупериодовДвухполупериодный мостовой выпрямитель. Поток электронов для отрицательных полупериодов

Запоминание правильного соединения диодов схемы мостового выпрямителя иногда может вызвать проблемы у новичка. Альтернативное представление этой схемы может облегчить запоминание и понимание. Это точно такая же схема, за исключением того, что все диоды нарисованы в горизонтальном положении и указывают в одном направлении (рисунок ниже).

Альтернативное представление схемы двухполупериодного мостового выпрямителя

Одним из преимуществ такого представления схемы мостового выпрямителя является то, что она легко расширяется до многофазной версии (рисунок ниже).

Схема трехфазного мостового выпрямителя

Линия каждой из фаз подключается между парой диодов: один ведет к положительному (+) выводу нагрузки, а второй – к отрицательному. Многофазные системы с количеством фаз, более трех, так же могут быть легко использованы в схеме мостового выпрямителя. Возьмем, например, схему шестифазного мостового выпрямителя (рисунок ниже).

Схема шестифазного мостового выпрямителя

При выпрямлении многофазного переменного напряжения сдвинутые по фазе импульсы накладываются друг на друга создавая выходное постоянное напряжение, которое более «гладкое» (имеет меньше переменных составляющих), чем при выпрямлении однофазного переменного напряжения. Это преимущество является решающим в схемах выпрямителей высокой мощности, где физический размер фильтрующих компонентов будет чрезмерно большим, но при этом необходимо получить постоянное напряжение с низким уровнем шумов. Диаграмма на рисунке ниже показывает двухполупериодное выпрямление трехфазного напряжения.

Трехфазное переменное напряжение и выходное напряжение трехфазного двухполупериодного выпрямителя

В любом случае выпрямления (однофазном или многофазном) количество переменного напряжения, смешанного с выходным постоянным напряжением выпрямителя, называется напряжением пульсаций. В большинстве случаев напряжение пульсаций нежелательно, так как целью выпрямления является «чистое» постоянное напряжение. Если уровни мощности не слишком велики, для уменьшения пульсаций в выходном напряжении могут быть использованы схемы фильтрации.

Иногда метод выпрямления классифицируется путем подсчета количества «импульсов» постоянного напряжения на выходе каждые 360° синусоиды входного напряжения. Однофазная однополупериодная схема выпрямителя тогда будет называться 1-импульсным выпрямителем, поскольку он дает один импульс во время полного периода (360°) сигнала переменного напряжения. Однофазный двухполупериодный выпрямитель (независимо от схемы, со средней точкой или мостовой) будет называться 2-импульсным выпрямителем, поскольку он выдает 2 импульса постоянного напряжения за один период переменного напряжения. Трехфазный двухполупериодный выпрямитель будет называться 6-импульсным.

Современное соглашение в электротехнике описывает работу схемы выпрямителя с помощью трехпозиционной записи фаз, путей и количества импульсов. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя в данном зашифрованном обозначении будет следующей 1Ph2W1P (1 фаза, 1 путь, 1 импульс), а это означает, что питающее переменное напряжение однофазно, ток каждой фазы источника переменного напряжения протекает только в одном направлении (пути), и, что в постоянном напряжении создается один импульс каждые 360° входной синусоиды. Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой в этой системе записи будет обозначаться, как 1Ph2W2P: 1 фаза, 1 путь или направление протекания тока в каждой половине обмотки, и 2 импульса в выходном напряжении за период. Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель будет обозначаться, как 1Ph3W2P: так же, как и схема со средней точкой, за исключением того, что ток может протекать двумя путями через линии переменного напряжения, вместо только одного пути. Трехфазный мостовой выпрямитель, показанный ранее, будет называться выпрямителем 3Ph3W6P.

Вожможно ли получить количество импульсов больше, чем удвоенное количество фаз в схеме выпрямителя? Ответ на этот вопрос, да: особенно в многофазных цепях. При помощи творческого использования трансформаторов наборы двухполупериодных выпрямителей могут быть соединены параллельно таким образом, что на выходе для трехфазного переменного напряжения может быть получено более шести импульсов постоянного напряжения. Когда схемы соединения обмоток трансформатора не одинаковы, из первичной во вторичную цепь трехфазного трансформатора вводится 30° фазовый сдвиг. Другими словами, трансформатор подключенный по схеме либо Y-Δ, либо Δ-Y будет давать сдвиг фазы на 30°; в то время, как подкючение трансформатора по схеме Y-Y или Δ-Δ такого эффекта не даст. Это явление может быть использовано при наличии одного трансформатора, подключенного по схеме Y-Y к одному мостовому выпрямителю, и другого трансформатора, подключенного по схеме Y-Δ к другому мостовому выпрямителю, а затем параллельном соединению выходов постоянного напряжения обоих выпрямителей (рисунок ниже). Поскольку формы напряжений пульсаций на выходах двух выпрямителей смещены по фазе на 30° относительно друг друга, в результате сложения они дадут меньшие пульсации, чем каждый выпрямитель по отдельности: 12 импульсов каждые 360° вместо шести:

Схема многофазного выпрямителя: 3 фазы, 2 пути, 12 импульсов (3Ph3W12P)

Подведем итоги

  • Выпрямление – это преобразование переменного напряжения в постоянное.
  • Однополупериодный выпрямитель – это схема, которая позволяет только одной половине синусоиды переменного напряжения достичь нагрузки, давая на ней в результате неизменяющуюся полярность. Полученное постоянное напряжение, приложенное к нагрузке, значительно «пульсирует».
  • Двухполупериодный выпрямитель – это схема, которая преобразует обе половины периода синусоиды переменного напряжения в непрерывную последовательность импульсов одной полярности. Полученное постоянное напряжение, приложенное к нагрузке, «пульсирует» не так сильно.
  • Многофазное переменное напряжении при выпрямлении дает более «гладкую» форму постоянного напряжения (меньшее напряжение пульсаций) по сравнению с выпрямленным однофазным напряжением.

Оригинал статьи:

Теги

ВыпрямительДиодИсточник питанияОбучениеЭлектроника

Сохранить или поделиться

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ. Цели работы:

1 1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ Цели работы: 1. Исследование процессов в однофазных схемах выпрямления. 2. Исследование влияния сглаживающего фильтра на основные характеристики и параметры выпрямителей. 3. Исследование основных характеристик сглаживающих фильтров. 4. Приобретение навыков экспериментального исследования выпрямителей и сглаживающих фильтров. Краткие теоретические сведения Принцип действия всех схем выпрямителей основан на использовании существенной нелинейности вольт-амперных характеристик выпрямительных диодов (вентилей). Выпрямительные схемы подразделяются по фазности на однофазные (m = 1) и многофазные (m 2), а по тактности на однотактные и двухтактные. Фазность схем определяется количеством фазных обмоток трансформатора, связанных с вентилями, а тактность схемы количеством импульсов тока, проходящих по вторичной обмотке трансформатора за период напряжения питающей сети. В источниках вторичного электропитания (ИВЭП) для радиоэлектронной аппаратуры наибольшее распространение получила однофазная двухтактная (мостовая) схема выпрямителя (рис. 1, б) как имеющая существенные преимущества перед простейшей однофазной однотактной (рис. 1, а). Выходное напряжение ИВЭП должно соответствовать ряду основ-

2 2 ных количественных и качественных показателей. К основным параметрам выпрямителей относятся: U 0, I 0 постоянные составляющие выпрямленного напряжения u в (ωt) и тока i в (ωt), определяемые как 2π U 0 = (1/2π) u в (ωt) dωt, I 0 = (1/2π) i в (ωt) dωt ; 0 0 k п = (E mп /U 0 ) коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения (тока), представляющий собой отношение максимального значения переменной составляющей E mп (или чаще всего амплитуды ее первой гармоники Е m1 ) к постоянной составляющей U 0 ; R вых = U 0 / I 0 выходное сопротивление, которое определяется из внешней (нагрузочной) характеристики, представляющей зависимость постоянной составляющей выпрямленного напряжения U 0 от тока нагрузки I 0, т. е. U 0 = f(i 0 ). Как потребитель энергии переменного тока выпрямитель характеризуется следующими основными параметрами: P 1 и P 1a номинальными потребляемыми мощностями (полной и активной), где P 1 = U 1 I 1 ; P 1a = U 1 I 1(1) cos φ 1, I 1 и U 1 действующие значения тока и напряжения во входной цепи выпрямителя, φ 1 фазовый угол между входным напряжением U 1 и первой гармоникой входного тока I 1(1) ; χ = P 1a /P 1 = (I 1(1) /I 1 )cos φ 1 = ν 1 cos φ 1 полным коэффициентом мощности, где ν 1 = I 1(1) /I 1 коэффициент формы тока первичной обмотки трансформатора; P 0 = U 0 I 0 мощностью постоянного тока в нагрузке; η = P 0 /(P 0 + P пот ) коэффициентом полезного действия выпрямителя с учетом потерь P пот в элементах выпрямителя, т. е. в диодах P V, сглаживающем фильтре P ф и в сетевом трансформаторе P т (P пот = P V + P ф + P т ). По структуре сглаживающие фильтры представляют собой фильтры нижних частот с частотой среза ω ф много ниже минимальной частоты пульсаций mω с, отличающиеся дополнительным требованием высоким КПД. Эффективность сглаживающего фильтра оценивается коэффициентом сглаживания пульсаций S п, определяемым как отношение коэффициентов пульсаций выпрямленного напряжения на входе фильтра и на его выходе (на нагрузке): S п = k п.вх / k п.вых. Структура сглаживающего фильтра и его параметры существенно влияют не только на коэффициент сглаживания S п, но и на характеристики и 2π

3 3 энергетические параметры выпрямителя в целом. Даже в идеальном выпрямителе без потерь в трансформаторе и вентилях мощность P 1, потребляемая выпрямителем от сети, больше P 0, что необходимо учитывать при выборе трансформатора. Габаритная (типовая) мощность трансформатора P габ определяет его массогабаритные характеристики и связана с расчетными мощностями первичных P I = m 1 U 1 I 1 и вторичных P II = m 2 U 2 I 2 обмоток выражением P габ = (P I + P II )/2. При этом трансформатор может содержать несколько первичных (m 1 ) и вторичных (m 2 ) обмоток, причем в общем случае m 1 m 2. Расчетные мощности измеряются в вольт-амперах [В А], а не в ваттах [Вт], так как они определяются суммой произведений действующих значений синусо-

