Выпрямительные приборы: Выпрямительные приборы для измерения переменных токов и напряжений

Содержание

Выпрямительные приборы. Измерение тока


 

Магнитоэлектрические приборы пригодны для измерений в цепях постоянного тока. Расширение их возможностей достигается преобразованием переменного тока в постоянный. В этом случае удается использовать такие их свойства, как высокую чувствительность и точность, малое потребление энергии. Выпрямительные приборы могут строиться на применении пассивных и активных элементов. В данном параграфе рассматриваются приборы, основанные на использовании пассивных элементов (диодов).

Рис. 5.13. Выпрямление тока

Для преобразования переменного тока в постоянный используются одно- и двухполупериодные выпрямители. В схеме однополупериодного выпрямителя (рис. 5.13, а) через прибор проходит только положительная полуволна тока (рис. 5.13, б, в), что определяется включением диода VD1 в соответствующей полярности. Диод VD2 образует цепь для прохождения отрицательной полуволны тока. Цепь VD2, R1 обеспечивает защиту диода VDI от пробоя, шунтируя его при отрицательной полуволне тока. Сопротивление резистора выбирается равным сопротивлению измерительного механизма. При этом сопротивление прибора будет одинаковым для любого направления тока.

Более широкое распространение получила двухполупериодная схема выпрямления, различные варианты которой показаны на рис. 5.14, а – г.
В двухполупериодной схеме выпрямителя ток проходит через измерительный механизм в обе половины периода (рис. 5.14, д). В трансформаторной схеме (рис. 5.14, а) диоды включаются во вторичную обмотку трансформатора, так что ток через прибор протекает в одном направлении. В течение первого полупериода протекает ток (через цепь диода VD1), в течение второго полупериода ток (через диод VD2). Аналогично работают и мостовые схемы, показанные на рис. 5.14, б, в, г. Измерительный механизм включается в диагональ моста. Ток через него протекает в одном направлении, как показано на рис. 5.14,

а – г стрелками. Преимуществом двухполупериодного выпрямителя является удвоенная величина тока, что нетрудно заметить из сравнения рис. 5.13, в и 5.14, д.



Рис. 5.14. Схемы выпрямителей

 

В мостовых схемах (рис. 5.14, в, г) два диода заменены резисторами. Это позволяет уменьшить температурную погрешность прибора, так как прямое и обратное сопротивления диодов сильно зависят от температуры. Уменьшение погрешности связано сокращением числа диодов, а также со стабилизирующим действием резисторов. Схема на рис. 5.14, г удобна для измерения больших токов, поскольку резисторы R1 и R2 выполняют роль шунтов. Недостатком схем (рис. 5.14, в, г) является необходимость применения более чувствительного механизма.

Зависимость показаний прибора от тока может быть определена из следующих соображений. Согласно (5.1) мгновенное значение вращающего момента , где

i – мгновенное значение тока, протекающего через измерительный механизм. Из-за инерции подвижной части ее отклонение будет пропорционально среднему значению вращающего момента.
Если ток i(t), то для схемы однополупериодного выпрямителя имеем

,

а для двухполупериодного выпрямления , где .

При равновесии и, следовательно, для однополупериодных и двухполупериодных приборов соответственно имеем

;

Таким образом, выпрямительные приборы позволяют измерять среднее значение тока.

Преимуществом выпрямительных приборов является высокая чувствительность, позволяющая измерять напряжения 0,2 – 0,3 В и токи 0,25 –
0,3 мА, малое потребление энергии, широкий (до 100 МГц) диапазон частот.

Погрешность выпрямительного прибора определяется погрешностью измерительного механизма, погрешностью, вызванной температурной нестабильностью выпрямительных диодов. Частотная погрешность возникает из-за паразитных емкостей выпрямительных диодов. Классы точности обычно 1,0 – 2,5.

В большинстве случаев выпрямительные приборы выполняют комбинированными и многопредельными. В корпусе прибора помещают измерительный механизм, выпрямительные диоды, наборы шунтов и дополнительных резисторов. Путем коммутации этих элементов создаются схемы для измерения тока, напряжения, сопротивления.

 


Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Выпрямительные приборы — Студопедия

Электромеханические приборы с преобразователями

Высокая чувствительность, точность и малое потребление энергии выгодно отличают магнитоэлектрические приборы от других электромеханических приборов. Ввиду этого стремятся использовать магнитоэлектрические приборы для измерений на переменном токе. Эта задача решается путем преобразования переменного тока в постоянный с последующим его измерением с помощью магнитоэлектрического измерительного механизма.

В качестве преобразователей переменного тока в постоянный используют выпрямительные и термоэлектрические преобразователи, а также преобразователи на электронных элементах (электронных лампах, транзисторах, интегральных микросхемах и т. п.). В соответствии с этим различают выпрямительные, термоэлектрические и электронные приборы.. Электронные приборы будут рассмотрены в разделе 4.5.

Выпрямительные приборы представляют собой соединение выпрямительного преобразователя и магнитоэлектрического измерительного механизма с отсчетным устройством.

В выпрямительных приборах используют одно- и двухполупе-риодные диодные схемы выпрямления. При использовании схемы однопо-лупериодного выпрямления (рис.4.13,а) через измерительный механизм проходит только одна полуволна переменного тока, а обратная — пропускается через диод Д2и резистор R. Цепь из диода

Д2и резистора R = RHиспользуют для выравнивания обеих полуволн тока в общей цепи, а также для защиты от пробоя диода Д1при обратной полуволне напряжения.

Рис.4.13. Схемы однополупериодного (а) и двухполупериодного выпрямления

При использовании схемы двухполупериодного выпрямления выпрямленный ток проходит через измерительный механизм в обе половины периода и, следовательно, чувствительность этих схем выше, чем однополупериодных. На рис.4,б показана наиболее распространенная двухполупериодная схема выпрямления — мостовая.

Выпрямительные свойства диодов характеризуют коэффициентом выпрямления

(4.22)

где Iпр и I0бР — токи, протекающие через диод в прямом и обратном направлении; Rnpи Rобр — соответственно прямое и обратное сопротивление диода. Значение kB зависит от приложенного к диоду напряжения, частоты протекающего тока и температуры окружающей среды.

Если измеряется переменный ток , то мгновенный вращающий момент измерительного механизма при протекании по его катушке пульсирующего выпрямленного тока

При использовании выпрямительного прибора в цепи переменного тока промышленной или более высокой частоты отклонение подвижной части измерительного механизма при однополупериодном выпрямлении определяется средним моментом

(4.23)

а при двухполупериодном выпрямлении


(4.24)

где Т — период; Iср — средний измеряемый ток.

Угол поворота подвижной части измерительного механизма при одно- и двухполупериодном выпрямлении соответственно

(4.25)

Из полученных выражений видно, что у выпрямительных приборов отклонение подвижной части пропорционально среднему измеряемому току.

При измерениях в цепях переменного тока обычно нужно знать действующий ток (напряжение). Учитывая, что действую­щий ток связан с равенством

Icр = I/kф , где kф— коэффициент формы кривой тока,

(4.26)

Таким образом, выпрямительный прибор может быть градуирован в действующих значениях тока (напряжения) только для заданной формы кривой (для синусоиды kфс=1,11). Если же форма кривой измеряемого тока (напряжения) отлична от заданной, в показаниях прибора появляется погрешность.

Если коэффициент формы kфизвестен, то действующий ток несинусоидальной формы, измеренный прибором, градуированным по синусоидальному току, может быть определен по формуле:

(4.27)

Зависимость коэффициента выпрямления диодов от температуры, приложенного напряжения и частоты протекающего тока, а также влияние формы кривой измеряемого тока приводит к значительным погрешностям выпрямительных амперметров и вольтметров. Снижение погрешностей обычно производится путем включения дополнительных элементов коррекции в цепи приборов.

Сочетание магнитоэлектрического измерительного механизма, схемы выпрямления, шунта или добавочного резистора образует выпрямительный амперметр или вольтметр.


Выпрямительные приборы в большинстве случаев выполняют многопредельными и комбинированными. Этими приборами путем переключений элементов прибора с помощью переключателей можно измерять как постоянные, так и переменные токи и напряжения, а также измерять сопротивления по схеме омметра. Верхний предел измерений для выпрямительных приборов, выпускаемых отечественной промышленностью, составляет: тока — от 3 мА до 10 А, напряжения — от 75 мВ до 600 В (предел 75 мВ—только для постоянного напряжения), сопротивления — от 0,5 кОм до 5 МОм.

Из-за нелинейности вольт-амперных характеристик диодов при малых значениях переменных токов (напряжений) шкала в начальной части (0—15 %) неравномерная.

Выпрямительными приборами без частотной компенсации можно пользоваться для измерения токов и напряжений до частот 5000 – 10 000 Гц, в приборах с частотной компенсацией рабочий диапазон частот расширяется до 50 кГц. Точность выпрямительных приборов относительно невысока — класс точности обычно 1,5; 2,5.

1.7 Выпрямительные приборы. Метрологическое обеспечение и стандартизация измерений напряжения и тока

Похожие главы из других работ:

Метрологическое обеспечение и стандартизация измерений напряжения и тока

1.2 Магнитоэлектрические приборы

Узел для создания вращающего момента состоит из сильного постоянного магнита и легкой подвижной катушки, по которой протекает измеряемый ток (рис. 1.3.а)…

Метрологическое обеспечение и стандартизация измерений напряжения и тока

1.3 Электромагнитные приборы

Электромагнитные измерительные приборы с подвижным магнитом также основаны на магнитоэлектрическом принципе. Они могут быть использованы для измерений на постоянном токе, а с дополнительными преобразователями — и на переменном токе…

Метрологическое обеспечение и стандартизация измерений напряжения и тока

1.4 Электродинамические приборы

Электродинамические измерительные приборы основаны на принципе взаимодействия токов. Они могут применяться для измерений, как на переменном, так и на постоянном токе…

Метрологическое обеспечение и стандартизация измерений напряжения и тока

1.5 Электростатические приборы

Электростатические измерительные приборы могут быть использованы для измерений, как на постоянном, так и на переменном токе. Измерительный прибор состоит из конденсатора, электроды которого закреплены так, что имеется возможность…

Метрологическое обеспечение и стандартизация измерений напряжения и тока

1.6 Термоэлектрические приборы

При настройке и контроле режима антенных и других колебательных систем радиотехнических устройств возникает необходимость в измерении токов высоких частот…

Полупроводниковый прибор КД409А

4. Полупроводниковые диоды: выпрямительные, стабилитроны, туннельные, фотодиоды, светодиоды, варикапы. Конструкция, основные характеристики и параметры, условные обозначения

