Почему напряжение увеличивается после диодного моста и конденсаторов. Как рассчитать выходное напряжение выпрямителя. От чего зависит величина повышения напряжения после выпрямления.
Принцип работы выпрямителя и повышение напряжения
Выпрямитель преобразует переменное напряжение в постоянное. При этом выходное напряжение оказывается выше входного переменного. Почему так происходит?
Основные причины повышения напряжения после выпрямителя:
- Выпрямление обеих полуволн переменного напряжения
- Заряд конденсатора до амплитудного значения входного напряжения
- Сглаживание пульсаций конденсатором
Рассмотрим эти факторы подробнее.
Выпрямление обеих полуволн переменного напряжения
Диодный мост пропускает обе полуволны переменного напряжения в одном направлении. В результате выходное напряжение становится пульсирующим, но всегда положительным. Среднее значение такого напряжения оказывается выше действующего значения входного переменного.
Расчет среднего выпрямленного напряжения
Для синусоидального входного напряжения среднее выпрямленное напряжение можно рассчитать по формуле:
U_ср = 0.9 * U_вх,
где U_вх — действующее значение входного переменного напряжения.
Таким образом, уже на этом этапе напряжение повышается примерно на 27% по сравнению со входным действующим значением.
Заряд конденсатора до амплитудного значения
После диодного моста обычно устанавливают сглаживающий конденсатор. Он заряжается до амплитудного значения входного напряжения. Как это влияет на выходное напряжение?
Связь амплитудного и действующего значений
Для синусоидального напряжения амплитудное значение связано с действующим соотношением:
U_ам = √2 * U_д ≈ 1.41 * U_д
То есть амплитудное значение примерно в 1.41 раза больше действующего. Конденсатор заряжается до этого повышенного напряжения.
Сглаживание пульсаций конденсатором
Конденсатор не только заряжается до пикового значения, но и сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Как это отражается на выходном напряжении?
Влияние емкости конденсатора на выходное напряжение
Чем больше емкость конденсатора, тем лучше он сглаживает пульсации. При этом выходное напряжение приближается к амплитудному значению входного. Для идеального сглаживания:
U_вых ≈ √2 * U_вх ≈ 1.41 * U_вх
На практике выходное напряжение обычно составляет 1.2-1.4 от входного действующего значения.
Расчет выходного напряжения выпрямителя
Как рассчитать реальное выходное напряжение выпрямителя с учетом всех факторов? Рассмотрим основные формулы и методики.
Упрощенная формула для оценки
Для приблизительной оценки можно использовать формулу:
U_вых ≈ 1.35 * U_вх — 1.4
Здесь 1.4 В вычитается для учета падения напряжения на диодах.
Точный расчет с учетом параметров схемы
Для более точного расчета нужно учитывать:
- Емкость и ESR сглаживающего конденсатора
- Ток нагрузки
- Частоту питающей сети
Расчет производится по более сложным формулам или с помощью специализированных программ.
Зависимость выходного напряжения от нагрузки
Выходное напряжение выпрямителя зависит от тока нагрузки. Как меняется напряжение при изменении нагрузки?
Влияние тока нагрузки на выходное напряжение
При увеличении тока нагрузки выходное напряжение снижается. Это связано с:
- Увеличением падения напряжения на диодах
- Уменьшением эффективности сглаживания конденсатором
- Падением напряжения на внутреннем сопротивлении источника
Чем больше емкость сглаживающего конденсатора, тем меньше зависимость от нагрузки.
Особенности разных типов выпрямителей
Различные схемы выпрямителей имеют свои особенности повышения напряжения. Какие схемы дают наибольшее повышение?
Однополупериодный выпрямитель
Дает наименьшее повышение напряжения. Выходное напряжение без нагрузки:
U_вых ≈ 1.2 * U_вх
Двухполупериодный выпрямитель
Обеспечивает более высокое и стабильное напряжение:
U_вых ≈ 1.35 * U_вх
Мостовой выпрямитель
Дает такое же повышение, как двухполупериодный, но более эффективен при высоких токах нагрузки.
Практические рекомендации по расчету и применению
Как правильно рассчитать и спроектировать выпрямитель с нужным выходным напряжением? Приведем несколько практических советов.
Выбор трансформатора
Напряжение вторичной обмотки трансформатора выбирают с учетом повышения после выпрямления:
U_тр ≈ U_вых / 1.35
Расчет емкости конденсатора
Минимальную емкость сглаживающего конденсатора можно оценить по формуле:
C = I_нагр / (2 * f * U_пульс),
где I_нагр — ток нагрузки, f — частота сети, U_пульс — допустимая амплитуда пульсаций.
