Какие возможны виды нагрузок выпрямителя: Выпрямители. Виды и устройство. Структура и особенности

Содержание

Выпрямители. Виды и устройство. Структура и особенности

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

Устройство и структура выпрямителя

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

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

Рис. 1

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

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

Рис. 2

Силовой трансформатор

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

Трансформатор способен выполнить гальваническую развязку частоты f1 с сетью питания U1, I1, и нагрузочную цепь с

Uн, Iнодновременно. В настоящее время появилась возможность проектировать и производить инверторы высокого напряжения, функционирующие на повышенной частоте и выпрямляющие напряжение. Для этого применяются схемы бестрансформаторного выпрямления, в которых блок вентилей подключается сразу к первичной сети питания.

Диодный мост

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

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

Устройство фильтрования

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

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

Стабилизатор напряжения

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

Классификация

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

По мощности на выходе:
  • Повышенной мощности – свыше 100 киловатт.
  • Средней мощности – менее 100 кВт.
  • Малой мощности – до 0,6 киловатт.
По фазности сети питания:
  • 1-фазные.
  • 3-фазные.
По количеству импульсов одного полюса выпрямленного напряжения U
2 за один период:
  • Однотактные (имеют один полупериод).
  • Двухтактные (два полупериода).
По типу управления вентилями выпрямители делятся на:
  • Управляемые. В схеме применяются транзисторы, тиристоры.
  • Неуправляемые. Используются диоды.
Выпрямители разделяют для следующих видов нагрузки:
  • Активно-емкостная.
  • Активно-индуктивная.
  • Активная.
Расчет выпрямителя

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

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

К таким факторам можно отнести:
  • Мощность и напряжение.
  • Пульсация и частота напряжения на выходе.
  • Значение обратного напряжения на диодах и их количество.
  • Коэффициент мощности и другие параметры.
  • КПД.

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

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

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

Схемы выпрямления
Однофазные выпрямители

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

Однофазная однотактная схема

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

На диаграмме видна работа однотактного выпрямителя на активную нагрузку.

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

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

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

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

Похожие темы:

Типы нагрузок выпрямителей и выпрямительных блоков — Студопедия

Однофазные мостовые схемы выпрямления.

Управляемые выпрямители.

Каскадные схемы выпрямления.

Основные расчетные соотношения трехфазных схем выпрямления.

Основные параметры и расчетные коэффициенты выпрямителя.

Выпрямители с удвоением и умножением напряжения.

Типы нагрузок выпрямителей и выпрямительных блоков.

Лекция 7. Выпрямители

Следует различать понятие нагрузки выпрямителя и нагрузки блока выпрямления. Так, аппаратура, питаемая от выпрямительного устройства, является эквивалентом резистивной нагрузки, однако с учетом сглаживающего фильтра нагрузка для БВ комбинированная. На рис. 1 показаны возможные варианты нагрузок БВ.

Рис. 1. Типы нагрузок выпрямительного блока: а) - структурная схема; б), в) - индуктивно-емкостная и активно-емкостная нагрузка; г) – нагрузка с противо ЭДС.

В зависимости от элемента фильтра принято подчеркивать характер нагрузки: с индуктивной реакцией (рис. 1.б), с емкостной реакций (рис. 1.в) и с противо ЭДС (рис. 1.г).


Тип нагрузки влияет на характер протекания электромагнитных процессов и условия передачи энергии через блок полупроводниковых проборов.

Покажем это на примере нагрузки с источником противо ЭДС (рис. 2).

Рис. 2. Работа трехфазного выпрямителя на нагрузку с противо ЭДС:

а) – схема; б) – график

Этот случай возможен при включении параллельно нагрузке резервной (буферной) аккумуляторной батареи (АБ). Пока напряжение батареи превышает напряжение выпрямительного блока

ud (рис. 2.б интервалы времени 2-3, 4-5), диоды блока закрыты обратными напряжениями . На этих интервалах батарея поддерживает ток нагрузки (ip - ток разряда батареи). На интервалах времени 1-2, 3-4, 5-6 выпрямитель заряжает батарею током i3(t).

Из-за малости значений внутреннего сопротивления выпрямителя (Rв) и сопротивления батареи (Rб) величина I3m может достигать больших значений и поэтому требует специальных мер для его ограничения. Ограничителем может служить индуктивный реактор, включенный между выпрямительным блоком и батарей.

Включение в цель нагрузки индуктивности Ld позволяет уменьшить пульсации тока. В многопульсном выпрямителе кривые тока нагрузки id и тока диодов (ivd) зависят от постоянной времени нагрузки , где - постоянная времени (). При пульсации тока id незначительны, а токи диодов имеют форму, близкую к прямоугольной (отмечены штриховкой). При нагрузка является активной и форма тока повторяет форму напряжения на выходе диодного блока (рис. 3).

Нагрузка - выпрямитель - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Нагрузка - выпрямитель

Cтраница 3

Емкостная реакция нагрузки выпрямителя практически возникает, когда параллельно активному сопротивлению нагрузки включают конденсатор. Обычно емкостная реакция нагрузки на выпрямитель получается в результате того, что сглаживающий фильтр, на который работает выпрямитель, начинается с емкости. При этом сопротивление нагрузки может быть включено параллельно либо первому, либо второму конденсатору фильтра. Очевидно, что чисто емкостная нагрузка практически невозможна, так как при хорошем качестве конденсатора выпрямитель будет нагружен только при первоначальном заряде конденсатора, и тока через выпрямитель не будет до тех пор, пока конденсатор не начнет разряжаться через сопротивление утечки, имеющее очень большую величину.  [31]

Основные виды нагрузки выпрямителя приведены на рнс.  [33]

Изменение характера нагрузки выпрямителя влияет на форму токов и напряжений вентилей, трансформатора, а также нагрузки, вследствие чего расчет выпрямителя при комплексной нагрузке ведется с учетом характера последней.  [34]

В цепи нагрузки выпрямителя включен сглаживающий дроссель, индуктивность которого принята бесконечно большой ( Ld6o) для того, чтобы не учитывать влияние пульсаций тока в вентилях и нагрузке.  [36]

В цепи нагрузки выпрямителя в большинстве случаев имеются элементы, обладающие определенной индуктивностью: сглаживающие и ограничивающие реакторы, обмотки возбуждения главных или дополнительных полюсов, компенсационные и якорные обмотки электродвигателей постоянного тока.  [37]

Напряжение на нагрузке выпрямителя с фазовым регулированием состоит из постоянного напряжения с наложенными на его гармониками переменного тока, которые могут быть представлены в виде ряда Фурье. Индуктивность в цепи постоянного тока понижает амплитуду гармоник тока. С-фильтров или таких активных фильтров, как мощные транзисторы.  [38]

Чтобы на нагрузке выпрямителя получить постоянное напряже ние с малыми пульсациями, достаточно параллельно ей включить большую емкость Сф.  [40]

Напряжение на нагрузке любого выпрямителя имеет пульсирующий характер ( рис. 6.32), где U0 - постоянная составляющая выпрямленного напряжения, Етп - амплитуда переменной составляющей пульсации.  [41]

Приведенная классификация видов нагрузки выпрямителей исчерпывает все характерные случаи питания радиоустройств, применяющиеся в технике радиосвязи и радиовещания.  [43]

Ток в цепи нагрузки однополуперйодного выпрямителя равен 10 мА при i / H 100 В.  [44]

Страницы:      1    2    3    4    5

Влияние характера нагрузки на работу выпрямительных схем

При рассмотрении различных схем выпрямления предполагалось, что нагрузка имеет только активное сопротивление. Практически выпрямительные устройства редко работают на чисто активное сопротивление, так как в большинстве случаев их дополняют электрическими фильтрами, содержащими индуктивные и емкостные звенья. Иногда сама нагрузка содержит элементы с индуктивностью (обмотки реле, дроссели и т. п.). Выпрямительные устройства могут также работать на встречную э. д. с., например при заряде аккумуляторных батарей. Возможна также работа выпрямительных устройств на смешанную нагрузку, состоящую из активного сопротивления, индуктивности и емкости.

Работа выпрямительного устройства на встречную э. д. с. В схеме (рис. 231, а) для регулирования зарядного тока последовательно с батареей Є В включен реостат В.

На рис. 231, б изображена кривая напряжения м2 на зажимах вторичной обмотки трансформатора Т. Напряжение ио на выходе выпрямительного устройства при отключенной батарее и э. д. с. Е0 батареи показаны на рис. 231, в штриховыми линиями. Кривая выпрямленного напряжения при включенной батарее показана сплошной линией. Пульсация выпрямленного напряжения при наличии встречной э. д. с. становится тем меньше, чем больше э. д. с. Е0 батареи.

В течение времени - і2, когда напряжение вторичной обмотки трансформатора становится больше э. д. с. батареи, ток проходит от точки а, имеющей положительный потенциал, через вентиль VI, батарею СВ, реостат и вентиль УЗ к точке б, имеющей отрицательный потенциал. Кривая этого тока гв1 - ів3 показана на рис. 231, г.

В течение времени /3 - /4, когда изменится полярность точек а и б, а ы2 > Е0, ток проходит от точки б через вентиль У2, батарею СВ, реостат В и вентиль У4 к точке а. Кривая тока гв2 - іві показана на рис. 231, д, кривая выпрямленного (зарядного) тока і0 - на рис. 232, е.

Таким образом, токи через вентили проходят не в течение половины периода, как при активной нагрузке однофазной мостовой схемы, а только в течение части полупериода. С увеличением э. д. с. время прохождения этого тока уменьшается. Длительность прохождения тока через вентиль характеризуется углом отсечки 0. Углом отсечки называют половину времени прохождения тока через вентили, выраженную в угловом измерении. При работе однофазных схем на встречную э. д. с. зарядный ток батареи имеет прерывистый характер, т. е. возникает отсечка зарядного тока.

На рис. 231, ж изображена кривая тока і2 вторичной обмотки транформатора Т. Эта же кривая, но в другом масштабе изображает форму тока первичной обмотки (если пренебречь током холостого хода трансформатора).

Работа выпрямительного устройства на нагрузку емкостного характера. Такой режим работы имеет место при использовании кон-

Рис. 231. Схема выпрямителя, работающего на встречную э. л. с. (о), и диаграммы напряжений и токов п мостовой схеме, работающей на встречную э. д. с. (б -ж)

денсаторов в качестве первого элемента сглаживающего фильтра (рис. 232, а).

Кривая напряжения ио на выходе выпрямительного устройства при отключенном конденсаторе С показана на рис. 232, б. Конденсатор, включенный параллельно нагрузке, заряжен. Его влияние на работу выпрямительного устройства аналогично встречной э. д. с. Разница заключается в том, что напряжение ис на конденсаторе во время его заряда и разряда не остается постоянным, как это имеет место с батареей аккумуляторов. В интервалах времени А - ?2 и - /4 конденсатор заряжается, а напряжение иг на конденсаторе за это время увеличивается. В интервалах времени - /4, ?2- і з и - /5 конденсатор разряжается на нагрузку и его напряжение падает. Чем больше емкость конденсатора и сопротивление нагрузки, тем больше форма кривой напряжения ис приближается к прямой линии.

В интервале времени А - ?2, когда и'о > ис, через вентили VI и КЗ проходит ток ?В1 = ?в3 (рис. 232, в). Этот ток питает нагрузку и заряжает конденсатор током іс3. Аналогично этому в интервале времени /3 - /4 через вентили К2 и Х'4 проходит ток г'в2 = (в4 (рис. 232, г).

На рис. 232, д показаны кривые выпрямленных напряжений м„ - и,, и тока г0 = и01г в цепи нагрузки.

Работа выпрямительного устройства на нагрузку индуктивного характера. При индуктивном характере нагрузка имеет активное сопротивление г и индуктивность /1 (рис. 233, а). На рис. 233, б изображены кривые выпрямленного напряжения «о и тока г'6» когда однофазная мостовая схема работает только на активное сопротивление. При наличии индуктивности режим работы схемы изменяется. Из электротехники известно, что изменение тока в цепи с индуктивностью приводит К появлению Э. Д. С. самоиндукции = -/. При возрастании тока индуцируемая э. д. с. направлена навстречу току, т. е. препятствует его увеличению. Когда ток начинает уменьшаться,

Рис. 233. Схема выпрямителя (а) и диаграммы напряжений и токов в однофазной мостовой схеме, работающей на нагрузку индуктивного характера (б, в)

э. д. с. самоиндукции имеет такое же направление, как и ток, г. е. поддерживает его. Благодаря этому ток в цепи нагрузки с индуктивностью (рис. 233, в) не уменьшается до нуля, а изменяется более плавно. При постоянной индуктивности формы кривых выпрямленного напряжения «о = 10г и тока г0 одинаковы.

⇐Классификация схем выпрямления переменного тока и их параметры | Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи железнодорожного транспорта | Выпрямители, применяемые в устройствах автоматики и телемеханики⇒

Назначение портала | iLab

Регламент сайта | Авторские права

На этом портале Вы можете не только найти необходимую и интересную информацию в области биомедицинской инженерии, но и поделиться ей с остальными.
В настоящее время открыт новый информационный ресурс LabData.ru, в формате блога, на котором размещается интересная научная и прикладная информация биотехнической тематики. Не пропустите последние публикации и подписывайтесь на группу ВК сообщества LabData!

Портал состоит из нескольких разделов:

1) Новости

Здесь приводятся различные интересные факты, новости, события общественного значения и т.п. Вы также сможете после регистрации добавить сюда свою новость.