4 4 идальных напряжений U 1 и U 2 на действующие (эффективные) значения в общем случае несинусоидальных токов I 1 и I 2 обмоток трансформатора. Расчетные мощности первичных обмоток P I в однотактных схемах выпрямителей всегда меньше, чем мощности вторичных P II (P I < P II ), так как по каждой вторичной обмотке протекает постоянная составляющая тока I 0 /m 2, не трансформируемая из вторичной обмотки в первичную. В двухтактных схемах без учета потерь они одинаковы (P I = P II ). Основными показателями выпрямительных схем являются соотношения, связывающие действующие значения напряжения и тока вторичной обмотки трансформатора U 2 и I 2 с заданными значениями постоянных составляющих напряжения U 0 и тока I 0 в нагрузке, а также максимальные значения прямого тока I mv и обратного напряжения на выпрямительном диоде U обр m. Эти соотношения не только различны для разных схем выпрямления, но и существенно зависят от характера нагрузки, определяемого типом сглаживающего фильтра. Временные диаграммы без учета потерь в элементах схемы для однофазной однотактной схемы выпрямления при работе на резистивную нагрузку приведены на рис. 2, а. Основные расчетные соотношения приведены далее: π U 0 = (1/2π) E 2m sin ωt dωt = E 2m / π = 0,45U 2 ; 0 / π I 2 = (1/2π) I 2 2m sin 2 ωt dωt = I mv / 2 = I 0 π/2 ; 0 / π I 1 = (1/2π) i 2 1 (ωt) dωt = 1,21nI 0, 0 где n = w 2 /w 1 U 2 /U 1 ; P 1 = U 1 I 1 2,7P 0 ; P габ = (P 1 + P 2 )/2 = k габ P 0 3,1P 0 ; P 2 = U 2 I 2 3,5P 0 ; k п = E mп /U 0 = 1,57. В рассматриваемой схеме (рис. 1, а) в сердечнике трансформатора за счет постоянной составляющей тока i 2 создается поток вынужденного намагничивания, вызывающий возрастание намагничивающего тока и потерь в магнитопроводе и, как следствие, рост габаритов и массы трансформатора. Существенное повышение основных характеристик достигается в однофазной двухтактной (мостовой) схеме выпрямления (рис. 1, б). Временные диаграммы для этой схемы при резистивной нагрузке приведены на рис. 2, б. В этой схеме ток в нагрузке протекает в одном направлении в обоих полупе-

5 5 риодах, в то же время по вторичной обмотке протекают два импульса тока за период в противоположных направлениях, что определяет схему как двухтактную. Следовательно, постоянная составляющая тока во вторичной обмотке отсутствует. Особенности работы выпрямителей на нагрузку с индуктивной реакцией К режиму работы выпрямителей на нагрузку с индуктивной реакцией относят работу на фильтры с индуктивным входным сопротивлением, т. е. c L- или LC-фильтрами, применяемыми при средних и больших мощностях или в низковольтных выпрямителях с большим током нагрузки, причем для LC-фильтров выполняется условие X c << R н. В простейшей схеме однофазного однотактного (однополупериодного) выпрямителя (рис. 3, а) форма импульса тока вторичной обмотки, совпадающего с током диода (i V = i 2 ), определяется алгебраической суммой вынужденной i 2в и свободной i 2св составляющих, полученных в результате решения уравнения u 2 = L ф di 2 /dt + + Ri 2, т. е. i 2 = i 2в + i 2св = I m sin (ωt φ) + I m sin φ exp ( t/τ н ), где u 2 = = E 2m sin ωt ; τ н = L ф /R; L ф индуктивность дросселя фильтра; R = = R н + r т + r V ; r т, r V резистивные сопротивления обмоток трансформатора и открытого диода. Временные диаграммы для рассматриваемой схемы, приведенные на рис. 3, б, показывают, что ток в цепи нагрузки плавно нарастает после открытия диода и более резко спадает в конце интервала проводимости ωt = λ. Характерная особенность этой схемы заключается в том, что при любых постоянных времени τ н = L ф /R ток нагрузки i н остается прерывистым. В режиме, близком к холостому ходу выпрямителя (R >> ωl ф ), влияние фильтра несущественно, импульс тока имеет форму полуволны синусоиды и, следовательно, постоянная составляющая напряжения на нагрузке равна

6 6 U 0 = E 2m /π, что совпадает со случаем резистивной нагрузки. С увеличением постоянной времени τ н интервал проводимости возрастает, а в выпрямленном напряжении появляется отрицательный выброс, снижающий постоянную составляющую напряжения на нагрузке. Прерывистый характер выпрямленного тока, низкий коэффициент мощности χ = = ν 1 cos φ 1 и резко падающая внешняя характеристика являются существенными недостатками рассмотренной схемы, ограничивающими ее применение в радиоэлектронной аппаратуре. На практике чаще используется модификация рассмотренной схемы, отличающаяся наличием обратного диода (рис. 4, а), шунтирующего цепь нагрузки при появлении на выходе выпрямителя напряжения обратной полярности (ωt > π) и обеспечивающего запирание основного диода VD1 (рис. 3, б, рис. 4, б). Введение обратного диода VD2 создает разрядный контур, по которому замыкается ток нагрузки во втором полупериоде (π < ωt < 2π), поддерживаемый за счет энергии, накопленной в магнитном поле индуктивности L ф в течение первого полупериода (0 < ωt < π). При этом ток в нагрузке i н уже не может стать равным нулю ни в какой момент периода, что приводит к сглаживанию пульсаций тока в нагрузке. Следует обратить внимание на то, что в данной схеме пульсации тока i н уменьшаются с ростом τ н = L ф /R н, а постоянная составляющая тока I 0 остается неизменной. Коэффициент пульсаций выпрямленного тока в рассматриваемой схеме с обратным диодом определяется выражением k п I π / (2ωτ н ),

7 и при достаточно больших постоянных времени импульсы тока диодов i V1 и i V2 становятся почти прямоугольными. В этой схеме сохраняются также существенные недостатки однофазной однотактной схемы большое значение габаритной мощности трансформатора, низкий коэффициент мощности χ = ν 1 cos φ 1 и вынужденное намагничивание магнитопровода трансформатора, что ограничивает ее применение. От указанных недостатков свободна двухтактная (мостовая) схема выпрямителя (рис. 5, а). Временные диаграммы токов и напряжений в характерных точках этой схемы показаны на рис. 5, б. Значение индуктивности L ф в данном случае определяет только уровень пульсаций напряжения на нагрузке и не влияет на его постоянную составляющую и интервал проводимости диодов, что характерно для всех схем с m 2. Основные расчетные соотношения для рассматриваемой схемы приведены далее: 7 U 0 = 0,9U 2 ; U 2 = 1,1U 0 ; I 2 = I 0 ; k п = E m1 /U 0 = 0,67 ; P 1 = U 1 I 1 = 1,1P 0 ; k 2 = P 2 /P 0, k 1 = P 1 /P 0 ; P 2 = U 2 I 2 = 1,1P 0 ; P габ = P 0 (k 1 + k 2 )/2 = 1,1P 0.

8 8 Особенности работы выпрямителей на резистивно-емкостную нагрузку Режим работы на резистивно-емкостную нагрузку является наиболее распространенным в маломощных выпрямителях. В этом режиме параллельно сопротивлению нагрузки подключается конденсатор (рис. 6, а), что приводит к существенным изменениям форм тока диода и выпрямленного напряжения, а также энергетических соотношений. Временные диаграммы токов и напряжений в однофазной однотактной схеме выпрямления с резистивноемкост-ной нагрузкой (без учета индуктивностей рассеяния трансформатора L s ) в установившемся режиме приведены на рис. 6, б. В этом случае момент возникновения тока диода i V будет сдвинут по отношению к началу положительной полуволны напряжения u 2 на угол φ 0 < π/2. Ток диода при φ 0 < ωt < ωt 3 определится суммой токов конденсатора и нагрузки i V (ωt) = i c + i н E 2m (ωτ н cos ωt + sin ωt)/r н, где τ н = = R н C 1. Для обеспечения малого k п = E mп / U 0 должно выполняться условие ωτ н >> 1. Если в первом приближении пренебречь падением напряжения на диоде, то можно принять, что к моменту перехода u 2 через максимум конденсатор C 1 оказывается заряженным до амплитудного значения напряжения на вторичной обмотке, т. е. E 2m. Начиная с этого момента конденсатор C 1 будет разряжаться на сопротивление нагрузки R н, а ток i c изменит направление на обратное. В некоторый момент времени, определяемый углом закрывания ωt 3 = φ 0 + λ, ток через диод прекратится, а напряжение на нагрузке будет поддерживаться лишь разрядным током конденсатора:

9 9 u н (t) = u c (t) = E 2m sin(ω t 3 ) exp [ (t t 3 )/τ н ]. Угол закрывания диода определяется выражением ωt 3 = arctg( ωτ н ), показывающим, что значения этого угла будут изменяться от π при τ н = 0 до π/2 при τ н. Поскольку для выполнения условия малости коэффициента пульсаций постоянная времени разряда τ н = R н C 1 >> 1/ω, диод останется закрытым к началу следующей положительной полуволны напряжения и откроется в установившемся режиме лишь при выполнении условия u 2 (ωt) = E 2m sin φ 0 E 2m еxp [ (0,75π + φ 0 )/τ н ]. Увеличение емкости фильтра C1 (или постоянной τ н = R н C 1 ) приводит не только к уменьшению коэффициента пульсаций, но и к увеличению постоянной составляющей выпрямленного напряжения. Уменьшение сопротивления нагрузки R н приводит к уменьшению постоянной времени цепи разряда τ н, поэтому внешняя характеристика выпрямителя с емкостной нагрузкой крутопадающая, что определяет высокое выходное сопротивление и ограничения при использовании переменной нагрузки. При использовании П- образного фильтра, представляющего собой каскадное соединение емкостного и Г- образного фильтров, формы тока диода и напряжения на первой емкости фильтра близки к рассмотренным ранее. Аналогичные процессы наблюдаются в двухтактной схеме выпрямителя, а также в других схемах выпрямления (m 1) с емкостной нагрузкой, при этом отличие заключается лишь в периодичности процессов заряда и разряда конденсатора. Внешние характеристики выпрямителя при использовании различных сглаживающих фильтров представлены на рис. 7. Описание лабораторного макета Лицевая панель макета содержит упрощенную принципиальную схему установки (рис. 8), органы управления, индикации и измерения. Лаборатоный макет помимо исследуемого выпрямителя содержит встроенный мультиметр для измерения тока первичной обмотки трансформатора I 1, тока вторичной

10 10 обмотки трансформатора I 2, напряжения на вторичной обмотке трансформатора U 2, выпрямленного напряжения до сглаживающего фильтра U В, напряжения на нагрузке U Н и тока в цепи нагрузки I Н. Выбор измеряемой величины и измеряемого параметра (амплитуда, действующее значение, постоянная составляющая) осуществляется соответствующими кнопками, расположенными снизу от дисплея. (Под амплитудой понимается половина размаха переменной составляющей измеряемого параметра). В макете предусмотрена возможность дискретного изменения сопротивления нагрузки выпрямителя, схемы выпрямителя и вида сглаживающего фильтра. Ключи S1 и S2 позволяют реализовать однофазные однотактную и двухтактную схемы, а также однофазную схему с обратным диодом. При этом функцию обратного диода выполняют последовательно включенные диоды VD3 и VD4. Состояние ключей индицируется соответствующими светодиодами. Наличие двух выходов на внешний осциллограф позволяет одновременно наблюдать формы токов и напряжений в различных точках схемы: i 1, u 2, i 2, i VD1, i VD3, u VD1, u В, i C1, u Н. Для исследования взаимосвязи сигналов во времени рекомендуется на один из каналов двухлучевого осциллографа постоянно подавать опорный сигнал (например, напряжение на вторичной обмотке трансформатора) и этим сигналом синхронизировать развертку осциллографа. Программа выполнения работы Ознакомиться со схемой лабораторного макета, с размещением органов управления макетом. Включить лабораторный макет и осциллограф. 1. Исследование однотактного выпрямителя (переключатели S1, S2 в положении Выкл, светодиоды не светятся).