Полупроводниковым диодом называется прибор с двумя выводами и одним p-n переходом. Принцип работы полупроводникового диода основан на использовании односторонней проводимости, электрического пробоя и других свойств p-n перехода…

Разработка и изготовление лабораторного стенда по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов

1.1 Выпрямительные диоды

Выпрямительный полупроводниковый диод — это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Выпрямительные диоды выполняются на основе р-n — перехода и имеют две области…

Расчет и проектирование диода Ганна

1.1.1 Выпрямительные диоды

Диоды, используемые в электрических устройствах для преобразования переменного тока в ток одной полярности, называют выпрямительными. Разновидностью выпрямительных диодов являются лавинные диоды…

Расчет и проектирование диода на основе кремния

1.3 Силовые полупроводниковые выпрямительные диоды

Силовой (мощные) полупроводниковый выпрямительный диод (далее просто диод) представляет собой полупроводниковую структуру, состоящую из двух граничащих между собой слоев полупроводника дырочного р- и электронного n-типов…

Расчет измерительных преобразователей. Полупроводниковый диод

— выпрямительные диоды;

— импульсные диоды; — стабилитроны; — варикапы; — светодиоды; — тоннельные диоды и так далее…

Расчет измерительных преобразователей. Полупроводниковый диод

Выпрямительные диоды

101-399 Диоды выпрямительные малой мощности (Iпр.ср.<0,3A) К или 2 Кремний 201-299 Диоды выпрямительные средней мощности (0…

Расчет измерительных преобразователей. Полупроводниковый диод

6. Выпрямительные диоды

Общая характеристика выпрямительных диодов. Выпрямительным диодом называется полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный в силовых цепях, то есть в источниках питания…

Структурированная кабельная система на 292 порта зданий гимназии

4.1 Приборы для тестирования

Испытания проводятся тестером-сертификатором СКС, который автоматический проводит серию тестов в виде генерации электрических сигналов заданных характеристик…

Установка звуковоспроизводящей аппаратуры в легковом автомобиле

2.1 Звукообрабатывающие приборы

Все головные устройства (автомагнитолы) можно разделить на три типа: кассетные, CD-ресиверы и MD-ресиверы. Наиболее распространены кассетные ресиверы, и это объясняется тем, что кассета является наиболее привычным и удобным аудионосителем…

Устройства генерирования и канализации субмиллиметровых волн

1.2 Плазменные приборы

Ряд исследователей высказывал предположение, что для генерирования и усиления субмиллиметровых волн вместо обычной замедляющей системы ЛОВ может быть применен плазменный волновод. В изучение приборов, использующих электронно-ионную плазму…

Выпрямительный электроизмерительный прибор — это… Что такое Выпрямительный электроизмерительный прибор?

Выпрямительный электроизмерительный прибор
        служит для измерения характеристик переменного тока; состоит из выпрямителя тока и магнитоэлектрического прибора (См. Магнитоэлектрический прибор), который измеряет либо среднее значение выпрямленного тока, либо отношение средних значений выпрямленных токов. Выпрямляющим элементом обычно служат полупроводниковые приборы. С помощью В. э. п. измеряют напряжение, силу тока, частоту, фазу, мощность. На рис. изображена упрощённая схема В. э. п. для измерения силы переменного тока J. Диоды D образуют двухполупериодную схему выпрямления. Среднее значение выпрямленного тока измеряется магнитоэлектрическим прибором П. Включение в цепь тока J последовательно с выпрямительной схемой добавочного сопротивления позволяет применить данную схему для измерения напряжения переменного тока. Шкала электроизмерительного прибора П обычно градуируется в действующих значениях напряжения или силы переменного тока синусоидной формы. В действительности отклонение указателя прибора П пропорционально среднему значению напряжения или силы тока. Для измерения мощности В. э. п. применяют редко.

         Как правило, В. э. п. — универсальные многопредельные измерительные устройства с высокой чувствительностью. Недостатки В. э. п. — невысокая точность, а также зависимость показаний от формы кривой переменного тока и температуры окружающей среды.

        

         Лит.: Арутюнов В. О., Электрические измерительные приборы и измерения, М. — Л., 1958; Курс электрических измерений, под ред. В. Т. Прыткова и А. В. Талицкого, ч. 1, М. — Л., 1960.

         В. П. Кузнецов.

        

        Принципиальная схема выпрямительного электроизмерительного прибора.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

  • Выпрямительный столб
  • Выпуклая кривая

Полезное


Смотреть что такое «Выпрямительный электроизмерительный прибор» в других словарях:

  • ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР — служит для измерений напряжения, силы тока, отношения токов, частоты, фазы, мощности в электрич. цепях перем. тока. Наиболее распространены на основе В. э. п. амперметры и вольтметры. Схема включения В. э. п. определяется видом измеряемой… …   Физическая энциклопедия

  • ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР — служит для измерений силы перем. тока или напряжения; состоит из выпрямителей тока и устройства для измерения силы пост. тока (напряжения) обычно магнитоэлектрического измерительного прибора, соединённых, как правило, по схеме мостовой цепи (см.… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • ЭЛЕКТРОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР — прибор, измерит. цепи к рого содержат электронные (полупроводниковые или ламповые) элементы; используется для измерений практически всех электрич. величин, а также неэлектрич. величин, предварительно преобразованных в электрические. Обладает… …   Физическая энциклопедия

  • Электрические измерения —         измерения электрических величин: электрического напряжения, электрического сопротивления, силы тока, частоты и фазы переменного тока, мощности тока, электрической энергии, электрического заряда, индуктивности, электрической ёмкости и др.… …   Большая советская энциклопедия

  • АМПЕРМЕТР — прибор для измерения силы электрич. тока. В соответствии с верх. пределом измерений различают кило , милли , микро и наноамперметры. А. включается в цепь тока последовательно. Для уменьшения искажающего влияния А. должен обладать малым входным… …   Физическая энциклопедия

  • ВОЛЬТМЕТР — (от вольт и греч. metreo измеряю), прибор для измерения напряжения в электрич. цепях. В. включается параллельно участку цепи, на к ром измеряется напряжение. Для уменьшения влияния включённого В. на режим цепи он должен обладать большим входным… …   Физическая энциклопедия

  • Преобразовательная техника —         раздел электротехники (См. Электротехника), предметом которого является разработка способов и средств преобразования электрической энергии; совокупность соответствующих преобразовательных устройств. Устройства П. т. изменяют величины… …   Большая советская энциклопедия

  • МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ — преобразователь силы пост. электрич. тока в механич. перемещение на основе вз ствия подвижного контура тока с магн. полем пост. магнита. При протекании тока через рамку механизма (рис.) возникают силы (см. АМПЕРА ЗАКОН), создающие вращат. момент …   Физическая энциклопедия

2.2 Выпрямительные и термоэлектрические приборы кратко МЕТРОЛОГИЯ…

Привет, Вы узнаете про выпрямительные, Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое выпрямительные, термоэлектрические приборы , настоятельно рекомендую прочитать все из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ.

2.2.1 Магнитоэлектрические приборы с преобразователями переменного тока в постоянный

Описанные выше приборы не решают многих проблем, возникающих при измерении разных величин на переменном токе: электромагнитный и электродинамический — низкочастотны, электростатический обладает низкой чувствительностью.  

Применение магнитоэлектрического        механизма в       сочетании с преобразователем переменного тока в постоянный позволяет существенно расширить возможности измерений на переменном токе.  

По типу преобразователя данные приборы делят на: выпрямительные и термоэлектрические (см. табл. 2.2).

Выпрямительные приборы состоят из полупроводникового диодного преобразователя переменного тока в постоянный.  

Вследствие нелинейности вольтамперной характеристики диода, спектр протекающего через него тока содержит составляющие частот, кратные частоте измеряемого напряжения, а также постоянную составляющую, отражающую информацию о значении измеряемой величины.

Технически удобнее выделить постоянную составляющую выходного тока        (или напряжения),      если ее      значение       связано      определенной функциональной зависимостью с измеряемым напряжением, и которая может служить сигналом измерительной информации.  

В этом случае основные операции, выполняемые электрической схемой вольтметра: преобразование измеряемого напряжения с помощью нелинейного устройства, выделение постоянной составляющей и ее измерение показывающим измерительным прибором.

 

 

Таблица 2.2 Магнитоэлектрическая система с преобразователями

 

 

Схему преобразователя можно строить разными способами, но в результате через измерительный механизм должен протекать однополярный пульсирующий ток (двухполупериодный или однополупериодный).

В табл. 2.2 показан простейший двухполупериодный (двухтактный) диодный выпрямитель.  

В силу того, что магнитоэлектрическая измерительная система реагирует на постоянный ток, показания прибора будут пропорциональны средневыпрямленному значению переменного тока или напряжения.  

Данное обстоятельство является очень существенным, так как часто приборы         проградуированы       в        средних       квадратических значениях синусоидального тока.  

Это значит, что на шкале прибора представлено не то значение, на которое реагирует прибор (т.е. средневыпрямленное), а величина, умноженная на Кф = 1,11.

 

 

Рисунок 2.2 Напряжение меандровой формы 

При измерении параметров переменного негармонического сигнала, практически всегда возникает методическая погрешность . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Например, при градуировке измерительного прибора на синусоидальном токе точке шкалы в 100 В соответствовало средневыпрямленное значение напряжения 90 В. Если на этот измерительный прибор подать напряжение, имеющее форму меандра с параметрами, изображенными на рис.2.2 (напомним, что у такого сигнала Ка = Кф = 1, т.е. Um = U = Uср в ≈ 90 В), то его показания также будут около 100 В (1,11 Uсрв) и абсолютная погрешность составит: Δ = 100 — 90 = 10 В.

Выпрямительные   приборы    применяют          как       комбинированные измерители постоянного и переменного тока и напряжения с пределами измерения тока от 1 мА до 600 А, напряжения — от 0,1 до 600 В.

Достоинствами выпрямительных приборов являются высокая чувствительность, малое собственное потребление энергии и возможность измерения в широком диапазоне частот. Частотный диапазон выпрямительных приборов определяется применяемыми диодами. Так, использование точечных кремниевых диодов обеспечивает измерение переменных токов и напряжений на частотах 50…105 Гц. Выпрямительные приборы выполняют в виде многопредельных и многоцелевых лабораторных измерительных приборов. К этому типу измерительных приборов относится так называемый тестер.