2) Журнал

Здесь находится электронный журнал портала. Все статьи в нём собраны из специальных публикаций посетителей. Каждый посетитель, зарегистрированный на нашем портале имеет право написать и бесплатно опубликовать здесь свои статьи, связанные с биотехнической тематикой.
Журнал содержит несколько рубрик:

3) Группы

Это специализированный раздел портала, где находится информация по определённой тематике. В каждой группе может находиться несколько участников, которые вместе могут публиковать результаты своей совместной работы или просто информацию по общей тематике. В рамках группы существует возможность пообщаться в форуме.
У каждой группы есть свой администратор, которым может являться только пользователь с повышенными привилегиями (продвинутый пользователь). Он может сам создавать собственные группы. 

 

Соглашение об авторских правах

Авторские права на материал, опубликованный на данном Сайте принадлежат автору материала, указавшего правдивые и полные данные о своём имени и фамилии, а также администрации портала.
Ответственность за использование чужих работ и текстов возлагается на авторов.
Использование чужих работ допускается, но должно идти со ссылкой на материал-источник (как из Интернета, так и из печатных изданий)
Администрация портала не несёт ответственности за правдивость и точность материалов, опубликованных авторами.
Использование Сайта iLab означает согласие с Регламентом Сайта.

Типы выпрямителей переменного тока Какие бывают выпрямители? Основные характеристики выпрямителей.

Выпрямителем называется электронное устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии переменного тока в постоянный. В основе выпрямителей лежат полупроводниковые приборы с односторонней проводимостью – диоды и тиристоры.

При небольшой мощности нагрузки (до нескольких сотен ватт) преобразование переменного тока в постоянный осуществляют с помощью однофазных выпрямителей. Такие выпрямители предназначены для питания постоянным током различных электронных устройств, обмоток возбуждения двигателей постоянного тока небольшой и средней мощности и т.д.

Для упрощения понимания работы схем выпрямления будем исходить из расчета, что выпрямитель работает на активную нагрузку.

На рисунке 1 представлена простейшая схема выпрямления. Схема содержит один выпрямительный диод, включенный между вторичной обмоткой трансформатора и нагрузкой.


Рисунок 1 - Однофазный однополупериодный выпрямитель: а) схема - диод открыт, б) схема - диод закрыт, в) временные диаграммы работы

Напряжение u2 изменяется по синусоидальному закону, т.е. содержит положительные и отрицательные полуволны (полупериоды). Ток в цепи нагрузки проходит только в положительные полупериоды, когда к аноду диода VD прикладывается положительный потенциал (рис. 1, а). При обратной полярности напряжения u2 диод закрыт, ток в нагрузке не протекает, но к диоду прикладывается обратное напряжение Uобр (рис. 1, б).

Т.о. на нагрузке выделяется только одна полуволна напряжения вторичной обмотки. Ток в нагрузке протекает только в одном направлении и представляет собой выпрямленный ток, хотя носит пульсирующий характер (рис. 1, в). Такую форму напряжения (тока) называют постоянно-импульсная.

Выпрямленные напряжения и ток содержат постоянную (полезную) составляющую и переменную составляющую (пульсации). Качественная сторона работы выпрямителя оценивается соотношениями между полезной составляющей и пульсациями напряжения и тока. Коэффициент пульсаций данной схемы составляет 1,57. Среднее за период значение выпрямленного напряжения Uн = 0,45U2. Максимальное значение обратного напряжения на диоде Uобр.max = 3,14Uн.

Достоинством данной схемы является простота, недостатки: плохое использование трансформатора, большое обратное напряжение на диоде, большой коэффициент пульсации выпрямленного напряжения.

Состоит из четырех диодов, включенных по мостовой схеме. В одну диагональ моста включается вторичная обмотка трансформатора, в другую – нагрузка (рис. 2). Общая точка катодов диодов VD2, VD4 является положительным полюсом выпрямителя, общая точка анодов диодов VD1, VD3 - отрицательным полюсом.


Рисунок 2 - Однофазный мостовой выпрямитель: а) схема - выпрямление положительной полуволны, б) выпрямление отрицательной полуволны, в) временные диаграммы работы

Полярность напряжения во вторичной обмотке меняется с частотой питающей сети. Диоды в этой схеме работают парами поочередно. В положительный полупериод напряжения u2 проводят ток диоды VD2, VD3, а к диодам VD1, VD4 прикладывается обратное напряжение, и они закрыты. В отрицательный полупериод напряжения u2 ток протекает через диоды VD1, VD4, а диоды VD2, VD3 закрыты. Ток в нагрузке проходит все время в одном направлении.

Схема является двухполупериодной (двухтактной), т.к. на нагрузке выделяется оба полупериода сетевого напряжения Uн = 0,9U2, коэффициент пульсаций - 0,67.

спользования мостовой схемы включения диодов позволяет для выпрямления двух полупериодов использовать однофазный трансформатор. Кроме того, обратное напряжение, прикладываемое к диоду в 2 раза меньше.

Питание постоянным током потребителей средней и большой мощности производится от , применение которых снижает загрузку диодов по току и уменьшает коэффициент пульсаций.

Схема состоит из шести диодов, которые разделены на две группы (рис. 2.61, а): катодную - диоды VD1, VD3, VD5 и анодную VD2, VD4, VD6. Нагрузка подключается между точками соединения катодов и анодов диодов, т.е. к диагонали выпрямленного моста. Схема подключается к трехфазной сети.


Рисунок 3 - Трехфазный мостовой выпрямитель: а) схема, б) временные диаграммы работы

В каждый момент времени ток нагрузки протекает через два диода. В катодной группе в течение каждой трети периода работает диод с наиболее высоким потенциалом анода (рис. 3, б). В анодной группе в данную часть периода работает тот диод, у которого катод имеет наиболее отрицательный потенциал. Каждый из диодов работает в течение одной трети периода. Коэффициент пульсаций данной схемы составляет всего 0,057.

Управляемыми выпрямителями - выпрямители, которые совместно с выпрямление переменного напряжения (тока) обеспечивают регулирование величины выпрямленного напряжения (тока).

Управляемые выпрямители применяют для регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока, яркости свечения ламп накаливания, при зарядке аккумуляторных батарей и т.п.

Схемы управляемых выпрямителей строятся на тиристорах и основаны на управлении моментом открытия тиристоров.

На рисунке 4,а представлена схема однофазного управляемого выпрямителя. Для возможности выпрямления двух полуволн сетевого напряжения используется трансформатор с двухфазной вторичной обмоткой, в которой формируется два напряжения с противоположными фазами. В каждую фазу включается тиристор. Положительный полупериод напряжения U2 выпрямляет тиристор VS1, отрицательный – VS2.

Схема управления СУ формирует импульсы для открывания тиристоров. Время подачи открывающих импульсов определяет, какая часть полуволны выделяется на нагрузке. Тиристор отпирается при наличии положительного напряжения на аноде и открывающего импульса на управляющем электроде.

Если импульс приходит в момент времени t0 (рис. 4,б) тиристор открыт в течении всего полупериода и на нагрузке максимальное напряжение, если в моменты времени t1, t2, t3, то только часть сетевого напряжения выделяется в нагрузке.

Рисунок 4 - Однофазный выпрямитель: а) схема, б) временные диаграммы работы

Угол задержки, отсчитываемый от момента естественного отпирания тиристора, выраженный в градусах, называется углом управления или регулирования и обозначается буквой α. Изменяя угол α (сдвиг по фазе управляющих импульсов относительно напряжения на анодах тиристоров), мы изменяться время открытого состояния тиристоров и соответственно выпрямленное напряжение на нагрузке.

Ртутный выпрямитель

Выпрямители классифицируют по следующим признакам:

Применение

Выпрямление электрического тока

Выпрямители обычно используются там, где нужно преобразовать переменный ток в постоянный ток. Применение выпрямителей для преобразования переменного тока в постоянный вызвало понятие среднего значения тока по модулю (т. е. без учета знака ординаты) за период. При двухполупериодном выпрямлении среднее значение по модулю определяется как среднеарифметическое значение всех ординат обеих полуволн за целый период без учета их знаков (т. е. полагая все ординаты за период положительными, что и имеет место при двухполупериодном идеальном выпрямлении).

Приемниками электроэнергии с нелинейными характеристиками являются в первую очередь всевозможные преобразовательные установки переменного тока в постоянный, использующие различные вентили.

Сюда относятся выпрямительные установки для:

  • железнодорожной тяги
  • городского электротранспорта
  • электролиза (производство алюминия, хлора, едкого натра и др.)
  • питания приводов прокатных станов
  • возбуждения генераторов электростанций

В качестве вентилей до последнего времени использовались в основном ртутные выпрямители (неуправляемые и управляемые). В настоящее время широкое применение находят преимущественно кремниевые полупроводниковые выпрямители. Внедряются тиристорные выпрямители.

Обычно выпрямительные установки выполняются большой мощности и присоединяются через специальные трансформаторы к питающей сети на напряжении 6 - 10 кВ. Выпрямительные установки небольшой мощности выполняются по трехфазной схеме с нулевым выводом.

Блоки питания аппаратуры
  • Преобразователи бортового электроснабжения постоянного тока автономных транспортных средств: автотракторной, железнодорожной, водной, авиационной и другой техники.

Генерация электроэнергии на транспортном средстве обычно производится генератором переменного тока, но для питания бортовой аппаратуры необходим постоянный ток. Например, в легковых автомобилях применяются электромеханические или полупроводниковые выпрямители.

Сварочные аппараты

В сварочных аппаратах постоянного тока применяются чаще всего мостовые схемы на мощных кремниевых выпрямительных диодах - вентилях, с целью получения постоянного сварочного напряжения и тока. Он отличается от переменного тем, что при использовании его сильнее нагревается область дуги около положительного (+) её полюса, что позволяет либо осуществлять щадящую сварку свариваемых деталей преимущественно плавящимся сварочным электродом, либо экономить электроды, осуществляя резку металла электродуговой сваркой.

Вентильные блоки преобразовательных подстанций систем энергоснабжения
  • Для питания главных двигателей постоянного тока прокатных станов, кранов и другой техники

Энергоснабжение заводов осуществляется электросетью переменного тока, но для приводов прокатных станов и других агрегатов выгоднее использовать двигатели постоянного тока по той же причине, что и для двигателей транспортных средств.

  • Для гальванических ванн (электролизёров) для получения цветных металлов и стали , нанесения металлических покрытий и гальванопластики.
  • Установки электростатической очистки промышленных газов (электростатический фильтр)
  • Установки очистки и обессоливания воды
  • Для электроснабжения контактных сетей электротранспорта постоянного тока (трамвай , троллейбус , электровоз , метро)
Выпрямители высокочастотных колебаний
  • в перспективных системах сбора энергии окружающих шумовых электромагнитных сигналов.
  • в перспективных системах беспроводной передачи электроэнергии .

Детектирование высокочастотного сигнала

Допущения: нагрузка чисто активная, вентиль - идеальный электрический ключ.

Напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт, всё падение напряжения происходит на вентиле, а напряжение на нагрузке Uн равно нулю.

Эта величина вдвое меньше, чем в полномостовом.

  • Большая величина пульсаций
  • Сильная нагрузка на вентиль (требуется диод с большим средним выпрямленным током)
  • Низкий коэффициент использования габаритной мощности трансформатора (около 0,45) (не путать с КПД, который зависит от потерь в меди и потерь в стали и в однополупериодном выпрямителе почти такой же, как и в двухполупериодном).

Преимущество: экономия на количестве вентилей.

Полумост

На двух диодах и двух конденсаторах, широко известный как «с удвоением напряжения» или «удвоитель Латура - Делона - Гренашера».

Известна также схема с удвоением тока: параллельно единственной вторичной обмотке трансформатора включаются два последовательно соединённых дросселя, средняя точка соединения между которыми используется как средняя точка в «двухполупериодном выпрямителе со средней точкой».

Полный мост (Гретца)

На четырёх диодах, широко известный как «двухполупериодный», изобретён немецким физиком Лео Гретцем .

Средняя ЭДС равна то есть вдвое больше, чем в четвертьмостовом.

Эквивалентное внутреннее активое сопротивление равно .

Ток в нагрузке равен

Мощность в нагрузке равна

Наибольшее мгновенное значение напряжения на диодах -

Двухфазные выпрямители со сдвигом фаз 180°

Два четвертьмоста параллельно ("двухполупериодный со средней точкой")

Широко известный как «двухполупериодный со средней точкой». Предложил в 1901 г. профессор Миткевич В. Ф. . В этом выпрямителе две противофазных обмотки создают двухфазный переменный ток со сдвигом между фазами 180 угловых градусов. Двухфазный переменный ток выпрямляется двумя однополупериодными четвертьмостовыми выпрямителями, включенными параллельно и работающими на одну общую нагрузку. Является почти аналогом полномостового выпрямителя Гретца , но имеет почти вдвое большее эквивалентное внутреннее активное сопротивление, вдвое меньше диодов и средний ток через один диод почти вдвое больше, чем в полномостовом, при амплитуде выпрямляемого напряжения сопоставимой с падением напряжения на переходе твердотельного диода обладает значительно лучшим КПД по сравнению с мостовой схемой. Применялась, когда медь была дешевле диодов. В одной из работ отмечается, что в этом выпрямителе выпрямленные полупериоды имеют колоколообразную форму, то есть форму близкую к функции .

Площадь под интегральной кривой равна:

Средняя ЭДС равна:

Относительное эквивалентное активное внутреннее сопротивление равно , то есть вдвое больше, чем в однофазном полномостовом, следовательно больше потери энергии на нагрев меди обмоток трансформатора (или расход меди).