Учет допусков и запаса
При проектировании рекомендуется закладывать запас 10-15% по напряжению и емкости для учета разброса параметров и старения компонентов.
Правильный расчет повышения напряжения после выпрямителя позволяет спроектировать надежный источник питания с требуемыми характеристиками.
Устройство диодных мостов: как они работают
Предыдущая статья Следующая статья
14.05.2022
Диодный мост — важная часть выпрямителя переменного напряжения. Он бывает однофазным или трехфазным и подключается к выводам обмоток трансформатора или генератора для получения однополярного или двухполярного постоянного напряжения. Принцип действия диодного моста основан на односторонней проводимости полупроводниковых диодов.
Схемы и принцип их работы
Диодный мост, предназначенный для работы от однофазного переменного напряжения, состоит из четырех компонентов, а для выпрямления трехфазного тока — из шести. Напряжение после однофазного выпрямителя состоит из чередующихся полуволн. Для образования непрерывного питающего напряжения применяются сглаживающие выпрямители — фильтры. Они состоят:
- из конденсаторов;
- пассивных или активных компонентов.
Пассивные элементы фильтров могут быть:
- индуктивными;
- резистивными.
В состав активных выпрямителей входят мощные транзисторы и элементы управления в составе которых могут находиться аналоговые интегральные компоненты. Также активный фильтр может быть построен на специализированной микросхеме или микросборке с приспособлением для дополнительного теплоотвода.
Устройство трехфазного диодного моста схоже с однофазным, поэтому его принцип действия аналогичный. Две фазы подаются на схему, идентичную однофазному мосту, а третья фаза подключена через два дополнительных диода. Такая схема диодного моста с похожим принципом работы выпрямителя на выходе выдает напряжение практически без пульсаций. Это позволяет обойтись без дополнительных мощных элементов фильтра.
Основные характеристики
В зависимости от назначения диодного моста и принципа работы схемы выпрямления напряжения учитывают параметры полупроводниковых устройств. Их основные характеристики:
- прямое напряжение;
- максимально допустимое обратное напряжение;
- наибольший прямой ток;
- максимальная частота;
- температурный диапазон эксплуатации.
Последний параметр учитывают с расчетом нагрева во время работы элементов моста. Для соблюдения оптимальных условий эксплуатации может потребоваться теплоотвод или наличие дополнительной вентиляции радиоэлектронного устройства, согласно силовому принципу работы диодного моста. Это в свою очередь влияет на степень защиты IP корпуса прибора.
Устройство диодного моста и замена компонентов на аналоги
В связи со сложившейся ситуацией на рынке России зарубежные бренды прекращают сотрудничество с отечественными производителями. Ожидается также, что на рынок нашей страны придут производители из других стран, например, из Китая. Также в России есть много компаний, занимающихся выпуском полупроводниковых изделий для выпрямителей.
Замена компонентов на аналоги никак не влияет на характеристики. Иногда не требуется даже переделка рисунка монтажной платы. Некоторые компании выпускают диоды в корпусах ТО-220, в которых содержится два полупроводниковых элемента или ТО-220А с одним компонентом.
Оба упомянутых корпуса имеют пластину с отверстием для крепления к теплоотводу.
Компания «ЗУМ-СМД» имеет большой ассортимент радиодеталей различного функционала. У нас можно купить диодные мосты оптом по низкой цене. Изделия обладают высоким качеством, есть товар от различных производителей.
Возврат к списку
Обратная связь
Похожие статьи
Полупроводниковые тиристоры: характеристики, принцип и режимы работы, сферы применения
Тиристор — это полупроводниковый прибор, работающий в ключевом режиме. Причем управляющий электрод (кроме запираемых) служит только для включения прибора. Выключение устройства осуществляется путем обесточивания силовой цепи.
Подробнее ➜
Выпрямительные диоды: предназначение, технические характеристики
Основное применение выпрямительных диодов вытекает из их названия — преобразование переменного тока в постоянный. Причем предназначены полупроводниковые приборы этого типа в основном для питающих силовых цепей.
Они часто используются во многих узлах электрооборудования, а также в приборах электромеханики, автоматики, элементов освещения.
Подробнее ➜
Принцип действия газоразрядников
Как и где используют газоразрядники.