11 При максимальном токе нагрузки (положение «5») зарисовать осциллограммы токов и напряжений при работе без фильтра, с емкостным фильтром, с индуктивным фильтром, с индуктивным фильтром и обратным диодом (в последнем случае включить S2). Осциллограммы: Тип фильтра Ток первичной обмотки Ток вторичной обмотки (ток диода) Напряжение на диоде напряжение Без фильтра Емкостный Индуктивный + Индуктивный с обратным диодом Г-образный (L2 C2) П-образный (C1L2 C2) Изменяя сопротивление нагрузки, снять внешнюю (нагрузочную) характеристику выпрямителя, т. е. зависимость постоянной составляющей напряжения на нагрузке от постоянной составляющей тока нагрузки U Н = f(i Н ) при работе без фильтра, с индуктивным фильтром (при наличии и отсутствии обратного диода), с емкостным, Г-образным и П-образным фильтрами. Все характеристики построить на одном графике в одном масштабе. Определить по характеристикам внутреннее сопротивление выпрямителя R вых = U Н / I Н для исследованных случаев. 2. Исследование двухтактного выпрямителя. Переключатели S1, S2 установить в положение Вкл. Провести исследования по программе, аналогичной пп. 1.1 и Исследование сглаживающих фильтров Для двухтактного выпрямителя снять зависимости коэффициента пульсаций напряжения на нагрузке от постоянной составляющей тока в цепи нагрузки при работе с емкостным и индуктивным фильтрами При максимальном токе нагрузки определить коэффициент сглаживания индуктивного и Г-образного фильтров. u В u Н

12 12 Содержание отчета 1. Принципиальная схема макета. 2. Таблицы экспериментальных данных и временные диаграммы. Графики экспериментальных зависимостей. 3. Краткие выводы. Контрольные вопросы 1. Какими показателями характеризуется работа выпрямителя? 2. Классификация и характеристики основных схем выпрямления. Чем определяется фазность и тактность схем выпрямления? 3. Нарисуйте и объясните исследуемые схемы выпрямителей, а также временные диаграммы токов и напряжений в основных цепях при различных нагрузках: а) резистивной R н ; б) резистивно-индуктивной L ф R н ; в) резистивно-емкостной R н C. 4. Как изменяются амплитуда и время протекания тока диода при подключении конденсатора к резистивной нагрузке? 5. Определите действующее значение тока через диод в однофазном двухтактном выпрямителе c индуктивной нагрузкой, если постоянная составляющая тока в нагрузке, например, 1A. 6. Объяснить ход внешних характеристик выпрямителя при различных сглаживающих фильтрах. 7. Нарисуйте графики зависимостей постоянной составляющей выпрямленного напряжения U 0 от индуктивности дросселя в цепи нагрузки (U 0 = f(l ф )), коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения k п = f(l ф ) для: однофазной однотактной, однофазной однотактной с обратным диодом и однофазной двухтактной схем выпрямления. 8. Как изменится форма импульса тока диода: а) при изменении значений индуктивности L ф в цепи нагрузки; б) при изменении емкости C 1 фильтра для исследуемых схем выпрямителей? 9. Дать сравнительную оценку зависимости коэффициента сглаживания фильтров от тока нагрузки I Что такое габаритная мощность трансформатора в выпрямителе и коэффициент мощности выпрямителя, как они зависят от схемы и от характера нагрузки выпрямителя? Почему величина P габ > P 0? 11. Что такое вынужденное намагничивание сердечника трансформатора и как оно влияет на характеристики выпрямителя? Каковы способы устранения вынужденного намагничивания?

Схема управляемого выпрямителя — Энциклопедия по машиностроению XXL

Схема управляемого выпрямителя для непрерывного питания лампы накачки  [c.30]

При имеющей конечные значения, т. е. при работе выпрямителя на смешанную нагрузку, для вычисления / а используется предыдущее уравнение, справедливое для любой схемы выпрямления. Основные соотношения между параметрами в различных схемах управляемых выпрямителей приведены в табл, 17. Управляемый выпрямитель имеет внешнюю характеристику  [c.137]

Рис. 2-6. Принципиальная схема управляемого выпрямителя с приводом от синхронного двигателя.

В схеме управляемого выпрямителя тиристоры УВ1 и УВЗ отпираются поочередно с тиристорами УВ2 и УВ4 подачей импульсов. на нх управляющие электроды.  [c.18]

Поскольку основным источником питания ЭП служит сеть переменного тока, то таким источником обычно является преобразователь, выполненный по схеме управляемого выпрямителя (УВ).  [c.181]

Ведомые сетью инверторы выполняют функцию преобразования энергии источника постоянного тока (напряжения), входящего в состав инвертора, в энергию сети переменного тока. Схемы ведомых (зависимых) тиристорных инверторов не отличаются от схем управляемых выпрямителей на тиристорах, различие заключается лишь в направлении преобразования энергии.  [c.228]

Для установок большой мощности — порядка нескольких сот и тысяч киловатт— применяются схемы, в которых якорь двигателя получает питание от отдельного генератора (система Г —Д), а обмотки возбуждения генератора и двигателя—от ртутных управляемых выпрямителей.  [c.520]

Схема регулятора состоит из двух основных узлов управляемого выпрямителя на тиристорах и управляющей схемы на транзисторах. Управляемый выпрямитель выполнен по однофазной мостовой схеме на двух тиристорах Т1 п Т2 типа ТЛ-100-6 и трех неуправляемых полупроводниковых вентилях Д1, Д2, ДЗ типа ВК2-100-6. При этом неуправляемый вентиль ДЗ используется в качестве обратного диода, шунтирующего обмотку возбуждения генератора повышенной частоты. Питание управляемого выпрямителя осуществляется непосредственно от сети переменного тока напряжением 220 Б.  [c.218]

Цепочки, состоящие из резисторов R1—R4 и конденсаторов С1—С4, предназначены для защиты тиристоров от коммутационных перенапряжений. Резисторы R5 и R6 используются для настройки величин токов управления тиристорами согласно их паспортным данным. Предельная мощность управляемого выпрямителя определяется типом и номинальными параметрами выбираемых тиристоров и неуправляемых вентилей. Параметры всех остальных элементов схемы для любых тиристоров остаются неизменными.  [c.218]

В последнее время все большее распространение получают сварочные выпрямители с тиристорным и транзисторным управлением. Силовая схема данного выпрямителя представляет собой неуправляемый сварочный трансформатор в сочетании с управляемым блоком выпрямления, собранным по мостовой схеме из управляемых диодов — тиристоров или транзисторов. Формирование ВВАХ источника питания осуществляется посредством фазового управления работой блока выпрямления тиристорного выпрямителя и частотно- или широтно-импульсного управления работой вышеназванного блока транзисторного выпрямителя. При этом для тиристорного выпрямителя возможно управление как во вторичной цепи сварочного трансформатора, так и в первичной.  [c.128]


Низкочастотные зарядные устройства могут быть построены на базе управляемых выпрямителей [54, 55]. р зменением угла регулирования вентилей управляемого выпрямителя можно поддерживать неизменный ток зарядки емкостного накопителя. В ряде случаев удается построить малогабаритные зарядные устройства. Однако подобные схемы не получили большого распространения. Это связано с наличием достаточно сложной системы управления, которая должна обеспечить строгую синхронизацию каждого импульса зарядного тока с частотой питающего напряжения. При каждом сбое импульса синхронизации в цепи повышающего трансформатора появляется постоянная составляющая тока, которая может привести к перегреву трансформатора и выходу его из строя. Не меньшую опасность для зарядного устройства представляют токи короткого замыкания, возникающие при переходе импульсных газоразрядных ламп в непрерывный режим.  [c.49]

Выпрямитель. В установках применяются полупроводниковые управляемые выпрямители. В установках, питающихся от сети 380 В, выпрямитель выполнен на диодах, а регулирование осуществляется с помощью тиристоров с низкой стороны силового (анодного) трансформатора. Принципиальная схема выпрямителя с симметричным входом приведена на рис. 59 [3 .  [c.83]

Управляемые выпрямители с тиристорными регуляторами выполняются по трехфазной мостовой или шестифазной однотактной параллельной вентильным схемам.  [c.163]

Если на выходе трансформатора применена мостовая схема выпрямления, как, например, в схеме автоматической катодной станции, разработанной Академией коммунального хозяйства, можно включить тиристоры в катодную группу моста, а неуправляемые диоды — в анодную группу (создается так называемая несимметричная мостовая схема). Применение подобной схемы уменьшает общее число тиристоров, включаемых в установку, а также необходимое число каналов управления (два вместо четырех). Схема несимметричного моста непригодна для управляемых выпрямителей большой мощности из-за ряда недостатков, но в схемах автоматических защитных противокоррозионных устройств, мощность которых, как правило, не превышает 3—Ъ ква, ее использование целесообразно.  [c.45]

Схема 13. Двухтактный ЭМВ, обмотка которого питается от сети переменного тока через управляемые выпрямители (тиристоры) Т1 и Тг. Преимуществом данного привода является легкость изменения амплитуды колебания рабочего органа и возможность создания схем автоматического управления вибратором.  [c.189]

Аппаратное и объединенное регулирование представлено схемами на рис. 20, б, в используется и сигнал состояния дизеля, передаваемый через индуктивный датчик ИД. Регулятором возбуждения генератора являются магнитный усилитель МУ (рис. 20, б), управляемый выпрямитель УВВ (см. гл. 6, 7 и 8). Здесь широко используются полупроводниковые аппараты  [c.18]


Схема с магнитным усилителем может служить примером каскадной схемы — регулирование здесь перенесено с цепи возбуждения генератора Г на цепь возбуждения его возбудителя В, в связи с чем здесь имеется дополнительная электрическая машина малой мощности — синхронный подвозбудитель СПВ. Принципиально каскад может быть построен и в схеме с управляемыми выпрямителями возбуждения.  [c.19]

Принцип действия управляемого выпрямителя рассмотрим на примере выпрямителя однофазного тока с нулевым выводом. Вентили в простой схеме выпрямления (рис. 121) проводят ток поочередно каждый во время той части периода, когда напряжение на его аноде более положительно. Среднее значение выпрямленного напряжения зависит от его амплитудного значения.  [c.136]

Заменив в схеме вентили на тиристоры (рис. 122), получаем управляемый выпрямитель. Когда вступает в работу фазовое управление, включение каждого вентиля запаздывает, чем задерживается передача тока от предыдущего тиристора к следующему. Это заставляет ток течь в вентиле, который имеет меньшее положительное среднее напряжение за время интервала его проводимости. Задержка может быть достаточной, чтобы среднее за время интервала проводимости тиристора значение напряжения стало отрицательным. Задержка передачи тока от тиристора к тиристору может принимать любое значение в пределах от О до 180°. Пока задержка увеличивается от О до 90°, среднее значение выпрямленного напряжения уменьшается до О (рис. 122, в), при задержке 90—180° среднее значение напряжения делается отрицательным (рис. 122, г). Режим работы системы в этом случае называется инверторным, и для создания тока в схеме необходимо иметь в ней источник постоянного тока.  [c.136]