Ток в нагрузке равен

Мощность в нагрузке равна

Частота пульсаций равна , где - частота сети.

Два полных моста параллельно

Позволяет применять диоды со средним током почти вдвое меньшим, чем в однофазном полномостовом.

Двухфазные выпрямители со сдвигом фаз 90°

Два полных моста параллельно

На двух параллельных полных мостах.

Площадь под интегральной кривой равна:

Средняя ЭДС равна: то есть в раз больше, чем в однофазном полномостовом.

В режиме холостого хода и близких к нему ЭДС в мосту с наибольшей на данном отрезке периода ЭДС обратносмещает (закрывает) диоды моста с меньшей на данном отрезке периода ЭДС. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно При увеличении нагрузки (уменьшении ) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых оба моста работают параллельно на общую нагрузку, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода равно В режиме короткого замыкания оба моста работают параллельно на нагрузку на всём периоде, но полезная мощность в этом режиме равна нулю.

Два полных моста последовательно

На двух последовательных полных мостах.

Площадь под интегральной кривой равна:

Средняя ЭДС равна: то есть вдвое больше, чем в однофазном полномостовом.

Относительное эквивалентное внутреннее активное сопротивление равно

Ток в нагрузке равен

Мощность в нагрузке равна

Частота пульсаций равна

Трёхфазные выпрямители

Является почти аналогом выпрямителя «три полных моста параллельно» и имеет почти такие же свойства, как и выпрямитель «три полных моста параллельно», но эквивалентное внутреннее активное сопротивление почти вдвое больше, число диодов вдвое меньше, средний ток через один диод почти вдвое больший.

Площадь под интегральной кривой равна:

Три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича последовательно (6 диодов)

Является почти аналогом выпрямителя «три полных моста последовательно» и имеет почти такие же свойства, но эквивалентное внутреннее активное сопротивление почти вдвое больше, число диодов вдвое меньше, средний ток через один диод почти вдвое больше.

Три полных моста параллельно (12 диодов)

Менее известны полномостовые трёхфазные выпрямители по схеме «три параллельных моста» (на двенадцати диодах), «три последовательных моста» (на двенадцати диодах), и др., которые по многим параметрам превосходят выпрямитель Ларионова А.Н.

По схемам выпрямителей можно видеть, что выпрямитель Миткевича В. Ф. является «недостроенным» выпрямителем Ларионова А.Н., а выпрямитель Ларионова А.Н. является «недостроенным» выпрямителем «три параллельных моста».

Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной).

Площадь под интегральной кривой равна:

Средняя ЭДС равна: , то есть такая же, как и в схеме «треугольник-Ларионов» и в раз меньше, чем в схеме «звезда-Ларионов».

В режиме холостого хода ЭДС в мосту с наибольшей на данном отрезке большого периода ЭДС обратносмещает (закрывает) диоды в мостах с меньшими на данном отрезке большого периода ЭДС. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно сопротивлению одного моста При увеличении нагрузки (уменьшении ) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых два моста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода при этом равно сопротивлению двух параллельных мостов При дальнейшем увеличении нагрузки появляются и увеличиваются отрезки периода на которых все три моста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода равно сопротивлению трёх параллельных мостов В режиме короткого замыкания все три параллельных моста работают на нагрузку, но полезная мощность в этом режиме равна нулю.

Выпрямитель «три параллельных полных моста» на холостом ходу имеет такую же среднюю ЭДС, как в выпрямителе «треугольник-Ларионов» и такие же сопротивления обмоток, но, так как у него схема с независимыми от соседних фаз диодами, то моменты переключения диодов отличаются от моментов переключения диодов в схеме «треугольник-Ларионов». Нагрузочные характеристики этих двух выпрямителей получаются разными.

Частота пульсаций равна , где - частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна .

Относительная амплитуда пульсаций равна .

Три полных моста последовательно (12 диодов)

Площадь под интегральной кривой равна:

Средняя ЭДС равна: , то есть вдвое больше, чем в схеме «треугольник-Ларионов».

Эквивалентное внутреннее активное сопротивление равно сопротивлению трёх последовательно включенных мостов с сопротивлением 3*r каждый, то есть .

Ток в нагрузке равен

Мощность в нагрузке равна

Частота пульсаций равна , где - частота сети.

Поскольку большинство радиоэлектронных устройств питаются постоянным током, а в нашей сети переменный, то самое время научиться его «выпрямлять». Для преобразования переменного напряжения или тока в постоянный служат выпрямители, о которых мы и поговорим. Самый простой выпрямитель можно выполнить всего на одном диоде:

На графиках, полученных с помощью осциллографа и представленных на рисунке, хорошо видно, что до диода напряжение было переменным, разнополярным. Диод «обрезал» отрицательные полуволны, и остались одни положительные. Таким образом, мы получили однополярное напряжение, но оно сильно пульсирует, и питать им электронику невозможно. Чтобы сгладить пульсации используют конденсаторы большой емкости:

Пока проходит положительная полуволна, конденсатор заряжается, во время провала он отдает запасенную энергию и разряжается. Теперь дело обстоит несколько лучше, но не совсем хорошо — чем мощнее нагрузка, тем глубже будут провалы и тем большую емкость нужно включать, чтобы как-то спасти положение. Поэтому такой вид выпрямителя, который называется однополупериодным , используют достаточно редко и только для выпрямления переменного тока достаточно высокой частоты и малых токов нагрузки. В противном случае размеры сглаживающих конденсаторов будут неоправданно большими.

Для улучшения формы выпрямленного напряжения достаточно добавить в схему еще три диода:

В этом выпрямителе, который называют двухполупериодным, волны перенаправляются диодами и на выходе получается тоже пульсирующее напряжение, но удвоенной частоты, а пауз между импульсами практически нет. Добавим сюда сглаживающий конденсатор и увидим, что постоянное напряжение действительно похоже на постоянное:

Преимущество такого типа выпрямителя не только в лучшей форме выпрямленного напряжения, но и в том, что в качестве диодов можно использовать приборы, рассчитанные на вдвое меньший ток, поскольку в каждый момент времени через каждый диод течет только половина тока нагрузки. Такая схема получила настолько широкое распространение, что диоды собирают в мосты прямо на заводе. Такие сборки мы называем диодными или выпрямительными мостами.

Но двухполупериодная схема может иметь и другой вид, в котором присутствует всего два диода:

Здесь «минусовым» проводом служит отвод от середины вторичной обмотки трансформатора, а положительные полуволны собираются двумя диодами на «плюсе» благодаря двум одинаковым полуобмоткам. В этой схеме диоды тоже работают с половинным током нагрузки, но оправдана она лишь тогда, когда трансформатор имеет две обмотки, каждая из которых выдает номинальное напряжение и обмотки эти можно включить последовательно.

В данной статье расскажем что такое выпрямитель тока, принципы его работы и схемы выпрямления электрического тока.

Выпрямитель электрического тока – электронная схема, предназначенная для преобразования переменного электрического тока в постоянный (одно полярный) электрический ток.

В полупроводниковой аппаратуре выпрямители исполняются на полупроводниковых диодах. В более старой и высоковольтной аппаратуре выпрямители исполняются на электровакуумных приборах – кенотронах. Раньше широко использовались – селеновые выпрямители.

Для начала вспомним, что собой представляет переменный электрический ток. Это гармонический сигнал, меняющий свою амплитуду и полярность по синусоидальному закону.

В переменном электрическом токе можно условно выделить положительные и отрицательные полупериоды. Всё то, что больше нулевого значения относится к положительным полупериодам (положительная полуволна – красным цветом), а всё, что меньше (ниже) нулевого значения – к отрицательным полупериодам (отрицательная полуволна – синим цветом).

Выпрямитель, в зависимости от его конструкции «отсекает», или «переворачивает» одну из полуволн переменного тока, делая направление тока односторонним.

Схемы построения выпрямителей сетевого напряжения можно поделить на однофазные и трёхфазные, однополупериодные и двухполупериодные.

Для удобства мы будем считать, что выпрямляемый переменный электрический ток поступает с вторичной обмотки трансформатора. Это соответствует истине и потому, что даже электрический ток в домашние розетки квартир домов приходит с трансформатора понижающей подстанции. Кроме того, поскольку сила тока – величина, напрямую зависящая от нагрузки, то при рассмотрении схем выпрямления мы будем оперировать не понятием силы тока, а понятием – напряжение, амплитуда которого напрямую не зависит от нагрузки.

На рисунке изображена схема и временная диаграмма выпрямления переменного тока однофазным однополупериодным выпрямителем.

Из рисунка видно, что диод отсекает отрицательную полуволну. Если мы перевернём диод, поменяв его выводы – анод и катод местами, то на выходе окажется, что отсечена не отрицательная, а положительная полуволна.

Среднее значение напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя соответствует значению:

U ср = U max / π = 0,318 U max

Однополупериодные выпрямители используются в качестве выпрямителей сетевого напряжения в схемах, потребляющих слабый ток, а также в качестве выпрямителей импульсных источников питания. Они абсолютно не годятся в качестве выпрямителей сетевого напряжения синусоидальной формы для устройств, потребляющих большой ток.

Наиболее распространёнными являются однофазные двухполупериодные выпрямители. Существуют две схемы таких выпрямителей – мостовая схема и балансная.

Рассмотрим мостовую схему однофазного двухполупериодного выпрямителя и его работу.

Если ток вторичной обмотки трансформатора течёт по направлению от точки «А» к точке «В», то далее от точки «В» ток течёт через диод VD3 (диод VD1 его не пропускает), нагрузку R н , диод VD2 и возвращается в обмотку трансформатора через точку «А».

Когда направление тока вторичной обмотки трансформатора меняется на противоположное, то вышедший из точки «А», ток течёт через диод VD4, нагрузку R н , диод VD1 и возвращается в обмотку трансформатора через точку «В».

Таким образом, практически отсутствует промежуток времени, когда напряжение на выходе выпрямителя равно нулю.

Рассмотрим балансную схему однофазного двухполупериодного выпрямителя.

По своей сути это два однополупериодных выпрямителя, подключенных параллельно в противофазе, при этом начало второй обмотки соединено с концом первой вторичной обмотки. Если в мостовой схеме во время действия обоих полупериодов сетевого напряжения используется одна вторичная обмотка трансформатора, то в балансной схеме две вторичных обмотки (2 и 3) используются поочерёдно.

Среднее значение напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя соответствует значению:

U ср = 2*U max / π = 0,636 U max

где: π — константа равная 3,14.

Представляет интерес сочетание мостовой и балансной схемы выпрямления, в результате которого, получается двухполярный мостовой выпрямитель, у которого один провод является общим для двух выходных напряжений (для первого выходного напряжения, он отрицательный, а для второго — положительный):

Трёхфазные выпрямители электрического тока (Схема Ларионова)

Трёхфазные выпрямители обладают лучшей характеристикой выпрямления переменного тока – меньшим коэффициентом пульсаций выходного напряжения по сравнению с однофазными выпрямителями. Связано это с тем, что в трёхфазном электрическом токе синусоиды разных фаз «перекрывают» друг друга. После выпрямления такого напряжения, сложения амплитуд различных фаз не происходит, а выделяется максимальная амплитуда из значений всех трёх фаз входного напряжения.

На следующем рисунке представлена схема трёхфазного однополупериодного выпрямителя и его выходное напряжение (красным цветом), образованное на «вершинах» трёхфазного напряжения.

За счёт «перекрытия» фаз напряжения, выходное напряжение трёхфазного однополупериодного выпрямителя имеет меньшую глубину пульсации. Вторичные обмотки трансформатора могут быть использованы только по схеме подключения «звезда», с «нулевым» выводом от трансформатора.

На следующем рисунке представлена схема трёхфазного двухполупериодного мостового выпрямителя (схема Ларионова) и его выходное напряжение (красным цветом).

За счёт использования положительной и перевернутой отрицательной полуволны трёхфазного напряжения, выходное напряжение (выделено красным цветом), образованное на вершинах синусоид, имеет самую маленькую глубину пульсаций выходного напряжения по сравнению со всеми остальными схемами выпрямления. Вторичные обмотки трансформатора могут быть использованы как по схеме подключения «звезда», без «нулевого» вывода от трансформатора, так и «треугольник».

При конструировании блоков питания

Для выбора выпрямительных диодов используют следующие параметры, которые всегда указаны в справочниках:

— максимальное обратное напряжение диода – U обр ;

— максимальный ток диода – I max ;

— прямое падение напряжения на диоде – U пр .

Необходимо выбирать все эти перечисленные параметры с запасом, для исключения выхода диодов из строя.

Максимальное обратное напряжение диода U обр должно быть в два раза больше реального выходного напряжения трансформатора. В противном случае возможен обратный пробой p-n , который может привести к выходу из строя не только диодов выпрямителя, но и других элементов схем питания и нагрузки.

Значение максимального тока I max выбираемых диодов должно превышать реальный ток выпрямителя в 1,5 – 2 раза. Невыполнение этого условия, также приводит к выходу из строя сначала диодов, а потом других элементов схем.

Прямое падение напряжения на диоде – U пр , это то напряжение, которое падает на кристалле p-n перехода диода. Если по пути прохождения тока стоят два диода, значит это падение происходит на двух p-n переходах. Другими словами, напряжение, подаваемое на вход выпрямителя, на выходе уменьшается на значение падения напряжения.