Приборы термоэлектрической системы состоят из термоэлектрического преобразователя (проще, термопреобразователя) и магнитоэлектрического микроамперметра. Термопреобразователь содержит нагреватель с протекающим по нему измеряемым током, и термопару, на концах которой возникает термоЭДС. Для измерения термотока в цепь термопары включен микроамперметр. Рабочий спай термопары находится в тепловом контакте с нагревателем, который представляет собой тонкую проволоку из металлического сплава с высоким удельным сопротивлением (нихром, манганин). Еще более тонкие проволочки из термоэлектродных материалов применяют для изготовления термопары. При прохождении измеряемого тока через нагреватель, место его контакта с термопарой нагревается до требуемой температуры, а холодный спай остается при температуре окружающей среды. Функционирование прибора основано на тепловом действии тока, и поэтому магнитоэлектрический прибор с термоэлектрическим преобразователем измеряет среднее квадратическое значение переменного тока любой формы.

термоэлектрические приборы применяют в основном для измерения токов. В качестве вольтметров практически не используют, так как их входное сопротивление      чрезвычайно       мало.       Достоинством     термоэлектрических приборов является широкий частотный диапазон (до 10 МГц). Недостатки:

невысокая чувствительность, низкий класс точности (1,5…4,0).

 

2.2.2 Компенсаторы постоянного тока

Наиболее точные измерения можно выполнить методом сравнения с мерой. Приборы, в которых измерение производится методом сравнения измеряемой величины с эталонной, называют компенсаторами. Принцип действия компенсатора основан на уравновешивании  (компенсации) измеряемого напряжения известным падением напряжения на образцовом резисторе. Момент полной компенсации фиксирует нуль-индикатор (НИ), реагирующий на очень маленькие постоянные токи. Разработаны компенсаторы переменного и постоянного тока.

Упрощенная схема компенсатора постоянного тока для измерения напряжения Ux показана на рис. 2.3. Источник постоянного напряжения Еосоздает рабочий ток Iр в цепи, состоящей из последовательно включенных измерительного RИ, установочного (образцового) Ry и регулировочного Rрегрезисторов. В качестве источника образцовой ЭДС (меры ЭДС) используется нормальный элемент Ен.э — изготавливаемый по специальной технологии, гальванический элемент, среднее значение ЭДС которого при температуре 20 °С равно 1,0186 В. Установочный резистор Ry представляет собой катушку сопротивления специальной конструкции с точно известным и стабильным сопротивлением.

 

 

Рисунок 2.3 Упрощенная схема компенсатора постоянного тока

 

С помощью переключателя нуль-индикатор вначале включается в цепь установочного сопротивления Ry (положение переключателя 1)При этом регулировочным сопротивлением R рег добиваются отсутствия тока в цепи нуль-индикатора. Это означает, что I p R y = Eн.э, откуда значение рабочего тока определяется как Iр = Ен.э/Rу = 10 -n А (для каждого типа компенсатора величина n — число индивидуальное и неизменное, что обеспечивается постоянством параметров источника напряжения Eн.э и установочного сопротивления R у)Затем нуль-индикатор включается в измерительную цепь (положение переключателя 2) и изменением измерительного сопротивления R и добиваются нулевого тока, а значит, равенства Ux= IpR = Eн.э R/Rу. Итак, измеряемое напряжение определяется с достаточно высокой точностью и без нарушения работы измерительной цепи, так как в момент измерения ток через индикатор не протекает.

С помощью компенсатора можно также определять ток в исследуемом устройстве, преобразовав его предварительно в напряжение согласно формуле IХ = Ux/R0, где Ra — некоторое образцовое расчетное сопротивление.

При      измерениях         напряжений        на      производстве       применяют автоматические компенсаторы,    в        которых       поддерживается разностное значение ∆UX = IрRнач — IpRкон -> 0 с помощью следящей системы (Rнач и Rкон части измерительного сопротивления Rи в начале и конце цикла слежения).

Погрешность компенсатора определяется погрешностями резисторов RИ, Rr ЭДС нормального элемента Енэ, а также чувствительностью нульиндикатора. Современные потенциометры постоянного тока имеют класс точности от 0,0005 до 0,2. Верхний предел измерения составляет 1…2,5 В. Нижний предел измерения может составлять единицы нановольт.

 

Контрольные вопросы:

1.     Объясните работу двухполупериодной схемы выпрямления.

2.     Каковы достоинства компенсационного метода измерения?

3.     Поясните работу прибора термоэлектрической системы.

4.     Как         перевести   средневыпрямленное   значение      напряжения        в среднеквадратическое?

Надеюсь, эта статья про выпрямительные, была вам полезна,счастья и удачи в ваших начинаниях! Надеюсь, что теперь ты понял что такое выпрямительные, термоэлектрические приборы и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ

Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.

Выпрямительные приборы. Выпрямители. Мостовая схема выпрямления

Лекция 17. Выпрямительные приборы

Выпрямители

Однополупериодный выпрямитель (рис. 1) состоит из диода VD, нагрузка – измерительного прибора, внутреннее сопротивление которого RП.

 

Рис. 1 Выпрямительный прибор:

а – принципиальная схема включения;  б – временная диаграмма работы

В первый полупериод в интервале времени 0 -Т/2 диод открыт и на RП падает напряжение UП.

В интервале времени Т/2-Т диод закрыт и к нему прикладывается максимальное обратное напряжение UОБР, равное амплитудному значению измеряемого напряжения U1m

Постоянная составляющая напряжения находится как среднее напряжение за период:

 

гдеU1 — действующее значение.

Выпрямленный ток (среднее значение) в нагрузке:

 

Действующее значение тока:

Предельный электрический режим диода характеризуется величиной UОБР, Id. Он не должен превышать режима, допустимого паспортными данными диода.  

  Мощность нагрузки (на измерительном приборе):

 

Достоинство однополупериодной схемы – простота, малый порог чувствительности, который определяется напряжением, которое нужно приложить к диоду, чтобы он открылся UПР. Недостатки – большая величина пульсаций в нагрузке, малые значения Ud, Id. Однополупериодный выпрямитель применяется при малых значениях PП.

Мостовая схема выпрямления

На рисунке 2 представлена мостовая схема выпрямления, которая состоит из четырех диодов.

а)                                                                                               б)

Рис. 2 Выпрямительный прибор:

а – принципиальная схема включения;  б – временная диаграмма работы

В схеме используются обе полуволны переменного напряжения. В течение положительного полупериода U1 открываются диоды VD2 и VD3. Ток проходит через VD2, VD3 и RП.

При отрицательном полупериоде открываются диоды VD1 и VD4. Через сопротивление нагрузки ток в любой момент времени протекает в одном направлении.

  Постоянная составляющая напряжения находится как среднее напряжение за период:

 

Максимальное обратное напряжение на диодах при активной нагрузке равно 2U1m.

Преимущества мостовой схемы – низкий уровень пульсаций по сравнению с однополупериодным выпрямителем.  

Недостаток – большое количество диодов, порог чувствительности, который определяется напряжением, которое нужно приложить к двум диодам, включенным последовательно, чтобы они открылись 2·UПР.

У данных приборов обычно низкий класс точности вследствие нелинейности сопротивления открытого диода и его зависимости от температуры. Этим определяется падение напряжения на диоде, которое вычитается из величины измеряемого напряжения.

Пример выпрямительных приборов (таблица 1, рис. 3): Ц33-М1, Ц330, ЭА3004, ЭВ3004: приборы выпрямительные амперметры и вольтметры. Класс точности 1.5; 2.5.

Характеристики                                                                                                                          Таблица 1

Длина шкалы, мм

75

Потребляемая мощность при нормальной частоте, ВА:

— амперметров при включении через трансформатор тока

1

— вольтметров при включении через трансформатор напряжения

1

Температура окружающего воздуха, °С

от — 40 до + 50

Относительная влажность при 30 °С, %

95

Габаритные размеры, мм

120х120х70

Масса, кг

0,6

Рис. 3 Выпрямительный прибор, внешний вид

Выпрямительные устройства

Цена:
  • от:
  • до:

Название:

Артикул:

Текст:

Выберите категорию:Все Электромеханика» Вентиляторы»» Осевые вентиляторы»» Центробежные вентиляторы»» Электровентиляторы» Выпрямительные устройства» Генераторы»» Запчасти для генераторов ЕСС» Гидравлические клапаны разъема» Двухмашинные агрегаты» Зарядные и зарядно-пусковые устройства» Компрессоры»» Запчасти для компрессоров» Насосы» Преобразователи синхронной частоты (ПСЧ)» Теплообменные аппараты» Электродвигатели»» Электродвигатели шаговые Дизельные двигатели» Дизельные двигатели» Запчасти для спец. техники и а/м» Запчасти для дизелей Электрооборудование» Амперметры и вольтметры» Выключатели и кнопки» Датчики температуры поверхности» Катушки к реле, контакторам, пускателям, магнитам» Контакторы» Контакты электрических аппаратов» Магнитные пускатели» Нагреватели» Переключатели»» Переключатели ПК 12»» Переключатели серии ПК-16, ПК-25»» Переключатели серии ПКУ-3»» Переключатели серии УП» Регуляторы потока» Реле»» Реле времени»» Реле напряжения»» Реле потока воздуха»» Реле промежуточные»» Реле тепловые»» Реле тока»» Реле частоты»» Реле давления»» Реле указательные»» Устройства и реле защиты»» Твердотельное реле» Сигнализаторы давления» Сигнализаторы температуры» Трансформаторы» Электромагниты» Электромонтажные изделия»» Коробки»» Подрозетники»» Шкафы» Приборы постоянного тока» Приборы переменного тока» Приборы цифровые» Приборы самопишущие щитовые» Фильтры»» Гидравлические фильтры»» Ионообменные фильтры Отечественные электронные компоненты» Диоды» Конденсаторы» Микросхемы» Предохранители» Плавкая вставка» Сельсины, тахогенераторы» Транзисторы Вычислительная техника» Магнитные головки» Пакеты дисков для ЕС5066М, ЕС5056М» Перфоратор ленточный ПА150М» Печатающие устройство ТС7080» Теплообменники » ЗИП к печатающему устройству ЕС7040 Специальные виды бумаг» Бумага Электровакуумные изделия» Генераторные лампы » Магнетроны » Радиолампы Запчасти для ВПК» 125 РК &quot;Печера&quot;» Ампулы» Дроссели» Подшипники» Сельсины» Теплообменники

Новинка: Всенетда

Спецпредложение: Всенетда

Результатов на странице: 5203550658095

Принципы работы выпрямительных цепей в электронике

Одним из наиболее распространенных применений выпрямительных диодов в электронике является преобразование бытового переменного тока в постоянный ток, который можно использовать в качестве альтернативы батареям. Схема выпрямителя, которая обычно состоит из набора диодов с хитроумной блокировкой, преобразует переменный ток в постоянный.