Способы регулирования напряжения в автономных инверторах. В отличие от управляемого выпрямителя или зависимого инвертора в автономном инверторе регулировать выходное напряжение изменением фазы отпирающих импульсов нельзя. Для этого требуется введение либо дополнительных регулирующих силовых звеньев, либо увеличение мощности и усложнение схемы самого инвертора. Известно несколько способов регулирования напряжения регулирование в цепи постоянного тока регулирование в цепи переменного тока на выходе инвертора широтно-импульсное регулирование с помощью вентилей инвертора регулирование параметров элементов собственно инвертора фазовое регулирование посредством сложения напряжений двух или нескольких блоков.  [c.143]

Перевод тяговой схемы из тягового режима в тормозной осуществляется тормозным переключателем ТП в обесточенном состоянии. Питание обмотки возбуждения тягового генератора, как и в тяговом режиме, происходит от возбудителя СВ через управляемый выпрямитель УВВ. Это дает возможность плавно регулировать возбуждение тяговых электродвигателей в требуемых пределах.  [c.204]

Действие остаточного напряжения генератора вызывает протекание размагничивающего тока через обмотку возбуждения по цепи тока 61 — резистор Ц1 — обмотка возбуждения — точка В результате остаточное напряжение генератора снижается до значения, обеспечивающего возможность регулирования напряжения при максимальной скорости входа в торможение. В процессе торможения ток в обмотке возбуждения генератора определяется разностью напряжений управляемого выпрямителя и генератора. Перевод схемы в тяговый режим сопровождается исключением напряжения генератора из его цепи возбуждения при помощи тормозного переключателя и реле Р. При этом точки (21—61 замыкаются, точки 61—вг размыкаются, отключая резистор / / от управляемого выпрямителя.  [c.205]

Дежурный ток основной дуги, ограничиваемый сопротивлением К2 до 30—70 А, обеспечивает первоначальное формирование дежурной дуги. Дальнейшее увеличение рабочего тока до установленного значения осуществляется путем плавного автоматического уменьшения угла открывания тиристоров. Благодаря наличию непрерывного дежурного тока при значительных пульсациях рабочего тока наблюдается устойчивое горение дуги в широком диапазоне регулирования при приемлемой индуктивности сглаживающего фильтра. Внешние характеристики источника питания (линии 1, 2, 3 на рис. 93, б) можно регулировать изменением коэффициентов обратных связей. Прямая 6 — внешняя характеристика источника без обратных связей. Область рабочих напряжений на дуге ограничена прямыми 4 и 5. Отсутствие балластных элементов в силовой схеме тиристорного выпрямителя позволяет экономично регулировать и стабилизировать ток в широких пределах изменения напряжения (практически от 0,1 до 0,9 / хх)- Указанным источникам питания, несмотря на устойчивое горение дуги, свойственны все остальные недостатки источника питания на управляемых вентилях.  [c.169]

В качестве управляемого выпрямителя в векторметре Ц-50 применяется эксцентрик с приводом от синхронного двигателя, замыкающий контакты выпрямителя. Принципиальная схема такого выпрямителя показана на рис. 2-6. Она отличается от схемы с обычным механическим управляемым выпрямителем (поляризованное реле) тем, что контакты 2 замыкаются с помощью эксцентрика /, укрепленного на оси синхронного двигателя СД, делающего один оборот за период. При вращении эксцентрик часть периода нажимает на подвижной контакт и замыкает цепь измерительного механизма ИМ.  [c.67]

Как видно из схемы, гальванометр измеряет среднее значение напряжения последнее связано с максимальной индукцией формулой (2-17а). Последовательно с гальванометром включены переменный резистор г для регулировки пределов измерений и механический управляемый выпрямитель МУВ. Управление осуществляется от фазовращателя, вращением ручки которого добиваются максимального (при данном значении [/ср) отклонения гальванометра.  [c.233]


Тиратроны применяются в схемах управляемых выпрямителей, релакса-1Щ0ННЫХ схемах и многих других устройствах автоматики. Основные данные-некоторых маломощных тиратронов нриведены в табл. 23. 6..  [c.702]

Тиристор — электропреобразовательный полупроводниковый прибор с тремя или более р—п переходами, в вольтамперной характеристике которого имеется участок отрицательного дифференциального сопротивления и который используется для переключения тиристоры получили широкое распространение в управляемых выпрямителям и в схемах регулируемого привода различают тиристоры диодные и триодные (3, 10].  [c.156]

На рис. 2.10 изображена упрощенная схема источника питания СН-4, предназначенного для питания газоразрядной лампы накачки ДКрТВ-3000 непрерывного излучателя ЛТ-2. В этой схеме управляемый трехфазный выпрямитель собран на диодах Д1 — ДЗ и тиристорах Д9 — ДИ. На входе выпрямителя установлены три однофазных трансформатора Тр1 — ТрЗ. Выпрямленное напряжение сглаживается дросселем Др, конденсаторной батареей С и электронным фильтром ЭФ. Схема зажигания СЗ выполнена двухступенчатой. Фазовое регулирование выпрямителя осуществляется системой управления СУ. Для синхронизации импульсов, включающих тиристоры при положительных полуволнах переменного напряжения, служат диоды Д4 — Д6. Система управления (на рисунке не показана) формирует импульсы частотой 150 Гц, определяющие срабатывание тиристора Д8 и включение одного из тиристоров Д9 — Д11, у которого напряжение анод — катод имеет прямую полярность. Импульсы управления могут сдвигаться относительно фазы сетевого напряжения в зависимости  [c.30]

Частоты повторения разрядных импульсов, соизмеримые с частотой питающей сети, можно получить в управляемых выпрямителях с нулевой фазой включения переменного напряжения [56-59]. Здесь зарядный процесс начинается в момент прихода на управляемый вентиль положительной полуволны и заканчивается при достижении амплитудного значения входного напряжения, т. е. примерно через четверть периода питающего напряжения. Если требуется регулировка напряжения, то возникает необходимость установки в зарядное устройство полностью управляемого коммутатора (например, тиристора с принудительным запиранием). Это большой недостаток подобных схем, который удается в ряде случаев компенсировать лишь возможностью получения ми-> ВДмальных габаритных размеров зарядного устройства при частоте повторения разрядных импульсов 100 Гц. Такая частота характерна (и в определенном смысле оптимальна) для твердотельных излучателей на гранате.  [c.49]

Схемы с нулевой фазой включения управляемого выпрямителя обеспечивают только дискретные и кратные частоте сети значения частоты повторения импульсов накачки. Расширение частотного диапазона зарядных устройств может быть достигнуто преобразованием источника переменного напряжения в источник выпрямленного (постоянного) напряжения с последующим то-коограничением [60, 61].  [c.50]

Схемы полупроводниковых выпрямителей могут быть классифицированы по выходной мощности — установки малой мощности (единицы киловатт), средней (десятки киловатт) и большой мощности по числу фаз источника питания — напрямители однофазного тока и трехфазного тока по возможностям регулировки — неуправляемые и управляемые. Выпрямители однофазного и трехфазного тока в зависимости от схемы включения вентилей и схе] ы соединения обмоток трансформатора в свою очередь подразделяют на схемы со средней точкой, мостовые и т. д. Иногда выпрямители классифицируют и по ряду других признаков характеру нагрузки (активная, активно-индуктивная, активно-емкостная, нагрузка с противоэдс), напряжению (низкого, среднего и высокого), частоте выпрямленного тока и т. д.  [c.23]

Питание якоря электродвигателя М1 привода осуществляется через управляемый выпрямитель, собранный по мостовой схеме с диодами ДЗ—Д6. Диоды Д1—Д4 образуют мостовой выпрямитель для питания обмотки возбуждения 0ВМ1 двигателя. Изменение величины выпрямленного напряжения на якоре двигателя, а следовательно, и регулирование скорости движения транспортера осуществляются плавным сдвиго.м фазы управляющего напряжения относительно напряжения сети.  [c.332]

Общая функциональная схема автоматического регулирования управляемого выпрямителя в системе возбуждения тягового генератора тепловозов серии 2ТЭ116 приведена на рис. 123. Система является совокупностью отдельных элементов и устройств, направленно воздействующих друг на друга и выполняющих каждое в oтдeJ Iьнo ти определенную задачу.  [c.140]

При исключении балластного резистора из цепи возбуждения электродвигателей схема оборудуется устройством реализации жесткой обратной связи и размагничивания синхронного генератора. В этом случае непосредственно включается выпрямленное напряжение генератора ((Уду) в цепь его возбуждения (рис. 164). Схема применена на тепловозах 2ТЭ116 М и 2ТЭ121. При торможении цепь возбуждения генератора размыкается контактами тормозного переключателя П (точки 01,61), а контактами Т параллельно управляемому выпрямителю УВВ подключается резистор Н1, реле Р также получает питание. Замыкающие контакты реле Р подключают выпрямленное напряжение генератора к собственной обмотке возбуждения, следовательно, вводят выходное напряжение генератора в цепь его возбуждения.  [c.205]

Мостовые выпрямительные схемы однофазного тока могут быть и несимметричными. В таких схемах в два плеча включаются управляемые вентили, а в два других — обычные неуправляемые вентили. Несимметричный управляемый выпрямитель применен в качестве усилителя УВВ (рис. 8) в системе регулирования возбуждения синхронного генератора тепловоза ТЭ109.  [c.20]

Рис, 9.12. Принципиальные схемы а — блока управления возбуждением БУВ б — управляемого выпрямителя УВВ БП, БГ2 блокинг-генераторы МУ—магнитный усилитель (ФУ — фазосдвигающее устройство) ТI, Т2— тиристоры Ст1, Ст2— стабилитроны С — конденсатор Тр1, Тр2— трансформаторы ОбГ — обмотка возбуждения генератора ТЧ, Т 2— транзисторы ДЗ, Д4— диоды  [c.199]

Схема возбудителя включает в себя БУВ — блок управления возбуждением (тиристорами) УВВ — управляемый выпрямитель возбуждения (тиристорный мост), нагрузкой которого служит обмотка возбуждения тягового синхронного генератора ОВГ СВ — синхронный возбудитель и СУ — селективный узел, в котором формируется управляющий импульс у в зависимости от тока и напряжения тягового генератора, частоты вращения вала дизеля и сигнала от индуктивного датчика ИД. Блок управления в свою очередь состоит из СП — статического преобразователя МУ—магнитного усилителя с внутренней обратной связью, выполняющего роль фазосдвигающего устройства БП, БГ2 — двух блокинг-гене-  [c.204]


Выходной сигнал рассогласования по каждому каналу через усилитель УС и блок управления БУВ1 управляет тиристорным преобразователем возбуждения тягового генератора УВВ , уменьшая ток возбуждения СГ при увеличении сигнала обратной связи. Возбуждение генераторов тягового агрегата осуществляется от обмоток статора генератора собственных нужд через индивидуальные управляемые выпрямители (тиристорные преобразователи), выполненные по трехфазной несимметричной мостовой схеме с нулевыми диодами (рис. 162). Тиристорные преобразователи имеют независимую вентиляцию.  [c.267]

Жесткая обратная связь создается непосредственным подключением выпрямленного напряжения СГ в цепь его возбуждения (рис. 167,6) или через трансформаторный преобразователь. Сигналы обратной связи по скорости V, току обмотки якоря /я и возбуждению /в тяговых электродвигателей подаются в блок управления возбуждением БУВ. Выходным сигналом, сформированным в блоке, является угол регулирования а включения тиристоров управляемого выпрямителя УВВ. Напряжение возбуждения О вг синхронного генератора в узле УС сравнивается с сигналом, подаваемым жесткой обратной связью. Сигнал рассогласования поступает в обмотку возбуждения СГ. Схема ЭТ без балластного резистора применена, на тепловозах 2ТЭ121 и ТЭП70.  [c.278]


Источники питания, трансформаторы и выпрямители

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • Опишите принципы работы трансформаторов, используемых в базовых источниках питания.
  • • Первичное и вторичное напряжение.
  • • Изоляция.
  • Опишите принципы выпрямления, используемые в базовых источниках питания.
  • • Полуволна.
  • • Полная волна.
  • • Мост.