Схемы выпрямителей электрического тока предназначены для преобразования переменного — изменяющего полярность напряжения в однополярное — не изменяющее полярность. Но этого недостаточно для превращения переменного напряжения в постоянное. Для того, чтобы оно преобразовалось в постоянное необходимо применение сглаживающих фильтров питания , устраняющих резкие перепады выходного напряжения от нуля до максимального значения.

Для питания электронных устройств требуется постоянное напряжение различных значений. Наиболее распространенным источником электрической энергии является промышленная сеть переменного напряжения частотой 50 Гц. Для преобразования переменного напряжения в постоянное (однополярное) применяют выпрямительные устройства. Существует однополупериодное и двухполупериодное выпрямление переменного тока.

Рис. 9. Схема однополупериодного выпрямителя.

Схема полупроводникового однополупериодного выпрямителя приведена на рис. 9. В этом выпрямителе полупроводниковый диодVD включен последовательно с нагрузочным резисторомR н и вторичной обмоткой трансформатораT . Первичная обмотка трансформатора питается, как правило, от сети.

Из временных диаграмм (рис. 10) видно, что ток I н в нагрузке имеет импульсный характер. В течение первого полупериода напряженияU АБ , когда потенциал точкиа положителен по отношению к потенциалу точкиб , диод открыт и через нагрузку протекает ток.

Во второй полупериод полярность напряжений на вторичной обмотке трансформатора изменяется на противоположную и потенциал точки а становится отрицательным по отношению к потенциалу точкиб . При такой полярности диод включен в обратном направлении и ток в нагрузке будет равен нулю.

Рис. 10. Временные диаграммы однополупериодного выпрямителя.

Широкое применение нашли двухполупериодные выпрямители, в которых, в отличие от однополупериодных выпрямителей, используются оба полупериода напряжения сети. Из них наибольшее распространение получил мостовой двухполупериодньгй выпрямитель (рис. 11), состоящий из трансформатора, четырех полупроводниковых диодов VD 1 VD 4 (включенных по мостовой схеме) и нагрузочного резистора.

Рис. 11. Схема двухполупериодного выпрямителя.

В один из полупериодов напряжения сети, когда точка а имеет положительный по отношению к точкеб потенциал, диодыVD2 иVD 3 открыты, а диодыVD 1 иVD4 закрыты. Ток в этот полупериод имеет направление: зажима вторичной обмотки трансформатора, диодVD2 , нагрузочный резисторR н , диодVD3 и зажимб . В следующий полупериод, когда потенциал точкиа становится отрицательным по отношению к точкеб , открыты диодыVD1 иVD4, а диодыVD2 иVD3 закрыты. Протекающий в схеме ток имеет следующее направление: точкаб , диодVD4 , нагрузочный резисторR н , диодVD1 и точкаа вторичной обмотки трансформатора. Таким образом, в течение всего периода ток в нагрузочном резистореR н имеет одно и то же направление. На рис. 12 представлены временные диаграммы токов и напряжений мостового двухполупериодного выпрямителя.

Рис. 12. Временные диаграммы двухполупериодного выпрямителя.

Мостовой выпрямитель по сравнению с однополупериодным имеет ряд преимуществ. В частности, при одном и том же напряжении вторичной обмотки трансформатора и сопротивлении нагрузки R н средний выпрямленный ток / н ср и напряжениеU н ср в мостовом выпрямителе почти в два раза больше, чем в однополупериодном.

Недостатком мостовой схемы выпрямителя является необходимость применения четырех диодов.

Для того, чтобы избежать пульсирующего характера напряжения U н и токаI н нагрузки, в выпрямительных устройствах применяются различныесглаживающие фильтры . Простейшим из них является ёмкостной фильтр. Для этого параллельно сопротивлению нагрузки подключается конденсатор.

Рис. 13. Схема однополупериодного выпрямителя со сглаживающим фильтром.

На рис. 13 приведена схема однополупериодного выпрямителя с ёмкостным сглаживающим фильтром, а на рис.14 – диаграммы, иллюстрирующие его работу.

По мере роста напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора U АБ конденсаторC заряжается и напряжение на нём повышается. Во время положительного полупериода диодVD пропускает ток, который заряжает конденсатор (практически до амплитудного значения переменного напряжения) и одновременно питает сопротивление нагрузки. Затем напряжениеU АБ уменьшается и, когда оно становится меньше, чем напряжение на конденсаторе, диодVD запирается, а конденсатор начинает разряжаться на резисторR н . Скорость разряда конденсатора определяется постоянной времени разр =R н С . В дальнейшем описанный процесс периодически повторяется.

Рис. 14. Временные диаграммы двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим фильтром.

При работе такого выпрямителя существенно уменьшаются пульсации выпрямленного напряжения. Однако следует помнить, что в выпрямителе с ёмкостным сглаживающим фильтром наблюдается значительная зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от тока нагрузки.

Работа трехфазного мостового выпрямителя: принцип, схемы, характеристики

Рассматриваемый выпрямитель (рис. 4.26) широко используется в устройствах большой мощности.


Опишем работу выпрямителя при подключении его к активной (рис. 4.26, а) и активноиндуктивной (рис. 4.26, б) нагрузке. Изучаемый выпрямитель подобен рассмотренному однофазному мостовому, но получает питание от трехфазного источника напряжения, содержит 6 тиристоров, представляет собой достаточно сложную систему и вследствие этого более труден для анализа.

Так как тиристоры Th Т2 и Т3 соединены катодами, принято говорить, что они составляют катодную группу тиристоров. Тиоисторы 74, Т5 и Г6, соединенные анодами, составляют анодную группу.

В однофазном мостовом выпрямителе каждый тиристор может проводить ток в паре с единственным тиристором и таких пар всего две. В трехфазном мостовом выпрямителе каждый тиристор может проводить ток в паре с одним из двух тиристоров противоположной группы. К примеру, тиристор Г, может проводить ток или в паре с тиристором Г5, или в паре с тиристором Г6. Вследствие этого имеется 6 пар тиристоров, совместно проводящих ток нагрузки.

Основная трудность при анализе выпрямителя состоит в том, чтобы определить, какая пара тиристоров находится во включенном состоянии или может в нем находиться (т. е. может быть включена импульсами управления). Подобные проблемы типичны для всех электронных устройств, содержащих нелинейные и, в частности, работающие в ключевом режиме элементы. При анализе таких устройств очень полезно выявить их характерные особенности, сужающие круг возможных сочетаний режимов работы элементов и упрощающие определение токов и напряжений.

Укажем такие особенности для рассматриваемой схемы.

— Не могут быть включены два тиристора одной группы (так как их проводящее состояние обеспечило бы протекание под действием соответствующего линейного напряжения очень большого обратного тока одного из тиристоров, что невозможно для исправного прибора).
— Если имеется пара включенных тиристоров, то напряжение ивых равно определенному линейному напряжению, причем возможны 6 вариантов:


Например, при включенных тиристорах Г, и Т5 ивых = = иаЬ а при включенных тиристорах Т4 и Т2 ивых = — иаЬ

Пусть в некоторый момент времени при включенной одной паре тиристоров ивых = и{ Тогда не может быть включена другая пара, для которой ивых = и2ии2< и{ (иначе это соответствовалооы включению тиристора, находящегося под обратным напряжением, что невозможно). Отсюда следует, что в рассматриваемой схеме исключено скачкообразное уменьшение напряжения ивых (ордината точки временной диаграммы напряжения ивых не может совершать скачки вниз). Но скачкообразное увеличение напряжения ивых вполне возможно.

Второе следствие этой особенности рассматриваемого выпрямителя состоит в том, что в случае, когда все тиристоры непрерывно получают импульсы управления (и таким образом выполняют функции диодов), в некоторый момент времени во включенном состоянии будет находиться та пара приборов, которая обеспечит наибольшее значение напряжения ивых (иначе, по крайней мере, на одном тиристоре этой пары создавалось бы существенное прямое напряжение).

Если тиристоры работают в режиме диодов (или если анализируется неуправляемый трехфазный мостовой выпрямитель, кратко рассмотренный выше), для выявления включенных в заданный момент времени приборов достаточно:

  1. по временным диаграммам выбрать из трех (uab, иЬс, иса) одно линейное напряжение, имеющее максимальное по модулю значение;
  2. выделить в трехфазной схеме однофазную мостовую, питающуюся выбранным напряжением;
  3. определить два прибора (из четырех), которые открываются выбранным напряжением.

Пример использования алгоритма.

Работа выпрямителя на активную нагрузку при нулевом угле управления. В рассматриваемом случае тиристоры выполняют функции диодов (и результаты анализа применимы также к неуправляемому выпрямителю). Рассмотрим временные диаграммы (рис. 4.27), характеризующие работу схемы. Через Um обозначено амплитудное значение линейных напряжений uab, иЬс, иса (общим обозначением всех линейных напряжений является иЛ). Ось абсцисс разделена на отрезки, каждому из которых присвоен номер, обозначаемый через л.

На временной диаграмме напряжения ивых для каждого отрезка указано совпадающее с ним линейное напряжение, а на временной диаграмме тока ieblx — совпадающий с ним ток включенной пары тиристоров. Обратимся к отрезку с номером 1. На этом отрезке максимальным по модулю является напряжение иЬс

Однофазный выпрямитель, питающийся напряжением иЬс, образуют тиристоры Т2, Г3, Г5, Т6. Так как иЬс < О, открыты тиристоры Т4 и Т5 причем аналогично выполняется анализ для других отрезков.

Частота пульсаций (частота основной гармоники пульсаций) напряжения ивых в 6 раз больше частоты напряжения питающей сети, что сильно облегчает их фильтрацию. Приведем основные соотношения, характеризующие рассматриваемый режим. Среднее значение Ucp выходного напряжения:


где U — действующее значение линейного напряжения.

Регулировочная характеристика выпрямителя при работе на активную нагрузку

Угол управления а для каждого тиристора отсчитывается от момента включения соответствующего диода неуправляемого выпрямителя (по существу это справедливо и для рассмотренного однофазного мостового, и для других управляемых выпрямителей).
Как следует из последнего выражения, при а = 2л/3
Используя полученные выражения, изобразим регулировочную характеристику графически (рис. 4.28, сплошная линия).
Работа выпрямителя на активноиндуктивную нагрузку при угле управления я/3 рад (60 эл. град.) (рис. 4.29). При построении временных диаграмм предполагалось, что индуктивность LH достаточно велика и ток нагрузки практически постоянный. Регулировочная характеристика выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку.

Наличие индуктивности обеспечивает режим непрерывного тока.


Отсюда следует, что при а = л/2, Ucp = 0. Дадим графическое изображение регулировочной характеристики (рис. 4.28, пунктир).

различных типов выпрямителей - Блог


Выпрямители используются в различных устройствах и могут применяться для модификации сетевых систем. Они классифицируются по-разному в зависимости от таких факторов, как тип источника питания, конфигурация моста и используемые компоненты. В целом выпрямители можно разделить на два типа - однофазные и трехфазные. Переходя на следующий уровень, их можно разделить на полуволновые, двухполупериодные и мостовые выпрямители.

Что такое выпрямитель?

Прежде чем мы перейдем к различным типам выпрямителей, стоит рассмотреть, что такое выпрямители.Выпрямитель - это диод, преобразующий переменный ток (известный как AC) в постоянный ток (DC). Постоянный ток течет только в одном направлении, тогда как переменный ток постоянно меняет направление. Выпрямители позволяют току течь в одном направлении.

Выпрямители

принимают переменное напряжение и преобразуют его в высококачественное постоянное напряжение, необходимое для вашего телекоммуникационного оборудования. Традиционное телекоммуникационное оборудование обычно требует входного питания постоянного тока, но сетевое питание работает от переменного тока. Такие системы питания состоят из нескольких выпрямителей, которые преобразуют мощность переменного тока в мощность постоянного тока, чтобы они могли работать.

Без правильного выпрямителя мало шансов сконфигурировать вашу идеальную систему. Они являются сердцем энергосистемы, поскольку предлагают оптимизированные решения для каждой области применения. Использование выпрямителей означает, что вы можете адаптировать свою систему питания без необходимости перестраивать каждый элемент.

Различные типы выпрямителей

Итак, ясно, что выпрямители являются ключевым компонентом любой сетевой системы, но нам нужно углубиться, чтобы понять кариозные типы.В зависимости от ситуации используются разные выпрямители в зависимости от системы, в которой они используются. Два верхних уровня - однофазные и трехфазные, которые указывают, сколько диодов используется в цепи. Затем мы переходим к полуволновым, двухполупериодным и мостовым выпрямителям, которые влияют на то, какие полупериоды производятся. Давайте рассмотрим каждый тип, чтобы лучше понять, какой выпрямитель следует использовать.

Однофазные и трехфазные выпрямители

Однофазные выпрямители имеют вход однофазного переменного тока.Конструкции очень простые, требуются один, два или четыре диода (в зависимости от типа системы). Это означает, что однофазный выпрямитель выдает небольшую мощность и имеет меньший коэффициент использования трансформатора (TUF). Однофазный выпрямитель использует только одну фазу вторичной обмотки трансформатора для преобразования, а диоды подключены ко вторичной обмотке однофазного трансформатора. Это вызывает высокий коэффициент пульсации.

Трехфазные выпрямители имеют вход трехфазного AV-питания.Для структур требуется три или шесть диодов, и они подключаются к каждой фазе вторичной обмотки трансформатора. Трехфазные выпрямители используются вместо однофазных выпрямителей для уменьшения коэффициента пульсаций.

По сравнению с двумя типами выпрямителей, при использовании больших систем предпочтение отдается трехфазному. Это связано с тем, что они могут передавать большое количество энергии и не требуют дополнительных фильтров для уменьшения коэффициента пульсаций. Из-за этого трехфазные выпрямители более эффективны и имеют больший коэффициент использования трансформатора.

