Однофазные выпрямители. Однофазный однополупериодный выпрямитель: принцип работы, схема и характеристики

Временные диаграммы работы однополупериодного выпрямителя

Временные диаграммы напряжений и токов в схеме однофазного однополупериодного выпрямителя показывают принцип его работы:

На диаграммах показаны:

• u2 — напряжение на вторичной обмотке трансформатора
• uн — напряжение на нагрузке

Основные характеристики однофазного однополупериодного выпрямителя

Основными характеристиками однофазного однополупериодного выпрямителя являются:

Среднее значение выпрямленного напряжения

Среднее значение выпрямленного напряжения Ud0 определяется по формуле:

Ud0 = Um / π ≈ 0.318 Um

где Um — амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Коэффициент пульсаций

Коэффициент пульсаций Kп показывает степень пульсаций выпрямленного напряжения и определяется как:

Kп = Um1 / Ud0 ≈ 1.57

где Um1 — амплитуда первой гармоники пульсаций.

Коэффициент полезного действия

КПД однофазного однополупериодного выпрямителя составляет около 40%.

Обратное напряжение на диоде

Максимальное обратное напряжение на диоде равно амплитуде напряжения вторичной обмотки трансформатора Um.

Преимущества и недостатки однофазного однополупериодного выпрямителя

Однофазный однополупериодный выпрямитель имеет следующие преимущества:

• Простота схемы
• Минимальное количество элементов
• Низкая стоимость

К недостаткам можно отнести:

• Низкий КПД (около 40%)
• Большие пульсации выпрямленного напряжения
• Низкое среднее значение выпрямленного напряжения
• Одностороннее подмагничивание сердечника трансформатора

Области применения однофазного однополупериодного выпрямителя

Несмотря на недостатки, однофазные однополупериодные выпрямители находят применение в следующих областях:

• Маломощные источники питания
• Зарядные устройства
• Детекторы огибающей в радиоприемниках
• Измерительная техника

В целом, однофазный однополупериодный выпрямитель используется в устройствах, где не требуется высокое качество выпрямленного напряжения, а простота и низкая стоимость являются определяющими факторами.

Расчет параметров однофазного однополупериодного выпрямителя

При проектировании однофазного однополупериодного выпрямителя необходимо рассчитать следующие основные параметры:

Требуемое напряжение вторичной обмотки трансформатора

Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора U2 определяется по формуле:

U2 = π * Ud0 / 2.22

где Ud0 — требуемое среднее значение выпрямленного напряжения.

Максимальный ток диода

Максимальный ток диода Iдм равен максимальному току нагрузки:

Iдм = π * Id0

где Id0 — среднее значение тока нагрузки.

Обратное напряжение на диоде

Максимальное обратное напряжение на диоде Uобр.м определяется как:

Uобр.м = 2.82 * Ud0

Мощность трансформатора

Расчетная мощность трансформатора Sтр определяется по формуле:

Sтр = 3.1 * Pd

где Pd — мощность, выделяемая в нагрузке.

Сравнение однофазного однополупериодного выпрямителя с другими схемами

По сравнению с другими схемами выпрямителей, однофазный однополупериодный выпрямитель имеет следующие особенности:

Как видно из сравнения, однополупериодный выпрямитель уступает по основным параметрам, но имеет самую простую схему.

Методы улучшения характеристик однофазного однополупериодного выпрямителя

Для улучшения характеристик однофазного однополупериодного выпрямителя применяются следующие методы:

Использование сглаживающих фильтров

Применение емкостных, индуктивных или комбинированных фильтров позволяет значительно уменьшить пульсации выпрямленного напряжения.

Использование умножителей напряжения

Схемы умножения напряжения на базе однополупериодного выпрямителя позволяют получить более высокое выпрямленное напряжение.

Применение стабилизаторов напряжения

Использование стабилизаторов напряжения на выходе выпрямителя позволяет получить стабильное выходное напряжение при изменениях входного напряжения и тока нагрузки.