В бытовом токе напряжение колеблется от положительного к отрицательному циклами, которые повторяются 60 раз в секунду.Если вы поместите диод последовательно с напряжением переменного тока, вы устраните отрицательную сторону цикла напряжения, поэтому вы получите только положительное напряжение.

Если вы посмотрите на форму сигнала напряжения, выходящего из этого выпрямительного диода, вы увидите, что он состоит из интервалов, которые чередуются между кратковременным повышением напряжения и периодами полного отсутствия напряжения. Это форма постоянного тока, потому что он полностью состоит из положительного напряжения. Однако он пульсирует: сначала горит, потом выключается, потом снова горит и так далее.

В целом напряжение, выпрямленное одним диодом, отключено в половине случаев. Таким образом, хотя положительное напряжение достигает того же пикового уровня, что и входное напряжение, средний уровень выпрямленного напряжения составляет лишь половину уровня входного напряжения. Этот тип схемы выпрямителя иногда называют однополупериодным выпрямителем , потому что он пропускает только половину входящего сигнала переменного тока.

В схеме выпрямителя лучшего типа используются четыре выпрямительных диода в специальной схеме, называемой мостовым выпрямителем .

Посмотрите, как этот выпрямитель работает с обеих сторон входного сигнала переменного тока:

  • В первой половине цикла переменного тока D2 и D4 проводят ток, потому что они смещены в прямом направлении. Положительное напряжение на аноде D2 и отрицательное напряжение на катоде D4. Таким образом, эти два диода работают вместе, пропуская первую половину сигнала.

  • Во второй половине цикла переменного тока D1 и D3 проводят ток, потому что они смещены в прямом направлении: положительное напряжение находится на аноде D1, а отрицательное напряжение — на катоде D3.

Чистый эффект мостового выпрямителя заключается в том, что обе половины синусоидальной волны переменного тока могут проходить, но отрицательная половина волны инвертируется, так что она становится положительной.

Объяснение общих основ, работы и требований

Обычно электронные устройства имеют схему выпрямителя, которая обеспечивает преобразование переменного тока в постоянный в системах электропитания. Эта схема используется в устройствах малой мощности, таких как зарядные устройства, для выпрямления низкого напряжения, возникающего при выпрямлении.

Чтобы понять схему выпрямителя, мы должны узнать о процессе выпрямления. Выпрямление отвечает за преобразование отрицательных битов переменного тока из сети в положительные напряжения постоянного тока. При настройке идеальной системы вам нужен правильный выпрямитель. Поэтому понимание выпрямителя и конфигурации диодов будет важно для вас при настройке вашей системы.

(Электронные компоненты)

1. Что такое схема выпрямителя?

Выпрямитель представляет собой электрическое устройство, преобразующее переменный ток из сетевого напряжения в однонаправленный постоянный ток.Это работает проще всего путем изменения напряжения переменного тока основного питания от электросетей на напряжение постоянного тока. Самое главное, многие устройства, на которые мы полагаемся, требуют постоянного тока.

Термин «выпрямитель» связан с тем, что устройство выпрямляет направленный поток тока. Использование электронных фильтров для сглаживания выходного сигнала выпрямителя является растущей тенденцией. Следовательно, современные кремниевые полупроводниковые выпрямители привели к выходу выпрямителей на основе селена, механических выпрямителей, выпрямителей на основе оксида меди и ламповых выпрямителей.

Механические и ламповые выпрямители (используемые в электронно-лучевых трубках) были неэффективны из-за высокого внутреннего сопротивления. Однако выпрямители на основе оксида меди и селена имеют лучшую устойчивость к кратковременному напряжению, чем SCR (кремниевый управляемый выпрямитель). Это огромное преимущество перед кремниевыми диодами.

(преобразователь переменного тока в постоянный с диодным мостом и конденсатором)

2. Типы выпрямителей

Однофазные и трехфазные выпрямители.

Как в однофазных, так и в трехфазных выпрямителях они подвергаются однополупериодному и двухполупериодному выпрямлению.

Однофазные выпрямители имеют вход для однофазной сети переменного тока. Структуры очень простые. Им нужен один, два или четыре диода (в зависимости от типа системы).

Для однофазного переменного тока возникает высокий коэффициент пульсации. Это связано с тем, что его диоды подключены ко вторичной обмотке однофазного трансформатора.Кроме того, для выпрямления используется только одна фаза вторичной обмотки трансформатора.

С другой стороны, в трехфазных выпрямителях требуется три или шесть диодов. Уменьшение напряжения пульсаций происходит за счет подключения всех диодов к каждой фазе вторичной обмотки трансформатора. Кроме того, это создает высокий коэффициент использования трансформатора.

Преимущества однофазного выпрямителя

  • Подходит для простых конструкций

Преимущества трехфазного выпрямителя

  • Во-первых, наиболее предпочтителен при использовании больших систем
  • Во-вторых, обеспечивает большую мощность
  • Кроме того, не требует дополнительных фильтрующих компонентов для снижения ВЧ
  • Эффективен и имеет больше TUF

Недостатки однофазных выпрямителей

  • Начнем с того, что он обеспечивает небольшое количество энергии.
  • Кроме того, имеет меньший коэффициент использования трансформатора (TUF)

(Диоды)

Однополупериодные и двухполупериодные выпрямители

В однополупериодном выпрямлении выпрямитель полностью блокирует половину пульсирующего входного сигнала. Затем поставляет только одну половину в каждом полном цикле. Это означает, что половина источника питания переменного тока тратится впустую.

Для однополупериодного выпрямления требуется один диод при однофазном питании или три диода при трехфазном питании.Средний уровень выпрямленного напряжения составляет половину уровня входного напряжения. Однако положительное напряжение имеет тот же пиковый уровень входного напряжения переменного тока, что и входное напряжение.

Существует два способа проектирования однополупериодного выпрямителя. Например, в первой модели источник переменного тока подключается напрямую к отрицательной клемме выхода. В следующей конструкции источник переменного тока подключен непосредственно к положительной клемме выхода.

Преимущества

  • Во-первых, он имеет высоковольтный выход
  • Кроме того, он дешев, так как использует только один диод для выпрямления мощности.

Наконец, не требует питающего трансформатора

Двухполупериодный выпрямитель

Этот выпрямитель инвертирует потерянный или заблокированный отрицательный входной сигнал источника переменного тока. В результате улучшается среднее значение выходного сигнала. Он также удваивает частоту входного переменного напряжения, что не может выполнять полумостовой выпрямитель. И в полученной форме сигнала входные пики и выходные пики равны.

Два широко используемых метода проектирования двухполупериодных выпрямителей: схема трансформатора с отводом от средней точки и диодного моста.Он также работает как активный регулятор, пропуская большую часть тока в цепь нагрузки.

Преимущества
  • Во-первых, имеет высокий КПД выпрямления (81,2%)
  • Во-вторых, имеет более низкий КФ (0,48)
  • Кроме того, имеет относительно высокий коэффициент теплопередачи

Недостатки
  • Во-первых, для работы требуется трансформатор
  • К сожалению, он испытывает довольно большое внутреннее сопротивление от сети переменного тока
  • Наконец, он использует двойные диоды, которые могут быть дорогими

Форм-фактор:

Форм-фактор представляет собой отношение среднеквадратичного значения тока к выходному постоянному току.

FormFactor=среднеквадратичное значение постоянного тока на выходе Форм-фактор тока= среднеквадратичное значение постоянного тока на выходе.

Форм-фактор двухполупериодного выпрямителя равен 1,11.

(Изображение схемы однополупериодного выпрямителя)

Мостовой выпрямитель

Мостовой выпрямитель представляет собой преобразователь переменного тока в постоянный, который преобразует основной вход переменного тока в постоянный на выходе. Мостовая схема представляет собой выпрямитель, используемый в источниках питания, которые подают постоянное напряжение для электрических устройств и электронных компонентов.В простом мостовом выпрямителе обычно используется нагрузочный резистор. В результате это гарантирует, что ток, протекающий через него, будет одинаковым как в отрицательных, так и в положительных полупериодах. Мостовой выпрямитель является одной из наиболее распространенных частей электронных источников питания.

Схема мостового выпрямителя состоит из четырех смежных диодов, также известных как диодные мосты. Пиковое обратное напряжение — это максимальное зарегистрированное напряжение от диода при подключении с обратным смещением в отрицательный полупериод.Во время положительного полупериода в проводящем пятне находятся два диода. Оставшаяся пара находится в непроводящем положении мостового выпрямления. Записи на выходе выпрямителя происходят через нагрузочный резистор.

Преимущества мостового выпрямителя
  • Во-первых, он имеет более высокий КПД выпрямления (81,2%)
  • Кроме того, он имеет более низкое напряжение пульсаций
  • Нет необходимости в трансформаторе при работе мостового выпрямителя
  • Кроме того, имеет высокое значение TUF при взвешивании с выпрямителем с центральным отводом
  • Наконец , достигает высоких частот с помощью простой фильтрации

Недостатки
  • Во-первых, имеет более высокую стоимость конструкции мостового выпрямителя, поскольку в нем используются четыре диода
  • Имеет пониженное выходное напряжение из-за падения напряжения в системе
  • Опять же, конфигурации системы довольно сложны
  • Наконец, он испытывает большое внутреннее сопротивление при работе с более низкими напряжениями.

Мостовой выпрямитель исправен. В первом цикле переменного тока диоды D2 и D4 смещены в прямом направлении, поэтому они проводят ток. Положительное напряжение находится на аноде D2, в то время как катодный вывод D4 имеет отрицательное напряжение. Через эти два диода проходит первая половина сигнала. Во второй половине цикла диоды D1 и D3 смещены в прямом направлении, поэтому они проводят ток. Общий эффект заключается в том, что две половины переменного тока могут пройти. После этого отрицательная половина инвертируется и становится положительной.

(мостовой выпрямитель)

Неуправляемые выпрямители и управляемые выпрямители

Неуправляемые выпрямители

Название неуправляемых выпрямителей относится к типу выпрямителя, который обеспечивает фиксированное выходное напряжение постоянного тока для определенного источника переменного тока. В неуправляемых выпрямителях используются только диоды, и они могут быть любыми; двухполупериодный управляемый или двухполупериодный выпрямитель. Однако они менее эффективны, поскольку диоды могут быть либо включены, либо выключены.

Управляемые выпрямители

Эта схема преобразует источник переменного тока в источник постоянного тока, используя тиристоры для управления подачей питания на нагрузку. Однополупериодный управляемый выпрямитель состоит из одного SCR (Silicon Controlled Rectifier). Они имеют ту же конструкцию, что и неуправляемые выпрямители, но вместо них используют SCR. Выпрямители с однополупериодным управлением ограничивают потери мощности, поскольку они обеспечивают постоянный контроль мощности.

3. Как работают схемы выпрямителей в электронике

Принцип работы выпрямительных цепей

Схемы выпрямителя

работают просто, превращая источник переменного тока в источник постоянного тока.Он состоит из диодов, заблокированных по всей системе, чтобы создать прямое движение электронов для питания устройств. Когда переменный ток проходит через цепь выпрямителя, диоды устраняют отрицательные колебания напряжения от источника переменного тока. Поэтому он оставляет только положительное напряжение. Простой диод позволяет току течь только в одном направлении, блокируя ток в обратном направлении.

На этом изображении показана кривая напряжения переменного тока от выпрямительного диода. Форма волны тока имеет чередующиеся интервалы между короткими повышениями напряжения, а также периоды отсутствия напряжения.Это постоянный ток, поскольку он имеет только положительное напряжение.

(Схема диодного моста)

4. Меры предосторожности при проектировании цепи выпрямителя

Существуют меры предосторожности, которые необходимо учитывать при проектировании схемы выпрямителя в любом электрическом устройстве. Чтобы внести ясность, мы обсудим наиболее важные меры предосторожности, которые повлияют на выбор конструкции выпрямителя.

Положительный полупериод

Во время положительного полупериода напряжение, возникающее между анодом и катодом, положительно.Это означает, что диод смещен в прямом направлении. Предположим, что схема подключена к идеальному диоду, а номинальная мощность постоянна. Пиковое напряжение равно Vm, называемому пиковым значением напряжения без падений напряжения.

Однако мы должны учитывать падение напряжения на некоторых диодах как на кремниевом диоде с 0,7 В (падение напряжения). Он смещается в прямом направлении только тогда, когда приложенное входное напряжение превышает пороговое напряжение (0,7 В). Следовательно, цепь начинает проводить.

Пиковое напряжение = Vm – 0.7 В (падение напряжения)

Отрицательный полупериод

Другое дело с отрицательным полупериодом, так как напряжение на аноде и катоде отрицательное. Диод в цепи выпрямителя смещается в обратном направлении и действует как разомкнутый переключатель. Это приводит к отсутствию тока. Это приводит к нулевому показанию напряжения на выходе.

Более того, в отрицательный полупериод, даже с учетом используемого диода, напряжение на диоде отрицательное.Это означает, что показания на выходе по-прежнему будут 0 В.

Падение напряжения:

Сетевое напряжение обычно имеет большую мощность. Частичная потеря мощности электрического потенциала тока при движении по цепи называется падением напряжения.

ВД= ( 2*Л*П*И) / 1000

Расчет тепла, рассеиваемого в выпрямителе:

Обычно это потери тепла в процессе выпрямления при падении напряжения и появлении сопротивления внутри диодов.Поэтому важно знать падение напряжения на конкретных диодах, используемых в схеме.

Pheat (Потери мощности) = Pmax (Максимальная выходная мощность системы) / Eff (КПД модуля выпрямителя) – Pmax (Максимальная выходная мощность системы.

Пиковое обратное напряжение:

PIV относится к максимальному напряжению, которое диод может выдержать при обратном смещении. Следовательно, при превышении диоды могут выйти из строя. Пиковое обратное напряжение равно входному напряжению.

Пиковое обратное напряжение (PIV) = 2Vs max = 2V smax .

5. Сглаживающий конденсатор

Сглаживающий конденсатор — это система, которая сглаживает колебания подачи сигнала. В основном они применяются после выпрямителя или источника питания. Во время полупериодов создаются плавные переходы при зарядке и разрядке конденсатора. Процесс зарядки происходит, когда ток протекает через положительные полупериоды.

Двухполупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсатором

Сглаживающий конденсатор помогает уменьшить неполные пульсации на выходе диодов.Таким образом, сглаживающий конденсатор подключается параллельно диодам для поддержания постоянного напряжения в цепи нагрузки.

Нагрузка попадает на выход двухполупериодного мостового выпрямителя. Затем конденсатор увеличивает выход постоянного тока. В результате сглаживающий конденсатор преобразует пульсирующий выходной сигнал выпрямителя в более плавный выходной сигнал постоянного тока.

Напряжение пульсаций обратно пропорционально значению сглаживающего конденсатора. Два значения связаны числом

.

В пульсация = I нагрузка /(fxC)

В качестве альтернативы можно использовать интегральную схему регулятора напряжения для постоянного источника питания.

Сглаживающий конденсатор 5 мкФ

Заряд и емкость сглаживающего конденсатора 5 мкФ варьируются в зависимости от соединения в цепи. Эквивалентная емкость будет суммой всех конденсаторов, включенных в цепь для конденсатора при параллельном соединении.

Сглаживающий конденсатор 50 мкФ

Аналогично, здесь применяется тот же принцип для сглаживающего конденсатора на 50 мкФ. Напряжение при параллельном включении цепи одинаково для всех конденсаторов.Однако конденсатор 50 мкФ является более сильным сглаживающим конденсатором по сравнению с конденсатором 5 мкФ.

(Изображение конденсаторов)

6. Заключение

В этой статье установлен широкий спектр устройств, использующих схемы выпрямителей. Одним из применений являются регуляторы напряжения, а другим распространенным применением являются компоненты источников питания и детекторы амплитудной модуляции (AMD), используемые для радиосигналов. Устройство также когда-то было широко известно как кристаллический детектор в первых радиоприемниках.

Мы надеемся, что эта статья ответит на все ваши вопросы о схемах выпрямителей. Не стесняйтесь обращаться к нам за основными компонентами для создания схемы выпрямителя. Ждем помощи в ваших проектах.

Является ли выпрямитель нелинейным устройством и каков процесс выпрямления?

Некоторые говорят, что история силовой электроники началась в 1902 году с изобретения ртутно-дугового выпрямителя со стеклянной колбой и катодом. Заслуга в создании этого революционного нелинейного устройства принадлежит американскому изобретателю Питеру Куперу Хьюитту.Он сделал свое открытие, экспериментируя с ртутной лампой, которую запатентовал в 1901 году. В ходе своих экспериментов он обнаружил, что ток течет только в одном направлении, от анода к катоду, обеспечивая, таким образом, выпрямляющее действие.

Изобретение ртутно-дугового выпрямителя проложило путь многим электронным устройствам, которые являются неотъемлемой частью нашей повседневной личной и профессиональной жизни. Неудивительно, что некоторые считают его изобретение началом классической эры силовой электроники.

Что такое выпрямитель?

По определению, выпрямитель — это электрическое устройство, которое преобразует переменный ток (переменный ток), который периодически меняет направление, в постоянный (постоянный ток), который течет только в одном направлении. Выпрямитель — это компонент цепи, который позволяет току проходить в одном направлении, предотвращая его протекание в другом направлении. Что касается приложений, вы можете найти выпрямитель в обычном настольном блоке питания.

Сам процесс ректификации включает в себя устройство, которое позволяет электронам течь только в одном направлении.Как вы знаете, это прекрасно описывает функциональность полупроводника. Более того, самый простой вид схемы выпрямителя — это однополупериодный выпрямитель.

Однако физически выпрямитель может иметь различные формы, включая ртутно-дуговые вентили, полупроводниковые диоды, ламповые диоды и даже мокрые химические элементы, и это лишь некоторые из них.

Выше показан простой однополупериодный выпрямитель. Типичное использование выпрямителей будет в настольных блоках питания.

Применение выпрямителей

С точки зрения применения выпрямители имеют множество применений. Однако они обычно служат компонентами источников питания постоянного тока или высоковольтных систем передачи электроэнергии постоянного тока. Процесс ректификации также имеет множество применений. Например, он может служить в роли детекторов радиосигналов или детекторов наличия пламени в системах газового отопления.

Более того, в зависимости от типа источника питания переменного тока и расположения схемы выпрямителя может потребоваться дополнительное сглаживание выходного сигнала выпрямителя для получения однородного и стабильного выходного напряжения (напряжения).Большинству применений выпрямителей требуется стабильное и постоянное напряжение постоянного тока, т. Е. Блоки питания для ПК, телевизоров и радиоприемников. Поэтому, чтобы удовлетворить эти требования, конструкции выпрямителей включают электронные фильтры для сглаживания выходного сигнала выпрямителя.

Как правило, эти электронные фильтры могут быть конденсаторами, набором конденсаторов, дросселем или дросселями и резисторами, за которыми обычно следует регулятор напряжения для получения стабильного напряжения.

Выпрямительные устройства и типы выпрямительных цепей

До использования кремниевых полупроводниковых выпрямителей существовали металлические выпрямительные блоки на основе оксида меди и селена, а также термоэлектронные диоды на электронных лампах.Однако с появлением полупроводниковой электроники устаревание ламповых выпрямителей было неизбежным. Перенесемся в наши дни и увидим, что для выпрямления используются различные типы полупроводниковых диодов, начиная от приложений с очень низким и заканчивая чрезвычайно высоким током.

Когда простого выпрямления недостаточно, в случае переменного выходного напряжения в работу вводятся другие устройства. Эти другие устройства, конечно, также способны управлять электродами и обеспечивать однонаправленный поток тока.Кроме того, эти типы мощных выпрямителей используются для передачи постоянного тока высокого напряжения и включают в себя различные типы кремниевых полупроводниковых устройств.

Обычно такие выпрямители называются тиристорами. Эти и другие твердотельные переключатели с управляемым переключением эффективно работают как диоды, пропуская ток только в одном направлении.

В целом схема выпрямителя может быть многофазной или однофазной, но большинство маломощных выпрямителей, используемых в бытовом оборудовании, являются однофазными.Кроме того, трехфазное выпрямление необходимо в промышленных приложениях и для передачи постоянного тока высокого напряжения.

Однофазные выпрямители и однополупериодное выпрямление

В случае однофазного питания с однополупериодным выпрямлением будет проходить только половина волны переменного тока, а другую половину она блокирует независимо от полярности. Поскольку только половина входного сигнала достигает выхода, это приводит к более низкому выходному напряжению. Кроме того, однополупериодное выпрямление предполагает использование одного диода в однофазном питании и трех диодов в трехфазном.

Обычно выпрямитель выдает на выходе постоянный ток, который является одновременно однонаправленным и пульсирующим. Однополупериодный выпрямитель генерирует гораздо больше пульсаций по сравнению с двухполупериодным выпрямителем. Это, конечно, означает, что требуется значительно больше фильтров для устранения гармоник частоты переменного тока на его выходе.

Однофазные выпрямители и двухполупериодные выпрямители

Двухполупериодный выпрямитель преобразует всю форму входного сигнала в один выходной сигнал постоянной полярности (положительный или отрицательный).Полноволновое выпрямление преобразует обе полярности входного сигнала в пульсирующий постоянный ток, что приводит к более высокому выходному напряжению.

С точки зрения конструкции, вы можете создать двухполупериодный выпрямитель либо с четырьмя диодами в мостовой конфигурации, либо с двумя диодами и трансформатором с отводом от середины и источником переменного тока, который может быть трансформатором без отвода от середины. Например, однофазный источник переменного тока с трансформатором с отводом от середины и двумя диодами, включенными друг к другу (анод к аноду или катод к катоду), может образовывать двухполупериодный выпрямитель.Хотя для получения равного выходного напряжения требуется вдвое больше витков вторичной обмотки трансформатора, чем, скажем, для мостового выпрямителя, его номинальная мощность остается неизменной.

Многофазные выпрямители

Однофазный выпрямитель обычно используется в источниках питания для бытового оборудования. Напротив, в мощных и промышленных приложениях обычно используются многофазные выпрямители. Как и в случае с однофазными выпрямителями, трехфазные выпрямители также могут иметь форму однополупериодной схемы, двухполупериодной мостовой схемы или двухполупериодной схемы с использованием трансформатора с центральным отводом.

Обычно тиристор используется вместо диода для регулирования выходного напряжения. Более того, большинство устройств, которые обеспечивают постоянный ток, также генерируют трехфазный переменный ток. Например, в случае с автомобильными генераторами переменного тока, которые содержат шесть диодов, которые функционируют как двухполупериодный выпрямитель для зарядки автомобильного аккумулятора.

Примечание. Тиристор представляет собой твердотельный полупроводниковый прибор с четырьмя слоями чередующихся материалов P- и N-типа. Более того, он функционирует исключительно как бистабильный переключатель, который проводит ток, когда на затвор подается триггерный ток, и перестает проводить ток при снятии напряжения.Кроме того, метод удаления обычно заключается в обратном смещении, но также могут быть использованы и другие средства.

 

Без надлежащего понимания конструкции блоков питания вы можете потеряться в мире выпрямителей.

Сегодня многие устройства обязаны своей функциональностью нелинейному устройству, которое мы называем выпрямителем. Будь то однофазная или многофазная конфигурация, такие устройства, как телевизоры, радиоприемники и даже ПК, не могли существовать.Хотя его изобретение относится к началу двадцатого века, без выпрямителя наше настоящее выглядело бы совсем иначе.

Групповое проектирование нелинейных устройств стало возможным и эффективным благодаря набору инструментов проектирования и анализа от Cadence. Начиная с компоновки, в Allegro PCB Designer наверняка есть все инструменты и специальности, необходимые для проектирования и реализации источников питания и других необходимых соображений схемы.

 Если вы хотите узнать больше о том, какое решение у Cadence есть для вас, поговорите с нашей командой экспертов и с нами.

Выпрямитель | Викитроника | Fandom

ИСА КАН МАЛАКИНГ ХАКДОГ

Однополупериодное выпрямление[]

Однополупериодный выпрямитель является частным случаем клипера. При однополупериодном выпрямлении положительная или отрицательная половина волны переменного тока легко проходит, а другая половина блокируется, в зависимости от полярности выпрямителя. Поскольку только половина входного сигнала достигает выхода, он очень неэффективен, если используется для передачи энергии. Однополупериодное выпрямление может быть достигнуто с помощью одного диода в однофазном источнике питания.

Двухполупериодное выпрямление[]

Двухполупериодное выпрямление преобразует обе полярности входного сигнала в постоянный ток и является более эффективным. Однако в цепи с трансформатором с отводом от середины требуется четыре выпрямителя вместо одного, необходимого для однополупериодного выпрямления. Это связано с тем, что для каждой выходной полярности требуется по два выпрямителя, например, один, когда клемма переменного тока «X» положительна, и один, когда клемма переменного тока «Y» положительна. Другой выход постоянного тока требует точно такого же, что приводит к четырем отдельным переходам (см. полупроводники / диоды).Четыре выпрямителя, расположенные таким образом, называются мостовым выпрямителем:

Мостовой выпрямитель Gratz

Двухполупериодный выпрямитель преобразует всю форму входного сигнала в сигнал постоянной полярности (положительный или отрицательный) на своем выходе путем инвертирования отрицательных (или положительных) частей сигнала переменного тока. Таким образом, положительные (отрицательные) части объединяются с перевернутыми отрицательными (положительными) частями для получения полностью положительной (отрицательной) формы волны напряжения/тока.

Для однофазного переменного тока, если трансформатор имеет среднее ответвление, то два диода, встречно включенные (т.е. анод-анод или катод-катод) образуют двухполупериодный выпрямитель.

Двухполупериодный выпрямитель

Файл:VacRect2E.png

Двухполупериодный выпрямитель на вакуумной лампе с двумя анодами.

Очень распространенная конфигурация лампового выпрямителя содержала один катод и два анода в единой оболочке; таким образом, для двух диодов требовалась только одна вакуумная лампа. 5U4 и 5Y3 были популярными примерами этой конфигурации.

Файл:Трехфазный мостовой выпрямитель.jpg

Трехфазный мостовой выпрямитель.

Для трехфазного переменного тока используются шесть диодов. Обычно имеется три пары диодов, однако каждая пара не является двойным диодом типа , который используется для двухполупериодного однофазного выпрямителя. Вместо этого пары соединены последовательно (анод к катоду). Как правило, имеющиеся в продаже двойные диоды имеют четыре клеммы, поэтому пользователь может настроить их для использования с однофазным раздельным питанием, для полумоста или для трехфазного использования.

Файл: Как добраться до выпрямителя tridge.jpg

Автомобильный генератор в разобранном виде, показаны шесть диодов, составляющих двухполупериодный трехфазный мостовой выпрямитель.

Большинство устройств, генерирующих переменный ток (такие устройства называются генераторами переменного тока), генерируют трехфазный переменный ток. Например, автомобильный генератор переменного тока имеет внутри шесть диодов, которые функционируют как двухполупериодный выпрямитель для заряда аккумуляторов.

Пиковые потери[]

Одним из аспектов большинства выпрямлений является потеря от пикового входного напряжения до пикового выходного напряжения, вызванная пороговым напряжением диодов (около 0.7 В для обычных диодов и 0,1 В для диодов Шоттки). Полупериодное выпрямление и двухполупериодное выпрямление с использованием двух отдельных вторичных цепей будут иметь пиковое падение напряжения на одно падение на диоде. Мостовое выпрямление будет иметь потери в два диода. Это может привести к значительным потерям мощности в источниках питания с очень низким напряжением. Кроме того, диоды не будут проводить ток ниже этого напряжения, поэтому цепь пропускает ток только часть каждого полупериода, вызывая появление коротких сегментов нулевого напряжения между каждым «насосом».

Сглаживание выхода выпрямителя[]

В то время как однополупериодного и двухполупериодного выпрямления достаточно для получения выходного постоянного тока формы , ни один из них не обеспечивает постоянное напряжение постоянного тока. Для получения устойчивого постоянного тока от выпрямленного источника переменного тока требуется схема сглаживания , иногда называемая фильтром [1] . В простейшей форме это может быть то, что известно как накопительный конденсатор, конденсатор фильтра или сглаживающий конденсатор, размещенный на выходе постоянного тока выпрямителя.По-прежнему будет оставаться некоторое количество пульсаций напряжения переменного тока, где напряжение не полностью сглажено.

Размер конденсатора представляет собой компромисс. Для данной нагрузки конденсатор большего размера уменьшит пульсации, но будет стоить дороже и создаст более высокие пиковые токи во вторичной обмотке трансформатора и в питающем его источнике. В экстремальных случаях, когда много выпрямителей подключено к цепи распределения электроэнергии, органу по распределению электроэнергии может оказаться затруднительным поддерживать правильную синусоидальную кривую напряжения.

Для данной допустимой пульсации требуемый размер конденсатора m’kay пропорционален току нагрузки и обратно пропорционален частоте питания и количеству выходных пиков выпрямителя за входной цикл. Ток нагрузки и частота питания, как правило, не зависят от разработчика выпрямительной системы, но количество пиков на входной цикл может зависеть от выбора конструкции выпрямителя.

Однополупериодный выпрямитель дает только один пик за цикл и по этой и другим причинам используется только в очень малых источниках питания.Двухполупериодный выпрямитель достигает двух пиков за цикл, и это лучшее, что можно сделать с однофазным входом. Для трехфазных входов трехфазный мост даст шесть пиков за цикл, и даже большее количество пиков может быть достигнуто за счет использования трансформаторных цепей, размещенных перед выпрямителем, для преобразования в более высокий порядок фаз.

Для дальнейшего уменьшения пульсаций можно использовать входной конденсаторный фильтр. Это дополняет накопительный конденсатор дросселем и вторым конденсатором фильтра, так что можно получить более стабильный выход постоянного тока на выводах конденсатора фильтра.Дроссель имеет высокое сопротивление пульсирующему току. [2]

Если нагрузка постоянного тока очень требовательна к плавному напряжению питания, стабилизатор напряжения будет использоваться либо вместо, либо в дополнение к входному конденсаторному фильтру, как для удаления последних пульсаций, так и для устранения с изменениями характеристик питания и нагрузки.

Выпрямители с удвоением напряжения[]

Простой однополупериодный выпрямитель может быть построен в двух версиях с диодом, направленным в противоположные стороны, одна версия подключает отрицательную клемму выхода непосредственно к источнику переменного тока, а другая подключает положительную клемму выхода непосредственно к источнику переменного тока.Объединив оба этих метода с отдельным сглаживанием выходного сигнала, можно получить выходное напряжение, почти в два раза превышающее пиковое входное напряжение переменного тока. Это также обеспечивает отвод посередине, что позволяет использовать такую ​​​​схему в качестве питания с раздельной шиной.

Вариантом этого является использование двух последовательных конденсаторов для сглаживания выходного сигнала мостового выпрямителя, а затем установка переключателя между средней точкой этих конденсаторов и одной из входных клемм переменного тока. При разомкнутом переключателе эта цепь будет действовать как обычный мостовой выпрямитель, а при замкнутом — как регулятор удвоения напряжения.Другими словами, это позволяет легко получить напряжение примерно 320 В (+/- около 15%) постоянного тока из любой сети в мире, которое затем можно подать в относительно простой импульсный источник питания.

Приложения[]

Файл:Rectifier.jpg

Выпрямительный диод и связанное с ним крепежное оборудование. Тяжелая шпилька с резьбой помогает отводить тепло.

Основное применение выпрямителей — получение полезной мощности постоянного тока из источника переменного тока. Практически для всей электроники требуется источник постоянного тока, но сеть питается переменным током, поэтому выпрямители находят применение в источниках питания практически всего электронного оборудования.

Преобразование постоянного напряжения с одного уровня на другой намного сложнее.Один из методов такого преобразования постоянного тока в постоянный состоит в том, чтобы сначала преобразовать его в переменный ток (с помощью устройства, называемого инвертором), затем использовать трансформатор для изменения напряжения и, наконец, выпрямить его обратно в постоянный ток.

Выпрямители также находят применение для обнаружения амплитудно-модулированных радиосигналов. Сигнал может быть усилен или не усилен до обнаружения, но если он не усилен, необходимо использовать диод с очень низким падением напряжения. В этом случае сопротивление конденсатора и нагрузки должно быть тщательно согласовано. Слишком низкая емкость приведет к тому, что высокочастотная несущая будет проходить на выход, а слишком высокая приведет к тому, что конденсатор просто зарядится и останется заряженным.

File:Regulated rectifier.gif

Выходное напряжение двухполупериодного выпрямителя с управляемыми тиристорами

Выпрямители также используются для подачи поляризованного напряжения при сварке. В таких схемах требуется регулирование выходного тока, что иногда достигается заменой некоторых йодов в мостовом выпрямителе тиристорами, выходное напряжение которых можно регулировать с помощью фазовых регуляторов.

Выпрямление большой мощности[]

Вакуумные лампы, блоки выпрямителей на основе оксидов металлов и полупроводниковые диоды используются в диапазоне от миллиампер до нескольких тысяч ампер в одном устройстве.

Некоторые интересные электромеханические решения были разработаны и использовались до появления электронных устройств. Например, для преобразования переменного тока в постоянный в электровозах может использоваться синхронный выпрямитель . Он состоит из синхронного двигателя, приводящего в движение набор мощных электрических контактов. Двигатель вращается в такт частоте переменного тока и периодически меняет местами соединения с нагрузкой, когда синусоидальный ток пересекает ноль.Контакты не должны переключать большой ток, но они должны быть способны проводить большой ток для питания тяговых двигателей постоянного тока локомотива. В прошлом вибраторы, используемые в источниках питания постоянного тока от батареи, часто содержали второй набор контактов, которые выполняли синхронное выпрямление повышенного напряжения.

В последние годы были разработаны полупроводниковые синхронные выпрямители; используя MOSFET-транзисторы, они также могут выпрямляться с очень низким падением прямого напряжения и имеют дополнительное преимущество, заключающееся в возможности переключения на чрезвычайно высоких скоростях.Полупроводниковые синхронные выпрямители в настоящее время широко используются в тех электронных блоках питания, которые рассчитаны на очень низкие выходные напряжения (где падение напряжения в обычном выпрямителе составило бы неприемлемую долю общего выходного напряжения).

Другим типом выпрямителя, который использовался в системах передачи электроэнергии высокого напряжения и промышленной обработке примерно с 1909 по 1975 год, является ртутно-дуговой выпрямитель или ртутно-дуговой вентиль. Устройство заключено в выпуклый стеклянный сосуд или большую металлическую ванну.Один электрод, катод, погружают в бассейн с жидкой ртутью на дне сосуда, а один или несколько графитовых электродов высокой чистоты, называемых анодами, подвешивают над бассейном. Может быть несколько вспомогательных электродов, помогающих зажигать и поддерживать дугу. При возникновении электрической дуги между катодной ванной и подвешенными анодами поток электронов течет от катода к анодам через ионизированную ртуть, но не наоборот. Эти устройства могут использоваться при уровнях мощности в сотни киловатт и могут быть рассчитаны на работу с одной-шестью фазами переменного тока.Ртутные дуговые выпрямители были в значительной степени заменены кремниевыми полупроводниковыми выпрямителями с середины 1970-х годов. Самые мощные ртутные дуговые выпрямители, когда-либо построенные, были установлены в проекте Manitoba Hydro Nelson River Bipole HVDC с общей мощностью более одного миллиона киловатт и 450 000 вольт.

Выпрямитель третьего типа, мотор-генераторная установка или аналогичный вращающийся преобразователь, не является выпрямителем в строгом смысле. Здесь двигатель переменного тока механически соединен с генератором постоянного тока.Генератор постоянного тока вырабатывает в своих обмотках многофазный переменный ток, но для преобразования переменного тока в выходной постоянный ток используется коммутатор; или униполярный генератор напрямую производит постоянный ток без коммутатора. Такие устройства полезны для производства тысяч ампер постоянного тока при напряжении от десятков до сотен вольт.

Блоки питания Трансформаторы и выпрямители

  • Изучив этот раздел, вы должны уметь:
  • Опишите принципы работы трансформаторов, используемых в основных источниках питания.
  • • Первичное и вторичное напряжение.
  • • Изоляция.
  • Опишите принципы выпрямления, используемые в основных источниках питания.
  • • Половина волны.
  • • Полная волна.
  • • Мост.

Трансформер

Рис. 1.1.1 Типовой входной трансформатор

В базовом источнике питания входной силовой трансформатор имеет первичную обмотку, подключенную к сети (линии).Вторичная обмотка, электромагнитно связанная, но электрически изолированная от первичной, используется для получения переменного напряжения подходящей амплитуды и после дальнейшей обработки блоком питания для управления электронной схемой, которую она должна питать.

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

Так как трансформатор, вероятно, является наиболее дорогостоящим элементом блока питания, необходимо тщательно продумать баланс между затратами и вероятным потреблением тока. Также может потребоваться устройство безопасности, такое как плавкие предохранители для отключения трансформатора в случае перегрева, и электрическая изоляция между первичной и вторичной обмотками для обеспечения электробезопасности.

Выпрямительный каскад

Можно использовать три типа схемы выпрямителя на кремниевых диодах, каждая из которых имеет различное действие в отношении того, как входной переменный ток преобразуется в постоянный.Эти различия проиллюстрированы на рис. от 1.1.2 до 1.1.6

Полуволновое выпрямление

Для получения напряжения постоянного тока от входа переменного тока можно использовать один кремниевый выпрямительный диод, как показано на рис. 1.1.2. Эта система дешева, но подходит только для довольно нетребовательных применений. Напряжение постоянного тока, создаваемое одним диодом, меньше, чем в других системах, что ограничивает эффективность источника питания, а количество пульсаций переменного тока, остающихся в источнике постоянного тока, обычно больше.

Однополупериодный выпрямитель проводит только половину каждого периода входной волны переменного тока, эффективно блокируя другой полупериод, оставляя выходную волну, показанную на рис.1.1.2. Поскольку среднее значение постоянного тока одного полупериода синусоиды составляет 0,637 от пикового значения, среднее значение постоянного тока всего периода после полупериода выпрямления будет равно 0,637, деленное на 2, поскольку среднее значение каждого чередующегося полупериода, где диод не проводит, конечно будет ноль. Это дает результат:

Впик x 0,318

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

Однополупериодное выпрямление не очень эффективно для получения постоянного тока из входного переменного тока с частотой 50 Гц или 60 Гц. Кроме того, промежутки между выходными импульсами диода 50 или 60 Гц затрудняют удаление пульсаций переменного тока, оставшихся после выпрямления.

Полноволновое выпрямление

Если используется трансформатор со вторичной обмоткой с отводом от середины, можно использовать более эффективное двухполупериодное выпрямление. Вторичная обмотка с отводом от центра производит два противофазных выхода, как показано на рис. 1.1.3.

Если каждый из этих выходов является «полупериодным выпрямлением» с помощью одного из двух диодов, при этом каждый диод проводит через чередующиеся полупериоды, в каждом цикле возникает два импульса тока вместо одного за цикл при однополупериодном выпрямлении. Таким образом, выходная частота двухполупериодного выпрямителя вдвое превышает входную частоту.Это фактически обеспечивает удвоенное выходное напряжение полуволновой схемы, Vpk x 0,637 вместо Vpk x 0,318, поскольку «отсутствующий» полупериод теперь выпрямляется, уменьшая потери мощности в полуволновой схеме. Более высокая выходная частота также облегчает сглаживание любых оставшихся пульсаций переменного тока.

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

Мостовой выпрямитель

Двухполупериодный мостовой выпрямитель использует четыре диода, расположенных по мостовой схеме, как показано на рис.1.1.4 для обеспечения двухполупериодного выпрямления без необходимости использования трансформатора с отводом от средней точки. Дополнительным преимуществом является то, что, поскольку два диода (фактически последовательно) проводят ток в любой момент времени, диодам требуется только половина обратного напряжения пробоя, т. половинное и обычное двухполупериодное выпрямление. Мостовой выпрямитель можно построить из отдельных диодов или использовать комбинированный мостовой выпрямитель.

Пути тока на положительных и отрицательных полупериодах входной волны показаны на рис.1.1.5 и рис. 1.1.6. Видно, что в каждом полупериоде проводят противоположные пары диодов, но ток через нагрузку остается одной полярности в течение обоих полупериодов.

 

Схема двухполупериодного мостового выпрямителя

Введение:

По определению выпрямитель представляет собой цепь, которая преобразует источник переменного тока в источник постоянного тока. Выпрямители обычно строятся с использованием диодов, пропускающих только однонаправленный ток.Выпрямители используются в устройствах, требующих преобразования электрической энергии из одной формы в другую. Его можно разделить на два основных типа: однофазный и трехфазный, или его можно классифицировать как двухполупериодный, двухполупериодный и мостовой выпрямитель.

Двухполупериодный выпрямитель может быть построен в двух конфигурациях: одна представляет собой конфигурацию мостового выпрямителя, а другая представляет собой трансформатор с центральным отводом и двумя диодами. Двухполупериодный мостовой выпрямитель представляет собой тип схемы однофазного выпрямителя, в которой четыре диода расположены в мостовой конфигурации и обеспечивают выпрямленный выход постоянного тока.Четыре последовательных диода выпрямляют входящий сигнал переменного тока, а два диода проводят для каждого полупериода.

Принципиальная схема:

Принципиальная схема двухполупериодного мостового выпрямителя

Принцип работы:

Двухполупериодный мостовой выпрямитель перед подачей на нагрузку делится на две ступени. Первый шаг — понизить входящий сигнал питания переменного тока, чтобы снизить напряжение до определенного уровня. Трансформатор используется для понижения уровня напряжения. Следующим шагом является мостовой выпрямитель, который использует четыре последовательных диода, во время положительного полупериода два диода D1 и D3 проводят, а во время отрицательного полупериода проводят диоды, D2 и D4, и преобразованный выходной сигнал постоянного тока подается на Загрузка.

Во время отрицательного входного цикла клемма B положительна по отношению к клемме A, и ток протекает через D2, RL и D4 и достигает клеммы A, и во время этого цикла D1 и D3 не проводят ток. Следовательно, для обоих циклов нагрузка получает ток и поэтому называется двухполупериодным мостовым выпрямителем.

входных и выходных сигналов:

При использовании мостового выпрямителя мы можем получить непрерывный ток нагрузки и напряжение.

Мостовой выпрямитель Прототипы применения:

Схемы мостового выпрямителя

могут быть построены с использованием других компонентов.Ниже приведены прототипы мостовых выпрямителей.

Мостовой выпрямитель с емкостным фильтром:

Мостовая схема выпрямителя со схемой регулятора:

Мостовой выпрямитель IC:

ИС мостового выпрямителя можно легко найти в зависимости от требований к току и напряжению. Он также может быть построен с использованием четырех диодов.

приложений:

Различные области применения мостовых выпрямителей включают:

  • Амплитуда радиоволнового сигнала определяется с помощью двухполупериодного мостового выпрямителя.
  • Эти выпрямители также используются для подачи постоянного напряжения при электросварке.
  • Они необходимы для питания таких устройств, как двигатели или светодиоды, для работы которых требуется источник питания постоянного тока.

Прикладные науки | Бесплатный полнотекстовый | Усовершенствованная схема выпрямителя для получения пьезоэлектрической энергии от движения человека

1. Введение

Энергия является основной потребностью современного человека. В последние годы спрос на него быстро растет для поддержки различных видов деятельности человека.Общепризнано, что существует ограничение на использование ископаемого топлива. Таким образом, многие ученые и исследователи последовательно ведут поиск новых источников энергии. В окружающей среде доступен широкий спектр вариантов, а именно тепловая [1], солнечная [2,3], ветровая [4] и механическая энергия [5,6]. Недавнее появление портативной и носимой электроники повышает спрос на повсеместно распространенные источники с низким энергопотреблением [7]. Генерация электрической энергии (ЭЭ) из механической энергии (МЭ), такой как структурные колебания, представляет собой активную область интересов, которая становится практичной благодаря постепенному снижению энергопотребления портативных электронных устройств.Энергию вибрации легко получить из широкого спектра источников, таких как движение транспорта по мосту, работающее оборудование, движущиеся самолеты или автомобили, вибрация, вызванная ветром, и движение человека. Использование этих возобновляемых источников энергии может потенциально уменьшить или даже полностью устранить потребность в химических батареях, тем самым оказав положительное влияние на жизнь человека и окружающую среду. Пьезоэлектрические материалы получили широкое внимание в этом приложении благодаря их уникальному пьезоэлектрическому МЭ, в виде вибрации, в ЭЭ, в виде напряжения переменного тока (AC).Типичная система сбора пьезоэлектрической энергии (PEH) включает в себя электромеханическую систему [8] (например, пьезоэлектрическое устройство (PD), прикрепленное к консольной балке), источник механической вибрации, электронную схему и запоминающее устройство/нагрузку. Блок-схема, иллюстрирующая типичную систему PEH, представлена ​​на рисунке 1.

Когда PD подвергается механическому возбуждению, он генерирует переменный ток. Для питания любого электронного устройства, такого как мобильные телефоны, светодиодные лампы, зарядные батареи или наручные часы, необходимо стабильное напряжение постоянного тока (DC).По этой причине напряжение переменного тока, генерируемое PD, необходимо преобразовать в напряжение постоянного тока с помощью схемы выпрямителя переменного тока в постоянный.

В литературе было представлено несколько ловких схем [9,10,11,12,13,14,15]. Некоторые широко используемые схемы представляют собой двухполупериодный мостовой выпрямитель (FBR) и удвоитель напряжения (VD) [16,17,18]. Несмотря на свою простоту и популярность, эти схемы имеют несколько ограничений:
  • Они состоят из диодов, которые имеют потери прямого напряжения (V f ).Таким образом, выходное напряжение и мощность низкие.

  • Выпрямленное напряжение нестабильно.

Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи в этой области предложили различные стратегии. Одним из примеров является безмостовой преобразователь переменного тока в постоянный, предложенный в [14] для улучшения потока мощности в нагрузочный конденсатор и энергоэффективности. Схема безмостового преобразователя с разделенным конденсатором показана на рисунке 2а. Переключатели MOSFET (полевой транзистор с оксидом металла и кремния), используемые в схеме, работают от внешнего источника питания как в положительных, так и в отрицательных полупериодах.Это устранило проблему потерь на диодах. Однако конденсаторы C1 и C2 имеют большие пульсации, а конденсатор C3 имеет установившийся выходной сигнал. Таким образом, это делает эти методы сложными из-за ограничения размера сборщика энергии, потерь и стоимости [19]. Кроме того, дополнительные переключатели могут вызывать потери при переключении. С другой стороны, повышающий преобразователь, показанный на рис. 2b, с дополнительными ключами приводит к значительному улучшению преобразования мощности от PD [20].Однако он довольно сложный. Потребляемая мощность коммутаторов также выше, чем мощность, генерируемая PD, что делает его нецелесообразным. Автономная адаптивная схема с низким энергопотреблением была предложена [21] для максимизации мощности, извлекаемой из PD. Он состоит из удвоителя напряжения (ВД) и понижающего импульсного преобразователя. Принятый контроллер использует напряжение PD в качестве сигнала обратной связи для улучшения извлечения энергии. Результат показывает, что предложенная схема управляет выпрямленным напряжением, выходной мощностью и КПД.Однако для этого требуется сложная схема включения и дополнительная схема контроллера. Другой подход к максимизации выходной мощности ЧР, а именно метод комплексного сопряжения, был использован в [22]. В этом методе источник-генератор (т. е. ФД) имеет большую внутреннюю емкость с низкой резонансной частотой [23,24]. Следовательно, для этого метода требуется большая катушка индуктивности, порядка десятков или сотен Генри, что нецелесообразно [25]. Другой возможный способ максимизации мощности от ФД — прямое подключение ФД к запоминающему устройству/конденсатору.Концепция нелинейных цепей или синхронного переключения на индукторе (SSHI) показала значительное улучшение мощности, извлекаемой из частичного разряда. Нелинейный метод был предложен в [26], он продемонстрировал тщательное извлечение мощности и заявил, что при аналогичных условиях/возбуждениях предложенная схема значительно улучшила извлекаемую мощность на несколько сотен процентов по сравнению со схемой FBR. Для реализации коммутации цепей СШИ в [21,27,28] предложены схемы СШИ с автономным питанием.Кроме того, в [29] был предложен СШИ с автономным питанием с некоторыми дискретными электронными компонентами. Результаты эксперимента показали значительное улучшение отбора мощности от ЧР, что в 1,6 раза выше, чем у схемы FBR. Однако диоды, использованные в предложенных схемах, вызывали падение напряжения в процессе преобразования. В результате потери преобразования превышают мощность, вырабатываемую ПД. Кроме того, по литературным данным потери в процессе переключения велики. Следовательно, необходимо разработать схему с низкими потерями и постоянным выходным напряжением.Чтобы свести к минимуму потери прямого напряжения на диодах, Майорка [30] предложил бездиодную схему, как показано на рисунке 3. Исследование не показало выходную мощность, извлекаемую из предложенной схемы. Сравнение с обычными схемами не проводилось. Практическое применение и соответствующие электрические граничные условия также не рассматривались. Арул и др. [31] показал, что использование схемы мостового выпрямителя на полевых МОП-транзисторах способно снизить потери мощности в процессе преобразования за счет минимизации потерь прямого напряжения на диодах.МОП-транзисторы, используемые в схеме, не имеют собственного источника питания. В результате коммутационные потери МОП-транзисторов высоки. Следовательно, потери мощности в коммутаторах выше, чем мощность, генерируемая частичным разрядом. Недавнее исследование Edla et al. [32] усовершенствовал описанную выше схему мостового выпрямителя на полевых МОП-транзисторах до H-моста с автономным питанием. Предложенная схема успешно применялась для сверхнизких напряжений и высоких частот. Результат показывает, что предложенная схема заметно увеличивает напряжение и мощность, вырабатываемую частичным разрядом, по сравнению с традиционными схемами FBR.Однако это исследование в основном было сосредоточено на процессе выпрямления на высокой частоте; его применимость при низкочастотном и высокоамплитудном антропогенном возбуждении не рассматривается. До сих пор было проведено много исследований схем выпрямителей для PEH. Тем не менее, обзор литературы, проведенный авторами, также пришел к выводу, что в предыдущих исследованиях в основном использовался источник управляемой синусоидальной вибрации, обычно генерируемый механическим вибратором. Когда движение человека является источником механической энергии, преобразование переменного тока в постоянный является более сложной задачей.Напряжение переменного тока, создаваемое движениями человека, такими как ходьба, бег и езда на велосипеде, не является чисто синусоидальным. Генерируемый сигнал часто имеет низкую частоту, большую амплитуду и относительно нестабилен из-за сложной природы таких движений [5,33]. Типичная форма волны переменного тока, генерируемая частичным разрядом с консольной балкой, прикрепленной к механическому вибратору, показана на рис. синусоидальная вибрация неизвестна.Таким образом, существует потребность в разработке схемы выпрямителя с автономным питанием с малыми потерями, способной обеспечить стабильную подачу постоянного напряжения в таком приложении.

В этой статье предлагается модифицированная схема Н-моста для преобразования переменного тока в постоянный для приложений движения человека, которая является продолжением работ Edla et al. [32], Maiorca et al. [30] и Арул и соавт. [31]. Предлагаемая схема Н-моста представляет собой модифицированную версию типичной схемы Н-моста (которая получает внешнее питание от постоянного напряжения), в которой основные компоненты (т.e., MOSFET) в схеме заменены MOSFET усовершенствованного типа. Кроме того, это схема H-Bridge с автономным питанием, которая не требует внешнего источника питания для запуска компонентов в схеме. Ожидается, что выпрямленное постоянное напряжение будет сравнительно выше и стабильнее из-за низкого порогового напряжения (V th ) MOSFET по сравнению с обычной схемой FBR.

Для изучения возможностей преобразования предлагаемой схемы Н-моста в рамках этого исследования была проведена серия экспериментальных испытаний для сравнения производительности предложенной схемы Н-моста с обычной схемой FBR.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.