Полуволновые и полноволновые выпрямители

Полупериодные выпрямители преобразуют один полупериод на входе переменного тока в пульсирующий выход постоянного тока. Это позволяет половину цикла входного переменного тока, блокируя другую половину цикла. Половина цикла может быть как положительной, так и отрицательной. Это самый простой выпрямитель, поскольку используется только один диод. На рисунке 1 (ниже) показан выпрямитель положительной полуволны, в то время как выпрямитель отрицательной полуволны показывает, что диод смещен в обратном направлении (обращен в противоположную сторону).Из-за пульсирующего характера постоянного тока коэффициент пульсаций высок. Это означает, что полуволновые выпрямители не считаются эффективными, и им часто требуются фильтры для уменьшения коэффициента пульсаций.

Рисунок 1: однополупериодный выпрямитель

Двухполупериодные выпрямители преобразуют оба полупериода (положительный и отрицательный) на входе переменного тока в пульсирующий выход постоянного тока. Как показано на рисунке 2 (ниже), в этих схемах используется трансформатор с ответвлениями от средней точки, который подключается к середине вторичной обмотки трансформатора.Эти типы трансформаторов делят входной переменный ток на две части - положительную и отрицательную. Из-за этого двухполупериодные выпрямители считаются гораздо более эффективными, поскольку коэффициент пульсации намного ниже по сравнению с ними. Кроме того, поскольку разрешены оба цикла одновременно, это означает, что сигнал не теряется.

Рисунок 2: двухполупериодный выпрямитель

Мостовые выпрямители Мостовые выпрямители

широко используются в источниках питания для подачи постоянного напряжения на компоненты.В них используются четыре или более диодов и нагрузочный резистор (см. Рисунок 3 ниже).

Рисунок 3: мостовой выпрямитель

Четыре диода расположены последовательно, и только два диода пропускают электрический ток в течение каждого полупериода. Считается, что диоды работают парами: одна пара пропускает электрический ток через положительный полупериод, а другая половина пропускает ток в течение отрицательного полупериода. Входной переменный ток подается на две клеммы, а выходной постоянный ток получается через резистор индуктивности, который подключен между двумя другими клеммами.

Мостовые выпрямители

пропускают электрический ток во время как положительных, так и отрицательных полупериодов входного сигнала переменного тока. Эти схемы не требуют трансформаторов с центральным ответвлением, которые могут быть очень дорогими.

Неуправляемые и контролируемые выпрямители

Неуправляемые выпрямители - это когда в цепи используются только диоды. Все выпрямители, которые мы рассмотрели до сих пор, являются неуправляемыми выпрямителями. В схемах управляемого выпрямителя используются тиристоры для управления выходом постоянного тока.Они используются, когда необходимо более точно контролировать ток, поскольку диоды могут быть только включены или выключены. Управляемые выпрямители обеспечивают непрерывное управление и гарантируют отсутствие потерь мощности.

Как выпрямители используются в телекоммуникациях?

В телекоммуникационной отрасли выпрямители необходимы для построения сетевых систем. Их использование означает, что вам не придется начинать с нуля, когда что-то нужно изменить. Различные типы выпрямителей позволяют телекоммуникационным компаниям относительно легко менять компоновку систем.Они также позволяют операторам связи адаптировать свои системы в соответствии со своими потребностями по мере необходимости в модификации.

Применения выпрямителей включают сети фиксированного доступа, сеть беспроводного доступа, сеть передачи и сеть связи предприятия. Выпрямители могут обеспечивать стабильное и надежное питание для основных поставщиков и эффективно снижать энергопотребление. По этой причине каждая телекоммуникационная компания должна принимать во внимание различные типы выпрямителей, прежде чем настраивать или вносить изменения в свою систему.

Carritech предлагает широкий выбор выпрямителей для удовлетворения потребностей вашей сети. Здесь вы найдете информацию о последних приобретенных нами продуктах. Не можете найти то, что ищете? Свяжитесь с отделом продаж, чтобы узнать об этом сегодня.

Источники: Физика и радиоэлектроника , Кабинет электротехники

Получайте все наши последние новости на свой почтовый ящик каждый месяц.

Различные типы выпрямителей и их работа

Схема выпрямителя

Как общая часть всех цепей электронных источников питания, выпрямительная схема обеспечивает питание постоянного тока от имеющегося источника переменного тока для правильного функционирования электронного оборудования.В зависимости от типа применения эта конфигурация и типы выпрямителя различаются, например, диодные выпрямители, выпрямители с фазовым управлением и т. Д., Но каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Схема выпрямителя может быть реализована с различными твердотельными электронными или электрическими компонентами, такими как диоды, тиристоры, полевые МОП-транзисторы и так далее. На этих компонентах используется выпрямитель, работа которого варьируется, чтобы получить требуемый выход. Прежде чем узнать его типы, дайте нам знать вкратце, что такое выпрямитель.

Что такое выпрямитель?

Выпрямитель - это схема, которая используется для преобразования источника переменного тока в однонаправленный источник постоянного тока. Этот процесс преобразования переменного тока (AC) в постоянный (DC) также называется выпрямлением. Эти мостовые выпрямители доступны в различных корпусах в виде модулей от нескольких ампер до нескольких сотен ампер. В основном в схемах мостовых выпрямителей полупроводниковый диод используется для преобразования переменного тока, поскольку он позволяет току течь только в одном направлении (однонаправленное устройство).

Что такое выпрямитель

Выбор мостового выпрямителя

зависит от требований к нагрузке, и, помимо этого, некоторые дополнительные соображения включают характеристики компонентов, напряжение пробоя, номинальный прямой ток, номинальный переходный ток, диапазоны температур, требования к установке и т. Д. Мы можем подключать диоды в различных конфигурациях для получения различных типов. выпрямителей.

Типы выпрямителей

Выпрямители

подразделяются на множество конфигураций, как показано на рисунке ниже.Эти выпрямители классифицируются в зависимости от таких факторов, как тип источника питания, конфигурация моста, характер управления, используемые компоненты и т. Д. В основном выпрямители подразделяются на однофазные и трехфазные выпрямители, а затем подразделяются на неуправляемые, полууправляемые и полностью управляемые выпрямители. Давайте вкратце рассмотрим некоторые из этих типов выпрямителей.

Типы выпрямителей

Однофазные неуправляемые выпрямители

В выпрямителях этого типа используется неуправляемый диод для выпрямления входного переменного тока.На выходных клеммах этого выпрямителя мощность становится постоянной, и изменение ее величины или значения в зависимости от требований нагрузки невозможно.

Полуволновой выпрямитель

Это простой тип выпрямителя с одним диодом, подключенным последовательно с нагрузкой. Для небольших уровней мощности обычно используется этот тип выпрямительной схемы.

Полуволновой выпрямитель

Во время положительной половины входа переменного тока диод смещается в прямом направлении, и через него начинают протекать токи.Во время отрицательной половины входа переменного тока диод становится смещенным в обратном направлении, и ток перестает течь через него. Форма выходного сигнала на нагрузке показана на рисунке. Из-за высокой пульсации на выходе этот тип выпрямителя редко используется с чисто резистивной нагрузкой.

Полноволновой выпрямитель с центральным отводом

В этом типе выпрямителя используются два диода и трансформатор с центральной вторичной обмоткой с ответвлениями. Во время положительного полупериода входного переменного тока диод D1 смещен в прямом направлении, и через него начинает течь ток к нагрузке.Во время отрицательной половины входной диод D2 смещен в прямом направлении, а D1 становится смещенным в обратном направлении. Ток нагрузки начинает течь через D2 во время этого отрицательного пика. Обратите внимание, что ток, протекающий через нагрузку, не изменился даже при изменении полярности напряжения.

Полноволновой выпрямитель с центральным отводом

Преимуществами этого выпрямителя являются более низкий коэффициент пульсаций и более высокий КПД, но необходимость трансформатора с центральным ответвлением вторичной обмотки является основным недостатком и делает схему более дорогостоящей.

Полноволновой мостовой выпрямитель

Используя такое же вторичное напряжение, этот мостовой выпрямитель может почти вдвое увеличить выходное напряжение по сравнению с двухполупериодным трансформаторным выпрямителем с центральным ответвлением. В положительной половине входного переменного тока диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении, а D3 и D4 - в обратном. Таким образом, ток нагрузки протекает через диоды D1 и D2. Во время отрицательного полупериода входные диоды D3 и D4 смещены в прямом направлении, а D1 и D2 - в обратном. Следовательно, ток нагрузки протекает через диоды D3 и D4.

Полноволновой мостовой выпрямитель

Однофазные полууправляемые выпрямители

В управляемых выпрямителях

для управления выходом используются тиристоры вместо диодов. Регулируя время срабатывания тиристоров (или MOSFET и IGBT), мы можем управлять напряжением и током через нагрузки, и этот процесс называется методом фазового управления выпрямлением.

Однофазные полууправляемые выпрямители

Схема однофазного полууправляемого выпрямителя показана ниже, где используются два диода и два тиристора, подключенных поперек нагрузки.Каждая ножка состоит из одного двигателя и одного диода, и за каждую проводимость отвечают два компонента ножки. Однако тиристоры T1 и T3 или диоды D2 и D4 не могут вести себя одновременно.

Во время положительного полупериода входа T1 и D2 смещены в прямом направлении. При срабатывании T1 ток нагрузки протекает через T1 и D2. Если напряжение проходит через отрицательный переход через нуль входного напряжения, D4 переходит в проводимость, коммутируя D2, и тогда напряжение нагрузки становится равным нулю.

Формы сигналов полууправляемого выпрямителя

Во время отрицательного полупериода T3 и D4 смещены в прямом направлении, и когда срабатывает T3, ток нагрузки начинает течь через T3 и D4. Аналогично, при переходе через нуль D2 переходит в проводимость, коммутируя D4. Как видно из рисунка ниже, ток нагрузки всегда остается выше нуля, это называется режимом непрерывной проводимости выпрямления постоянного тока. Также на рисунке показан прерывистый режим работы.

Однофазный полностью управляемый выпрямитель

Этот тип выпрямительной схемы на основе силовой электроники является наиболее популярным и широко используется для управления скоростью двигателей постоянного тока.Эта схема получается заменой всех диодов, используемых в неуправляемых или полууправляемых выпрямителях, на тиристоры, как показано на рисунке. Из схемы видно, что один тиристор из верхней группы (T1, T3) и один тиристор из нижней группы (T2, T4) должны проводить ток нагрузки. Однако T1T3 или T2T4 не могут проводить одновременно.

Однофазный полностью управляемый выпрямитель

Во время положительного полупериода входного сигнала T1 и T2 смещены в прямом направлении, и когда они срабатывают или запускаются, они начинают проводить, так что ток нагрузки течет через них.Во время отрицательного полупериода входного переменного тока T3 и T4 находятся в состоянии прямой блокировки, и когда к ним применяется стробирующий импульс, они включаются, и через них начинает течь ток нагрузки. В то же время на T1 и T2 отрицательное напряжение вызывает немедленную коммутацию этих тиристоров. Этот процесс повторяется для каждого цикла, как показано на рисунке ниже.

осциллограммы полностью управляемого выпрямителя

Это несколько типов выпрямителей, которые часто используются в нескольких приложениях, включая все электронные и электрические проекты.В этой статье обсуждается только однофазный выпрямитель для облегчения понимания, а не для того, чтобы сделать этот документ слишком сложным. Надеемся, что читатели могли лучше ответить на вопрос, что такое выпрямитель и его типы. Любые дальнейшие вопросы по этой теме или практическое руководство по созданию электронных проектов вы можете прокомментировать ниже.

Фото:

Просмотры сообщений: 18 700

Различные типы выпрямителей

Выпрямитель - это электронная схема, преобразующая переменный ток в постоянный.По типу входного питания, выпрямления и выхода его можно разделить на разные типы.

Однофазный выпрямитель

Однофазные выпрямители используются для преобразования однофазных источников переменного тока в постоянный ток. То есть однофазный трансформатор используется для подачи на выпрямитель. Однофазные выпрямители в основном используются для приложений с низким энергопотреблением, таких как бытовые электроприборы, бытовые электронные устройства и т. Д.

Схема однополупериодного выпрямителя 1φ

Трехфазный выпрямитель

Выпрямитель 3Ф - это электронная схема, которая преобразует трехфазный переменный ток в однонаправленный выход постоянного тока.Трехфазные выпрямители в основном используются в промышленных и мощных приложениях.

В трехфазной системе электропитания переменный ток той же частоты и амплитуды напряжения проходит по трем проводникам с разностью фаз 120 o градус между каждой фазой. В то время как однофазное питание - это одна из трех фаз по отношению к нейтрали или общей контрольной точке трех фазных линий.

При трехфазном выпрямлении выходной сигнал получается из трех фаз, подаваемых в схему выпрямителя.


Автор Кришнаведала - Собственная работа, CC BY-SA 3.0, Ссылка

Сравнение однофазных и трехфазных выпрямителей

Однофазный выпрямитель Трехфазный выпрямитель
  • Вход двухпроводный.
  • Низкое энергопотребление.
  • Низкий КПД.
  • Коэффициент пульсации высокий.
  • Максимальное выходное напряжение - это максимальный потенциал между фазой и нейтралью.
  • Меньше TUF (коэффициент использования трансформатора).
  • Требуются дополнительные фильтры.
  • Low PIV (пиковое обратное напряжение).
  • Вход трехпроводной или четырехпроводной (трехфазная линия и одна нейтраль).
  • Высокая мощность.
  • Высокая эффективность.
  • Коэффициент пульсации меньше.
  • Максимальное выходное напряжение - это максимальный межфазный потенциал.
  • Подробнее TUF.
  • Никаких дополнительных фильтров не требуется.
  • Высокий PIV.