Таким образом, несмотря на простоту, однофазный однополупериодный выпрямитель может быть улучшен для применения в более требовательных схемах.

Однофазный однополупериодный выпрямитель

Диод выпрямитель

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

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

Неуправляемый однополупериодный выпрямитель

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

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

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

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

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

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

где U₂ действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

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

Ток i_d повторяет по форме напряжение u_d, потому как нагрузка в данном случае активная.

Среднее значение выпрямленного тока:

Управляемый однополупериодный выпрямитель

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

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

Задерживая подачу управляющего импульса на угол α относительно нулевого значения напряжения u_ab, можно изменять выпрямленное напряжение u_d. Нетрудно заметить, что чем больше угол α, тем позже открывается тиристор VS, а следовательно, меньше значение выпрямленного напряжения u_d.

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

Промышленная электроника

Горбачев Г. Н., Чаплыгин Е. Е. Промышленная электроника: Учебник для вузов/Под ред. В. А. Лабунцова. — М.: Энергоатом-издат, 1988, — 320 с. Рассмотрены принцип действия, характеристики и параметры полупроводниковых приборов, транзисторных усилителей, импульсных, логических и цифровых устройств, основанных на применении интегральных микросхем. Рассмотрены принцип действия, расчет, характеристики и параметры зависимых вентильных преобразователей, их влияние на питающую сеть, способы построения систем управления. Дан обзор автономных вентильных преобразователей. Для студентов энергетических и электромеханических специальностей вузов. Оглавление ПРЕДИСЛОВИЕ ВВЕДЕНИЕ Глава первая. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ И МИКРОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ 1.1. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ 1.2. ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНОМ ПЕРЕХОДЕ 1.3. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ 1.4. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ 1.5. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ 1.6. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ 1.7. ТИРИСТОРЫ 1.8. ПАРАМЕТРЫ И РАЗНОВИДНОСТИ ТИРИСТОРОВ 1. 9. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ 1.10. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ Глава вторая. ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ 2.1. ПЕРЕДАТОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА 2.2. РЕЖИМ ПОКОЯ В КАСКАДЕ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ 2.3. ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ. СТАБИЛИЗАЦИЯ РЕЖИМА ПОКОЯ 2.4. СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАСКАДА С ОЭ 2.5. ВИДЫ СВЯЗЕЙ И ДРЕЙФ НУЛЯ В УСИЛИТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА 2.6. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ КАСКАД 2.7. КАСКАД С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ 2.8. КАСКАД С ОБЩИМ ИСТОКОМ 2.9. ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 2.10. НЕИНВЕРТИРУЮЩИЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 2.11. ИНВЕРТИРУЮЩИЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 2.12. ОПЕРАЦИОННЫЕ СХЕМЫ 2.13. КОМПЕНСАЦИЯ ВХОДНЫХ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ НУЛЯ 2.14. ЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА И САМОВОЗБУЖДЕНИЕ УСИЛИТЕЛЕЙ 2.15. ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ 2.16. УСИЛИТЕЛИ С ЕМКОСТНОЙ СВЯЗЬЮ 2.17. КАСКАДЫ УСИЛЕНИЯ МОЩНОСТИ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ Глава третья. ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА 3.1. ПРЕИМУЩЕСТВА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В ВИДЕ ИМПУЛЬСОВ 3.2. КЛЮЧЕВОЙ РЕЖИМ ТРАНЗИСТОРА 3.3. НЕЛИНЕЙНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ. КОМПАРАТОРЫ 3.4. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ С ПОМОЩЬЮ RС-ЦЕПЕЙ 3.3. МУЛЬТИВИБРАТОР НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ 3.6. ОДНОВИБРАТОР НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ 3.7. ГЕНЕРАТОРЫ ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ НАПРЯЖЕНИЙ 3.8. МАГНИТНО-ТРАНЗИСТОРНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ Глава четвертая. ЛОГИЧЕСКИЕ И ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА 4.1. ОСНОВНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ И ИХ РЕАЛИЗАЦИЯ 4.2. ТИПЫ ЛОГИЧЕСКИХ МИКРОСХЕМ 4.3. АЛГЕБРА ЛОГИКИ 4.4. КОМБИНАЦИОННЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА 4.5. МИНИМИЗАЦИЯ ЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 4.6. КОМБИНАЦИОННЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ 4.7. АСИНХРОННЫЙ RS-ТРИГГЕР 4.8. СИНХРОННЫЕ ТРИГГЕРЫ 4.9. СЧЕТЧИКИ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ ИМПУЛЬСОВ 4.10. РЕГИСТРЫ 4.11. ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ 4.12. МИКРОПРОЦЕССОРЫ 4.13. СИСТЕМА КОМАНД МИКРОПРОЦЕССОРА 4. 14. ИНДИКАТОРНЫЕ ПРИБОРЫ И УЗЛЫ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ Глава пятая. МАЛОМОЩНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ ОДНОФАЗНОГО ТОКА 5.1. СТРУКТУРА ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ 5.2. ОДНОФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ С АКТИВНОЙ НАГРУЗКОЙ 5.3. ОДНОФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ С АКТИВНО-ИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКОЙ 5.4. ФИЛЬТРЫ МАЛОМОЩНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ 5.5. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ И РАСЧЕТА ВЫПРЯМИТЕЛЯ С ЕМКОСТНЫМ ФИЛЬТРОМ 5.6. ВНЕШНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАЛОМОЩНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ 5.7. СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ 5.8. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ С МНОГОКРАТНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ Глава шестая. ВЕДОМЫЕ СЕТЬЮ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СРЕДНЕЙ И БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ 6.1. ПРИМЕНЕНИЕ ВЕНТИЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ В ЭНЕРГЕТИКЕ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ 6.2. ОДНОФАЗНЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ 6.3. ОДНОФАЗНЫЙ ВЕДОМЫЙ СЕТЬЮ ИНВЕРТОР 6.4. ТРЕХФАЗНЫЙ НУЛЕВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ 6.5. ТРЁХФАЗНЫЙ МОСТОВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ 6.6. СОСТАВНЫЕ МНОГОФАЗНЫЕ СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ 6.7. РЕВЕРСИВНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ И НЕПОСРЕДСТВЕННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ 6. 8. РЕГУЛИРУЕМЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ Глава седьмая. ВЛИЯНИЕ ВЕНТИЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НА ПИТАЮЩУЮ СЕТЬ 7.1. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ ВЕНТИЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 7.2. ВЕНТИЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ПОВЫШЕННЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ МОЩНОСТИ 7.3. ИСТОЧНИКИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ Глава восьмая. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ 8.1. ФУНКЦИИ И СТРУКТУРА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЙ 8.2. ФАЗОСМЕЩАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА (ФСУ) 8.3. МНОГОКАНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 8.4. ОДНОКАНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ Глава девятая. АВТОНОМНЫЕ ВЕНТИЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ 9.1. СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 9.2. УЗЛЫ КОММУТАЦИИ ОДНООПЕРАЦИОННЫХ ТИРИСТОРОВ 9.3. ИНВЕРТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ 9.4. ИНВЕРТОРЫ ТОКА 9.5. РЕЗОНАНСНЫЕ ИНВЕРТОРЫ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Однофазный полупериодный выпрямитель – принципиальная схема, теория и применение

Однофазный полупериодный выпрямитель преобразует переменное напряжение в постоянное. Для выпрямления требуется всего один диод.

Выпрямитель — это устройство, которое преобразует переменный ток (AC) в постоянный ток (DC). Переменный ток периодически меняет свое направление на противоположное, тогда как постоянный ток периодически не меняет своего направления.

Однополупериодный выпрямитель пропускает один полупериод переменного тока и блокирует другой полупериод. Таким образом, за один полный цикл сигнала переменного тока проходит полупериод. В однополупериодном выпрямителе для преобразования переменного тока в постоянный используется только один диод.

Теперь мы обсудим теорию однофазного однополупериодного выпрямителя.

Основной частью однополупериодного выпрямителя является диод. Диод работает, если анодное напряжение больше, чем напряжение включения диода. Напряжение включения кремниевого и германиевого диода составляет 0,7 и 0,3 Вольта соответственно. Если анодное напряжение больше 0,7 вольта, диод начинает проводить. В силовой электронике обычно используются кремниевые диоды, потому что они имеют низкое прямое сопротивление, что делает их подходящими для обеспечения высокого прямого тока.

В течение одного положительного полупериода диод проводит и пропускает сигнал в течение периода от o до π. Диод не проводит ток в течение периода от π до 2π, поскольку потенциал анода меньше напряжения включения диода. Выходной сигнал диода представляет собой напряжение постоянного тока, поскольку он имеет положительные импульсы. Выходной сигнал постоянного тока имеет больше пульсаций и не является гладким.

Мы можем получить отрицательное постоянное напряжение, заставив диод проводить ток во время отрицательного полупериода сигнала переменного тока.

Диод проводит ток во время отрицательного полупериода сигнала переменного тока. Во время положительного полупериода диод находится в обратном смещении, и ток через диод не течет.

Принципиальная схема однополупериодного выпрямителя показана ниже.

Схема однополупериодного выпрямителя состоит из трех основных частей.

• Трансформатор
• Диод
• Резистивная нагрузка

Напряжение подается на первичную сторону трансформатора. Низкое напряжение индуцируется во вторичной обмотке трансформатора в соответствии с коэффициентом трансформации трансформатора. Напряжение уменьшается, чтобы получить желаемое напряжение постоянного тока. Упрощенная эквивалентная вторичная цепь выпрямителя приведена ниже.

Во время положительного полупериода сигнала переменного тока напряжение на аноде диода превышает его напряжение включения, диод смещается в прямом направлении и начинает проводить ток. Таким образом, в положительном полупериоде диод остается в проводящем состоянии и через диод протекает ток. Диод имеет очень низкое прямое сопротивление в состоянии прямого смещения, и диод ведет себя как короткое замыкание, учитывая нулевое прямое сопротивление.

Диод перестает работать, когда кривая переменного тока пересекает ноль и приближается к отрицательному полупериоду. Во время отрицательного полупериода диод находится в обратном смещении, и ток через диод не течет. Во время отрицательного полупериода диод представляет собой разомкнутую цепь. Эквивалентная схема однополупериодного выпрямителя приведена ниже.

Во время отрицательного полупериода обратное сопротивление диода очень велико, и он действует как разомкнутая цепь, и диод не пропускает через себя ток.

Мы обсудим, как различные формулы однополупериодного выпрямителя используются для оценки производительности выпрямителя.

Мы можем рассчитать среднее или эффективное выходное значение постоянного тока однополупериодного выпрямителя, взяв среднее значение выходного напряжения постоянного тока. Мгновенное значение тока на выходе выпрямителя i=I _м Синωт. Средний ток нагрузки через сопротивление нагрузки равен:

Для однополупериодного выпрямителя среднеквадратичное значение тока нагрузки (Irms) равно среднему току (IDC), кратному на π/2. Следовательно, среднеквадратичное значение тока нагрузки (Irms) для однополупериодного выпрямителя составляет:

Коэффициент пульсаций показывает эффективность выпрямления. Выход выпрямленного постоянного тока также имеет составляющую переменного тока. Составляющая переменного тока нежелательна на выходе выпрямленного постоянного тока, а составляющая переменного тока, доступная в выпрямленном постоянном токе, представляет собой пульсацию. Устранить переменную составляющую в выпрямленном постоянном на выходе практически невозможно. Однако меньшие пульсации выпрямленного сигнала делают выходной постоянный ток более плавным.

Коэффициент пульсаций — это отношение составляющей переменного тока, доступной на выходе выпрямителя, к среднему значению выходного постоянного тока.

Коэффициент пульсаций однополупериодного выпрямителя можно выразить следующим математическим выражением.

Коэффициент пульсаций однополупериодного выпрямителя равен 1,21. Можно уменьшить пульсации, установив конденсатор и катушку индуктивности в качестве схемы фильтра.

Отношение среднеквадратичного значения к среднему значению составляет 9Форм-фактор 0005.

Отношение выходной мощности постоянного тока к входной мощности переменного тока является КПД выпрямителя. Формула КПД равна:

КПД однополупериодного выпрямителя равен 40,6%.

Пиковое обратное напряжение диода — это максимальное напряжение, которое диод может выдержать в условиях обратного смещения. Если на диод подается напряжение выше пикового обратного напряжения (PIV), диод может выйти из строя.

• Выпрямление мощности:   Мы используем полуволновой выпрямитель для выпрямления переменного тока для получения постоянного напряжения.
• Демодуляция сигнала:   В процессе демодуляции можно восстановить исходный сигнал, отправленный со стороны передатчика. Однополупериодный выпрямитель лучше всего подходит для демодуляции модулированных сигналов.
• Пиковый детектор сигнала:    Простой полуволновой диодный детектор может определять пиковое значение сигнала. Поэтому мы используем его как пиковый детектор.

Однополупериодный выпрямитель имеет очень простую конструкцию. Однополупериодный выпрямитель имеет очень мало компонентов.

• Меньшее количество компонентов
• Дешевле

Недостатки однополупериодного выпрямителя:

• Выпрямляет только половину волны переменного тока и фильтрует другую половину периода. Поэтому его эффективность очень низка (около 40%).
• Низкое выходное напряжение постоянного тока.
• Выходной постоянный ток содержит больше пульсаций, поэтому выходной сигнал не является чистым постоянным током.

Входная мощность однополупериодного выпрямителя составляет 200 Вт. Выходная мощность постоянного тока выпрямителя составляет 80 Вт. Каков КПД выпрямителя?

Эффективность выпрямления = Pout/PIN x 100
= 80/200 x100
= 40 %

Пример № 2

AC AC ORCOMT = 606. применяется к однополупериодному выпрямителю. Внутреннее сопротивление диода (r _f ) составляет 20 Ом, а сопротивление нагрузки – 600 Ом. Рассчитать – (1) Потребляемая мощность переменного тока (2) Выходная мощность постоянного тока (3) Эффективность выпрямления

Переменный ток 230 вольт подается на понижающий трансформатор 230/15 вольт, вторичная обмотка которого подключена к однополупериодному выпрямителю.
Найти
(1) Выходное напряжение постоянного тока
(2) PIV диода.

Похожие сообщения

• Что такое коленное напряжение диода PN-перехода?
• Работа диода Шоттки и его применение
• Что такое пульсация и коэффициент пульсации? Формула коэффициента пульсации
• Почему диод является неомическим полупроводниковым устройством?
• Сопротивление диодов — статическое, динамическое и обратное сопротивление
• ZenerEdere Deculator as Tructage
• Операция BJT в Active, насыщенность и ограничение. :

  3.4: Цепи выпрямителя — Workforce LibreTexts

  1. Последнее обновление

  2. Сохранить как PDF

• Идентификатор страницы

  745

• Тони Р. Купхальдт
• Schweitzer Engineering Laboratories via All About Circuits

Что такое исправление?

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

Схема однополупериодного выпрямителя.

Однополупериодное выпрямление

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

Применение однополупериодного выпрямителя: Двухуровневый диммер лампы.

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

Двухполупериодные выпрямители

Если нам необходимо выпрямить переменный ток, чтобы получить полное использование обоих полупериодов синусоиды, необходимо использовать другую конфигурацию схемы выпрямителя. Такая схема называется двухполупериодным выпрямителем . Один тип двухполупериодного выпрямителя, называемый конструкцией с отводом от средней точки , использует трансформатор с вторичной обмоткой с отводом от средней точки и двумя диодами, как показано на рисунке ниже.

Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом.

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

Двухполупериодный выпрямитель со средним отводом: верхняя половина вторичной обмотки проводит ток во время положительного полупериода входа, обеспечивая положительный полупериод на нагрузку. . Теперь другой диод и другая половина вторичной обмотки трансформатора пропускают ток, в то время как части цепи, ранее проводившие ток в течение последнего полупериода, простаивают. Нагрузка по-прежнему «видит» половину синусоиды той же полярности, что и раньше: положительную сверху и отрицательную снизу. (Рисунок ниже)

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

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

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

Двухполярный двухполупериодный выпрямитель со средним отводом

Двухполупериодные мостовые выпрямители

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

Двухполупериодный мостовой выпрямитель.

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

Двухполупериодный мостовой выпрямитель: поток электронов для положительных полупериодов.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель: поток электронов для отрицательных полупериодов.

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

Альтернативный вид компоновки двухполупериодного мостового выпрямителя.

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

Схема трехфазного двухполупериодного мостового выпрямителя.

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

Схема шестифазного двухполупериодного мостового выпрямителя.

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

Выход трехфазного переменного тока и трехфазного двухполупериодного выпрямителя.

Напряжение пульсаций

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

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

Иногда метод выпрямления называют путем подсчета количества выходных «импульсов» постоянного тока на каждые 360 ^o электрических «вращений». Таким образом, однофазная схема однополупериодного выпрямителя будет называться 1-импульсным выпрямителем , потому что она вырабатывает один импульс в течение времени одного полного цикла (360 ^o ) формы волны переменного тока. Однофазный двухполупериодный выпрямитель (независимо от конструкции, с центральным отводом или мостом) будет называться 9.0280 2-импульсный выпрямитель , потому что он выдает два импульса постоянного тока в течение одного периода переменного тока. Трехфазный двухполупериодный выпрямитель будет называться 6-пульсным блоком .

Фазы выпрямительного контура

Современное электротехническое соглашение дополнительно описывает функцию выпрямительного контура, используя трехпольное обозначение: фаз , путей и количество импульсов . Однофазной схеме однополупериодного выпрямителя дается несколько загадочное обозначение 1Ph2W1P (1 фаза, 1 путь, 1 импульс), означающее, что напряжение питания переменного тока является однофазным, что ток на каждой фазе линий питания переменного тока движется только в одном направлении (пути), и что на каждые 360 ^o электрического вращения. Однофазная двухполупериодная схема выпрямителя с центральным отводом будет обозначаться как 1Ph2W2P в этой системе обозначений: 1 фаза, 1 путь или направление тока в каждой половине обмотки и 2 импульса или выходного напряжения за цикл. Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель будет обозначаться как 1Ph3W2P: так же, как и в конструкции с центральным отводом, за исключением тока, он может проходить через линии переменного тока в обоих направлениях, а не только в одном. Показанная ранее схема трехфазного мостового выпрямителя будет называться выпрямителем 3Ф3В6П.

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

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

Схема многофазного выпрямителя: 3-х фазный 2-х полосный 12-импульсный (3Ph3W12P)

Обзор

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

---

Эта страница под названием 3.4: Rectifier Circuits распространяется в соответствии с лицензией GNU Free Documentation License 1.3 и была создана, изменена и/или курирована Тони Р. Купхальдтом (Все о цепях) через исходный контент, отредактированный в соответствии со стилем и стандартами. платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх
• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или страница

   Автор

   Тони Р.