Трансформатор

Рис. 1.1.1 Типовой входной трансформатор

В базовом блоке питания первичная обмотка входного силового трансформатора подключена к сети (линии). Вторичная обмотка с электромагнитной связью, но электрически изолированной от первичной, используется для получения переменного напряжения подходящей амплитуды и после дальнейшей обработки блоком питания для управления электронной схемой, которую он должен питать.

Ступень трансформатора должна обеспечивать необходимый ток. Если используется слишком маленький трансформатор, вполне вероятно, что способность источника питания поддерживать полное выходное напряжение при полном выходном токе будет нарушена. При слишком маленьком трансформаторе потери резко возрастут по мере того, как на трансформатор будет возложена полная нагрузка.

Поскольку трансформатор, вероятно, будет наиболее дорогостоящим элементом в блоке питания, необходимо внимательно рассмотреть вопрос о балансировании стоимости с вероятным потреблением тока.Также может возникнуть необходимость в предохранительных устройствах, таких как плавкие предохранители, для отключения трансформатора в случае перегрева и в гальванической развязке между первичной и вторичной обмотками для обеспечения электробезопасности.

Ступень выпрямителя

Могут использоваться три типа выпрямительных схем на кремниевых диодах, каждый из которых имеет различное действие по способу преобразования входного переменного тока в постоянный. Эти различия показаны на рис. 1.1.2 по 1.1.6

Полуволновое выпрямление

Один кремниевый выпрямительный диод может использоваться для получения постоянного напряжения от входа переменного тока, как показано на рисунке 1.1.2. Эта система дешевая, но подходит только для довольно нетребовательных задач. Напряжение постоянного тока, создаваемое одним диодом, меньше, чем в других системах, что ограничивает эффективность источника питания, а количество пульсаций переменного тока, оставшихся на источнике постоянного тока, обычно больше.

Полупериодный выпрямитель проводит только половину каждого периода входной волны переменного тока, эффективно блокируя другой полупериод, оставляя выходную волну, показанную на рис. 1.1.2. Поскольку среднее значение постоянного тока одного полупериода синусоидальной волны равно 0.637 пикового значения, среднее значение постоянного тока за весь цикл после полуволнового выпрямления будет 0,637, деленное на 2, потому что среднее значение каждого альтернативного полупериода, где диод не проводит, будет, конечно, равным нулю. Это дает результат:

Впик x 0,318

Эта цифра является приблизительной, так как амплитуда полупериодов, в течение которых диод проводит, также будет уменьшена примерно на 0,6 В из-за прямого падения напряжения (или потенциала прямого перехода) кремниевого выпрямительного диода.Это дополнительное падение напряжения может быть незначительным при выпрямлении больших напряжений, но в источниках питания низкого напряжения, где переменный ток от вторичной обмотки сетевого трансформатора может составлять всего несколько вольт, это падение 0,6 В на диодном переходе, возможно, придется компенсировать. для, имея немного более высокое вторичное напряжение трансформатора.

Полуволновое выпрямление не очень эффективно при выработке постоянного тока на входе переменного тока 50 или 60 Гц. Кроме того, промежутки между выходными импульсами диода 50 или 60 Гц затрудняют устранение пульсаций переменного тока, остающихся после выпрямления.

Полноволновое выпрямление

Если используется трансформатор с центральной вторичной обмоткой, можно использовать более эффективное двухполупериодное выпрямление. Вторичная обмотка с центральным отводом выдает два противофазных выхода, как показано на рис. 1.1.3.

Если каждый из этих выходов является «полуволновым выпрямителем» одним из двух диодов, причем каждый диод проводит чередующиеся полупериоды, два импульса тока возникают в каждом цикле, а не один раз за цикл при полуволновом выпрямлении. Таким образом, выходная частота двухполупериодного выпрямителя вдвое превышает входную частоту.Это эффективно обеспечивает удвоенное выходное напряжение полуволновой цепи, Vpk x 0,637 вместо Vpk x 0,318, поскольку «недостающий» полупериод теперь выпрямляется, уменьшая потери мощности в полуволновой цепи. Более высокая выходная частота также облегчает сглаживание оставшихся пульсаций переменного тока.

Хотя эта двухполупериодная конструкция более эффективна, чем полуволновая, для нее требуется трансформатор с центральным ответвлением (и, следовательно, более дорогой).

Мостовой выпрямитель

В двухполупериодном мостовом выпрямителе используются четыре диода, расположенных по мостовой схеме, как показано на рис.1.1.4 для обеспечения двухполупериодного выпрямления без использования трансформатора с центральным отводом. Дополнительным преимуществом является то, что, поскольку два диода (эффективно соединенные последовательно) проводят одновременно, диодам требуется только половина напряжения обратного пробоя, то есть способность «Максимальное рабочее пиковое обратное напряжение (V RWM )» диодов, используемых для полуволновое и обычное двухполупериодное выпрямление. Мостовой выпрямитель может быть построен из отдельных диодов или может использоваться комбинированный мостовой выпрямитель.

Пути тока на положительном и отрицательном полупериодах входной волны показаны на рис.1.1.5 и рис. 1.1.6. Видно, что в каждом полупериоде противоположные пары диодов проводят ток, но ток через нагрузку остается с той же полярностью в течение обоих полупериодов.

Базовый выпрямитель, типы и сравнение

Выпрямитель Basic

Базовый выпрямитель и его типы описаны в этом посте. Выпрямитель — это устройство, которое преобразует входной сигнал переменного тока в постоянный. Выпрямитель преобразует синусоидальный сигнал в однонаправленный поток, а не чистый D.С.

Электронные схемы требуют Источник питания постоянного тока. Входным сигналом может быть переменный ток, поэтому выходной сигнал будет усилен сигнал переменного тока. Для этого можно использовать батареи постоянного тока.

Но они быстро сохнут и заменять их каждый раз — дело дорогостоящее. Следовательно, экономично преобразовать мощность переменного тока в постоянный для таких цепей.

Выпрямитель делится на следующие типы:

  • Полуволновой выпрямитель
  • Полноволновой выпрямитель

Полуволновой Выпрямитель

При полуволновом выпрямлении цепь проводит ток только в течение положительных полупериодов входа a.c. поставка. Отрицательные полупериоды переменного тока. питание подавляется, т.е. во время отрицательных полупериодов ток не проводится, и, следовательно, на нагрузке не появляется напряжение. Следовательно, ток всегда течет через нагрузку в одном направлении (т.е.постоянный ток), хотя и после каждого полупериода.

Полупериодный выпрямитель

Детали схемы однополупериодного выпрямителя показаны на рисунке выше. На этой схеме показана схема, в которой монокристаллический диод действует как однополупериодный выпрямитель.Переменный ток Выпрямляемое напряжение подается последовательно с диодом и сопротивлением нагрузки RL. Как правило, переменный ток питание подается через трансформатор. Использование трансформатора дает два преимущества.
Во-первых, это позволяет нам повышать или понижать переменный ток. входное напряжение в зависимости от ситуации. Во-вторых, трансформатор изолирует схему выпрямителя от сети и тем самым снижает риск поражения электрическим током.

Недостатки

  1. Пульсирующий ток в нагрузке содержит переменную составляющую, основная частота которой равна частоте питающей сети.Следовательно, для получения постоянного постоянного тока требуется сложная фильтрация.
  2. Переменный ток блок питания обеспечивает питание только в половине случаев. Следовательно, выход невысокий.

Двухполупериодный выпрямитель

При двухполупериодном выпрямлении ток течет через нагрузку в одном направлении для обоих полупериодов входного переменного тока. Напряжение. Этого можно добиться с помощью двух диодов, работающих попеременно. Для положительного полупериода входного напряжения один диод подает ток на нагрузку, а для отрицательного полупериода — другой диод; ток всегда в одном и том же направлении через нагрузку.Следовательно, двухполупериодный выпрямитель использует оба полупериода входного переменного тока. напряжение для создания постоянного тока выход. Следующие две схемы обычно используются для двухполупериодного выпрямления:

  • Двухполупериодный трансформатор с центральным отводом
  • Двухполупериодный мостового типа

Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом

В схеме используются два диода D1 и D2, как показано на рисунке ниже. Вторичная обмотка AB с центральным отводом используется с двумя подключенными диодами, так что каждый использует один полупериод входа a.c. Напряжение. Другими словами, диод D1 использует переменный ток. напряжение, появляющееся на верхней половине (OA) вторичной обмотки для выпрямления, в то время как диод D2 использует нижнюю половину обмотки OB.

Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом

Работа : Во время положительного полупериода вторичного напряжения конец A вторичной обмотки становится положительным, а конец B отрицательным. Это делает диод D1 смещенным в прямом направлении, а диод D2 — в обратном. Следовательно, диод D1 проводит, а диод D2 — нет.Обычный ток протекает через диод D1, нагрузочный резистор RL и верхнюю половину вторичной обмотки, как показано пунктирными стрелками.

Во время отрицательного полупериода конец A вторичной обмотки становится отрицательным, а конец B — положительным. Следовательно, диод D2 проводит, а диод D1 — нет. Обычный ток протекает через диод D2, нагрузку RL и нижнюю половину обмотки, как показано сплошными стрелками. Хорошо видно, что ток в нагрузке RL имеет одинаковое направление для обоих полупериодов входа a.c. Напряжение. Следовательно, d.c. получается через нагрузку RL. Кроме того, полярность постоянного тока. Следует отметить выходную мощность по нагрузке.

Недостатки

  1. Трудно найти центральный отвод на вторичной обмотке.
  2. Постоянный ток выходная мощность мала, поскольку каждый диод использует только половину вторичного напряжения трансформатора.
  3. Используемые диоды должны иметь высокое пиковое обратное напряжение.

Полноволновой мостовой выпрямитель

В мостовом выпрямителе отпадает необходимость в силовом трансформаторе с центральным отводом.Он содержит четыре диода D1, D2, D3 и D4, соединенных в мост, как показано на рисунке ниже. Переменный ток Подлежащее выпрямлению напряжение подается на противоположные по диагонали концы моста через трансформатор. Между двумя другими концами моста подключено сопротивление нагрузки RL.

