Какие существуют типы мостовых выпрямителей. Как работают однофазные и трехфазные мостовые схемы. Каковы основные характеристики и преимущества мостовых выпрямителей. Где применяются различные виды мостовых выпрямителей.
Основные типы мостовых выпрямителей
Мостовые выпрямители являются одним из наиболее распространенных типов схем для преобразования переменного тока в постоянный. Они обладают рядом преимуществ по сравнению с другими типами выпрямителей:
- Высокий КПД и эффективность преобразования
- Низкий уровень пульсаций выпрямленного напряжения
- Возможность работы с высокими напряжениями и токами
- Компактность схемы
Различают следующие основные типы мостовых выпрямителей:
- Однофазные мостовые выпрямители
- Трехфазные мостовые выпрямители
- Управляемые мостовые выпрямители на тиристорах
Рассмотрим подробнее принцип работы и особенности каждого типа.
Однофазный мостовой выпрямитель
Однофазный мостовой выпрямитель представляет собой схему из 4 диодов, соединенных в мостовую конфигурацию. Принцип его работы следующий:
- В положительный полупериод входного напряжения ток протекает через диоды D1 и D4
- В отрицательный полупериод ток протекает через диоды D2 и D3
- В результате на выходе формируется двухполупериодное выпрямленное напряжение
Основные характеристики однофазного мостового выпрямителя:
- Коэффициент пульсаций: 0.67
- Среднее значение выпрямленного напряжения: 0.9 от амплитуды входного напряжения
- КПД: 81%
Однофазные мостовые выпрямители широко применяются в маломощных источниках питания бытовой и промышленной электроники.
Трехфазный мостовой выпрямитель
Трехфазный мостовой выпрямитель состоит из 6 диодов, соединенных в мостовую схему. Его принцип работы следующий:
- В каждый момент времени открыты два диода — один в верхнем плече и один в нижнем
- Диоды открываются попарно в определенной последовательности
- На выходе формируется шестипульсное выпрямленное напряжение
Основные характеристики трехфазного мостового выпрямителя:
- Коэффициент пульсаций: 0.057
- Среднее значение выпрямленного напряжения: 1.35 от действующего значения линейного напряжения
- КПД: 95%
Трехфазные мостовые выпрямители применяются в мощных промышленных источниках питания, системах электропривода, электролизных установках.
Управляемые мостовые выпрямители
Управляемые выпрямители строятся на основе тиристоров вместо диодов. Это позволяет регулировать выходное напряжение путем изменения угла отпирания тиристоров.
Основные преимущества управляемых выпрямителей:
- Возможность плавного регулирования выходного напряжения
- Быстродействие
- Высокий КПД при регулировании
Управляемые выпрямители применяются в регулируемых источниках питания, системах управления электроприводами, зарядных устройствах и др.
Области применения мостовых выпрямителей
Мостовые выпрямители находят широкое применение в различных областях:
- Источники питания электронной аппаратуры
- Зарядные устройства аккумуляторов
- Системы электропривода постоянного тока
- Электролизные установки
- Сварочные аппараты
- Системы катодной защиты трубопроводов
Выбор конкретного типа мостового выпрямителя зависит от требований к выходному напряжению, мощности, КПД и других параметров для конкретного применения.
Преимущества мостовых выпрямителей
Мостовые выпрямители обладают рядом важных преимуществ по сравнению с другими схемами выпрямления:
- Высокий коэффициент использования трансформатора (до 0.81)
- Низкий уровень пульсаций выходного напряжения
- Возможность работы без сглаживающего фильтра при малых токах нагрузки
- Отсутствие подмагничивания сердечника трансформатора постоянной составляющей тока
- Меньшие габариты и масса по сравнению со схемой с выводом средней точки трансформатора
Эти преимущества обусловили широкое распространение мостовых выпрямителей в современной силовой электронике.
Ключевые характеристики мостовых выпрямителей
При выборе и расчете мостовых выпрямителей важно учитывать следующие основные характеристики:
- Среднее значение выпрямленного напряжения
- Коэффициент пульсаций выходного напряжения
- КПД выпрямителя
- Максимальное обратное напряжение на диодах
- Максимальный прямой ток через диоды
- Частота пульсаций выпрямленного напряжения
Правильный учет этих параметров позволяет спроектировать оптимальный выпрямитель для конкретного применения.
Электротехника
Электротехника
ОглавлениеПРЕДИСЛОВИЕВВЕДЕНИЕ ГЛАВА I. ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 1. ОДНОФАЗНЫЕ ЦЕПИ § 1.2. ПРИНЦИП ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОЙ СИНУСОИДАЛЬНОЙ ЭДС § 1.3. ДЕЙСТВУЮЩИЕ ЗНАЧЕНИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ § 1.4. СРЕДНЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 1.  5. МЕТОД ВЕКТОРНЫХ ДИАГРАММ§ 1.6. СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 1.7. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ § 1.8. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ИНДУКТИВНОСТЬЮ § 1.9. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНО-ИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКОЙ § 1.10. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ЕМКОСТЬЮ § 1.11. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНО-ЕМКОСТНОЙ НАГРУЗКОЙ § 1.12. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ R, L И С. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ § 1.13. РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ § 1.14. РЕЗОНАНС ТОКОВ § 1.15. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ § 1.16. ПРОВОДИМОСТЬ И РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ § 1.17. СИМВОЛИЧЕСКИЙ МЕТОД 2. ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ § 1.19. ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ § 1.20. СОЕДИНЕНИЕ ЗВЕЗДОЙ § 1.21. СОЕДИНЕНИЕ ТРЕУГОЛЬНИКОМ § 1.22. МОЩНОСТЬ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ ГЛАВА II. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ § 2.3. ПОГРЕШНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ § 2.5. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.  6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРИБОРЫ§ 2.7. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.8. ФЕРРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.9. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ВАТТМЕТРЫ § 2.10. ОДНОФАЗНЫЙ ФАЗОМЕТР § 2.11. ОДНОФАЗНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ § 2.12. ОММЕТРЫ § 2.13. ЛОГОМЕТРЫ § 2.14. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.15. ДЕТЕКТОРНЫЕ ПРИБОРЫ § 2.16. ШКОЛЬНЫЕ ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ § 2.17. ПОНЯТИЕ О ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРАХ § 2.18. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ § 2.19. ИЗМЕРЕНИЕ ЭНЕРГИИ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ § 2.20. СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ § 2.21. ПОНЯТИЕ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ ГЛАВА III. ТРАНСФОРМАТОРЫ § 3.2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.3. ХОЛОСТОЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.4. РАБОЧИЙ РЕЖИМ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.5. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.6. ТРЕХФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ § 3.7. КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ § 3.  8. АВТОТРАНСФОРМАТОР§ 3.9. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ Глава IV. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ. ВЫПРЯМИТЕЛИ 4.1. ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ И ЭЛЕМЕНТОВ § 4.2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ § 4.3. ТИРИСТОРЫ § 4.4. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 4.5. ПРИМЕНЕНИЕ ТИРИСТОРОВ ДЛЯ ВЫПРЯМЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА § 4.6. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ § 4.7. ПОНЯТИЕ ОБ ИНВЕРТОРАХ § 4.8. ФЕРРОРЕЗОНАНС В НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ § 4.9. ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ § 4.10. ШКОЛЬНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ ГЛАВА V. МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 5.2. ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.3. СОЗДАНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМОЙ § 5.4. СКОРОСТЬ ВРАЩЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ. ТИПЫ ОБМОТОК СТАТОРА § 5.5. СКОЛЬЖЕНИЕ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 1.6. МАГНИТНЫЙ ПОТОК ЭДС И ТОКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.7. ВЕКТОРНАЯ ДИАГРАММА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.  8. АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОНТАКТНЫМИ КОЛЬЦАМИ§ 5.9. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.10. ПУСК В ХОД АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 5.11. РЕВЕРСИРОВАНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 5.12. ОДНОФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ § 5.13. ПРИМЕНЕНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 5.14. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.15. ЭДС СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.16. РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ § 5.17. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.18. УПРОЩЕННАЯ ВЕКТОРНАЯ ДИАГРАММА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.19. РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ПАРАЛЛЕЛЬНО С СЕТЬЮ § 5.20. ОБРАТИМОСТЬ СИНХРОННЫХ МАШИН. ПРИНЦИП РАБОТЫ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.21. ПУСК И ОСТАНОВКА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.22. ВЛИЯНИЕ ТОКА ВОЗБУЖДЕНИЯ НА РАБОТУ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ. СИНХРОННЫЙ КОМПЕНСАТОР § 5.23. РЕАКТИВНЫЕ СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ § 5.24. ПРИМЕНЕНИЕ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ГЛАВА VI. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА § 6.  2. ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА. ТИПЫ ОБМОТОК ЯКОРЯ§ 6.3. ЭДС И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА § 6.4. РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ § 6.5. КОММУТАЦИЯ § 6.6. СПОСОБЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА § 6.7. ОБРАТИМОСТЬ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА. ДВИГАТЕЛИ § 6.8. ДВИГАТЕЛЬ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО И НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ § 6.10. ДВИГАТЕЛЬ СМЕШАННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ § 6.11. КОЛЛЕКТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ГЛАВА VII. ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ § 7.2. РЕЛЕ § 7.3. ДАТЧИКИ § 7.4. АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ § 7.5. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ § 7.6. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ § 7.7. ТЕЛЕМЕХАНИКА § 7.8. КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ ГЛАВА VIII. ПРОИЗВОДСТВО, ПЕРЕДАЧА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ § 8.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ § 8.2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ § 8.3. ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ § 8.4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ ГЛАВА IX.  СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИГЛАВА X. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ § 10.1. ОПАСНОСТЬ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ ДЛЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА § 10.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА § 10.3. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ § 10.4. ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ И ЗАЗЕМЛЕНИЕ НА НЕЙТРАЛЬ (ЗАНУЛЕНИЕ) § 10.5. ЗАЩИТНЫЕ СРЕДСТВА И КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК § 10.6. ОКАЗАНИЕ ПЕРВОЙ ПОМОЩИ ПОРАЖЕННОМУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ § 10.7. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ В УЧЕБНЫХ ЛАБОРАТОРИЯХ ЛИТЕРАТУРА |
Выпрямление переменного тока | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Общие сведения о выпрямителях Преобразователи, стабилизаторы напряжения и ряд других элементов не являются обязательными для всех источников питания.
В зависимости от требований, предъявляемых к источникам питанию, эти узлы могут присутствовать в схеме, а могут и отсутствовать. Выбор ламповых или полупроводниковых выпрямительных диодов Существует две основные разновидности схем двухполупериодного выпрямления: выпрямитель, использующий отвод от средней точки обмотки трансформатора, и мостовая схема выпрямления (рис. 6.2). Мостовая схема (часто называемая схемой Греца) выпрямления представляет стандартную современную топологию, так как она
позволяет экономить на обмотке трансформатора (требуется вдвое меньше витков вторичной обмотки). Схема выпрямления, в которой
используется обмотка трансформатора с отводом от среднего витка, считается традиционной в схемах ламповых выпрямителей, так
как она позволяет экономить на количестве выпрямляющих элементов (которые всегда стоили недешево). При рассмотрении схемы высоковольтного источника питания, для которого напряжение постоянного тока VDCне превышает 1 кВ, необходимо сделать выбор между использованием кремниевого полупроводникового диода или вакуумного термоэлектронного диода (кенотрона), например, такого, как GZ34. Ламповый выпрямительный диод не отличается высокой эффективностью работы. Дело заключается не только в том, что для него требуется источник питания подогревателей, но и в том, что на ламповых выпрямителях падение высоковольтного напряжения составляет десятки вольт, кроме этого возрастает выходное сопротивление источника питания. Они очень чувствительны в отношении пульсирующей составляющей постоянного тока (которая будет рассмотрена ниже), и, следовательно, с ними требуется применять сглаживающие конденсаторы с максимальной емкостью, которые будут подключаться параллельно их выводам. Более того, полное сопротивление, подключаемое последовательно в цепи каждого анода, должно превосходить минимальное значение, которое определяется следующим выражением: Рис. в которой Rs — сопротивление вторичной обмотки трансформатора; Rp — сопротивление первичной обмотки трансформатора; п — коэффициент трансформации, или отношение количества витков вторичной обмотки к количеству витков в первичной. Хотя приводимые ниже в табл. 6.1 данные позволяют производить быстрое сравнение характеристик наиболее распространенных двойных выпрямительных ламповых диодов (двухполупериодных кенотронов), за получением более подробной информации необходимо будет обратиться к паспортным данным, представляемых производителями ламп.
Примечание. Ламповые диоды GZ34, входящие в серию NOS и выпускаемые компанией Маллэрд (Mullard), представляют в настоящее время почти
музейную редкость и поэтому очень дорогие, хотя некоторые из современных дамповых диодов GZ34, как сообщалось в печати,
имеют очень неустойчивые параметры при высоких напряжениях, поэтому достаточно популярной заменой для данного лампового
диода является весьма «прожорливая» в отношении потребляемых токов лампа NOS GZ37. Ламповые диоды с косвенным подогревом
EZ80 и EZ81 дешевле и значительно доступнее, они являются идеальными для применения в схемах предусилителей или небольших
монофонических усилителей мощности. Для не очень популярного лампового диода EZ90 приводимые паспортные характеристики не
являются такими подробными, как это сделано для диода EZ80, но вполне возможно предположить, что он окажется даже дешевле. Выпрямительные диоды с косвенным подогревом разработаны для питания от стандартного блока питания подогревателей катодов, который имеет напряжение 6,3 В и предназначен для приемо-усилительных ламп, однако, их особенностью является то, что напряжение между подогревателем и катодом Vghможет достигать значения примерно 300 В. Это предъявляет повышенные требования к качеству изоляции между катодом и подогревателем, при этом шумовые токи с катода выпрямительного диода поступают в общий заземленный источник питания подогревателей. Если условие низкого уровня шумов является определяющим, то можно как бы переложить возникающие сложности со столь чувствительной изоляцией катод-подогреватель на более выносливый силовой трансформатор, путем использования отдельной обмотки, предназначенной для цепи подогревателей катодов ламповых выпрямительных диодов и гальванически связанной с катодами. Высоковакуумные ламповые выпрямители обладают одним единственным явным преимуществом перед кремниевыми диодами, но это
преимущество может оказаться настолько важным, что позволит стерпеть все их недостатки. Ярые приверженцы высоковакуумных ламповых диодов указывают, что лампа включается и выключается более чисто по сравнению
с кремниевым диодом, и это в итоге приводит к менее выраженным резонансным явлениям в источнике питания. Однако, по мнению
автора, оба типа выпрямителей характеризуется пиками (выбросами) при переключении, и, в силу этого, особое значение приобретает
необходимость использования сглаживающих и демпфирующих элементов. Если и наблюдаются некоторые преимущества при использовании
ламповых выпрямительных диодов, то они, скорее всего, обязаны своим происхождением уменьшенным пульсирующим составляющим
переменного тока (подробнее эта проблема будет рассмотрена ниже). Рис. 6.3 Плавное нарастание высоковольтного напряжения, питаемого от лампового выпрямителя EZ81 с током нагрузки 120 мА Какая бы топологическая схема выпрямителя ни была бы выбрана, необходима уверенность, что она будет в состоянии оказывать противодействие возмущениям, оказываемым на нее окружающими цепями. При рассмотрении схемы выпрямителя, питающегося от сети переменного тока промышленной частоты, необходимо точно задавать максимально допустимые значения напряжений и токов. Однако, величина ни того, ни другого параметра не является строго однозначной, как это может показаться на первый взгляд (рис. 6.4). На рис. 6.4 приведена схема выпрямителя, в которой использованы два кремниевых диода, включенных в плечи вторичной обмотки
трансформатора, имеющей отвод от средней точки (обмотки 300-0-300 В). Напряжение холостого хода на накопительном конденсаторе
составит 424 В постоянного тока (необходимо обратить внимание, что это напряжение значительно превышает то значение, которое
было бы, если бы вместо кремниевых диодов использовались ламповые диоды: прямая замена кремниевых диодов на ламповые недопустима). В табл. 6.2 сравниваются необходимые рабочие напряжения кремниевых диодов для мостовой схемы выпрямления и схемы с отводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора. Рис. 6.4 Влияние конденсатора на величину выпрямленного напряжения
При выпрямлении высоких напряжений схема с отводом от центрального витка вторичной обмотки трансформатора имеет тот недостаток,
что для нее требуется использовать полупроводниковые диоды, рассчитанные на удвоенные значения напряжения VRPM. Такие лаповые диоды, как GZ34, EZ81, EZ80 и т. д. предназначаются для использования в схемах выпрямления с отводом от средней точки, что подразумевает использование трансформатора, вторичная обмотка которого изготовлена с отводом от среднего витка. Однако совместное использование лампового и полупроводникового выпрямительных диодов позволяет обойти данную проблему, а также сохранить преимущество первых, связанное с плавным нарастанием выпрямленного тока (рис. 6.5). Рис. 6.5 Схема выпрямителя с комбинированным использованием лампового и полупроводниковых выпрямительных диодов Когда выпрямленное напряжение с диодов поступает на накопительный конденсатор, импульсные токи в несколько раз превышают
величину постоянного тока, протекающего в нагрузке. К счастью, современные кремниевые диоды разрабатываются таким образом,
чтобы учесть это превышение пиковых значений тока, поэтому для двухполупериодной схемы выпрямления оказывается достаточным
выбрать каждый диоде номинальным значением рабочего тока, равным половине постоянного тока, протекающего в нагрузке. Ртутные выпрямители Ртутные выпрямители последнее время становятся все более модными, а их мягкий голубоватый разряд, возникающий в парах
ртути, внешне выглядит очень привлекательно. Ртутные выпрямители очень хрупкие, а их пары ядовиты, поэтому они требуют к
себе очень внимательного отношения, не допускающего как механических повреждений баллона лампы, так и превышения номинальных
электрических нагрузок. Так как при работе такого выпрямителя используются пары ртути, то капли жидкого металла достаточно
быстро осаждаются на внутренних стенках баллона лампы, поэтому при включении подогреватель должен, прежде всего, испарить
некоторое количества металла, что требует в обязательном порядке вертикального положения баллона ртутного выпрямителя. Время,
которое необходимо для предварительного прогрева катода перед тем, как будет приложено высоковольтное напряжение, приведено в табл.
Для предотвращения обратной вспышки работа ртутных выпрямителей ограничивается диапазоном температур от 20 до 60 °С,
хотя для ряда ртутных выпрямителей верхний предел температуры ограничивается значением 50 °С. Поэтому для таких выпрямителей
может оказаться необходимым использовать электрический вентилятор, обеспечивающий дополнительный отвод горячего воздуха
от близкорасположенных нагретых элементов схемы. В дополнение ко всему, выпрямитель типа 866 требует применения совместно
с ним стабилизирующего нагрузочного резистора, подключенного параллельно выходным клеммам выпрямителя и отводящего примерно
10% от общего тока нагрузки. Ртутные выпрямители характеризуются меньшим падением прямого напряжения (примерно 15 В) и значительно меньшим значением
собственного сопротивления по сравнению с высоковакуумными ламповыми диодами и могут применяться при более высоких значениях
рабочих напряжений и токов. Однако процесс их включения и выключения происходит значительно более резко по сравнению с другими
типами ламповых выпрямительных диодов, поэтому они склонны вызывать дополнительные осцилляции (паразитные колебательные
процессы), если их анодный провод не снабжен поглощающими ферритовыми шайбами или ВЧ дросселем, а в ряде случаев может потребоваться
заключение дампы в металлический экранирующий кожух. Наиболее простым способом, позволяющим выявить влияние генерации, оказывается
использование не осциллографа, а обычного радиоприемника, работающего в диапазоне УКВ-ЧМ, который необходимо перемещать
рядом со схемой и прослушивать «жужжание» при его приближении к ламповым диодам. В ртутных выпрямителях как бы соединяются
недостатки полупроводниковых и ламповых выпрямляющих диодов, когда объединяются требования, заставляющие использовать источник
питания для цепи подогревателей, цепь задержки включения высоковольтного напряжения и демпфирующие устройства, чтобы добиться
электрических характеристик ненамного лучших, чем для кремниевых диодов. ВЧ шумы выпрямителей При работе выпрямителя постоянно происходят переключения выпрямляющих элементов схемы с одного на другой. Следует учесть, что хотя нижеприведенные рассуждения относятся к случаю чисто омической нагрузки выпрямителя, полученные результаты также будут справедливы и для случая нагрузки, представленной накопительным конденсатором. Как только амплитудное значение переменного входного напряжения при своем увеличении пройдет через нулевое значение,
один или несколько выпрямляющих диодов перейдут во включенное состояние и будут оставаться включенными во время действия
положительной полуволны, то есть пока амплитуда напряжения не снизится обратно до нулевого значения. После прохождения амплитуды
через нулевое значение во время действия отрицательной полуволны напряжения включится второй диод, или несколько диодов,
образующие второе плечо схемы выпрямителя. К счастью, в самом трансформаторе существует слишком большое количество паразитных емкостей, предотвращающих возрастание
напряжения до слишком высоких значений. Однако, бывают и случаи, когда избыточное напряжение, приложенное к системе, может
возбудить колебательный процесс, приводящий к появлению последовательности затухающих импульсов. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Однако процесс выпрямления переменного напряжения будет присутствовать всегда, а значит будут присутствовать и связанные
с ним проблемы сглаживания пульсаций напряжения. Эти две операции неразрывно связаны друг с другом и в конечном итоге определяют
требования, предъявляемые к силовому трансформатору, а поэтому они являются основополагающими для всего дальнейшего процесса
проектирования блока питания. Так как в блоке питания требуется выпрямлять синусоидальное напряжение, создаваемое на вторичных
обмотках силового трансформатора, необходимо стремиться к максимальной эффективности использования трансформатора, поэтому
следует рассматривать вариант только двухполупериодного выпрямления. Однополупериодное выпрямление не только менее эффективно
(так как при этом используется только одна полуволна из полного периода синусоидального сигнала), но также возникает постоянная
составляющая тока, протекающего в трансформаторе, а даже небольшие величины постоянного тока, протекающего в обмотках трансформатора,
могут привести к намагничиванию и даже к насыщению его сердечника.
При насыщении материала сердечника возникают дополнительные
потери и поток рассеяния, который может индуцировать токи фоновых помех в ближайших к трансформатору цепях схемы. Более того,
при насыщении сердечника, на элементах трансформатора может выделяться повышенная тепловая энергия, вплоть до разрушения
его конструкции.
6.2 Схемы двухполупериодного выпрямления
Компания Маллэрд (Mullard) не указала значение C(max) для лампового диода
GZ37, но в силу того, что как для GZ34, так и для GZ37 амплитудные значения токов одинаковы, ia(pk)= 750 мА, то можно будет принять, что для диода GZ37величина C(max) = 60 мкФ.
Время нарастания выходного напряжения
(время, необходимое для изменения напряжения от значения 10% до значения, составляющего 90% номинального) при условии полной
нагрузки составляет примерно 5 с, что сильно снижает величину противотока электролитических конденсаторов по сравнению
с полупроводниковыми выпрямителями (рис. 6.3).
Предельно допустимое напряжение диода, удовлетворяющее требованиям схемы, представляет максимально допустимое обратное напряжение,
которое может быть многократно приложено к нему, VRPM. Иногда оно указывается как рабочее напряжение диода,
(или, как сложилось исторически, максимальное или амплитудное обратное напряжение).
Поэтому в схеме выпрямителя, в которой используется вторичная обмотка трансформатора с отводом от средней точки и напряжения
300-0-300 В необходимо будет использовать диоды, у которых VRRM> 849 В. Однако в выпрямителе, в котором
будет использоваться только одна вторичная обмотка, рассчитанная на напряжение 300 В и мостовая схема выпрямления, может
быть обеспечено точно такое же значение выходного напряжения, при этом необходимо использовать диоды, для которых напряжение VRPM > 424 В. Несмотря на это, очень удобными для применения оказываются выпрямители, в которых используются
полупроводниковые диоды и трансформаторы с отводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора, предназначенные для
работы с низкими напряжениями и высокими значениями токов, так как в этой схеме прямое падение напряжения на диодах схемы, V будет в два раза ниже аналогичного параметра, характерного для мостовой схемы выпрямления, поскольку за
каждый полупериод выпрямляемого синусоидального напряжения, ток протекает только через один диод, а не через два, как в
мостовой схеме.
(Это
становится возможным потому, что через каждый диод в схеме двухполупериодного выпрямления ток протекает только в течение
одной половины периода.)
6.3.
Однако, следует отметить, что в ртутных выпрямителях
отсутствует процесс накопления заряда, который вызывает превышение значения, или бросок, тока.
Для каждого диода необходимо минимальное значение прямого напряжения, при котором
будет происходить его включение (даже если величина такого напряжения составляет всего 0,7 В, требуемого для включения кремниевого
диода). Это означает, что существует своего рода мертвая зона, симметрично расположенная относительно нулевого значения
напряжения, когда ни один диод из обоих плечей не будет проводить ток. Трансформатор, обладающей собственной индуктивностью,
в такие моменты времени окажется отключенным и будет пытаться поддерживать протекание тока по цепи, однако это приведет
к возникновению э.д.с. самоиндукции, величина которой определяется выражением:
Используя измерительную
катушку, автор однажды зафиксировал выброс импульсов с частотой 200 кГц, возникающих в силовом трансформаторе именно
по указанной выше причине. К счастью, указанная проблема решается достаточно простым шунтированием каждого отдельного диода
пленочным конденсатором с емкостью 10 нФ, рабочее напряжение которого равняется рабочему напряжению VRRMдиода., схема, работа и характеристики
— Реклама —
Выпрямитель представляет собой электронную схему, которая преобразует входное переменное напряжение в постоянное напряжение на выходной клемме. Этот выход известен как выпрямленное выходное напряжение. Выпрямители в основном используются в источниках питания, обеспечивая напряжение постоянного тока для работы электронных устройств.
Выпрямители подразделяются на два типа в зависимости от операции:
- Однополупериодные выпрямители
- Двухполупериодные выпрямители
Мы уже поняли принцип работы однополупериодных и двухполупериодных выпрямителей.
— Реклама —
Полупериодный выпрямитель преобразует входное напряжение переменного тока в выходное напряжение постоянного тока путем проведения одного из положительных или отрицательных полупериодов. В результате он пропускает один цикл и блокирует другой.
Так как один из циклов проходит цепь, а другой блокируется, половина цикла всегда теряется. Эти потери приводят к потере мощности и низкой эффективности из-за низкого выходного напряжения.
Полноволновые выпрямители доказали свою эффективность, чтобы сделать процесс выпрямления более эффективным. Двухполупериодные выпрямители используют как положительные, так и отрицательные полупериоды входного напряжения для получения выходного напряжения.
Существует два типа двухполупериодных выпрямителей:
- Мостовой двухполупериодный выпрямитель
- Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом
Мостовой выпрямитель представляет собой тип двухполупериодного выпрямителя, в котором используются четыре диода для формирования моста с обратной связью.
Диоды проводят попарно через каждый положительный и отрицательный полупериод, что не приводит к потере мощности.
Мостовой выпрямитель не требует центрального ответвления вторичной обмотки трансформатора. Вход подается через трансформатор на диагональ диодного моста. Трансформатор этой схемы всегда занят, потому что он постоянно подает питание в обоих циклах входного переменного тока, в отличие от выпрямителя с центральным отводом, который использует 50% мощности трансформатора.
Мостовой выпрямитель бывает различных типов:
- Однофазный и трехфазный мостовой выпрямитель
- Неуправляемый мостовой выпрямитель
- Управляемый мостовой выпрямитель
Однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов D1, D2, D3 и D4, соединенных по замкнутой схеме, образующей мост. Диоды расположены таким образом, что они проводят парами во время положительных полупериодов.
Входное переменное напряжение подается через трансформатор по диагонали C моста. Нагрузочный резистор RL подключается между диагональю C и D.
Выходное выпрямленное напряжение постоянного тока получается на нагрузке от диагонали D.
Рис.1 Схема однофазного мостового выпрямителя Работа: Положительный полупериод:Во время положительного полупериода входного переменного тока питание (от 0 до π),
Полярность вторичного напряжения на клемме A положительна по отношению к клемме B.
Рис. 2 Цепь положительного полупериода мостового выпрямителяЭто приводит к тому, что диоды D1 и D2 смещаются в прямом направлении и Диоды D3 и D4 должны быть смещены в обратном направлении.
Диоды D1 и D2 создают цепь коротких замыканий и начинают проводить ток, в то время как диоды D3 и D4 ведут себя как разомкнутые цепи. Ток нагрузки начинает протекать по пути короткого замыкания, созданному диодами D1 и D2.
Направление тока нагрузки от D1, RL к D2. Напряжение на нагрузочном резисторе RL положительное на клемме D и отрицательное на клемме C.
Во время отрицательного полупериода входного источника переменного тока (от π до 2π),
Полярность вторичного напряжения на клемме B положительная по отношению к клемме A.
Рис. 3 Схема отрицательного полупериода мостового выпрямителяДиоды D3 и D4 создают путь короткого замыкания и начинают проводить, в то время как диоды D1 и D2 работают как открытые цепи. Ток нагрузки начинает протекать по пути короткого замыкания, создаваемому диодами D3 и D4. Направление тока нагрузки от D3, RL к D4. Напряжение на нагрузочном резисторе RL положительное на клемме D и отрицательное на клемме C.
Следует отметить, что обе пары диодов D1, D2, D3 и D4 проводят полупериоды попеременно. Эти пары диодов не проводят одновременно.
В обоих циклах ток нагрузки протекает через положительные полупериоды входного переменного напряжения и в том же направлении через нагрузочный резистор RL.
Полярность напряжения на RL такая же, как и направление тока нагрузки через проводящие состояния диодов D1, D2 и D3, D4. Выходной импульс может быть как полностью положительным, так и отрицательным.
Здесь получен положительный выходной импульс. Этот однонаправленный ток означает постоянный ток. Следовательно, входное переменное напряжение преобразуется в постоянное напряжение на выходе.
Полученный выходной выпрямленный импульс имеет пульсирующий характер. Чтобы очистить это, мы должны поместить фильтрующий конденсатор на выходе, чтобы получить чистое постоянное напряжение.
Форма сигнала: Рис. 4 Форма сигнала однофазного мостового выпрямителя Некоторые параметры однофазного мостового выпрямителяХарактеристики мостового выпрямителя включают следующее:0003
- Эффективность
- Пиковое обратное напряжение
- Коэффициент пульсации
) КПД мостового выпрямителя: Эффективность мостового выпрямителя определяется как способность мостового выпрямителя преобразовывать входной переменный ток (AC) в постоянный ток (DC). Проще говоря, это соотношение между выходной мощностью постоянного тока и входной мощностью переменного тока.
Во-первых, нам нужно рассчитать Idc
Итак, уравнение выходной мощности принимает вид
Мы знаем,
Значение RF+RS очень-очень меньше, чем RL.
Следовательно, пренебрежимо малое значение можно игнорировать.
η = 0,812
η(в процентах) = 81,2%
2.) Пиковое обратное напряжение:Пиковое обратное напряжение — это максимальное напряжение, которое выпрямитель может получить при обратном смещении без повреждения самого себя. Пиковое обратное напряжение для мостового выпрямителя равно Vm.
Пиковое обратное напряжение мостового выпрямителя составляет половину выпрямителя с центральным отводом.
На выходе мостового выпрямителя не чистый постоянный ток, а скорее пульсирующий постоянный ток, поскольку он содержит смесь постоянного и переменного тока. Компоненты переменного тока в выпрямленном выходе называются пульсациями.
Коэффициент пульсации определяется как процент составляющей переменного тока (или пульсаций) в выпрямленном выходе постоянного тока. Коэффициент пульсации должен быть как можно меньше. Чтобы уменьшить этот фактор, мы используем фильтрующий конденсатор на выходе.
Трехфазный неуправляемый двухполупериодный мостовой выпрямительТрехфазный неуправляемый мостовой выпрямитель представляет собой сеть из 6 диодов, проводящих попарно для каждого цикла. Сеть из четырех диодов с двумя фазами работает как однофазный неуправляемый мостовой выпрямитель.
Диоды проводят в соответствующих парах, поскольку они образуют последовательные соединения с протекающим через них током.
Два диода, принадлежащие к разным фазам, ведут себя вместе. Это связано с тем, что одна фаза имеет положительные и отрицательные пиковые значения одновременно.
Входное переменное напряжение подается от трехфазного трансформатора Q3, соединенного звездой.
Положительный вывод нагрузки подключается к катоду диодов D1, D3 и D5. Аноды диодов D1, D3 и D5 подключены к входу питания.
Аналогичным образом отрицательный вывод нагрузки подключается к аноду диодов D2, D4 и D6. Катоды диодов D2, D4 и D6 подключены к входу питания.
Диоды D1, D3 и D5 образуют группу диодов, которые питаются от положительной клеммы.
Диоды D2, D4 и D6 образуют группу диодов, которые питаются от положительной клеммы.
Соединения:- Катод диода D2 и анод диода D1 подключены к фазе R.
- Катод диода D4 и анод диода D3 подключены к фазе Y.
- Катод диода D6 и анод диода D5 подключены к фазе B.
Каждая входная вторичная клемма подключается к катоду одного диода и аноду другого, образуя фазу.
Формирование фаз:- Диоды D1, D2, D3 и D4 образуют фазовую сеть с R и Y вторичного входа звезды.
- Диоды D1, D2, D5 и D6 образуют фазовую сеть с R и B входной вторичной клеммы звезды.
- Диоды D3, D4, D5 и D6 образуют фазовую сеть с Y и B входной вторичной клеммы звезды.
Нагрузочный резистор RL является частью каждой сформированной мостовой сети.
Рис. 5 Схема 3-фазного мостового выпрямителяДве пары диодов в фазе не проводят одновременно, потому что каждая фаза имеет отрицательный и положительный пики одновременно.
Каждая фаза разделена на π/3 или 60°, что означает, что угол проводимости диодной пары для одного цикла составляет π/3 или 60°. Следовательно, каждый диод проводит 2π/3 или 120° или за один цикл.
Операция:Вариант 1:
В фазной сети R и Y
D1, D2, D3 и D4 образуют мостовой выпрямитель.
Когда VB=0
VR достигает максимального положительного пикового значения, а VY достигает максимального отрицательного пикового значения.
Это вызывает прямое смещение диодов D1 и D4 и обратное смещение диодов D2 и D3.
Диоды D2 и D3 действуют как разомкнутые цепи.
Диоды D1 и D4 образуют последовательное соединение с RL и начинают проводить.
Ток течет от D1 к RL и D4.
Следовательно, мы получаем положительный импульс напряжения на этой мостовой сети: VRY.
Вариант 2:
В фазной сети R и B
D1, D2, D5 и D6 образуют мостовой выпрямитель.
Когда VY=0
VR достигает максимального положительного пикового значения, а VB достигает максимального отрицательного пикового значения.
Это вызывает прямое смещение диодов D1 и D6 и обратное смещение диодов D2 и D5.
Диоды D2 и D5 работают в режиме разомкнутой цепи.
Диоды D1 и D6 образуют последовательное соединение с RL и начинают проводить.
Ток течет от D1 к RL и D6.
Следовательно, мы получаем положительный импульс напряжения на этой мостовой сети: VRB.
Вариант 3:
В фазовой сети Y и B
D3, D4, D5 и D6 образуют мостовой выпрямитель.
Когда VR=0
VY достигает максимального положительного пикового значения, а VB достигает максимального отрицательного пикового значения.
Это вызывает прямое смещение диодов D3 и D6 и обратное смещение диодов D4 и D5.
Диоды D4 и D5 работают как разомкнутая цепь.
Диоды D3 и D6 образуют последовательное соединение с RL и начинают проводить.
Ток течет от D3 к RL и D6.
Следовательно, мы получаем положительный импульс напряжения на этой мостовой сети: VYB.
Вариант 4:
В фазной сети Y и R
D1, D2, D3 и D4 образуют мостовой выпрямитель.
Когда VB=0
VY достигает максимального положительного пикового значения, а VR достигает максимального отрицательного пикового значения.
Это вызывает прямое смещение диодов D3 и D2 и обратное смещение диодов D1 и D4.
Диоды D1 и D4 работают как разомкнутая цепь.
Диоды D3 и D2 образуют последовательное соединение с RL и начинают проводить.
Ток течет от D3 к RL и D2.
Следовательно, мы получаем положительный импульс напряжения на этой мостовой сети: VYR.
Вариант 5:
В фазной сети B и R
D1, D2, D5 и D6 образуют мостовой выпрямитель.
Когда VY=0
VB достигает максимального положительного пикового значения, а VR достигает максимального отрицательного пикового значения.
Это вызывает прямое смещение диодов D5 и D2 и обратное смещение диодов D1 и D6.
Диоды D1 и D6 работают как разомкнутая цепь.
Диоды D5 и D2 образуют последовательное соединение с RL и начинают проводить.
Ток течет от D5 к RL и D2.
Следовательно, мы получаем положительный импульс напряжения на этой мостовой сети: VBR.
Случай 6:
В фазовой сети B и Y
D3, D4, D5 и D6 образуют мостовой выпрямитель.
Когда VR=0
VB достигает максимального положительного пикового значения, а VY получает максимальное отрицательное пиковое значение.
Это вызывает прямое смещение диодов D5 и D4 и обратное смещение диодов D3 и D6.
Диоды D4 и D6 работают как разомкнутая цепь.
Диоды D5 и D4 образуют последовательное соединение с RL и начинают проводить.
Ток течет от D5 к RL и D4.
Следовательно, мы получаем положительный импульс напряжения на этой мостовой сети: VBY.
Форма волны: Рис. 6 Форма волны трехфазного мостового выпрямителяМы надеемся, что теперь вы хорошо осведомлены о мостовых выпрямителях. Тем не менее, если у вас есть какие-либо сомнения, не стесняйтесь спрашивать в разделе комментариев ниже или вы можете использовать наш форум, чтобы связаться с нашими инженерами.
Основы двухполупериодного выпрямителя, схема, работа и применение
СОДЕРЖАНИЕ
- 1 ВВЕДЕНИЕ
- 2 Центр Полноволновой выпрямитель
- 3 Операция центрального натяжения Full Wave Dextifier
- 4 Full Bridge Fertifier
- 5 Операция полного волнового моста. Двухполупериодный выпрямитель
- 7 Среднеквадратичное значение
- 8 Выходное напряжение постоянного тока (В пост. тока)
- 9 Эффективность
- 10 Пиковое обратное напряжение (PIV)
- 11 Форм-фактор
- 12 Применение
- 13 Преимущества
- 14 Недостатки
Двухполупериодный выпрямительВыпрямитель, который преобразует полный цикл переменного тока (AC) в постоянный ток (DC) или пульсирующий постоянный ток, называется двухполупериодным выпрямителем. В выпрямителе этого типа можно выпрямлять как положительный, так и отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока. Во время строительства двухполупериодный выпрямитель использует несколько диодов или групп диодов для процесса выпрямления.
Работа двухполупериодного выпрямителя также основана на том факте, что диод пропускает ток в одном направлении и блокирует ток в другом направлении. В двухполупериодном выпрямителе ток протекает через нагрузку в одном и том же направлении в течение всего цикла входного источника переменного тока.
Двухполупериодный выпрямитель в основном предназначен для преодоления недостатков однополупериодного выпрямителя , таких как потери мощности, низкий КПД и более высокий коэффициент пульсаций. Он создает выходное напряжение постоянного тока, которое выше, чем у однополупериодного выпрямителя. На выходе двухполупериодного выпрямителя пульсации меньше, чем у однополупериодного выпрямителя. Следовательно, двухполупериодный выпрямитель обеспечивает более плавную форму выходного сигнала постоянного тока и более высокий КПД.
Двухполупериодный выпрямитель подразделяется на два типа. Их:
- Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом
- Двухполупериодный мостовой выпрямитель
Двухполупериодный выпрямитель с отводом от середины
Тип двухполупериодного выпрямителя, в котором используются два диода, подключенных ко вторичной обмотке трансформатора с отводом от середины, называется двухполупериодным выпрямителем с отводом от середины.
Двухполупериодный выпрямитель с отводом от средней точки в основном состоит из следующих компонентов.
- Трансформатор с центральным отводом
- Два диода
- Резистивная нагрузка
Принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя с отводом от середины показана на рисунке ниже.
В этой схеме вход переменного тока подключен к первичной обмотке трансформатора с отводом от средней точки. Во вторичной обмотке трансформатора средний отвод (дополнительный провод) подключается точно в центральной точке, так что средний отвод делит ввод на две части. Верхняя часть вторичной обмотки соединена с диодом, а нижняя часть вторичной обмотки соединена с диодом. Оба диода подключены к общей резистивной нагрузке с помощью трансформатора с центральным отводом, как показано на рисунке выше.
Работа двухполупериодного выпрямителя со средним отводом
Во время положительного полупериода переменного тока клемма A становится положительной, а клемма B — отрицательной.
Центральный вывод заземлен, т. е. имеет нулевой потенциал. Здесь положительный вывод подключен к p-стороне диода, а отрицательный вывод B также подключен к p-стороне диода. Таким образом, диод находится в состоянии прямого смещения и пропускает ток. В то время как диод находится в состоянии обратного смещения и не пропускает электрический ток. Следовательно, диод подает постоянный ток на нагрузку, и он будет возвращаться на вторичную обмотку трансформатора. Ток течет по пути линейной стрелки, как показано на рисунке.
Во время отрицательного полупериода переменного тока клемма A становится отрицательной, а клемма B становится положительной. Центральный вывод заземлен, т. е. имеет нулевой потенциал. Здесь отрицательная клемма A подключена к p-стороне диода, а положительная клемма B подключена к p-стороне диода. Таким образом, диод находится в состоянии обратного смещения и не пропускает электрический ток, тогда как диод находится в состоянии прямого смещения и позволяет протекать току.
Таким образом, диод подает постоянный ток на нагрузку, и он будет возвращен во вторичную обмотку трансформатор. Ток течет только в нижней части цепи. Ток течет по пути, указанному пунктирной стрелкой, как показано на рисунке.
Из обоих полупериодов переменного тока видно, что диод пропускает электрический ток во время положительного полупериода, а диод пропускает электрический ток во время отрицательного полупериода. Таким образом, входной сигнал переменного тока допускается как для положительных, так и для отрицательных полупериодов. Ток течет в одном направлении через нагрузку. Выходное постоянное напряжение почти равно входному переменному напряжению питания.
Форма сигнала вход-выход двухполупериодного выпрямителя с отводом от середины показана на рисунке ниже:
Полномостовой выпрямитель
Тип двухполупериодного выпрямителя, в котором используются четыре диода в мостовой схеме, называется двухполупериодным мостовым выпрямителем.
Четыре диода соединены по мостовой схеме, в которой два диода проводят один полупериод, а два других диода проводят другой полупериод.
Двухполупериодный мостовой выпрямитель не требует отвода от средней точки и трансформатора с отводом от средней точки. Таким образом, он дешевле и меньше по размеру, чем двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом.
Двухполупериодный мостовой выпрямитель в основном состоит из следующих компонентов.
- Четыре диода
- Резистивная нагрузка
Принципиальная схема двухполупериодного мостового выпрямителя показана на рисунке ниже.
В этой схеме четыре диода образуют мост. Питание переменного тока или выход трансформатора на вторичной обмотке подключается к двум диаметрально противоположным точкам моста в точках А и С. Резистивная нагрузка подключается к мосту через точки В и D. Подключение питания переменного тока, диоды как мост, а сопротивление нагрузки показано на рисунке выше.
Работа двухполупериодного мостового выпрямителя
Во время положительного полупериода переменного тока верхняя клемма А моста положительна по отношению к нижней клемме С.
Таким образом, диоды смещены в прямом направлении, и ток течет к сопротивлению нагрузки через плечо AB и возвращается обратно через плечо DC. В то время как диоды находятся в состоянии обратного смещения, и ток не может течь по плечам AD и BC.
Схема цепи во время положительного полупериода показана на рисунке ниже, а путь протекания тока указан стрелками. В этом полупериоде ток протекает по пути AB-RL-DC и замыкает цепь, как показано на рисунке.
Во время отрицательного полупериода переменного тока верхняя клемма А моста является отрицательной по отношению к нижней клемме С. Таким образом, диоды находятся в состоянии обратного смещения, и ток не может течь по плечам AB и ОКРУГ КОЛУМБИЯ. Тогда как диоды смещены в прямом направлении, и ток течет к сопротивлению нагрузки через плечо CB и возвращается обратно через плечо DA.
Схема цепи во время отрицательного полупериода показана на рисунке ниже, а путь протекания тока указан стрелками. В этом полупериоде ток протекает по пути CB-RL — DA и замыкает цепь, как показано на рисунке.
Форма входного/выходного сигнала двухполупериодного мостового выпрямителя показана на рисунке ниже:
Коэффициент пульсации двухполупериодного выпрямителя не чистый постоянный ток, а пульсирующий постоянный ток. При преобразовании сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока остаются некоторые компоненты переменного тока, хотя мы стараемся удалить компоненты переменного тока. Эта нежелательная составляющая переменного тока, содержащаяся на выходе выпрямителя, называется пульсацией. Пульсации выходного сигнала постоянного тока можно свести к минимуму с помощью фильтров, таких как конденсаторы и катушки индуктивности.
Коэффициент пульсаций определяет количество пульсаций в выходном сигнале постоянного тока. Он используется для измерения того, насколько хорошо однополупериодный выпрямитель может преобразовывать переменное напряжение в постоянное. Математически коэффициент пульсаций представляет собой отношение среднеквадратичного значения составляющей переменного тока выходного напряжения к составляющей постоянного тока выходного напряжения.
Или это отношение пульсирующего напряжения к напряжению постоянного тока.
Для создания хорошего выпрямителя коэффициент пульсаций должен быть минимальным. Таким образом, конденсаторы и катушки индуктивности используются в качестве фильтров для уменьшения пульсаций в цепи. 92-1}
$$
Для двухполупериодного выпрямителя с отводом от середины коэффициент пульсации составляет 0,48.
$$
\text { т.е. } \gamma=0,48
$$
Среднеквадратичное значение
Среднеквадратичное значение тока, протекающего через сопротивление нагрузки RL для двухполупериодного выпрямителя, определяется как:
$9 I_$
{rm s}=\frac{I_m}{\sqrt{2}}
$$
Среднеквадратичное значение выходного напряжения нагрузки определяется по формуле:
$$
V_{rm s}=I_{rm s} * R_L=\ frac{I_m}{\sqrt{2}} R_L \
$$
Выходное напряжение постоянного тока (В постоянного тока)
Выходное постоянное напряжение (В постоянного тока) — это напряжение, возникающее на нагрузке RL.
Это получается путем умножения выходного постоянного тока и сопротивления нагрузки RL.
Математически это можно записать как:
$$
V_{d c}=I_{d c} * R_L
$$
Выходное напряжение постоянного тока (В пост. тока) определяется как:
$$
V_{d c} =\frac{2}{\pi} I_{\max } R_L
$$
Эффективность
КПД выпрямителя представляет собой отношение выходной мощности постоянного тока к входной мощности переменного тока. Он обозначается ղ и математически записывается как:
$$
\mathbf{1}=\frac{P_{d c}}{P_{a c}}
$$
Для двухполупериодного выпрямителя КПД равен до 81,2%, что вдвое превышает эффективность однополупериодного выпрямителя.
Пиковое обратное напряжение (PIV)
Пиковое обратное напряжение (PIV) — это максимальное обратное напряжение смещения, которое может выдержать диод. Диод будет разрушен, если приложенное напряжение больше, чем пиковое обратное напряжение (PIV).
Пиковое обратное напряжение двухполупериодного выпрямителя вдвое больше, чем у однополупериодного выпрямителя. PIV через D1 и D2 составляет 2Vmax.
Форм-фактор
Форм-фактор определяется как отношение среднеквадратичного значения к значению постоянного тока или среднему значению. Математически это задается как:
$$
\mathrm{FF}=\frac{\text {RMS Value}}{\text {DC Value}}
$$
Для двухполупериодного выпрямителя форм-фактор:
$$
\mathrm{FF}=\frac{I_{r m s}}{I_{d c}}=\frac{I_{\max} / \sqrt{2}}{2 I_{\max} \sqrt{ \pi}}=\frac{\pi}{2 \sqrt{2}}=1,11
$$
Применения
Двухполупериодный выпрямитель в основном используется для следующих применений:
- Они используются для определения амплитуды модулирующего радиосигнала Двухполупериодные мостовые выпрямители
- используются в цепях питания для различных приложений.
- Они используются для подачи питания на устройства, которым требуется постоянное напряжение, аналогичное светодиоду и двигателю.