Неконтролируемый

Неуправляемая выпрямительная схема - это выпрямительные схемы общего назначения, в которых используются только диоды. Диодные выпрямители не контролируют выходное напряжение, поэтому их называют неуправляемыми выпрямителями.

Полуволна

Полупериодный выпрямитель - это тип выпрямителя, который преобразует только положительный полупериод входного переменного тока в пульсирующий постоянный ток.

Неуправляемая схема трехфазного однополупериодного выпрямителя

Здесь в цепи 3 фазы подключены к аноду трех диодов D1, D2 и D3.Катод всех трех диодов подключен к одному выводу нагрузки. Другой вывод нагрузки подключен к нейтрали. Следовательно, максимальное выходное напряжение на нагрузке - это максимальное пиковое напряжение фазовой линии по отношению к нейтральной точке, которое в идеале равно нулю вольт.

Диоды D1, D2, D3 поочередно проводят в зависимости от изменения фазы. Мгновенное выходное напряжение будет равно напряжению фазной линии, имеющей наивысший потенциал.

Полная волна

Полнопериодный выпрямитель - это схема выпрямителя, которая преобразует оба полупериода входного переменного тока в пульсирующий постоянный ток.

Схема неуправляемого однофазного двухполупериодного выпрямителя с центральным ответвлением

Схема трехфазного мостового выпрямителя, представленная ниже, состоит из шести диодов. В двухполупериодном выпрямителе напряжение на нагрузке - это напряжение между двумя фазами.

3 φ Неуправляемый двухполупериодный мостовой выпрямитель

Диоды D1, D2, D3 выбирают, когда соответствующая фаза достигает наибольшего положительного напряжения, а диоды D4, D5, D6 выбирают наиболее отрицательное напряжение.

Полууправляемый

Управляемые выпрямители - это тип выпрямителей с фазовым управлением, которые управляют выходом с помощью тиристоров или тиристоров. В выпрямителях этого типа выходное напряжение выпрямителя можно регулировать, управляя срабатыванием тиристора.

Тиристор или SCR - это многослойное полупроводниковое устройство, состоящее из трех выводов: анода, катода и затвора. Он функционирует как коммутационное устройство с электрическим управлением. Он проводит только в одном направлении и всегда блокирует обратный ток.

При обратном смещении тиристор блокирует обратный ток так же, как работает диод с обратным смещением. Но при прямом смещении он ведет себя не так, как обычный диод. Чтобы включить или запустить тиристор в режим проводимости, необходимо приложить небольшой ток к его клемме затвора. И при срабатывании ток начинает течь от анода к катоду.

Импульс затвора необходим только для запуска устройства, после срабатывания SCR он остается в проводящем состоянии независимо от тока затвора после этого.SCR выключается, когда прямой ток падает ниже своего порогового значения или из-за отрицательного тока затвора. В схеме выпрямителя тиристор отключается при изменении напряжения в следующем полупериоде.

Трехфазный двухполупериодный мостовой выпрямитель с полууправлением

Полууправляемый выпрямитель состоит из равного количества тиристоров и диодов, то есть общее количество компонентов выпрямителя включает половину количества тиристоров и половину количества диодов. Это означает, что однофазный полууправляемый мостовой выпрямитель состоит из 2 диодов и 2 тиристоров; то есть просто 2 диода в неуправляемом выпрямителе заменяются двумя тиристорами.

Полный контроль

В полностью управляемом выпрямителе все компоненты выпрямителя являются переключающими устройствами, которые управляются внешним импульсом.

Полностью управляемая однофазная двухполупериодная мостовая схема выпрямителя

Регулировка мощности управляемого выпрямителя осуществляется путем регулировки угла включения или временной задержки запускающего импульса. Управляя стробирующим импульсом, SCR можно включать под разными углами фазы, и, таким образом, можно управлять фазой каждого полупериода.

Трехфазный однополупериодный выпрямитель с полным управлением

Выпрямление трехфазного источника питания с помощью диодов

В предыдущем руководстве мы видели, что процесс преобразования входного источника переменного тока в постоянный источник постоянного тока называется Rectification. с наиболее популярными схемами, используемыми для выполнения этого процесса выпрямления, основаны на твердотельных полупроводниковых диодах.

Фактически, выпрямление переменного напряжения - одно из самых популярных применений диодов, поскольку диоды недороги, малы и надежны, что позволяет нам создавать многочисленные типы выпрямительных схем, используя либо индивидуально подключенные диоды, либо только один интегрированный мостовой выпрямительный модуль.

Однофазные источники питания, такие как в домах и офисах, обычно имеют среднеквадратичное значение 120 В или 240 В среднеквадратическое значение между фазой и нейтралью, также называемое фазой-нейтралью (LN), и номинально имеют фиксированное напряжение и частоту, создающие переменное напряжение или ток в форма синусоидального сигнала, обозначаемого аббревиатурой «AC».

Трехфазное выпрямление, также известное как схемы многофазного выпрямления, аналогично предыдущим однофазным выпрямителям, разница в том, что на этот раз мы используем три однофазных источника питания, соединенных вместе, которые были произведены одним единственным трехфазным выпрямителем. фазовый генератор.

Преимущество здесь заключается в том, что 3-фазные схемы выпрямления могут использоваться для питания многих промышленных приложений, таких как управление двигателем или зарядка аккумуляторов, которые требуют более высоких требований к мощности, чем может обеспечить схема однофазного выпрямителя.

Трехфазные источники питания

развивают эту идею на шаг вперед, объединяя вместе три напряжения переменного тока одинаковой частоты и амплитуды, при этом каждое напряжение переменного тока называется «фазой». Эти три фазы сдвинуты по фазе на 120 электрических градусов друг от друга, создавая последовательность фаз или чередование фаз: 360 o ÷ 3 = 120 o , как показано.

Трехфазный сигнал

Преимущество здесь заключается в том, что источник трехфазного переменного тока (AC) может использоваться для подачи электроэнергии непосредственно на сбалансированные нагрузки и выпрямители. Поскольку трехфазный источник питания имеет фиксированное напряжение и частоту, он может использоваться схемой выпрямления для выработки постоянного напряжения постоянного напряжения, которое затем может быть отфильтровано, что приводит к выходному напряжению постоянного тока с меньшей пульсацией по сравнению с однофазной схемой выпрямления.

Трехфазное выпрямление

Убедившись, что трехфазный источник питания - это просто три однофазных соединенных вместе, мы можем использовать это свойство многофазности для создания трехфазных выпрямительных цепей.

Как и в случае однофазного выпрямления, в трехфазном выпрямлении используются диоды, тиристоры, транзисторы или преобразователи для создания полуволновых, двухполупериодных, неуправляемых и полностью управляемых выпрямительных схем, преобразующих заданное трехфазное питание в постоянный выход постоянного тока. уровень. В большинстве случаев трехфазный выпрямитель питается непосредственно от электросети или от трехфазного трансформатора, если подключенная нагрузка требует другого выходного уровня постоянного тока.

Как и в случае с предыдущим однофазным выпрямителем, основная схема трехфазного выпрямителя представляет собой схему неуправляемого однополупериодного выпрямителя, в которой используются три полупроводниковых диода, по одному диоду на фазу, как показано.

Полупериодное трехфазное выпрямление

Итак, как работает эта схема трехфазного однополупериодного выпрямителя. Анод каждого диода соединен с одной фазой источника напряжения, а катоды всех трех диодов соединены вместе с одной и той же положительной точкой, эффективно создавая схему диодного типа «ИЛИ». Эта общая точка становится положительной (+) клеммой нагрузки, в то время как отрицательная (-) клемма нагрузки подключается к нейтрали (N) источника питания.

Предполагая, что чередование фаз красный-желтый-синий (V A - V B - V C ) и красная фаза (V A ) начинается с 0 o . Первым проводящим диодом будет диод 1 (D 1 ), поскольку он будет иметь более положительное напряжение на аноде, чем диоды D 2 или D 3 . Таким образом, диод D 1 проводит положительный полупериод V A , в то время как D 2 и D 3 находятся в своем обратном смещенном состоянии.Нейтральный провод обеспечивает обратный путь тока нагрузки обратно к источнику питания.

Через

120 электрических градусов диод 2 (D 2 ) начинает проводить положительный полупериод V B (желтая фаза). Теперь его анод становится более положительным, чем диоды D 1 и D 3 , которые оба выключены, потому что они смещены в обратном направлении. Аналогичным образом, 120 o позже V C (синяя фаза) начинает увеличиваться при включении диода 3 (D 3 ) по мере того, как его анод становится более положительным, таким образом, выключая диоды D 1 и D 2 .

Тогда мы можем видеть, что для трехфазного выпрямления, какой бы диод ни имел более положительное напряжение на аноде по сравнению с двумя другими диодами, он автоматически начнет проводить, тем самым давая диаграмму проводимости: D 1 D 2 D 3 , как показано.

Форма волны проводимости однополупериодного трехфазного выпрямителя

Из приведенных выше форм сигналов для резистивной нагрузки мы можем видеть, что для полуволнового выпрямителя каждый диод пропускает ток в течение одной трети каждого цикла, при этом выходная форма волны в три раза превышает входную частоту источника переменного тока.Следовательно, в данном цикле есть три пика напряжения, поэтому при увеличении количества фаз с однофазного на трехфазное питание улучшается выпрямление питания, то есть выходное постоянное напряжение становится более плавным.

Для трехфазного однополупериодного выпрямителя напряжения питания V A V B и V C сбалансированы, но с разностью фаз 120 o , что дает:

В A = V P * sin (ωt - 0 или )

V B = V P * sin (ωt - 120 o )

V C = V P * sin (ωt - 240 o )

Таким образом, среднее значение постоянного тока формы волны выходного напряжения трехфазного однополупериодного выпрямителя составляет:

Поскольку напряжение обеспечивает пиковое напряжение, V P равно V RMS * 1.414, следовательно, V RMS равно V P / 1,414 или 0,707 * V P как 1 / 1,414 = 0,707. Тогда среднее выходное напряжение постоянного тока выпрямителя можно выразить через его среднеквадратичное (RMS) фазное напряжение следующим образом:

Пример 3-фазного выпрямления №1

Полупериодный трехфазный выпрямитель состоит из трех отдельных диодов и трехфазного трансформатора, подключенного звездой на 120 В переменного тока. Если требуется питание подключенной нагрузки с импедансом 50 Ом, вычислите, а) среднее выходное напряжение постоянного тока на нагрузку.б) ток нагрузки, в) средний ток на диод. Предположим идеальные диоды.

а). Среднее напряжение нагрузки постоянного тока:

В Постоянный ток = 1,17 * Vrms = 1,17 * 120 = 140,4 В

Обратите внимание, что если бы нам дали значение пикового напряжения (V p ), то:

V DC будет равно 0,827 * Vp или 0,827 * 169,68 = 140,4V.

б). Ток нагрузки постоянного тока:

I L = V DC / R L = 140,4 / 50 = 2,81 ампер

в).Средний ток на диод:

I D = I L /3 = 2,81 / 3 = 0,94 ампера

Одним из недостатков однополупериодного трехфазного выпрямления является то, что для него требуется 4-проводное питание, то есть три фазы плюс нейтраль (N). Также среднее выходное напряжение постоянного тока низкое и составляет 0,827 * В P , как мы видели. Это связано с тем, что пульсация на выходе в три раза превышает входную частоту. Но мы можем исправить эти недостатки, добавив к основной схеме выпрямителя еще три диода, создав трехфазный двухполупериодный неуправляемый мостовой выпрямитель.

Двухполупериодное трехфазное выпрямление

В двухполупериодной трехфазной схеме неуправляемого мостового выпрямителя используется шесть диодов, по два на фазу, аналогично однофазному мостовому выпрямителю. Трехфазный двухполупериодный выпрямитель получается с использованием двух схем полуволнового выпрямителя. Преимущество здесь состоит в том, что схема дает более низкую пульсацию на выходе, чем предыдущий полуволновой 3-фазный выпрямитель, поскольку он имеет частоту, в шесть раз превышающую входную форму волны переменного тока.

Кроме того, двухполупериодный выпрямитель может питаться от симметричного трехфазного трехпроводного источника питания, подключенного по схеме треугольника, поскольку четвертый нейтральный (N) провод не требуется.Рассмотрим схему двухполупериодного 3-фазного выпрямителя ниже.

Двухполупериодное трехфазное выпрямление

Как и раньше, предполагая, что чередование фаз красный-желтый-синий (V A - V B - V C ) и красная фаза (V A ) начинается с 0 o . Каждая фаза подключается между парой диодов, как показано. Один диод проводящей пары питает положительную (+) сторону нагрузки, а другой диод питает отрицательную (-) сторону нагрузки.

Диоды D 1 D 3 D 2 и D 4 образуют мостовую выпрямительную сеть между фазами A и B, аналогично диоды D 3 D 5 D 4 и D 6 между фазы B, C и D 5 D 1 D 6 и D 2 между фазами C и A.

Таким образом, диоды D 1 D 3 и D 5 питают положительную шину и в зависимости от того, какой из них имеет более положительное напряжение на анодном выводе, проводит. Аналогично, диоды D 2 D 4 и D 6 питают отрицательную шину, и любой диод, имеющий более отрицательное напряжение на его катодном выводе, проводит.