Полноволновой мостовой выпрямитель

Преимущества мостового выпрямителя

  1. В мостовой схеме используется трансформатор без центрального отвода.
  2. Для мостовой схемы требуется трансформатор меньшего размера по сравнению с двухполупериодным выпрямителем, дающим такое же выпрямленное выходное напряжение постоянного тока.
  3. При том же выходном напряжении постоянного тока PIV-рейтинг диода в мостовом выпрямителе составляет половину от значения для двухполупериодной схемы.
  4. Мостовая схема больше подходит для высоковольтных приложений, что делает схему компактной.

Недостатки мостового выпрямителя

  1. Два или более диода требуются в случае мостового выпрямителя, поскольку двухполупериодный выпрямитель использует два диода, тогда как мостовой выпрямитель использует четыре диода.
  2. Мощность, рассеиваемая в мостовой схеме, выше по сравнению с двухполупериодным выпрямителем.Следовательно, мостовой выпрямитель неэффективен при низких напряжениях.

Сравнение однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей

  1. В полуволне существует единственный диод, и ток нагрузки течет через него только в течение положительного полупериода. С другой стороны, в двухполупериодном режиме ток течет по циклам входных сигналов.
  2. Для двухполупериодных выпрямителей требуется трансформатор с центральным отводом. Для полуволны потребуется только простой трансформатор.
  3. PIV в полуволне — это максимальное напряжение на вторичной обмотке трансформатора. В то время как в случае двухполупериодного сигнала PIV для каждого диода в два раза больше максимального напряжения между центральным отводом и на обоих концах вторичной обмотки трансформатора.
  4. В полуволновом режиме частота тока нагрузки такая же, как у входного сигнала, и в два раза больше частоты входного питания для двухполупериодного.
  5. Ток нагрузки постоянного тока и эффективность преобразования для двухполупериодного сигнала в два раза выше, чем для полуволнового.Кроме того, коэффициент пульсации у двухполупериодной схемы меньше, чем у полуволновой схемы. Это указывает на то, что характеристики двухполупериодного выпрямителя лучше, чем полуволнового выпрямителя.
  6. В двухполупериодном режиме два диодных тока протекают через две половины вторичной обмотки трансформатора с центральным отводом в противоположных направлениях, так что намагничивание сердечника отсутствует. Поскольку потери в трансформаторе меньше, для двухполупериодного выпрямителя можно использовать трансформатор меньшего размера.

Разница между выпрямителями в таблице

Сравнение выпрямителей 9020
С.№ Характеристики Полуволна Центральный отвод Тип моста
1. Кол-во диодов 1 2
2. Необходим трансформатор Нет Да Нет
3. Макс. КПД 40,6% 81,2% 81,2%
4. Коэффициент пульсации 1,21 0,48 0,48
5. Выходная частота f дюймов 2 f дюймов 2 2
6. Пиковое обратное напряжение В м 2 В м В м

Схема выпрямителя | Полуволна, полная волна, мост

В этой статье мы собираемся увидеть все типы схем выпрямителя, такие как принципиальная схема полуволнового выпрямителя, принципиальная схема полнополупериодного выпрямителя и принципиальная схема мостового выпрямителя.

Выпрямитель — это электрическая или электронная схема, преобразующая переменный ток в постоянный. Как правило, простая схема выпрямителя состоит из диодов с PN переходом. Эти PN-переходные диоды позволяют току течь только в одном направлении.

Основная функция схемы выпрямителя состоит в том, чтобы принимать питание переменного тока в качестве входа и обеспечивать питание постоянного тока в качестве выхода. Также обратите внимание, что схема выпрямителя не может обеспечить на выходе чистый постоянный ток. В выходном постоянном токе всегда присутствуют компоненты переменного тока, известные как пульсации.Таким образом, схема фильтра, состоящая из конденсатора или катушки индуктивности, всегда подключается к выходу схемы выпрямителя для устранения пульсаций.

Схема полуволнового выпрямителя

Здесь вы можете увидеть принципиальную схему и форму волны ввода-вывода полуволнового выпрямителя.

Здесь вы можете видеть, что схема однополупериодного выпрямителя состоит из одного PN переходного диода. Это позволяет ток только в течение одного полупериода переменного тока, который является положительным полупериодом. Во время отрицательного полупериода диод PN-переход будет блокировать ток.Таким образом, на выходе ток будет течь только в одном направлении, как в источнике питания постоянного тока.

Здесь вы можете увидеть три формы сигнала. Первый предназначен для входного источника переменного тока или первичной обмотки трансформатора. Второй — для вторичной обмотки трансформатора. По мере того, как трансформатор понижает напряжение, величина формы волны также уменьшается. Третий — для выхода схемы выпрямителя. На этом графике показаны только положительные полупериоды.

Основным недостатком однополупериодного выпрямителя является то, что он снижает выходное напряжение по сравнению с фактическим входным напряжением.Это происходит потому, что диод допускает только положительные полупериоды. Таким образом, среднее выходное напряжение будет составлять половину основного входного напряжения.

Читайте также:

Схема двухполупериодного выпрямителя с центральным ответвлением

Здесь вы можете увидеть принципиальную схему и форму волны ввода-вывода двухполупериодного выпрямителя с центральным ответвлением трансформатора.

Здесь, как вы можете видеть, два PN переходных диода используются для создания этой схемы выпрямителя. Верхний допускает только положительные полупериоды, а нижний допускает отрицательные полупериоды.Диоды подключены к нагрузке таким образом, что ток может течь в одном направлении только через нагрузку. Таким образом, нагрузка будет испытывать постоянное напряжение и постоянный ток. Этот понижающий трансформатор с центральным ответвлением сконструирован таким образом, что верхняя и нижняя части вторичной обмотки создают одинаковое напряжение.

Здесь также вы можете увидеть три формы сигнала. Первый предназначен для подачи питания переменного тока на трансформатор. Второй — для вторичной обмотки или выхода трансформатора.Третий — для выхода выпрямителя. Здесь вы можете видеть, что нет промежутка между положительными полупериодами, такими как форма волны полуволнового выпрямителя. Здесь отрицательные циклы также преобразуются в положительные. Итак, форма волны непрерывная.

Эта схема двухполупериодного выпрямителя также не может обеспечить чистый постоянный ток. Здесь также имеется рябь. Основным преимуществом этой схемы двухполупериодного выпрямителя является то, что она не снижает и не уменьшает выходное напряжение от входного напряжения, как схема полуволнового выпрямителя.Здесь также имеется недостаток, заключающийся в том, что требуется трансформатор с центральным ответвлением. Итак, конструкция пальто увеличивается.

Читайте также:

Схема двухполупериодного мостового выпрямителя

Здесь вы можете увидеть принципиальную схему и форму сигнала ввода-вывода мостового выпрямителя.

Здесь вы можете увидеть в общей сложности четыре PN переходных диода, которые используются для создания этой схемы выпрямителя. Четыре диода соединены таким образом, что образуется мостовая структура, имеющая четыре стороны для подключения входных и выходных клемм.

Здесь также есть три формы сигнала. Первый предназначен для входа трансформатора или первичной стороны, второй — для вторичной или выходной стороны трансформатора. А третий — для выхода выпрямителя. Форма выходного сигнала центрального отвода и мостового выпрямителя одинакова.

Схема двухполупериодного мостового выпрямителя имеет множество преимуществ перед другими. Мостовой выпрямитель имеет более высокий КПД, чем другие. Он не требует трансформатора с центральным ответвлением. Таким образом, стоимость проектирования также очень низкая.

Читайте также:

Спасибо, что посетили сайт. продолжайте посещать для получения дополнительных обновлений. Выпрямители

— обзор | Темы ScienceDirect

II.E Преобразователи переменного / постоянного тока

Преобразователь переменного / постоянного тока состоит из преобразователей, действующих как выпрямители на передающем конце, и инверторов на приемном конце линии передачи постоянного тока. Основная схема преобразователя представляет собой трехфазный мост, который выдает 6-пульсное постоянное напряжение. Обычно в современных преобразовательных подстанциях выходы двух 6-импульсных преобразователей, подключенных к разным трансформаторам, объединяются для получения 12-импульсного преобразователя для полного постоянного напряжения.Когда терминал питает биполярную линию постоянного тока, как показано на рис. 9, схемы обычно расположены так, чтобы два полюса могли работать независимо, что позволяет работать в биполярном режиме с металлическим или заземляющим возвратом.

РИСУНОК 9. Устройство главных цепей схемы передачи постоянного тока высокого напряжения.

Поскольку постоянный ток можно легко и быстро контролировать с помощью оборудования управления вентилем преобразователя, в схемах постоянного тока до сих пор не использовались автоматические выключатели линии постоянного тока. Однако такие выключатели были разработаны и могут быть использованы в будущих установках, особенно в связи с многополюсными схемами высокого напряжения постоянного тока, где они обеспечат дополнительную эксплуатационную гибкость.

Преобразователи-трансформаторы питаются от высоковольтной системы переменного тока с фильтрами переменного тока, используемыми для поглощения гармонических токов, генерируемых преобразователями. Для слабых систем переменного тока недопустимых колебаний частоты и напряжения можно избежать за счет использования синхронных конденсаторов.

Потребляемая реактивная мощность преобразовательной подстанции постоянного тока обычно составляет 50–60% от активной мощности. Синхронные конденсаторы или статические конденсаторы могут использоваться по отдельности или в комбинации для управления коэффициентом мощности. Часто бывает удобно удовлетворить часть потребности системы в реактивной мощности, используя конденсаторы в сочетании с реакторами, чтобы сформировать фильтры для гармоник тока, производимых преобразователями.Затем большая часть гармоник тока попадает в фильтры, а не в сеть переменного тока, что снижает вероятность помех в цепях связи переменного тока.

Обычно требуются отдельно настроенные фильтры для управления гармониками более низкого порядка, которые в 5, 7, 11 и 13 раз превышают основную частоту. Фильтр высоких частот отстраивает гармоники более высокого порядка.

Преобразовательные трансформаторы в основном конструируются как силовые трансформаторы переменного тока. Особое внимание следует уделять определенным частям изоляции обмотки, которые должны выдерживать сочетание напряжения переменного и постоянного тока.

Сами преобразователи представляют собой последовательно соединенные выпрямители с кремниевым управлением или тиристоры и доступны с номинальным током до 4000 А на тиристорный блок. Требуется демпфирование клапана, которое обычно входит в контур клапана. Его цель — улучшить распределение напряжения и контролировать скорость изменения напряжения.

Сглаживающий реактор постоянного тока, используемый на стороне постоянного тока станции, сглаживает постоянный ток и ограничивает гармонические токи, протекающие по линии постоянного тока.Кроме того, он обеспечивает гашение колебаний постоянного напряжения и тока, связанных с нарушениями в системе. На стороне постоянного тока линии могут быть установлены специальные фильтры для уменьшения гармоник, которые могут мешать телефонному приему.

Постоянные токи в преобразовательной подстанции обычно измеряются преобразователями.

Клапан зажигания в преобразовательной подстанции постоянного тока производит высокочастотное электромагнитное излучение и вносит высокочастотные колебания в систему. Проблема потенциальных помех, создаваемая этими явлениями, может быть уменьшена за счет правильного расположения преобразовательной подстанции, электромагнитного экранирования преобразовательной подстанции, фильтрации и минимизации размеров распределительного устройства.

Однополупериодный выпрямитель и полнополупериодный выпрямитель Базовая электроника

(Последнее обновление: 11 сентября 2021 г.)

Диод как выпрямитель

Выпрямитель — это устройство, которое преобразует переменный ток в пульсирующий постоянный ток процесс этого преобразования называется выпрямлением . Существует два типа выпрямителей , а именно: .

  1. Однополупериодный выпрямитель.
  2. Двухполупериодный выпрямитель.

Однополупериодный выпрямитель

Для однополупериодного выпрямителя используется один диод .Переменное напряжение через трансформатор подается на одиночный диод , который включен последовательно с сопротивлением нагрузки R L , как показано на рисунке (1) ниже.

На изображении выше вы можете ясно видеть положительную (+) и отрицательную (-) маркировку на вторичной стороне трансформатора. Для полупериода + Ve верхний вывод вторичной обмотки трансформатора равен + Ve, а нижний вывод — –Ve. Итак,

Для полупериода + Ve входного переменного напряжения диод смещен в прямом направлении (как P-область диода соединена с клеммой + Ve).Следовательно, будет ток через сопротивление нагрузки R L .

Теперь мы рассмотрим полупериод -Ve входного напряжения переменного тока, для которого верхняя клемма вторичной обмотки T / F имеет значение «-Ve», а нижняя клемма — «+ Ve». Тогда диод является с обратным смещением и не будет проводить (поскольку p-область соединена с клеммой -Ve). Отсюда ясно, что выпрямляет только половину входного цикла, поэтому его называют полуволновым выпрямителем . Следует отметить, что полупериод -Ve подавлен, т. Е. Не используется, выход показан ниже

Как мы видим, на выходе пульсирует постоянный ток, то есть на выходе будут составляющие переменного тока. Эти импульсы называются пульсациями , эти импульсы могут быть удалены с помощью цепей фильтров . Чаще всего используются схемы фильтров

  1. Емкостный фильтр
  2. Индукторный фильтр
  3. LC фильтр
  4. π Фильтр или (фильтр CLC)

В конце мы подробно поговорим о каждом из этих фильтров.

Выпрямитель полный

A Выпрямитель , в котором используются оба полупериода, равные + Ve и -Ve входного переменного напряжения, то есть полупериоды + Ve и -Ve переменного напряжения преобразуются в постоянный ток. Существует два типа двухполупериодного выпрямителя .

Двухполупериодный выпрямитель T / F с отводом по центру

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Двухполупериодный выпрямитель T / F с отводом по центру

Двухполупериодный выпрямитель использует два диода D1 и D2 и имеет трансформатор с отводом в центре в точке c, как показано на рисунке ниже.Центральный отвод принимается за нулевое опорное напряжение. Во время полупериода + Ve верхний вывод вторичной обмотки трансформатора равен + Ve, а нижний вывод вторичной обмотки T / F — –Ve. Диод D1 смещен в прямом направлении, а диод D2 — в обратном направлении. Следовательно, диод D1 будет проводить, и через сопротивление нагрузки R L будет протекать ток, как показано на рисунке ниже.

Теперь для полупериода -Ve верхняя клемма вторичной обмотки T / F — –Ve, а нижняя клемма вторичной обмотки T / F — + Ve.Таким образом, диод D2 смещен в прямом направлении, а диод D1 — в обратном направлении. Следовательно, диод D2 будет проводить, и, следовательно, через сопротивление нагрузки R L будет протекать ток. Таким образом, очевидно, что используются оба полупериода (+ Ve и -Ve, половина входного напряжения переменного тока). Входной цикл с выходом диода D1 и O / P диода D2, а также их объединенные выходы показаны как.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Для двухполупериодного мостового выпрямителя нет необходимости в трансформаторе с центральным ответвлением .Двухполупериодный мостовой выпрямитель использует 4 диода. Во время полупериода входа + Ve верхняя клемма «M» вторичной стороны T / F является + Ve, а нижняя клемма «N» — -Ve. Диоды D1 и D2 будут смещены в прямом направлении, и ток будет протекать через сопротивление нагрузки R L , в то время как диоды D3 и D4 имеют обратное смещение, путь тока будет MEABCFN. Теперь рассмотрите «-Ve» половину цикла, как показано.

Теперь клемма «M» вторичной обмотки трансформатора — -Ve, а нижняя клемма «N» вторичной обмотки трансформатора — + Ve, как показано на рисунке выше.Диоды D3 и D4 смещены в прямом направлении и будут проводить, в то время как диоды D1 и D2 смещены в обратном направлении и не будут проводить ток, протекающий через сопротивление нагрузки R L, путь тока будет NFABCEM. Обратите внимание, что два диода проводят одновременно, то есть D1 и D2 будут проводить в течение + Ve половины цикла, а диоды D3 и D4 будут проводить в течение половины цикла –Ve. Входы и выходы показаны как

Если вы посмотрите на выход полуволнового выпрямителя , полнополупериодного выпрямителя с центральным ответвлением и двухполупериодного мостового выпрямителя , вы обнаружите, что на выходе пульсирует постоянный ток.Нам нужно ровное постоянное напряжение или чистое постоянное напряжение на выходе. Чтобы избавиться от пульсаций, составляющих переменного тока или пульсирующего постоянного тока, мы используем схемы фильтров. Фильтр — это в основном электронная схема, которая пропускает только компоненты постоянного тока и блокирует компоненты переменного тока на выходе выпрямителя. Различные типы цепей фильтров соединены со схемой выпрямителя для преобразования пульсирующего постоянного или флуктуирующего постоянного тока в чистый постоянный ток. Потому что компоненты переменного тока бесполезны. Если вы посмотрите на формы выходных сигналов всех трех выпрямителей, вы увидите пульсирующий постоянный ток постоянного тока, который не является постоянным, поскольку колеблется во времени.Таким образом, если вы приложите такое пульсирующее напряжение постоянного тока к любому устройству, устройство не будет работать должным образом, потому что этот пульсирующий постоянный ток действует так, как если бы переключатель был включен и выключен с большей скоростью. Нам не нужен этот эффект включения и выключения, это может действительно повредить устройство. Все дело в том, что после процесса выпрямления необходимо использовать фильтр, чтобы избавиться от пульсирующего постоянного тока. У нас есть разные типы фильтров, которые можно использовать для удаления компонентов переменного тока. Позвольте мне объяснить это с помощью моделирования Proteus

.

В моделировании Proteus вы можете увидеть, что я подключил источник переменного тока 18 В и 50 Гц, «который вы можете представить себе как трансформатор», подключен нагрузочный резистор R1.Вы можете видеть, что выходной сигнал на осциллографе представляет собой чистую синусоидальную волну, состоящую из полупериодов + Ve и –Ve. Чтобы преобразовать это в постоянный ток постоянного тока, используется выпрямитель. Сделаем полуволновой выпрямитель. Все, что нам нужно, это добавить диод.

Я внес некоторые изменения в схему, то есть добавил диод последовательно с нагрузочным резистором R1. К каналу A осциллографа я подключил вход переменного тока, а к каналу B осциллографа я подключил выход полуволнового выпрямителя.Вы можете ясно видеть, что на выходе получается пульсирующий постоянный ток, который имеет компоненты переменного тока, и это не чистый постоянный ток. На нем есть рябь, которую нужно удалить, чтобы сделать его чистым постоянным током. Чтобы было понятнее, вы можете видеть, что я добавил вольтметр. Напряжение не совсем равно 0, но колеблется между максимальным и минимальным значениями, потому что выходное напряжение постоянного тока пульсирует.

Это тип пульсирующего выхода постоянного тока, который вы получите для всех типов выпрямительных цепей. Теперь, на этом этапе вы решаете, какой фильтр вы собираетесь использовать, чтобы удалить рябь и сделать вывод более чистым.Как было сказано ранее, у нас есть разные типы схем фильтров.

Наиболее часто используемые схемы фильтров

  1. Фильтр конденсатора
  2. Индукторный фильтр
  3. LC фильтр
  4. Фильтр или (фильтр CLC)

Фильтр конденсатора:

Давайте продолжим с полуволновым выпрямителем , то же самое относится и к двухполупериодному выпрямителю .Как вы уже знаете, и если не беспокойтесь, я скажу вам, что одним из свойств конденсатора является то, что конденсатор обеспечивает высокий резистивный путь к компонентам постоянного тока (то есть низкочастотные сигналы) и низкий резистивный путь к компонентам переменного тока (то есть высокочастотные сигналы). Всем известно, что электрический ток всегда предпочитает протекать по пути с низким сопротивлением. Таким образом, когда электрический ток достигает цепи фильтра «Конденсатор», компоненты постоянного тока испытывают высокое сопротивление со стороны конденсатора, а компоненты переменного тока испытывают низкое сопротивление со стороны конденсатора.Итак, что происходит дальше, компоненты постоянного тока не хотят протекать через конденсатор, который обеспечивает путь с высоким сопротивлением. Таким образом, у них остался только один вариант, и это альтернативный путь, который представляет собой путь с низким сопротивлением и течет к нагрузочному резистору R2 в моем случае, который вы можете видеть на принципиальной схеме ниже.

Теперь вы можете видеть, что после добавления конденсатора емкостью 470 мкФ напряжение стабилизировалось, теперь оно не меняется. Он успешно заблокировал компоненты переменного тока.Я не говорю, что он на 100% блокирует компоненты переменного тока, но очень небольшая его часть идет на нагрузочный резистор, но максимальная часть блокируется компонентами переменного тока. Когда конденсатор полностью заряжен, он сохраняет заряд до тех пор, пока входное напряжение переменного тока выпрямителя не достигнет отрицательного полупериода.

Когда достигается отрицательный полупериод, диод D1 смещается в обратном направлении и перестает пропускать через него электрический ток. В течение этого периода отсутствия проводимости входное напряжение меньше, чем напряжение конденсатора.Таким образом, конденсатор разряжает все накопленные заряды через нагрузочный резистор R2. Это предотвращает падение выходного напряжения нагрузки до нуля.

Конденсатор разряжается до тех пор, пока входное напряжение питания не станет меньше напряжения конденсатора. Когда входное напряжение питания превышает напряжение конденсатора, конденсатор снова начинает заряжаться. Проще говоря, компоненты переменного тока — это не что иное, как избыточный ток, который протекает через конденсатор и заряжает его.

Индукторный фильтр:

Следующая схема фильтра , о которой мы собираемся поговорить, — это индуктор , фильтр , который также известен как дроссельный фильтр.Давайте посмотрим на принципиальную схему

На этот раз вы можете увидеть, что индуктор L соединен последовательно с нагрузочным резистором R2. Как подробно объяснялось ранее, выход выпрямителя содержит как компоненты переменного тока, так и компоненты постоянного тока. Когда этот выход проходит через катушку индуктивности, он обеспечивает высокое сопротивление компонентам переменного тока и меньшее сопротивление компонентам постоянного тока. Таким образом, компоненты переменного тока выпрямленного выхода блокируются, и только компоненты постоянного тока могут проходить и достигать нагрузки в нашем случае резистора R2.Вы очень хорошо знаете, что индуктор обладает свойством противодействовать изменению тока, протекающего через него. Таким образом, катушка индуктивности обеспечивает высокий импеданс для пульсаций и отсутствие импеданса для требуемых компонентов постоянного тока выпрямленного выхода, и, таким образом, пульсации устраняются. Таким образом, когда выходной ток выпрямителя превышает определенное значение, энергия накапливается в катушке индуктивности в виде магнитного поля, и эта энергия передается нагрузке, когда выходное значение падает ниже среднего значения. Таким образом, все внезапные изменения, происходящие в цепи, сглаживаются путем последовательного размещения катушки индуктивности между выпрямителем и нагрузкой.

Фильтр LC:

LC-фильтр — действительно удивительный фильтр, поскольку он сочетает в себе эффективность как фильтров «Индукторный фильтр», так и «Конденсаторный фильтр». Выпрямленный выход сначала подается на катушку индуктивности, которая удаляет компоненты переменного тока и позволяет компонентам постоянного тока проходить. Отфильтрованное выходное напряжение все еще имеет некоторые составляющие переменного тока. Конденсатор заземляет компоненты переменного тока и позволяет компонентам постоянного тока проходить на нагрузку R2. Таким образом мы получаем чистый DC.Как видите, выходное напряжение довольно стабильно. Таким образом, выходной сигнал этого фильтра лучше, чем выход двух предыдущих фильтров , конденсаторного фильтра и индуктивного фильтра . В простой схеме фильтра шунтирующего конденсатора, описанной выше, мы пришли к выводу, что конденсатор будет уменьшать пульсации напряжения, но вызывает увеличение тока диода. Этот большой ток может повредить диод и в дальнейшем вызвать проблемы с нагревом и снизить эффективность фильтра. . С другой стороны, простой последовательный дроссель снижает как пиковое, так и эффективное значение выходного тока и выходного напряжения.Затем, если мы объединим оба фильтра (L и C), можно разработать новый фильтр, называемый LC-фильтром, который будет иметь хорошую эффективность, с ограниченным током диода и достаточным коэффициентом удаления пульсаций. Стабилизирующее действие шунтирующего конденсатора по напряжению и ток сглаживающее действие последовательного индуктивного фильтра может быть объединено, чтобы сформировать идеальную практичную схему фильтра.

π Фильтр или (фильтр CLC)

Фильтр или фильтр CLC — это просто комбинация конденсаторного фильтра и LC-фильтра.Конденсаторы с обеих сторон индуктора L1 образуют форму Pi, поэтому его также называют фильтром Pi. Он имеет конденсатор на входе, поэтому его также называют конденсаторным входным фильтром. В этом фильтре Pi у нас есть конденсаторы, которые подключены параллельно.

  • Конденсатор C 2 — этот конденсатор фильтра обеспечивает высокое реактивное сопротивление по постоянному току и низкое реактивное сопротивление по переменному сигналу. После заземления компонентов переменного тока, присутствующих в сигнале, сигнал проходит на катушку индуктивности для дальнейшей фильтрации.
  • Катушка индуктивности L — эта катушка индуктивности обеспечивает низкое реактивное сопротивление компонентам постоянного тока, при этом блокируя компоненты переменного тока, если они прошли, через конденсатор C 2 .
  • Конденсатор C 1 — Теперь сигнал дополнительно сглаживается с помощью этого конденсатора, так что он позволяет использовать любую переменную составляющую, присутствующую в сигнале, которую не удалось заблокировать катушкой индуктивности.

Pi-фильтр или фильтр CLC является наиболее часто используемым фильтром в источниках питания, и мы можем сказать, что этот фильтр имеет идеальный выход постоянного тока с удалением большинства компонентов переменного тока.Теперь, если вы хотите, вы можете добавить больше комбинаций в соответствии с вашими требованиями. По этой причине, если вам когда-нибудь представится возможность открыть блок питания, вы увидите катушки индуктивности, конденсаторы и резисторы.

Нравится:

Нравится Загрузка …

КПД выпрямителя переменного тока — Bright Hub Engineering

Типы выпрямительных схем

Выпрямитель — это устройство, используемое для этого преобразования.

Выпрямители бывают двух типов: однополупериодные выпрямители и двухполупериодные выпрямители.Двухполупериодные выпрямители далее классифицируются как двухполупериодные выпрямители с центральным ответвлением и мостовые выпрямители.

**

Полупериодный выпрямитель

Основная схема полуволнового выпрямителя, а также формы входных и выходных сигналов показаны на схеме. Полупериодный выпрямитель работает только в течение положительного полупериода. Он позволяет только половине сигнала переменного тока проходить через нагрузку, RL, отсюда и название полуволновой выпрямитель. Во время положительного полупериода диод смещен в прямом направлении и будет действовать как короткое замыкание, позволяя форме волны проходить через нагрузку.Во время отрицательного полупериода диод имеет обратное смещение и работает как разомкнутая цепь.

КПД полуволнового выпрямителя

КПД выпрямителя определяется как отношение мощности постоянного тока к приложенной входной мощности переменного тока.

КПД выпрямителя, η = выходная мощность постоянного тока / входная мощность переменного тока

Idc = Im / π

Выходная мощность постоянного тока определяется как: Pdc = I2dc x RL = (Im / π) 2 x RL

Вход переменного тока мощность определяется по формуле: Pac = I2rms (rf + RL), где rf — сопротивление диода.

Для полуволновой выпрямленной волны: Irms = Im / 2

Следовательно, Pac = (Im / 2) 2 x (rf + RL)

Таким образом, КПД выпрямителя, η = выходная мощность постоянного тока / входная мощность переменного тока

= [(Im / π) 2xRL] / [(Im / 2) 2x (rf + RL)]

= 0,406 RL / (rf + RL)

= 0,406 / (1 + rf / RL)

КПД будет максимальным, если rf пренебрежимо мала по сравнению с RL

Следовательно, максимальный КПД выпрямителя = 40,6%. Это означает, что только 40,6% входной мощности переменного тока преобразуется в мощность постоянного тока.

Двухполупериодный выпрямитель

Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением

Схема двухполупериодного выпрямителя с центральным ответвлением с двумя диодами и трансформатором показана на схеме. Центральный отвод принимается за опорную точку заземления или нулевого напряжения. В отличие от однополупериодного выпрямителя, как положительный, так и отрицательный полупериоды входа используются с помощью двух диодов и трансформатора с отводом от центра. Во время положительного полупериода входа переменного тока клемма A будет положительной, а клемма B — отрицательной.Следовательно, диод D1 будет смещен в прямом направлении, а диод D2 — в обратном направлении. Ток будет течь по AD1CEFG. Положительный полупериод появится на RL, как показано на второй кривой.

Во время отрицательного полупериода клемма B становится положительной, а клемма A становится отрицательной. Диод D1 будет смещен в обратном направлении, а диод D2 будет смещен в прямом направлении. Ток будет течь по BD2CEFG.

Idc = 2 Im / π = 2 Vm / π RL

Irms = Im / √2 = 0,707 Im

КПД выпрямителя, η = Pdc / Pac

= I2dcRL / I2rms (rf + RL)

= 0 .812 / [1+ (rf / RL)]

= 81,2%, если сопротивление диода rf незначительно по сравнению с RL.

КПД двухполупериодного выпрямителя с центральным ответвлением в два раза выше, чем у полуволнового выпрямителя.

Мостовой выпрямитель

Мостовой выпрямитель — это наиболее часто используемая схема для источников питания постоянного тока. Он состоит из четырех диодов с D1 по D4, как показано на схеме, соединенных в виде моста. Во время полупериода положительного входа клемма A будет положительной, а клемма B — отрицательной.Диоды D1 и D3 станут смещенными вперед, а D2 и D4 будут смещены в обратном направлении. Ток будет течь по ACFGEDB, вызывая падение сопротивления нагрузки RL. Во время полупериода отрицательного входа клемма B будет положительной, а клемма A — отрицательной. Диоды D2 и D4 станут смещенными в прямом направлении, а диоды D1 и D3 станут смещенными в обратном направлении. Ток будет течь по BDFGECA. Ток протекает через сопротивление нагрузки RL в одном направлении FG в течение обоих полупериодов входа переменного тока.

КПД мостового выпрямителя, η = Pdc / Pac

= 81.2% (вычислено с использованием тех же формул, что и для двухполупериодного выпрямителя с центральным ответвлением)

Это означает, что двухполупериодный мостовой выпрямитель вдвое эффективнее полуволнового выпрямителя.

Ссылки и изображения

Изображения созданы автором.

Ссылки

Basic Electronics от BLTheraja, Chand (S.) & Co Ltd., Индия 2007 (Мягкая обложка)

Bright Hub, Inc .: How to Build a Bridge Rectifier, Swagatam Majumdar

Micronotes (Microsemi Scottsdale): Выпрямительные мосты и двойные выпрямители, Кент Уолтерс (PDF)

Общие сведения о выпрямительных и выпрямительных схемах на судне

Помимо небольшого размера, все электрическое и электронное оборудование или схемы на борту судна играют жизненно важную роль в работе судовых систем. система и оборудование.Различное оборудование на борту судна использует переменный ток, постоянный ток или и то, и другое, в зависимости от характера работы. Некоторые из очень важных цепей и установок проходят через постоянный ток.

Поскольку большая часть корабля вырабатывает переменный ток от своего генератора переменного тока, становится важным использовать устройство вместе с трансформатором, которое может преобразовывать этот переменный ток в постоянный ток для использования этого оборудования или цепи, работающей от постоянного тока

Выпрямитель

Выпрямитель — это схема, в которой используется один или несколько полупроводниковых диодов для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный ток.

Этот процесс преобразования известен как исправление.

Типы выпрямителей

Однополупериодный выпрямитель

Полупериодный выпрямитель состоит из одного диода, последовательно соединенного с нагрузочным резистором.

Во время положительного полупериода входного напряжения диод смещен в прямом направлении и проводит все напряжения, превышающие его барьерный потенциал.

Во время отрицательной половины цикла диод смещен в обратном направлении, следовательно, он не проводит ток.

Двухполупериодный выпрямитель

Двухполупериодная схема выпрямителя позволяет однонаправленному току течь к нагрузке в течение всего входного цикла.

Существует два типа однополупериодных выпрямителей:

1) Два диода, соединенные спина к спине с помощью трансформатора с отводом от центра.

2) Двухполупериодный мостовой выпрямитель с четырьмя диодами, соединенными в виде моста.

Мостовой выпрямитель

Используется однофазный мостовой выпрямитель с четырьмя диодами, соединенными мостом с нецентральным отводным трансформатором.Двухполупериодный выпрямитель имеет преимущество преобразования обеих полярностей входного сигнала переменного тока в постоянный ток, поэтому он более эффективен.

Трехфазная схема выпрямителя состоит из шести диодов, соединенных в паре по три последовательно (анод с катодом). Обычно используется в трехфазных цепях.

Приложение на борту

Некоторые из применений выпрямителей на борту судна:

  • Используется во многих морских электронных устройствах и схемах.
  • Используется для обнаружения радиосигналов.
  • Могут применяться в процессе гальваники.
  • Используется в работе двигателя постоянного тока.
  • Используется для возбуждения трехфазного генератора переменного тока.
Схем

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.