Подробнее ➜
Что будет если подключить диодный мост к трансформатору!?-Пояснение опыта. — Радиомастер инфо
от admin
Как-то давно попалось видео с заголовком: «Что будет если подключить диодный мост к трансформатору!? — Опыт». Посмотреть можно здесь. Для меня ответ на вопрос был очевиден сразу, я думаю, для многих тоже, наверное потому и комментарии к видео отключены, видимо в основном были нецензурные.
Прошло время, я уже и забыл. Но в интернете еще несколько раз попадались схемы, затрагивающие подобную тематику. Например, такие:
Однако я не встретил ни одного внятного пояснения затронутых в этой теме процессов.
Или потому, что всем все очевидно и ясно, или по другим причинам. Но просмотры на видео, с которого я начал, давно превысили миллион.
Почему я считаю эту тему интересной? Потому, что после двухполупериодного выпрямления напряжение становится пульсирующим и его частота, по сравнению с частотой сети, повышается в два раза и становится равной 100 Гц.
Как известно, при расчете габаритной мощности трансформаторов частота входит в числитель. Вот пример формулы:
Габаритная мощность трансформатора, в ваттах, на конкретно выбранном сердечнике определяется по формуле:
Это говорит о том, что, повысив частоту в 2 раза мы можем на том же сердечнике что для 50 Гц изготовить трансформатор в два раза большей мощности. Представляете, сварочный трансформатор на частоте 50 Гц весит, например, 20 кг, а на частоте 100 Гц будет в 2 раза меньше, всего 10 кг. Выгодно, не правда ли?
Так почему же это не делают?
Ниже на рисунке показаны напряжения на входе и выходе двухполупериодного выпрямителя:
Рассмотрим эти графики подробнее:
Верхний график, это напряжение в сети.
Его частота 50 Гц, период (Т) 20 мс. Есть положительная “+” и отрицательная “–“ полуволна. Они компенсируют друг друга и постоянная составляющая равна 0 (зеленая линия).
Нижний график, после двухполупериодного выпрямителя отрицательная полуволна перевернута вверх, она стала такая же, как и положительная из-за чего период (Т) уменьшился в 2 раза стал равен 10мс. Соответственно частота 100 Гц. Поскольку теперь положительная и отрицательная полуволна не компенсируют друг друга, постоянная составляющая (зеленая линия) на уровне около 0,707 от амплитудного значения, т.е. равна действующему значению напряжения.
Что же будет с сердечником трансформатора при подаче на него напряжения как на верхнем графике и на нижнем?
Ток через обмотку трансформатора в первом случае (верхний график) в течение периода меняет свое направление и сердечник перемагничивается. Индуктивное сопротивление обмотки равно:
ХL = R + 2πfL
Где: R – активное, омическое сопротивление провода обмотки
2πfL – реактивное (индуктивное) сопротивление обмотки.
При ненамагниченном сердечнике основное сопротивление носит индуктивный характер, именно оно определяет величину тока через обмотку. Активное сопротивление, это сопротивление провода, оно вносит потери и снижает КПД.
Во втором случае (нижний график), когда есть постоянная составляющая тока, она намагничивает сердечник. Диполи один раз развернулись вдоль магнитных линий и застыли. Они не поворачиваются туда-сюда, как в первом случае. По этой причине индуктивное сопротивление обмотки становится малым, практически нулевым, как вроде обмотка без сердечника. Величину тока в основном определяет омическое сопротивление обмотки R, которое в разы меньше индуктивного. Из-за чего ток растет до недопустимых значений и провод обмотки перегорит. Естественно трансформатор не может выполнять свои функции.
Но тема актуальна и народ не теряет к ней интерес.
Самое простое, что можно сделать, отсечь постоянную составляющую при помощи конденсатора, как показано на этой схеме:
Недостаток в том, что для перезаряда конденсатора нужен резистор R.
Его мощность соизмерима с мощностью нагрузки, это понижает КПД схемы настолько, что смысл теряется.
Есть патенты на данную тему. Например, такой:
Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой на двух диодах 5 и 6. С целью компенсации постоянной составляющей на сердечнике размещена дополнительная обмотка 3 с формирователем на элементах 8,9,10,11. Но это эффективно на более высоких частотах и небольших мощностях.
Есть еще такие удвоители частоты, где используется сдвиг фаз на 90 град.
Но опять же, это для небольших мощностей и более высоких частот.
Так что на сегодня самым реальным методом уменьшения габаритов источников питания является выпрямление напряжения сети, а затем питание от этого постоянного напряжения генераторов и мощных оконечных усилителей. Эти устройства работают на частотах десятков килогерц и трансформаторы выполняют на ферритах или сердечниках из распыленного железа с распределенным магнитным зазором. Именно так делают импульсные блоки питания и сварочные инверторы.
Материал статьи продублирован ан видео:
Конденсатор
— Почему больше напряжение после полного выпрямления
спросил
Изменено 1 год, 8 месяцев назад
Просмотрено 753 раза
\$\начало группы\$
Я использовал конденсатор 105Дж 400В. Подключил к сети 230 В переменного тока. Затем я измерил напряжение после конденсатора, и оно было снижено до 116 В переменного тока.
Затем я проверил напряжение после 4-х диодного выпрямления, здесь измерил 204 В постоянного тока.
Почему измеренное напряжение выше? Безопасно или опасно прикасаться к этим 204 вольтам постоянного тока?
Впервые пишу на этом форуме. я не знаю как загрузить фотки На самом деле конденсатор, о котором я говорю, — это конденсатор падения напряжения переменного тока. Итак, я ничего не подключал после мостового выпрямителя
Спасибо.
- напряжение
- конденсатор
- выпрямитель
- сила тока
- удар
\$\конечная группа\$
4
\$\начало группы\$
Не могли бы вы поделиться схемой. Это может помочь мне лучше понять.
После выпрямления напряжение увеличивается в 1,414 раза, поскольку оно выдает размах напряжения. Если вы пытаетесь выпрямить 12 В переменного тока, вы получите 17 В.
Кроме того, вам понадобится конденсатор после мостового выпрямителя.
Вам нужно избавиться от отрицательного импульса, прежде чем пропустить его через конденсатор.
Прикасаться к высокому постоянному напряжению небезопасно. Также небезопасно напрямую подключать к сети 230 В переменного тока. Следовательно, люди предлагают использовать изолирующий трансформатор.
\$\конечная группа\$
5
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
ac — Выходное напряжение выпрямителя
спросил
Изменено 4 года, 4 месяца назад
Просмотрено 3к раз
\$\начало группы\$
Является ли выходное напряжение постоянного тока любого выпрямителя (полупериодного, двухполупериодного или мостового) просто равным \$\sqrt{2}\$, умноженному на входное напряжение переменного тока между фазой и нейтралью? Или каждая схема выпрямителя имеет свою собственную формулу для расчета выходного напряжения постоянного тока?
- переменный ток
- постоянный ток
- выпрямитель
- мостовой выпрямитель
\$\конечная группа\$
2
\$\начало группы\$
Игнорирование диодных потерь.
Если вы измеряете выходное напряжение выпрямителя как среднеквадратичное (RMS) напряжение, вы получаете показание, отражающее количество энергии, которое может обеспечить источник, по сравнению с эквивалентным напряжением постоянного тока.
Среднеквадратичное значение выходного сигнала двухполупериодного выпрямителя такое же, как среднеквадратичное значение исходной формы волны. Квадратный бит устраняет эффект отрицательной половины исходного сигнала, дающего тот же ответ.
Среднеквадратичное значение выходного сигнала однополупериодного выпрямителя составляет половину значения исходной формы волны. Средний бит среднеквадратичного значения означает, что вы берете среднее значение за полный цикл, и у вас есть только половина исходной формы волны.
Все изменится, если, как обычно, поставить конденсатор на выход выпрямителя и получить постоянный ток. В этом случае конденсатор заряжается в √2 раза больше входного напряжения, это пик входного напряжения.
Если вы берете ток нагрузки из этой схемы, вы получаете пульсирующее постоянное напряжение.
Величина пульсаций зависит от частоты, размера конденсатора и силы тока. Это хорошо задокументировано в других вопросах. Смотрите этот вопрос.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Цепи выпрямителя включают полупериодные, двухполупериодные, удвоители напряжения, и типы умножителей напряжения. Простой диодный выпрямитель полуволнового типа и обычно имеет значительное прямое напряжение и зависимость от температуры, и будет иметь различный выход ток в разные нагрузки (в частности, конденсатор нагрузка приведет к более высоким потерям прямого напряжения и удержанию пиковое напряжение переменного тока).
Не существует единой формулы для всех комбинаций выпрямитель/нагрузка, но есть много приблизительных, которые могут быть полезны.
Большинство блоков питания с универсальным входом имеют удвоитель напряжения
выпрямление 120 В переменного тока и мостовое выпрямление выше
напряжения.