Тогда мы можем видеть, что для трехфазного выпрямления диоды проводят в согласующих парах, обеспечивая диаграмму проводимости для тока нагрузки: D 1-2 D 1-6 D 3-6 D 3- 6 D 3-4 D 5-4 D 5-2 и D 1-2 , как показано.

Форма волны проводимости двухполупериодного трехфазного выпрямителя

В трехфазных выпрямителях тока проводимость всегда возникает в наиболее положительном диоде и соответствующем наиболее отрицательном диоде. Таким образом, когда три фазы вращаются на выводах выпрямителя, проводимость передается от диода к диоду.

Тогда каждый диод проводит в течение 120 o (одна треть) в каждом цикле питания, но поскольку требуется два диода, чтобы проводить попарно, каждая пара диодов будет проводить только 60 o (одна шестая) цикла. в любой момент, как показано выше.

Таким образом, мы можем правильно сказать, что для 3-фазного выпрямителя, питаемого от «3» вторичных обмоток трансформатора, каждая фаза будет разделена на 360 o /3, что потребует 2 * 3 диодов.

Отметим также, что, в отличие от предыдущего однополупериодного выпрямителя, нет общего соединения между входными и выходными клеммами выпрямителя. Поэтому он может питаться от трансформатора, соединенного звездой или треугольником.

Таким образом, среднее значение постоянного тока формы волны выходного напряжения трехфазного двухполупериодного выпрямителя определяется как:

Где: V S равно (V L (PEAK) ÷ √3), а V L (PEAK) - максимальное линейное напряжение (V L * 1.414).

Пример 3-фазного выпрямления №2

Трехфазный двухполупериодный мостовой выпрямитель требуется для питания резистивной нагрузки 150 Ом от трехфазного источника питания, подключенного по схеме треугольника 127 В, 60 Гц. Не обращая внимания на падение напряжения на диодах, рассчитайте: 1. выходное постоянное напряжение выпрямителя и 2. ток нагрузки.

1. Выходное напряжение постоянного тока:

Среднеквадратичное значение линейного напряжения составляет 127 вольт. Следовательно, линейное пиковое напряжение (V L-L (PEAK) ) будет:

Поскольку питание трехфазное, напряжение между фазой и нейтралью (V P-N ) любой фазы будет:

Обратите внимание, что это в основном то же самое, что и сказать:

Таким образом, среднее выходное напряжение постоянного тока от трехфазного двухполупериодного выпрямителя определяется как:

Опять же, мы можем немного сократить математические вычисления, правильно сказав, что для данного значения линейного среднеквадратичного напряжения, в нашем примере 127 вольт, среднее выходное напряжение постоянного тока составляет:

2.ток нагрузки выпрямителя.

На выход выпрямителя подается резистивная нагрузка 150 Ом. Тогда по закону Ома ток нагрузки будет:

В неуправляемом трехфазном выпрямлении используются диоды для обеспечения среднего выходного напряжения фиксированного значения относительно значения входных напряжений переменного тока. Но для изменения выходного напряжения выпрямителя нам необходимо заменить неуправляемые диоды, некоторые или все из них, на тиристоры, чтобы создать так называемые полууправляемые или полностью управляемые мостовые выпрямители.

Тиристоры представляют собой полупроводниковые устройства с тремя выводами, и когда соответствующий импульс запуска подается на вывод затвора тиристора, когда его напряжение на выводах между анодом и катодом является положительным, устройство проводит и пропускает ток нагрузки. Таким образом, задерживая синхронизацию импульса запуска (угол зажигания), мы можем задержать момент времени, в который тиристор естественным образом включился бы, если бы это был нормальный диод, и момент, когда он начинает проводить, когда применяется импульс запуска. .

Таким образом, с управляемым трехфазным выпрямлением, в котором используются тиристоры вместо диодов, мы можем контролировать значение среднего выходного напряжения постоянного тока, управляя углом включения пар тиристоров, и таким образом выпрямленное выходное напряжение становится функцией угла включения, α.

Следовательно, единственное отличие от формулы, использованной выше для среднего выходного напряжения трехфазного мостового выпрямителя, заключается в косинусоидальном угле cos (α) запускающего или запускающего импульса. Таким образом, если угол зажигания равен нулю (cos (0) = 1), управляемый выпрямитель работает аналогично предыдущему трехфазному неуправляемому диодному выпрямителю со средними выходными напряжениями, такими же.

Ниже приведен пример полностью управляемого трехфазного мостового выпрямителя:

Полностью управляемый трехфазный мостовой выпрямитель

Краткое описание трехфазного выпрямителя

В этом руководстве мы видели, что трехфазное выпрямление - это процесс преобразования трехфазного источника переменного тока в пульсирующее постоянное напряжение, поскольку выпрямление преобразует входной источник питания синусоидального напряжения и частоты в постоянное напряжение постоянного напряжения.Таким образом, выпрямление мощности преобразует переменный источник питания в однонаправленный.

Но мы также видели, что трехфазные полуволновые неуправляемые выпрямители, в которых используется один диод на фазу, требуют подключения питания звездой в качестве четвертого нейтрального (N) провода для замыкания цепи от нагрузки к источнику. Для трехфазного двухполупериодного мостового выпрямителя, в котором используются два диода на фазу, требуется всего три линии питания без нейтрали, например, при питании по схеме треугольника.

Еще одним преимуществом двухполупериодного мостового выпрямителя является то, что ток нагрузки хорошо сбалансирован по мосту, что повышает эффективность (отношение выходной мощности постоянного тока к входной мощности) и снижает содержание пульсаций как по амплитуде, так и по частоте по сравнению с полуволновая конфигурация.

Увеличивая количество фаз и диодов в мостовой конфигурации, можно получить более высокое среднее выходное напряжение постоянного тока с меньшей амплитудой пульсаций, например, при 6-фазном выпрямлении каждый диод будет проводить только одну шестую цикла.

Кроме того, многофазные выпрямители производят более высокую частоту пульсаций, что означает меньшую емкостную фильтрацию и более плавное выходное напряжение. Таким образом, 6, 12, 15 и даже 24-фазные неуправляемые выпрямители могут быть разработаны для улучшения коэффициента пульсаций для различных приложений.

Типы выпрямителей

- Принципы работы, схемы и подробная сравнительная таблица

Базовый диод с p-n переходом, который используется для преобразования переменного тока в постоянный, может называться выпрямителем. Этот процесс известен как исправление. Основываясь на эффективности преобразования переменного тока в постоянный, эти выпрямители выбраны таким образом, чтобы они могли удовлетворить основные требования блока питания в электронных системах.Для разработки выпрямителей предпочтительны различные основные электрические или электронные компоненты, например диоды, полевые МОП-транзисторы и т. Д. С учетом подходящего применения используются основные компоненты и разрабатываются выпрямители. Выпрямитель состоит из одного или нескольких диодов, что является основной необходимостью для электронных компонентов.

В данной статье исходные типы выпрямителей классифицируются на однофазные и трехфазные. Эти выпрямители подразделяются на управляемые и неуправляемые выпрямители.Дальнейшая классификация однополупериодных и двухполупериодных выпрямителей представлена ​​на диаграмме. Двухполупериодные выпрямители на основе используемых диодов, подключенных к трансформатору с центральным ответвлением, где для выпрямления предпочтительнее использовать два диода. Другой тип двухполупериодного выпрямителя - это то, где четыре диода предпочтительнее для выпрямления, подключенного по мостовой топологии.

Обзор этих классификаций приведен в статье ниже. Выпрямители имеют разные свойства, на основании которых сравниваются эти типы.Это также четко указано в таблице ниже. После описания выпрямителей можно легко описать их коэффициент и выполнить его сравнение. Сравнение выполняется вкратце, чтобы можно было выбрать подходящий выпрямитель в зависимости от его требований.

Различные типы выпрямителей

Существуют определенные факторы, такие как поставка, которая может быть положительной или отрицательной, наличие основных компонентов и тип используемой конфигурации, на основе которой классифицируются типы выпрямителей.Следовательно, они подпадают под категорию свойств выпрямителей. Исходя из количества диодов, присутствующих в цепи, исходная классификация выпрямителя:

(1) Однофазный выпрямитель

(2) Трехфазный выпрямитель

Однофазные выпрямители

Если выпрямитель состоит из состоящий только из одного диода для выпрямления, он называется однофазным выпрямителем. Эти выпрямители подразделяются на неуправляемые, полууправляемые и полностью управляемые схемы.Неуправляемые однофазные выпрямители снова разделены на полуволновые и двухполупериодные схемы, где двухполупериодная схема классифицируется как выпрямители с центральным отводом или мостовые выпрямители.

Трехфазные выпрямители

В трехфазном режиме в цепи присутствует три диода для завершения процесса выпрямления. Точно так же однофазные цепи также классифицируются как неуправляемые, полууправляемые и полностью управляемые цепи. В то время как неуправляемые и полностью управляемые выпрямители подразделяются на полуволновые и полные мостовые выпрямители.

Единственное различие между управляемыми и неуправляемыми выпрямителями состоит в том, что в управляемых выпрямителях выход является управляемым, тогда как в неуправляемых выпрямителях выход не управляется. В этом случае вместо использования обычного диода с p-n переходом в управляемых выпрямителях используются кремниевые управляемые выпрямители, остальная часть процесса будет аналогична процессу с неуправляемыми выпрямителями.

Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о MCQ выпрямителей с кремниевым управлением.

Выпрямители с кремниевым управлением состоят из трех клемм.Как и диод, он имеет анод и катод, но наиболее важным выводом здесь является третий вывод, известный как затвор. Назначение ворот - управлять выходом.

Полупериодные выпрямители

В качестве источника питания цепи используется переменный ток. Диод включен последовательно с нагрузочным резистором. В однофазной цепи присутствует только один диод. В трехфазной цепи имеется три числа диодов. Это единственное различие между однофазными и трехфазными однополупериодными выпрямителями.

Назначение полуволнового выпрямителя - учитывать половину цикла. Таким образом, он дополнительно делится на два типа

(1) Выпрямитель положительной полуволны

В этом процессе процесс выпрямления учитывает положительный полупериод переменного тока (AC), и эта положительная половина преобразуется только в постоянный ток. (ОКРУГ КОЛУМБИЯ).

(2) Выпрямитель отрицательной полуволны

В этом случае отрицательный полупериод переменного тока подвергается выпрямлению и преобразуется в постоянный ток.

В полуволне только половина входного сигнала взаимодействует со схемой, потому что другая половина здесь не рассматривается на основе приоритета. Следовательно, полученный здесь вывод требует дополнительной фильтрации.

Двухполупериодный выпрямитель:

В выпрямителе этого типа оба цикла переменного тока поступают в цепь, и направление потока тока в нагрузке будет в том же направлении, это не повлияет на то, будет ли он - отрицательная половина цикла или положительная половина цикла на входе.В схеме два диода. Назначение двух диодов состоит в том, что один проводит в течение положительной половины, а другой - во время отрицательной половины цикла.

Двухполупериодный выпрямитель подразделяется на два типа

(1)
Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом

В этой схеме двухполупериодный выпрямитель с преобразованием используется в качестве входного блока питания, где отводится центр его вторичной обмотки. Следовательно, в схеме присутствуют два диода: один диод получает входное питание из верхней половины цикла, другой - из отрицательной половины цикла.Это указывает на то, что оба цикла используются диодами. Это приводит к увеличению КПД схемы.

(2) Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Вместо использования центрального трансформатора здесь рассматривается обычный трансформатор, но в этом выпрямителе четыре диода соединены таким образом, что он соответствует топологии моста. Следовательно, он называется двухполупериодным мостовым выпрямителем. При этом выпрямление питания переменного тока осуществляется по диагонали. Нагрузочный резистор подключен на разных концах диагоналей.

Как положительная часть переменного тока, питание обеспечивается диодом D1 и D2, который действует так, как будто они следуют за состоянием прямого смещения, а диоды D3 и D4 остаются в состоянии обратного смещения. Точно так же, когда подается отрицательная часть питания, диоды D1 и D2 будут иметь обратное смещение, а диоды D3 и D4 будут находиться в прямом смещении. Таким образом, схема реагирует как на положительную, так и на отрицательную сторону источника переменного тока.

Сравнение различных типов выпрямителей

Различные типы выпрямителей включают однополупериодный выпрямитель, двухполупериодный, основанный на концепции с центральным ответвлением и мостом.Эти выпрямители сравниваются по количеству диодов, присутствующих в схеме. Различные факторы, такие как пульсирующий ток, среднеквадратичный ток, максимальная эффективность выпрямителя, среднее значение тока, - это свойства, на основе которых была составлена ​​сравнительная таблица выпрямителей.

Свойства выпрямителя

Однополупериодный выпрямитель

Полнополупериодный (с центральным отводом) Полнополупериодный выпрямитель ) Выпрямитель

Количество диодов, присутствующих в схеме

1

2

4

Требуется ли трансформатор?

Нет

Да

Нет

Среднее значение по постоянному току

I_m / π 〖2I〗 _м / π 〖2I〗 _m / π 2I〗 _m / π 90 π Максимальное значение тока

В_м / (r_f + R_L) В_м / (r_f + R_L) В_м / (2r_f + R_L)

Коэффициент пульсации

.21

0,482

0,482

Максимальный КПД

40,6%

81,2%

81202%

〖2V〗 _m 〖2V〗 _m

Частота пульсаций

50 Гц

100 Гц

100 Гц

100 Гц

〗 _In 〖2f〗 _in

T.U.F

0,287

0,693

0,812

Для большинства электронных устройств в качестве источника требуется постоянное напряжение. Преобразование переменного тока в постоянный выполняется с помощью основного электронного устройства, называемого диодом с p-n переходом. Во время прямого смещения диод проводит, а при обратном смещении диод не проводит, указывая на уникальное течение для направления тока. По этой причине диоды с p-n переходом подходят для выпрямления.На их основе классифицируются выпрямители.

Выходной сигнал однополупериодного выпрямителя выпрямляет только положительные или отрицательные циклы. Следовательно, его результат состоит из ряби. Чтобы преодолеть эту проблему пульсации, вокруг резистора должен быть размещен конденсатор. Однако в выпрямителях этого типа половина источника переменного тока остается неиспользованной. По этим причинам практическая реализация этих схем практически невозможна.

Эта причина проложила путь к внедрению двухполупериодных выпрямителей.В первом случае двухполупериодного выпрямителя он является центральным, где рассматриваются два диода. Во втором двухполупериодном выпрямитель выполнен с четырьмя диодами по мостовой топологии. Он способен производить двойное выходное напряжение, сравнимое с полуволновым выпрямителем. Эти диодные выпрямители с p-n переходом относятся к неуправляемым выпрямителям, тогда как кремниевые выпрямители с управляемым переходом относятся к управляемым выпрямителям.

Однако рассмотрение управляемой или неуправляемой однофазной или трехфазной полностью основывается на ее требованиях.Даже полуволновые выпрямители с определенными модификациями предпочтительны в некоторых электронных модулях. Какая вещь будет наиболее часто используемой в быту, если вы предпочитаете концепцию однополупериодного выпрямителя?

Типы выпрямителей - силовая электроника от A до Z

Сравнение типов выпрямителей

:

Введение в выпрямители:

Схема преобразователя, преобразующая переменный ток в постоянный, называется выпрямителями. Помните, что выпрямители и преобразователи чаще всего меняются местами в учебниках по силовой электронике.Обычно термин преобразователь обозначает выпрямитель.
В этом посте мы обсудим различные типы выпрямительных схем.

Схема выпрямителя, использующая только диоды, известна как схема неуправляемого выпрямителя .
Когда тиристоры используются для преобразования переменного тока в постоянный, они контролируют выходное напряжение, поэтому оно известно как схема управляемого выпрямителя .

В отличие от диода, тиристор не становится проводящим сразу после того, как его напряжение становится положительным.
Требуется запуск с помощью импульса на затворе.
Таким образом, можно заставить тиристор проводить в любой точке полуволны, которая прикладывает положительное напряжение к его аноду. Таким образом регулируется выходное напряжение.

Классификация выпрямительных цепей:



(a) В зависимости от характеристик управления различных цепей выпрямители классифицируются как

(i) Неуправляемые выпрямители
(ii) Полууправляемые выпрямители

(iii) Полностью управляемые выпрямители

(i) Неуправляемые выпрямители
  • Эти схемы содержат только диоды и выдают напряжение нагрузки постоянного тока, фиксированное по величине относительно величины напряжения питания переменного тока.
  • Кроме того, они подразделяются на полуволновые, двухполупериодные (с отводом по центру трансформатора) и мостовые выпрямители.

Полупериодный выпрямитель:

  • Схема полуволнового выпрямителя состоит из одного полупроводникового диода и сопротивления нагрузки.
  • При полуволновом выпрямлении цепь проводит ток только в течение положительных полупериодов входного переменного тока.
  • Отрицательные полупериоды подавлены. т.е. ток будет течь в течение положительных полупериодов, а ток не будет проводиться во время отрицательных полупериодов.
  • Следовательно, ток всегда проходит через нагрузку только в одном направлении.


Full W ave Rect ifier:
При двухполупериодном выпрямлении ток течет через нагрузку в одном направлении для обоих полупериодов входного питания. Этого можно добиться с помощью двух диодов, работающих попеременно.

Для двухполупериодного выпрямления используются схемы двух типов.
(a) Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом.
(b) Выпрямитель мостового типа.

Центральный отвод Двухполупериодный выпрямитель:

  • Эта схема состоит из двух диодов.
  • Вторичная обмотка с центральным ответвлением используется для подключения двух диодов [Вторичная обмотка с центральным ответвлением имеет три вывода, а именно 1,2 и 3.
  • Центральная точка - это нейтральная точка.
  • Общее вторичное напряжение делится на две части.
  • Общее вторичное напряжение делится на две равные части.
  • Они доступны на клеммах 1 и 2 и 3 и 2, так что каждый диод использует один полупериод входного переменного напряжения.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель:

Отводной трансформатор с центральным ответвлением в мостовом выпрямителе не требуется. Он содержит четыре диода D1, D2, D3 и D4, соединенных в мост.
Формы сигналов двухполупериодного выпрямителя показаны ниже.

Преимущества и недостатки различных конфигураций показаны в таблице ниже.

Средний ток 9020c 9020 2
Параметры Полуволна С отводом по центру
Двухполупериодная
Мост
Кол-во диодов
1 Максимум. КПД 40,6% 81,2% 81,2%
Пиковое обратное напряжение В M 2 В M В M
Idc / 2 Idc / 2
Vdc (без нагрузки) Vm / π 2Vm / π 2Vm / π
Выходная частота 902
Коэффициент использования трансформатора
Коэффициент
0.287 0,693 0,812
Коэффициент пульсации 1,21 0,48 0,48
Форм-фактор 1,57 1,11
√2
(ii) Полууправляемые выпрямители

Эти схемы содержат смесь тиристоров и диодов, которые предотвращают реверсирование напряжения нагрузки.
Но эти преобразователи позволяют контролировать среднее значение напряжения нагрузки постоянного тока.

(iii) Полностью управляемые выпрямители
  • Здесь все выпрямляющие элементы - это тиристоры.
  • В этих схемах с помощью подходящего управления фазовым углом, при котором тиристоры включены, можно управлять средним значением постоянного напряжения, а также изменять полярность постоянного напряжения нагрузки.
  • Таким образом, эта схема преобразователя является двунаправленной и разрешает поток мощности в любом направлении между источником питания и нагрузкой постоянного тока.

(B) Зависит от периода проводимости во время каждого цикла входного переменного напряжения, они подразделяются на две группы, а именно:

(i) Полуполупериодные выпрямители
(ii) Двухполупериодные выпрямители
Есть два Типы двухполупериодных выпрямителей, а именно

  • Двухполупериодные выпрямители с центральным отводным трансформатором
  • Двухполупериодный выпрямитель с использованием мостовой конфигурации

(C) В зависимости от количества фаз в питающей сети преобразователи классифицируются как
(i) Однофазные выпрямители
(ii) Трехфазные выпрямители

(D ) В зависимости от количества импульсов на стороне постоянного тока за один период входного переменного напряжения выпрямители классифицируются как
(i) Одноимпульсные выпрямители
(ii) Двухимпульсные выпрямители
(iii) Трехимпульсные выпрямители
(iv) Шестипульсные выпрямители и т. Д.

Спасибо, что прочитали о типах выпрямителей….

Подробнее:

Преимущества и недостатки HVDC по сравнению с системой передачи HVAC
Основные вопросы для собеседования по силовой электронике: Set-4
Бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC) Учебное пособие

Пожалуйста, оставьте свои комментарии ниже… ..

Что такое выпрямитель? Объяснение различных типов выпрямителей

В большом количестве электрических и электронных цепей для их работы требуется постоянное напряжение.Мы можем просто преобразовать переменное напряжение в постоянное, используя устройство, называемое диодом с PN переходом. Одним из наиболее важных применений диодов с PN переходом является выпрямление переменного тока в постоянный. Диод с PN-переходом пропускает электрический ток только в одном направлении, то есть в состоянии прямого смещения, и блокирует электрический ток в состоянии обратного смещения. Это единственное свойство диода позволяет ему редактировать как выпрямитель. В этой статье обсуждаются различные типы выпрямителей и их сравнение.

Выпрямитель - это электрическое устройство, которое передает переменный ток (AC) в постоянный ток (DC) с помощью одного или нескольких диодов с переходом P-N.

Что такое выпрямитель?

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

Что такое выпрямление?

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

Типы выпрямителей:

В основном выпрямители бывают двух типов:

1. неуправляемый выпрямитель

2. управляемый выпрямитель

Выпрямитель представляет собой электрическое устройство, состоящее из одного или нескольких диодов, которые пропускают ток. только в одном направлении. Он в основном преобразует переменный ток в постоянный. Выпрямители могут быть отлиты в нескольких формах в зависимости от необходимости, например, полупроводниковые диоды, кремниевые выпрямители, ламповые диоды, ртутно-дуговые клапаны и т. Д.В наших предыдущих статьях мы подробно рассказывали о диодах, типах диодов. Но здесь мы собираемся рассказать о выпрямителях, типах выпрямителей и их применениях и т. Д. половина входного сигнала переменного тока (положительный полупериод) превращается в пульсирующий выходной сигнал постоянного тока, а оставшаяся половина сигнала (отрицательный полупериод) блокируется или теряется. В схеме однополупериодного выпрямителя мы используем только один диод.

Во время положительной половины входа переменного тока диод становится смещенным в прямом направлении, и через него начинают протекать токи. Во время отрицательной половины входа переменного тока диод становится смещенным в обратном направлении, и ток перестает течь через него. Форма выходного сигнала на нагрузке показана на рисунке. Из-за высокого волнового содержания на выходе этот тип выпрямителя редко используется с чисто резистивной нагрузкой.

  • Положительный полупериодный выпрямитель:

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

  • Выпрямитель с отрицательной полуволной:

Выпрямитель с отрицательной полуволной преобразует только отрицательный полупериод переменного тока в постоянный.

Для всех типов выпрямителей, однополупериодный выпрямитель - самый простой из всех, поскольку он состоит только из одного диода.

Полнополупериодный выпрямитель:

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

Двухполупериодный выпрямитель состоит из более чем одного диода.

Существует два типа двухполупериодных выпрямителей.

1.Мостовой выпрямитель

2.Мостовой выпрямитель

Мостовой выпрямитель:

Мостовой выпрямитель использует 4 диода для передачи обоих полупериодов входного переменного тока в выход постоянного тока.

Используя такое же вторичное напряжение, этот мостовой выпрямитель может производить почти вдвое большее выходное напряжение по сравнению с двухполупериодным трансформаторным выпрямителем с центральным ответвлением.В положительной половине входных диодов переменного тока D1 и D2 смещены в прямом направлении, а D3 и D4 - в обратном. Таким образом, ток нагрузки протекает через диоды D1 и D2. Во время отрицательного полупериода входных диодов D3 и D4 смещены в прямом направлении, а D1 и D2 - в обратном. Следовательно, ток нагрузки протекает через диоды D3 и D4.

Выпрямитель с центральным отводом:

Этот тип выпрямительной схемы использует трансформатор с вторичной обмоткой, отводимой в центральной точке. В схему включены два диода, так что каждый из них использует половину цикла входного переменного напряжения.Для выпрямления один диод использует переменное напряжение, показывающее верхнюю половину вторичной обмотки, а другой диод использует нижнюю половину вторичной обмотки. КПД и КПД этой схемы высоки, потому что источник переменного тока обеспечивает питание обеих половин.

Сравнение

выпрямителей:

Сравнения между различными типами выпрямителей по разным точкам приведены в таблице ниже.


03
Свойства Полупериодный выпрямитель Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением Двухполупериодный мостовой выпрямитель

03 1
4
Постоянный ток Im / π 2 Im / π 2 Im / π
Необходим трансформатор Нет Да Да Да Да Да Максимальное значение тока Вм / (rf + RL) Vm / (rf + RL) Vm / (2rf + RL)
Коэффициент пульсации 1.21 0,482 0,482
Частота включения ребро 2 ребра 2 ребра
Макс.
Пиковое обратное напряжение Вм 2 Вм 2 Вм

Применение выпрямителей:

По сути, почти все электронные схемы работали от постоянного напряжения.Основная цель использования выпрямителя - выпрямление, что означает преобразование переменного напряжения в постоянное. То есть выпрямители используются практически во всех выпрямительных и электронных устройствах.

Ниже приведен список общих областей применения и использования различных выпрямителей.

  • Выпрямление, т.е. преобразование постоянного напряжения в переменное.
  • Выпрямители используются в электрическом литье для обеспечения поляризованного напряжения.
  • Он также используется в тяговых, подвижных и трехфазных тяговых двигателях, используемых для движения поездов.
  • Однополупериодные выпрямители используются в средствах от комаров и паяльниках.
  • Полуволновой выпрямитель также используется в радио с амплитудной модуляцией в качестве детектора и детектора пикового сигнала.
  • Выпрямители также используются для модуляции, демодуляции и умножителей напряжения.

«Узнайте больше о некоторых темах»

Сравните цены на электроэнергию для предприятий | Ставки | Котировки поставщиков | Советы по экономии

ИНДУКЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ | ПОЧЕМУ ВРАЩАЕТСЯ РОТОР | ПРИНЦИП РАБОТЫ

ПРИНЦИП РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРА

УПРАВЛЕНИЕ СКОРОСТЬЮ ДВИГАТЕЛЯ ПТ. Диаграмма и формула | Приложение

Как это:

Нравится Загрузка...

Связанные

Сводка

Название изделия

Что такое выпрямитель? Объяснение различных типов выпрямителей

Описание

Выпрямитель - это электрическое устройство, состоящее из одного или нескольких диодов, которые пропускают ток только в одном направлении.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *