Russian HamRadio — Выпрямители, достоинства и недостатки.
Силовой трансформатор – устройство для понижения или повышения напряжения питающей сети и гальванической развязки сети с аппаратурой.
Выпрямительный элемент (вентиль), имеющий одностороннюю проводимость – для преобразования переменного напряжения в пульсирующее.
Фильтр – для сглаживания пульсирующего напряжения.
Выпрямители могут быть классифицированы по ряду признаков: по схеме выпрямления – однополупериодные, двухполупериодные, мостовые, с удвоением (умножением) напряжения, многофазные и др.
По типу выпрямительного элемента – ламповые (кенотронные), полупроводниковые, газотронные и др.
По величине выпрямленного напряжения – низкого напряжения и высокого.
По назначению –для питания анодных цепей, цепей экранирующих сеток, цепей управляющих сеток, коллекторных цепей транзисторов, для зарядки аккумуляторов и др.
Основные характеристики выпрямителей:
Основными характеристиками выпрямителей являются:
Номинальное напряжение постоянного тока – среднее значение выпрямленного напряжения, заданное техническими требованиями. Обычно указывается напряжение до фильтра U0 и напряжение после фильтра (или отдельных его звеньев – U. Определяется значением напряжения, необходимым для питаемых выпрямителем
Номинальный выпрямленный ток I0 – среднее значение выпрямленного тока, т.е. его постоянная составляющая, заданная техническими требованиями. Определяется результирующим током всех цепей питаемых выпрямителем.
Напряжение сети Uсети – напряжение сети переменного тока, питающей выпрямитель. Стандартное значение этого напряжения для бытовой сети –220 вольт с допускаемыми отклонениями не более 10 %.
Пульсация – переменная составляющая напряжения или тока на выходе выпрямителя. Это качественный показатель выпрямителя.
Частота пульсаций – частота наиболее резко выраженной гармонической составляющей напряжения или тока на выходе выпрямителя.
Для самой простой однополупериодной схемы выпрямителя частота пульсаций равна частоте питающей сети. Двухполупериодные, мостовые схемы и схемы удвоения напряжения дают пульсации, частота которых равна удвоенной частоте питающей сети. Многофазные схемы выпрямления имеют частоту пульсаций, зависящую от схемы выпрямителя и числа фаз.
Коэффициент пульсаций – отношение амплитуды наиболее резко выраженной гармонической составляющей напряжения или тока на выходе выпрямителя к среднему значению напряжения или тока. Различают коэффициент пульсаций на входе фильтра (p0 %) и коэффициент пульсаций на выходе фильтра (p %). Допускаемые значения коэффициента пульсаций на выходе фильтра определяются характером нагрузки.
Коэффициент фильтрации (коэффициент сглаживания) – отношение коэффициента пульсаций на входе фильтра к коэффициенту пульсаций на выходе фильтра k с = p0 / p. Для многозвенных фильтров коэффициент фильтрации равен произведению коэффициентов фильтрации отдельных звеньев.
Колебания (нестабильность) напряжения на выходе выпрямителя –изменение напряжения постоянного тока относительно номинального.
При отсутствии стабилизаторов напряжения определяются отклонениями напряжения сети.
Схемы выпрямителей.
Выпрямители, применяемые для однофазной бытовой сети выполняются по 4 основным схемам: однополупериодной, двухполупериодной с нулевой точкой (или просто- двухполупериодной), двухполупериодной мостовой(или просто –мостовой, реже называется как “схема Герца”), и схема удвоения(умножения) напряжения(схема Латура). Для многофазных промышленных сетей применяются две разновидности схем: Однополупериодная многофазная и схема Ларионова.
Чаще всего используются трехфазные схемы выпрямителей. Основные показатели, характеризующие схемы выпрямителей могут быть разбиты на 3 группы:
Относящиеся ко всему выпрямителю в целом: U0 -напряжение постоянного тока до фильтра, I0 – среднее значение выпрямленного тока, p0 – коэффициент пульсаций на входе фильтра.
Определяющие выбор выпрямительного элемента (вентиля): Uобр – обратное напряжение (напряжение на выпрямительном элементе (вентиле) в непроводящую часть периода), Iмакс – максимальный ток проходящий через выпрямительный элемент (вентиль) в проводящую часть периода.
Определяющие выбор трансформатора: U2 – действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора, I2 – действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора, Pтр – расчетная мощность трансформатора.
Основные характеристики различных схем выпрямления.
Сравнение схем выпрямления и ориентировочный расчет выпрямителя можно сделать, используя данные из таблицы.
| Тип схемы | Uобр | I макс | I 2 | U 2 | C 0 * | P0 % | U C0 |
| Однополупериодная | 3 U0 | 7 I 0 | 2 I 0 | 0,75U0 | 60 I 0/U0 | 600 I 0—— U0 *C0 | 1,2U0 |
| Двухполупериодная | 3 U0 | 3,5 I 0 | I 0 | 0,75U0 | 30 I 0/U0 | 300 I 0—— U0 *C0 | 1,2U0 |
| Мостовая | 1,5 U0 | 3,5 I 0 | 1,41 I 0 | 0,75U0 | 30 I 0/U0 | 300 I 0—— U0 *C0 | 1. |
| Удвоения напряжения | 1,5 U0 | 7 I 0 | 2,8 I 0 | 0,38U0 | 125 I 0/U0 | 1250 I 0—— U0 *C0 | 0,6U0 |
2U0* Значение емкости конденсатора рассчитано для P0 % = 10 %
Задавшись значением напряжения на выходе выпрямителя U0 и значением номинального тока в нагрузке (среднего значения выпрямленного тока) I 0, можно без труда определить напряжение вторичной обмотки трансформатора, ток во вторичной обмотке, максимально допустимый ток вентилей, обратное напряжение на вентилях, а также рабочее напряжение конденсатора фильтра.
Задавшись необходимым коэффициентом пульсаций, можно рассчитать значение емкости на выходе выпрямителя.
Однополупериодный выпрямитель.
Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.
U2 — Напряжение на вторичной обмотке трансформатора
Uн – Напряжение на нагрузке.
Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.
Как видно на осциллограммах напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт и напряжение в нагрузку подается только с заряженного в предыдущий полупериод конденсатора. При отсутствии конденсатора пульсации выпрямленного напряжения довольно значительны.
Недостатками такой схемы выпрямления являются: Высокий уровень пульсации выпрямленного напряжения, низкий КПД, значительно больший, чем в других схемах, вес трансформатора и нерациональное использование в трансформаторе меди и стали.
Данная схема выпрямителя применяется крайне редко и только в тех случаях, когда выпрямитель используется для питания цепей с низким током потребления.
Двухполупериодный выпрямитель с нулевой точкой.
Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.
U2 — Напряжение на одной половине вторичной обмотки трансформатора
Uн – Напряжение на нагрузке
.Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.
В этом выпрямителе используются два вентиля, имеющие общую нагрузку и две одинаковые вторичные обмотки трансформатора (или одну со средней точкой). Практически схема представляет собой два однополупериодных выпрямителя, имеющих два разных источника и общую нагрузку. В одном полупериоде переменного напряжения ток в нагрузку проходит с одной половины вторичной обмотки через один вентиль, в другом полупериоде — с другой половины обмотки, через другой вентиль.
Преимущество: Эта схема выпрямителя имеет в 2 раза меньше пульсации по сравнению с однополупериодной схемой выпрямления.
Емкость конденсатора при одинаковом с однополупериодной схемой коэффициенте пульсаций может быть в 2 раза меньше.
Недостатки: Более сложная конструкция трансформатора и нерациональное использование в трансформаторе меди и стали.
Мостовая схема выпрямителя.
Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.
U2 — Напряжение вторичной обмотки трансформатора
Uн – Напряжение на нагрузке.
Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.
Основная особенность данной схемы – использование одной обмотки трансформатора при выпрямлении обоих полупериодов переменного напряжения.
При выпрямлении положительного полупериода переменного напряжения ток проходит по следующей цепи: Верхний вывод вторичной обмотки – вентиль V2 – верхний вывод нагрузки – нагрузка — нижний вывод нагрузки — вентиль V3 – нижний вывод вторичной обмотки – обмотка.
При выпрямлении отрицательного полупериода переменного напряжения ток проходит по следующей цепи: Нижний вывод вторичной обмотки – вентиль V4 – верхний вывод нагрузки — нагрузка – нижний вывод нагрузки – вентиль V1 – верхний вывод вторичной обмотки – обмотка.
Как мы видим, в обоих случаях направление тока через нагрузку (выделено курсивом) одинаково.
Преимущества: По сравнению с однополупериодной схемой мостовая схема имеет в 2 раза меньший уровень пульсаций, более высокий КПД, более рациональное использование трансформатора и уменьшение его расчетной мощности. По сравнению с двухполупериодной схемой мостовая имеет более простую конструкцию трансформатора при таком же уровне
пульсаций. Обратное напряжение вентилей может быть значительно ниже, чем в первых двух схемах.Недостатки: Увеличение числа вентилей и необходимость шунтирования вентилей для выравнивания обратного напряжения на каждом из них.
Эта схема выпрямителя наиболее часто применяется в самых различных устройствах. На основе этой схемы, при наличии среднего вывода с вторичной обмотки трансформатора можно получить еще два варианта схем выпрямления:
На левой схеме отвод от средины вторичной обмотки позволяет получить еще одно напряжение, меньше основного в 2 раза.
Таким образом основное напряжение получается с мостовой схемы выпрямления, дополнительное – с двухполупериодной.
На правой схеме получается двуполярное напряжение амплитудой в 2 раза меньше чем получаемое в основной схеме. Оба напряжения получаются с помощью двуполупериодных схем выпрямления.
Схема удвоения напряжения.
Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.
U2 — Напряжение вторичной обмотки трансформатора
Uн – Напряжение на нагрузке.
Отличительной особенностью данной схемы является то, что в одном полупериоде переменного напряжения от вторичной обмотки трансформатора “заряжается” один конденсатор, а во втором полупериоде от той же обмотки– другой. Поскольку конденсаторы включены последовательно, то результирующее напряжение на обоих конденсаторах (на нагрузке) в два раза выше, чем можно получить от той же вторичной обмотки в схеме с однополупериодным выпрямителем.
Преимущества: Вторичную обмотку трансформатора можно рассчитывать на значительно меньшее напряжение.
Недостатки: Значительные токи через вентили выпрямителя, Уровень пульсаций значительно выше, чем в схемах двуполупериодных выпрямителей.
Эта же схема может использоваться еще в двух вариантах:
Левая схема предназначена для получения двух напряжений питания одной полярности, правая – для получения двуполярного напряжения с общей точкой.
Во втором варианте схемы характеристики выпрямителя соответствуют характеристикам однополупериодного выпрямителя.
Многофазные выпрямители.
Многофазные выпрямители применяются, как правило только в промышленной и специальной аппаратуре. Обычно в промышленной аппаратуре применяются трехфазные выпрямители двух типов – трехфазный выпрямитель и выпрямитель Ларионова.
Трехфазный выпрямитель.
Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.
ФА, ФС, ФВ – напряжения на вторичных обмотках трехфазного трансформатора.
U va, Uvb, Uvc напряжение на нагрузке получаемое с соответствующего вентиля.
Uн – Суммарное напряжение на нагрузке.
Выпрямитель представляет собой однополупериодный выпрямитель для каждой из трех фазных вторичных обмоток. Все три вентиля имеют общую нагрузку. Если рассмотреть осциллограммы напряжения на нагрузке при отключенном конденсаторе для каждой из трех фаз, то можно заметить, что напряжение на нагрузке имеет такой же уровень пульсаций, как и в схеме однополупериодного выпрямления. Сдвиг фаз (т.е. сдвиг по времени) напряжений выпрямителей между собой в результате даст в 3 раза меньший уровень пульсаций, чем в однофазной однополупериодной схеме выпрямления.
Достоинства: Низкий уровень пульсаций выпрямленного напряжения.
Недостатки: Так же как и в однофазной однополупериодной схеме выпрямления, низкий КПД, нерациональное использование трансформатора.
Данный выпрямитель неприменим для обычной однофазной сети.
Схема Ларионова.
Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.
Этот выпрямитель представляет собой мостовые выпрямители для каждой пары трехфазных обмоток, работающие на общую нагрузку.
Соединяя в себе достоинства мостового выпрямителя и трехфазного питания, он имеет настолько низкий уровень пульсаций, что позволяет работать почти без сглаживающего конденсатора или с небольшой его емкостью.
Недостатки: Увеличенное количество вентилей. Выпрямитель также не может быть применен для работы в однофазной бытовой сети.
Выпрямители для бестрансформаторного питания аппаратуры.
Бестрансформаторные выпрямители являются простейшими неавтономными источниками постоянного тока. Они применяются при напряжениях близких к напряжению сети или превышающих его в 1,5 – 2,5 раза и токах до нескольких десятков миллиампер.
Ограниченное применение бестрансформаторных выпрямителей объясняется в первую очередь требованиями техники безопасности, так как оба полюса выпрямленного напряжения гальванически связаны с сетью.
Второй недостаток таких выпрямителей – отсутствие гибкости при выборе выпрямленного напряжения. Для радиоаппаратуры можно использовать в качестве безтрансформаторных выпрямители: Однополупериодный, мостовой, удвоения напряжения. Основные характеристики такие же как и в случае с трансформаторным питанием. Сетевое напряжение подключают к точкам подключения вторичных обмоток трансформаторов (вместо трансформатора).
Безтрансформаторные схемы опасны для использования!
Для питания малогабаритной портативной аппаратуры с токами до 15-20 миллиампер можно применять однополупериодные или мостовые схемы с гасящими конденсаторами. В этой схеме конденсатор Сгас выполняет роль “безваттного” реактивного сопротивления, образующий с активным сопротивлением нагрузки своеобразный делитель напряжения.
Реактивное сопротивление гасящего конденсатора указано в формуле.
Данная схема может найти применение для заряда малогабаритных аккумуляторов радиоприемников, радиостанций и радиотелефонов.
При конструировании и эксплуатации выпрямителя также необходимо соблюдать осторожность!
Некоторые рекомендации по работе с выпрямителями.
Вторичные обмотки трансформаторов необходимо всегда защищать плавкими предохранителями. В этом случае короткое замыкание в цепи нагрузки не приведет к таким последствиям как выход из строя трансформатора и тем более не приведет к возгоранию аппаратуры.
Часто при конструировании выпрямителей оказывается, что нет нужных вентилей (диодов) или конденсаторов. с нужными характеристиками. В таком случае можно применить параллельное или последовательное соединение вентилей или конденсаторов.
Что при этом нужно помнить?
Если имеющиеся вентили (диоды) по допустимому току меньше расчетного максимального тока, можно применить параллельное соединение таких диодов, умножив их допустимый ток на количество диодов в “связке”.
В случае если допустимое обратное напряжение вентилей (диодов) меньше рассчитанного значения, можно применить их последовательное соединение, включив параллельно каждому диоду шунтирующие резисторы, которые выровняют обратное напряжение между диодами. Величину сопротивления шунта рассчитывают по формуле:
Rш = 700 * Uобр / N для диодов с Uобр меньше 200 В и Iмакс = 1 – 10 Ампер
Или
Rш = 150 * Uобр / N для диодов с Uобр более 200 В и Iмакс менее 0,3 Ампер
В случае если емкость конденсатора меньше расчетной, можно применить параллельное включение нескольких конденсаторов, имеющих рабочее напряжение не меньше расчетного.
В случае если рабочее напряжение конденсаторов меньше допустимого для конкретной схемы, можно применить последовательное включение конденсаторов, не забывая, что общая емкость в этом случае уменьшится во столько раз, сколько конденсаторов будет включено в последовательную цепь.
Такую схему применять можно только в крайнем случае, поскольку в такой схеме пробой (короткое замыкание) одного конденсатора вызовет “цепную реакцию”, так как на оставшиеся в работе конденсаторы будет приложено большее напряжение, чем было до замыкания одного из них.
Шунтирование конденсаторов резисторами в этом случае не спасает аппаратуру от последовательного выхода из строя конденсаторов во всей цепочке. Лучше применить последовательное соединение нескольких выпрямителей, рассчитанных на более низкое напряжение. Тогда при пробое одного из конденсаторов выходное напряжение просто снизится.
В этой статье приведена только краткая информация по схемам выпрямителей. Более подробно о расчете выпрямителей можно прочесть в самой различной литературе.
При подготовке статьи использована литература:
В.Я. Брускин “Номограммы для радиолюбителей” МРБ 1972 год.
Б.Богданович, Э.Ваксер “Краткий радиотехнический справочник” Беларусь 1968 год.
Всего вам доброго!
Принцип действия трёхфазного выпрямителя — МегаЛекции
Работа схемы выпрямителя со средней точкой. Схема обеспечивает прохождение тока через нагрузку в течение обоих полупериодов. Во время положительного полупериода работает первая половина вторичной обмотки ( IIа ).
Ток идёт от плюса вторичной обмотки трансформатора через диод V1, нагрузку Rн и на среднюю точку вторичной обмотки. В это время к аноду диода V2 приложен минус, а к катоду – плюс, и диод закрыт. Во время отрицательного полупериода картина меняется: будет открыт диод V2, а диод V1 – закрыт ( для этого случая знаки указаны в скобках). В этот полупериод ток протекает за счёт напряжения на обмотке IIб.
Работа мостовой схемы. Мостовая схема является наиболее распространённой. Она также двухполупериодная. Во время положительного полупериода ток проходит от плюса вторичной обмотки трансформатора через диод V2, сопротивление нагрузки Rн, диод V3 на минус вторичной обмотки. В это время ко второй паре диодов V1, V4 приложено обратное напряжение. Они закрыты. Во время отрицательного полупериода ток протекает от плюса обмотки (знаки в скобках) через диод V4, нагрузку Rн, диод V1 на минус вторичной обмотки.
принцип действия трёхфазного выпрямителя
Выпрямление переменного тока основано на односторонней проводимости
диода.
После диода ток в цепи течет в одном направлении, то есть становится постоянным. . Различают однополупериодную и двухполупериодную схемы выпрямителей. А число фаз, в принципе, не имеет значения. Переменный ток может быть и трехфазным и шестифазным. Сколько фаз столько и выпрямителей. Но, так как в настоящее время наиболее широкое распространение получили генераторы трехфазного тока, то и выпрямлению подлежит, в основном, трехфазный ток.
трёхфазный выпрямитель обычно выполняется по так называемой схеме Ларионова (6 диодов по два в каждой фазе) и схеме Миткевича (3 диода) Есть ещё другие. Принцип такой же, как и в однофазной системе.
49)Емкостной фильтр сглаживающие фильтры (СФ) — устройства, предназначенные для подавления пульсаций выпрямленного напряжения до уровня, при котором происходит нормальная работа потребителя. СФ бывают активные и пассивные. Простейшим СФ является кондер, включаемый параллельно нагрузке. Также можно влепить катушку индуктивности (дроссель), но уже последовательно с нагрузкой.
А можно комбинировать. Емкостной сглаживающий фильтр представляет собой кондер, включенный параллельно нагрузке. Как же происходит сглаживание этих самых пульсаций? Давайте взглянем на форму выходного напряжения, скажем, однополупериодного выпрямителя, показанную ниже на рисунке.
как собрать своими руками в домашних условиях
В электротехнике существует несостыковка. С одной стороны, передавать энергию на большие расстояния удобнее, если она имеет форму переменного напряжения. С другой, для питания смартфонов, светодиодов в лампочках, плат в телевизорах и подобной бытовой техники требуется постоянный ток. Данную проблему успешно решает такое семейство радиодеталей, как выпрямительные диоды.
Диодный мост схема
Что такое диоды
Диод – это полупроводниковый элемент на основе кристалла кремния. Ранее эти детали также изготавливались из германия, но со временем этот материал был вытеснен из-за своих недостатков. Электрический диод функционирует как клапан, т.
е. он пропускает ток в одном направлении и блокирует его в другом. Такие возможности в эту деталь заложены на уровне атомарного строения его полупроводниковых кристаллов.
Один диод не может получить из переменного напряжения полноценное постоянное. Поэтому на практике используют более сложные сочетания этих элементов. Сборка из 4 или 6 деталей, объединённых по специальной схеме, образует диодный мост. Он уже вполне способен справиться с полноценным выпрямлением тока.
Интересно. Диоды обладают паразитной чувствительностью к температуре и свету. Прозрачные выпрямители в стеклянном корпусе могут использоваться как датчики освещённости. Германиевые диоды (прим. Д9Б) подходят в качестве термочувствительного элемента. Собственно из-за сильной зависимости свойств этих элементов от температуры их и перестали производить.
Однофазный и трёхфазный диодный мост
Существует две основные разновидности выпрямляющих сборок:
- Однофазный мост.
Чаще используется в бытовых электроприборах. Имеет 4 вывода. На два их них подаётся переменное напряжение, т.е. фаза (L) и ноль (N). С двух оставшихся снимается постоянное, т.е. плюс (+) и минус (-). - Трёхфазный мост. Встречается в мощных промышленных установках и оборудовании, питающимся от сети 380 вольт. На его вход подаются три фазы (L1, L2, L3). С выхода так же снимается постоянное напряжение. Такие мосты отличаются большими размерами и внушительными токами, которые они способны через себя пропустить.
Чаще используется в бытовых электроприборах. Имеет 4 вывода. На два их них подаётся переменное напряжение, т.е. фаза (L) и ноль (N). С двух оставшихся снимается постоянное, т.е. плюс (+) и минус (-).Трёхфазный выпрямитель
Принцип работы диодного моста
Понять, как мост выполняет свою задачу, можно, разобравшись в том, как ведёт себя отдельный диод. Изначально имеются только два провода с переменным напряжением (L и N). Оно имеет форму синусоиды (рис. а). Если в схему добавить один диод, то он будет пропускать только положительную полуволну (рис. б), если этот компонент развернуть, то отрицательную составляющую (рис. в). Такое напряжение уже не будет переменным.
Всё же оно не годится для питания серьёзных электроприборов. В нём наблюдаются моменты, когда ток совсем отсутствует. Применение четырёх диодов позволит получить постоянное напряжение без всяких прерываний (рис. г). Трёхфазные мосты выпрямляют по такому же методу. Однако они делают это одновременно с тремя синусоидами.
Форма напряжения после моста
Выпрямитель
Полученное после диодного моста напряжение имеет форму синусоиды, у которой отрицательная составляющая отражена относительно оси времени. Проще говоря, оно имеет форму холмов и называется пульсирующим. Такое напряжение положительное. Не содержит моментов, когда ток не течёт. Но всё же оно нестабильное. Например, в точке «a» оно рано 0 вольт, а в «b» – имеет максимальное значение. Данный выпрямитель нельзя считать законченным.
Для решения этой проблемы требуется сглаживающий электролитический конденсатор. На плате он обычно располагается там же, где и диодная сборка. Ёмкость накапливает энергию в те моменты, когда она имеет пиковые значения (точка b), и отдаёт её в моменты провалов (a).
На выходе получается прямая линия – полноценный постоянный ток, пригодный для питания последующих электронных компонентов, процессоров, микросхем и т.п.
Постоянный ток
Преимущества двухполупериодного диодного моста
Полный мост, также называемый двухполупериодным выпрямителем, по ряду характеристик лучше, чем просто одиночный диод. Объясняется это тем, что он даёт возможность:
- снизить подмагничивание трансформатора, после которого стоит двухполупериодный выпрямитель;
- снять с выхода напряжение с удвоенной частотой, которое в итоге проще сгладить;
- повысить КПД трансформатора, на вторичной обмотке которого установлен полный диодный мост.
Недостатки полного моста
У полноценного двухполупериодного моста имеются недостатки:
- Ток вынужден протекать не по одному диоду, а сразу по двум, включенным последовательно. Поэтому удваивается падение напряжения на выпрямительном элементе. Для маломощных мостов на кремниевых диодах оно может достигать 2 вольт. В мощных выпрямителях – порядка 10 В. Отсюда существенные потери мощности на выпрямляющем элементе и его повышенный нагрев.
- При выходе из строя одного и четырёх диодов мост продолжает работать. Данный дефект может быть незаметен без специальных замеров. Однако он создаёт риск более серьёзной поломки устройства, которое питается через неисправный мостик.
Для маломощных мостов на кремниевых диодах оно может достигать 2 вольт. В мощных выпрямителях – порядка 10 В. Отсюда существенные потери мощности на выпрямляющем элементе и его повышенный нагрев.Конструкция
Схема любого выпрямительного моста включает в себя диоды. Они могут быть по отдельности распаяны на печатную плату или находиться в одном корпусе. Касаемо размера выпрямители бывают миниатюрными, например, импортные MB6S или советские КЦ405А. Последние в народе именуют «ка-цэшками» или «шоколадками».
КЦ405А и MB6S
Встречаются образцы с внушительными габаритами. Например, трёхфазный выпрямительный мост китайского производства. Прибор предназначен для токов в сотни ампер, поэтому имеет винтовой крепёж под силовые провода и плоскую металлическую теплопроводящую поверхность с отверстиями для фиксации на радиаторе охлаждения.
Трёхфазный диодный мост
Маркировка выпрямителей
Не существует общепринятых правил, согласно которым производители маркируют свои диодные мосты. Каждый вправе называть своё изделие так, как считает нужным, т.е. по своей собственной номенклатуре.
Однако у большинства из этих деталей есть схожие признаки, помогающие визуально определить назначение их выводов. На фото трёхфазного моста (см. выше) отдельно выделен символ переменного тока – волнистая линия. Он указывает на то, что к этому контакту подключается входное синусоидальное напряжение. Также на некоторых моделях мостиков входные выводы помечаются буквами AC (Alternative Current), указывающими на переменный ток. При этом выходные контакты, с которых снимается постоянный ток, обозначаются символами DC (Direct Current) или традиционными «+» и «-». Дополнительно на некоторых выпрямителях со стороны плюса «подпилен» один из углов. Также на «+» может указывать и удлинённый вывод. Подобная маркировка свойственна многим электронным компонентам и называется ключом.
Маркировка диодных выпрямителей
Диодный мостик своими руками
Чтобы самостоятельно собрать выпрямитель, понадобится 4 однотипных диода. При этом они должны подходить по обратному напряжению, максимальному току и рабочей частоте. Соединения нужно сделать в соответствии со схемой ниже. Между двумя катодами снимается положительное напряжение, между анодами – отрицательное. К точкам, в которых подключены разноимённые выводы диодов, подсоединяется источник переменного напряжения. Всю схему можно за пару минут спаять навесным монтажом или потрудиться и выполнить в виде небольшой печатной платы.
Дополнительная информация. Обратные напряжения диодов, включенных в последовательную цепь, складываются между собой.
Мостик своими руками
Выбор типа сборки
Для каждой задачи существует свой оптимальный вариант выпрямительной диодной сборки. Все их можно условно разделить на 3 вида:
- Выпрямитель на одном диоде. Применяется в самых простых и дешёвых схемах, где нет к.л. требований к качеству выходного напряжения, как, например, в ночниках.
- Сдвоенный диод. Эти детали внешне похожи на транзисторы, ведь они выпускаются в таких же корпусах. Они также имеют 3 вывода. По сути, это два диода, помещённых в один корпус. Один из выводов – средний. Он может быть общим катодом или анодом внутренних диодов.
- Полноценный диодный мост. 4 детали в одном корпусе. Подходит для устройств с большими токами. Применяется в основном на входах и выходах различных блоков питания и зарядных устройств.
Дополнительная информация. Выпрямители используются и в автомобилях. Они нужны для преобразования идущего с генератора переменного напряжения в постоянное. Оно, в свою очередь, необходимо для зарядки аккумулятора. Обычный бензогенератор вырабатывает переменный ток.
Проверка элементов
В большинстве случаев для проверки выпаивать мостик из платы не требуется. Тестировать его следует точно так же, как 4 p-n перехода с подключением по схеме диодного моста. Данное измерение настолько распространено, что его возможность реализована в любом мультиметре. Прибор для теста нужно переключить в режим диодной прозвонки.
Падение напряжения в прямом направлении на исправном выпрямительном диоде составляет 500-700 мВ. В обратном – прибор отобразит «1». Сгоревшая деталь чаще всего показывает в обоих направлениях «0», т.е. короткое замыкание. Реже бывает полный обрыв элемента (также в обе стороны). Все замеры следует повторить для каждого входящего в состав моста диода. Итого 8 измерений, т.е. 4 в прямом направлении и 4 – в обратном. Если тестируется диод Шоттки, то этот параметр составляет 200-400 мВ.
Использование барьера Шоттки
Применение диода Шоттки оправдано в двух случаях. Во-первых, когда нужно выпрямить высокочастотный ток. Барьер Шоттки идеально подходит для подобной задачи, ведь он имеет низкую ёмкость перехода и, соответственно, является быстродействующим. Во-вторых, когда требуется выпрямить большой ток в десятки или сотни ампер. В этом случае деталь отлично себя показывает ввиду низкого падения напряжения и малого тепловыделения.
Диодные мосты в мире электроники играют роль согласующего элемента. С их помощью можно подключать устройства, требующие постоянный ток, к сети удобного для передачи переменного напряжения. Подобных устройств очень много в быту, они крайне важны для комфортной жизни человека.
Видео
Диодный мост и двухполупериодный выпрямитель.
В одной из недавних статей мы разбирались с устройством и принципом работы однополупериодного выпрямителя, так вот, сегодня продолжим эту тему! И перейдем, как и собирались, к более сложной схеме выпрямителя, и в то же время самой популярной. Речь идет, конечно же, о двухполупериодном выпрямителе, сердцем которого является диодный мост.
Диодный мост – это электронное устройство, которое как раз и предназначено для решения задачи выпрямления тока. Изобретателем этой схемы является немецкий физик Лео Гретц, поэтому также можно встретить название мост Гретца, что весьма логично 🙂
Базовый диодный мост состоит из 4-х диодов, соединенных следующим образом:
Но зачастую на принципиальных схемах можно встретить упрощенное обозначение:
Собственно, давайте рассмотрим непосредственно схему двухполупериодного выпрямителя:
Здесь также возможны некоторые вариации, например:
Несмотря на разное изображение, электрическое подключение остается неизменным, и все-таки первый вариант используется значительно чаще, так что и мы будем придерживаться именно его.
Резистор R_н в данном примере играет роль полезной нагрузки. Как и при разборе однополупериодного выпрямителя рассмотрим случай с синусоидальным напряжением на входе:
В случае положительного полупериода сигнала (U_{вх} \gt 0), ток будет протекать через диоды D1 и D3. Давайте рассмотрим путь тока более наглядно:
А на отрицательном полупериоде, напротив, диоды D1 и D3 будут закрыты, а протекание тока обеспечат D2 и D4:
В обоих случаях ток через нагрузку будет течь в одном и том же направлении, от точки, помеченной знаком “+” на схеме, к точке “-“. А именно для этого мы и используем выпрямитель – чтобы ток через нагрузку протекал только в одном направлении! И в результате выходной сигнал имеет такой вид:
Сразу же очевидно отличие от однополупериодной схемы, когда сигнал на выходе был только на протяжении одного полупериода. В данном же случае, ток через нагрузку течет как на положительном, так и на отрицательном полупериоде! Поэтому схема и называется двухполупериодной.
Но! Также как и в случае с однополупериодным выпрямителем на выходе мы получаем пульсирующий ток, а не строго постоянный. Поэтому необходимо использовать сглаживающий фильтр, который в самом простом варианте может состоять из одного конденсатора:
Емкость должна быть такой, чтобы конденсатор не успевал быстро разрядиться. Итак, добавляем конденсатор в схему выпрямителя на диодном мосте и проверяем напряжение на нагрузке:
Совсем другое дело!
Существуют специальные диодные сборки, которые представляют из себя четыре одинаковых по характеристикам диода, соединенные по мостовой схеме, помещенные в один корпус. Соответственно, такая сборка имеет четыре вывода, все в точности как на нашей схеме. Выводы, предназначенные для подключения переменного тока (входного сигнала) могут обозначаться символом “~” или буквами AC, традиционными для переменного тока. Выводы же, к которым подключается нагрузка, обозначаются “+” и “-“. Но все это, конечно, индивидуально и зависит от использующегося устройства.
Несколько примеров диодных мостов в сборке:
И по традиции, в завершение статьи, резюмируем плюсы и минусы двухполупериодного выпрямителя по сравнению с однополупериодным:
- В первую очередь, поскольку здесь используются уже оба полупериода сигнала, то, естественно, КПД схемы больше.
- Кроме того, пульсирующее напряжение на выходе имеет в 2 раза большую частоту, а такие пульсации сгладить проще.
Но, как и всегда, есть и свои недостатки:
- Во-первых, это двойное падение напряжения. Поскольку при прохождении тока через диод на самом диоде падает напряжение, то в данном случае оно удвоено, поскольку ток в итоге проходит через два диода. Именно поэтому в схеме двухполупериодного выпрямителя часто отдают предпочтение диодам Шоттки, имеющим пониженное падение напряжения.
- И второй недостаток, имеющий скорее практический смысл. Если один из диодов диодного моста выйдет из строя, то схема просто превратится в однополупериодный выпрямитель, но работать не перестанет! То есть получается, что возникшую проблему заметить сразу будет довольно проблематично.
И вот на этом точно заканчиваем на сегодня 🙂 Всем спасибо за внимание, любые вопросы можно задавать на нашем форуме, в группе ВКонтакте или в комментариях к статье!
Что такое трехфазный выпрямитель? — 3-фазный полуволновой, полноволновой и мостовой выпрямитель
Определение: 3-фазный выпрямитель — это устройство, которое выпрямляет входное переменное напряжение с помощью 3-фазного трансформатора и 3 диодов , подключенных к каждая из трех фаз вторичной обмотки трансформатора.
Значение трехфазного выпрямителя
Однофазный выпрямитель также выполняет выпрямление, то есть преобразует источник переменного тока в источник постоянного тока, но для преобразования использует только однофазную вторичную обмотку трансформатора.А диоды подключены ко вторичной обмотке однофазного трансформатора.
Недостатком такой схемы является высокий коэффициент пульсации. В случае полуволнового выпрямителя коэффициент пульсаций составляет 1,21 , а в случае двухполупериодного выпрямителя коэффициент пульсаций составляет 0,482 . В обоих случаях нельзя пренебрегать значением коэффициента пульсации. В то время как в случае однополупериодного выпрямителя значение довольно велико, но и в двухполупериодном выпрямителе значение выпрямителя значительно больше.
Таким образом, в таких схемах нам нужна схема сглаживания, чтобы убрать эту рябь. Эти колебания представляют собой составляющие переменного тока в постоянном напряжении. Это называется пульсирующим постоянным напряжением . Если это пульсирующее напряжение постоянного тока используется в нескольких приложениях, это приводит к снижению производительности устройства. Таким образом, используется схема сглаживания, фильтр работает как схема сглаживания для выпрямительной системы.
Но после этого процесса сглаживания напряжение выпрямителя в какой-то момент падает до нуля.Следовательно, если вместо однофазного трансформатора мы используем трехфазный трансформатор, коэффициент пульсаций можно значительно снизить. Одним из значительных преимуществ трехфазного трансформатора является то, что выпрямленное напряжение не падает до нуля, даже если не используется сглаживающее устройство.
Трехфазный полуволновой выпрямитель
В трехфазном полуволновом выпрямителе , по три диода подключены к каждой из трех фаз вторичной обмотки трансформатора. Три фазы вторичной обмотки соединены звездой, поэтому ее также называют Star Connected Secondary.
Анодный вывод диода подключен ко вторичной обмотке трансформатора. И три фазы трансформатора соединены вместе в общей точке, называемой нейтралью . Эта нейтральная точка обеспечивает отрицательный вывод нагрузки и заземлена.
Каждый диод проводит одну треть цикла переменного тока, а оставшиеся два диода остаются разомкнутыми. Выходное напряжение постоянного тока будет между пиковым значением напряжения питания и половиной напряжения питания.
Коэффициент пульсаций для трехфазного полуволнового выпрямителя вычисляется по уравнениям ниже.
Из приведенных выше расчетов видно, что коэффициент пульсаций для трехфазного полуволнового выпрямителя составляет 0,17 , т.е. 17% . В однофазной половине с выпрямителем значение коэффициента пульсаций составляет 1,21 , а в случае однофазного двухполупериодного выпрямителя — 0,482. Таким образом, очевидно, что значение коэффициента пульсаций у трехфазного выпрямителя намного меньше по сравнению с однофазным выпрямителем.
Причем частота пульсаций в трехфазном выпрямителе очень высока. Таким образом, эту рябь можно легко отфильтровать. Частота пульсаций в случае трехфазных выпрямителей в три раза больше частоты питающей сети. Благодаря этому процесс сглаживания в случае трехфазного выпрямителя намного проще, чем у однофазного выпрямителя.
Трехфазный полноволновой выпрямитель
В трехфазном двухполупериодном выпрямителе используются шесть диодов. Его также называют 6-диодным полуволновым выпрямителем . При этом каждый диод проводит 1/6 части цикла переменного тока. Колебания выходного постоянного напряжения меньше в трехфазных двухполупериодных выпрямителях. Выходное напряжение колеблется между максимальным значением пикового напряжения, то есть Vsmax, и 86,6% максимального напряжения.
Преимущество трехфазных двухполупериодных выпрямителей в том, что выходное напряжение регулируется и не падает до нуля. Выходное напряжение поддерживается между 86,6% максимального напряжения и пиковым значением напряжения.Таким образом, это кажется регулируемым.
Основной причиной столь низких колебаний выходного напряжения является использование большого количества диодов. Целесообразно использовать 6 диодов. Это связано с тем, что при использовании более 6 диодов стоимость схемы увеличивается. Более того, сложность схемы увеличивается, и никакого значительного увеличения регулирования выходного напряжения не будет.
3-фазный мостовой выпрямитель
Тип устройства в виде моста широко используется, потому что нет необходимости в промежуточном трансформаторе отвода в мостовом выпрямителе.Преимущество использования мостового выпрямителя заключается в том, что ток нагрузки I dc в 0,95 раза больше пикового тока, протекающего через диод.
V dc примерно в 2,34 раза больше действующего значения переменного напряжения, проходящего через вторичную обмотку трансформатора в трехфазном полуприводном выпрямителе. Каждый диод в трехфазном мостовом выпрямителе пропускает только 1/3 тока, протекающего через нагрузку.
Таким образом, этот тип перемычки более предпочтителен в различных приложениях.
Используются для преодоления недостатков однофазного выпрямителя.Мы уже обсуждали, что однофазные выпрямители обладают высоким коэффициентом пульсаций и большими колебаниями выходного постоянного тока. Чтобы преодолеть этот недостаток, появились трехфазные трансформаторы.
ТРЕХФАЗНЫЙ ДИОДНЫЙ МОСТ ВЫПРЯМИТЕЛЬ — Скачать PDF бесплатно
1 Глава ТРЕХФАЗНЫЙ ДИОДНЫЙ МОСТОВЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ Предметом этой книги является снижение общих гармонических искажений (THD) входных токов в трехфазных диодных мостовых выпрямителях.Помимо снижения THD входного тока, предлагаемые здесь методы приводят к увеличению коэффициента мощности выпрямителя (PF). Чтобы заложить основу для внедрения новых методов, в этой главе анализируется трехфазный диодный мостовой выпрямитель, представлены соответствующие схемы напряжения и анализируются их спектры. Кроме того, определены логические функции, которые определяют состояния диодов в трехфазном диодном мосту, функции состояния транзисторов. Рассмотрим трехфазный диодный мостовой выпрямитель, показанный на рис.-. Выпрямитель состоит из трехфазного диодного моста, состоящего из диодов D — D6. В ходе анализа предполагается, что сопротивление линий питания достаточно низкое, чтобы им можно было пренебречь, и что ток нагрузки I OUT постоянен в связи. Результаты и обозначения, введенные в этой главе, используются на протяжении всей книги. Во-первых, предположим, что выпрямитель питается от сбалансированной неискаженной трехфазной системы напряжения, заданной фазными напряжениями: A D D D5 i + i I OUT OUT i D D4 D6 B Рисунок -.Трехфазный диодный мостовой выпрямитель.
2 8 Глава (t) = V cos ω, (.) И = V cos ωt, (.) 4 = V cos ωt. (.) Амплитуда напряжения фазы V равна V =, (.4) V P RMS, где V P RMS — среднеквадратичное значение напряжения фазы. Значения входных напряжений представлены на рис. -. Предполагая, что I OUT строго больше нуля в течение всего периода, в каждой связующей точке два диода диодного моста проводят ток. Первый проводящий диод относится к группе диодов с нечетными индексами {D, D, D5}, и он соединен своим анодом с самым высоким из фазных напряжений в рассматриваемой соединительной точке.Второй проводящий диод относится к группе диодов с индексом e {D, D4, D6} и подключается своим катодом к самому низкому из фазных напряжений. Поскольку одно фазное напряжение не может быть самым высоким и самым низким в соответствии с установленным набором фазных напряжений, указанным (.), (.) И (.), Две фазы подключены к нагрузке, а одна фаза — не связаны в каждой точке галстука. Это приводит к входному току, равному нулю во внутренней связи, когда напряжение фазы не является ни осевым, ни начальным.Разрывы в фазных токах являются единственной причиной внедрения методов ввода тока, поскольку они анализируются в следующей главе. Описанная работа диодов в диодном мосту приводит к положительному выходному номинальному напряжению, равному axiu фазных напряжений, то есть (,) A = ax, (.5), в то время как напряжение отрицательного выходного напряжения равно iniu фазных напряжений,
3. Трехфазный диодный мостовой выпрямитель V V V ω t [] Рисунок -.Параметры входных напряжений. (,) B = дюйм (.6). Значения выходных теринальных напряжений, указанных в (.5) и (.6), представлены на рис. -. Эти сигналы являются периодическими, с периодом, равным одной трети периода строки; таким образом, их спектральные компоненты расположены на тройной частоте линии. Разложение в ряд Фурье волны положительного выходного теринала приводит к A () = + + V n = 9n n + cos (nω t), (.7)
4 Глава 5. V A V B V C ω t [] Рисунок -.Значения выходного теринала A и B, а также сигнала C., в то время как разложение в ряд Фурье напряжения отрицательного входного терминала приводит к B = + + V cos n = 9n (nω t). (.8) Эти разложения в ряд Фурье часто используются при анализе различных методов ввода тока. Здесь следует подчеркнуть полезные свойства разложения выходных теринальных напряжений в ряд Фурье. Во-первых, оба разложения в ряд Фурье содержат спектральные компоненты в точках с утроенной частотой линии, т.е.е., при трехкратной частоте сети. Соответствующие спектральные компоненты A и B на нечетных тройках частоты линии на
5. Трехфазный диодный мостовой выпрямитель () k ω, где k N, — это SAE, имеющая значения SAE и фазы SAE. С другой стороны, соответствующие спектральные составляющие при een трехкратной частоте линии, при 6k ω, имеют высокие высоты, но противоположные фазы. Эти свойства используются при проектировании существующих сетей впрыска, описанных в главах 6 и 8.Напряжение на выходе диодного моста определяется как OUT =, (.9) A B, а его форма представлена на рис. -4. Разложение выходного напряжения в ряд Фурье: OUT = + V cos k = 6k 6 (kω t). (.) Поскольку спектры A и B имеют более высокие спектральные компоненты при нечетных тройных частотах линии, эти спектральные компоненты компенсируются в спектре выходного напряжения. Таким образом, спектр выходного напряжения содержит спектральные компоненты только на шестых ступенях частоты линии. Составляющая постоянного напряжения выходного напряжения равна V = V.65В. 4V, (.) OUT P RMS, в то время как разложение в ряд Фурье переменной переменного тока выходного напряжения равно..5 V OUT ω t [] Рисунок -4. Плата за выходное напряжение.
6 Глава ˆ OUT = V + cos 6 k = 6k (kω t). (.) Еще одна причина, представляющая интерес для последующего анализа, — это сила остаточного напряжения C, то есть сила, полученная от сегментов фазовых напряжений во время стыковочных взаимодействий, когда они не являются ни осевыми, ни начальными. Узел в схеме рис.- где это напряжение можно было бы измерить, не существует, в отличие от фаз A и B, которые можно наблюдать на выходных клеммах диодного моста. Тем не менее, сигнал и спектр C могут быть легко скопированы, используя тот факт, что su мгновенных значений фазовых напряжений равняется нулю, + +. (.) = В каждой точке соединения одно из фазных напряжений равно A, другое — B, а остаточное напряжение равно C. Таким образом, выходные выходные напряжения и остаточное напряжение в сумме равны нулю. Это дает следующее выражение для остаточного напряжения: C =, (.4) A B и его спектр копируется с использованием спектров A и B, согласно (.7) и (.8), в результате получается C = V + k = (6k) cos ((6k) ω t). (.5) В спектре остаточного напряжения спектральные компоненты расположены на нечетных тройках частоты линии, поскольку спектральные компоненты A и B на een трехкратной частоте линии сокращаются. Еще один интересный этап — аэрация выходных теринальных напряжений, определяемая как AV = (A + B) = C. (.6) Используя спектр C, gien по (.5), спектр AV получается как
7.Трехфазный диодный мостовой выпрямитель AV = V + k = (6k) cos ((6k) ω t). (.7) Спектральные составляющие AV расположены в нечетных тройках частоты линии, то есть как в спектре C. После определения напряжений выпрямителя и снятия их спектров анализируются составляющие токов выпрямителя. При анализе токов выпрямителя начнем с состояний диодов. Во-первых, давайте определим функции состояния диода d k для k {,,, 4,5,6} так, чтобы dk =, если диод с индексом k проводит, и d k =, если диод заблокирован.Значения функций состояния диодов кратко представлены в таблице -, а значения функций состояния диодов в течение двух периодов линии показаны на рис. -5. Из данных таблицы можно сделать вывод, что выпрямитель, показанный на рис. 1, можно анализировать как периодически переключаемую линейную цепь, поскольку состояния диодов выражены как функции связующего элемента. Это значительно упрощает анализ, как показано в главе 9, где анализируется прерывающаяся проводимость диодного моста, хотя и со значительными атематическими трудностями, поскольку схему нельзя рассматривать как периодически переключаемую линейную схему.После того, как функции состояния диодов определены, токи диодов могут быть выражены как i Dk d k (ω t) I OUT = (.8) для k {,,, 4,5,6} значения аэрации :. Все токи в диодах имеют следующие значения: I D = I OUT, (.9) Таблица -. Функции состояния диода. dt Segent (ω) d (ω t) d (ω t) d4 (ω t) d5 (ω t) d6 (ω t) 8 4 Глава d (t ω) d (t ω) d (t ω) d (t 4 ω) d (t 5 ω) d (t 6 ω) ω t [] Рисунок -5.Формы функций состояния диода. что представляет интерес для определения размеров диодов. Аксиу обратного напряжения, которому подвергаются диоды, равна оси выходного напряжения и равна амплитуде линейного напряжения, V = V = V 6. (.) D ax P RMS Используя функции состояния диода, входные токи выпрямителя ip, где 9. Трехфазный диодный мостовой выпрямитель 5 p {,,}, может быть выражен как i (d (ω t) d (t)) = I. (.) P OUT p p ω Коэффициенты входных токов представлены на рис.-6. Входные токи имеют среднеквадратичное значение, равное 6 I RMS = I OUT. (.) Выходная мощность выпрямителя составляет 5..5 i I OUT i I OUT i I OUT ω t [] Рисунок -6. Коэффициенты входных токов. 10 6 Глава P OUT = VOUT IOUT = VIOUT = P IN (.) И это sae как входная мощность P IN, так как потери в выпрямительных диодах не учитываются при анализе, и в схеме нет других элементов. Рис. -. Полная мощность на входе выпрямителя S = V I = V I.(.4) IN P RMS RMS OUT Для входной мощности выпрямителя, равной (.), И полной мощности выпрямителя, равной (.4), коэффициент мощности на входе выпрямителя получается как P = IN PF = = (.5 ) S IN Это значение для коэффициента мощности достаточно хорошее и удовлетворяет почти всем стандартам коэффициента мощности. Это значительно лучше, чем коэффициент мощности выпрямителя с емкостным фильтром, подключенным на выходе, что заставляет выпрямитель работать в режиме прерывистой проводимости. Результат также хорош по сравнению с однофазными выпрямителями.Таким образом, значение коэффициента мощности (0,5) не вызывает беспокойства. Параметр выпрямителя на рис. — на котором сосредоточено внимание — это полное гармоническое искажение (THD) входных токов. Чтобы сопоставить значения THD входных токов, среднеквадратичное значение фундаментальной характеристики входного тока определяется как I 6 RMS = I OUT. (.6) Основные характеристики входных токов смещаются к соответствующим фазным напряжениям для ϕ =, (.7), что приводит к смещающемуся коэффициенту мощности (DPF): DPF = cosϕ =.(.8) THD входных токов определяется с применением 11. Трехфазный диодный мостовой выпрямитель 7 RMS RMS I I THD =, (.9) I, в результате THD = 9 = 0,8%. (.) Это значение THD считается относительно высоким, и его снижение представляет интерес в приложениях для СОЭ. Эффективные методы снижения THD входных токов в трехфазных диодных мостовых выпрямителях являются темой этой книги. Стандарты СОЭ определяют значения конкретных гармонических составляющих входных токов.Таким образом, спектр входных токов представляет интерес. Входные токи могут быть выражены разложением в ряд Фурье for + (C, n S, n) () t = I + I cos (nω t) + I sin (nω t) i = I DC DC + n = + nn = I cos (nω t ϕ), n (.) где I DC = i () td (ω t), (.), = i () t cos (nωt) d (ω t), (.) IC n, = i () t sin (nω t) d (ω t), (.4) IS nn C, n IS, n I = I +, (.5) 12 8 Глава и IS, n tan ϕ п =. (.6) I C, n В случае входного тока первой фазы, указанного как (.) для p = харонными компонентами являются I, (.7), DC = I, C, n n n = sin + sin I n OUT, (.8) таким образом, I; (.9), S, n = I n n = sin + sin n, n I OUT (.4) и n n ϕ n = sign sin + sin. (.4) Формы входных токов двух оставшихся фаз выпрямителя смещены по фазе для сравнения друг с другом согласно i (ωt) = i ωt = i ωt +. (.4) Таким образом, все входные токи имеют одинаковый спектр амплитуды, но имеют разные фазовые спектры, что можно увидеть, применив свойство связующего смещения для разложений в ряд Фурье в коплекс для. 13. Трехфазный диодный мостовой выпрямитель 9 Чтобы проиллюстрировать работу диодного мостового выпрямителя и сопоставить его реальную работу с приведенной моделью, были записаны и представлены схемы экспериментального выпрямителя. Экспериментальный выпрямитель работает со среднеквадратичным значением напряжения фазы VP RMS = V, что соответствует амплитуде входного напряжения V = 4 В. Диапазон выходного тока составляет 14 Глава i i i OUT i OUT Рисунок -7. Экспериментально зарегистрированные напряжения входного напряжения, входного тока, выходного напряжения и выходного тока. Шкала напряжения = 5 В / ди. Шкала тока = 5 А / ди.Шкала галстука = 0,5 s / di. IPedance немного смягчает входной ток во время переходов между состояниями диода, что приводит к снижению THD. Коэффициент мощности на входе выпрямителя близок к ожидаемому значению (0,5). По экспериментальным данным можно сделать вывод, что модель выпрямителя адекватно описывает работу выпрямителя. Хоувер, линия снабжения 15. Трехфазный диодный мостовой выпрямитель, I OUT = 4 A i, I OUT = 4 A, I OUT = 7 A i, I OUT = 7 A, I OUT = A i, I OUT = A Рисунок -8.Экспериментально зарегистрированные напряжения фазового напряжения и входного тока для I OUT = 4 A, I OUT = 7 A и I OUT = A. Шкала напряжения = 5 В / ди. Шкала тока = 5 А / ди. Шкала галстука = 0,5 s / di. Стол -. Зависимость параметров выпрямителя от I OUT. I OUT THD () THD (i) P IN S IN PF 4 A.7% 9.47% 99.8 W VA.96 7 A.4% 8.65% 544. W 67.8 VA.965 A.4% 7.94%. W. VA.9588 индуктивность и пульсации выходного тока незначительно влияют на работу выпрямителя, и эти явления не включены в модель выпрямителя.Применение методов подачи тока приведет к устранению препятствий для фазных напряжений и сделает индуктивность линий питания несущественной. Таким образом, пульсации выходного тока сохранят единственный паразитный эффект, о котором следует беспокоиться. 16 17 Процесс преобразования переменного тока в постоянный — это выпрямление .Любой автономный блок питания имеет блок выпрямления, который преобразует либо источник настенной розетки переменного тока в постоянный ток высокого напряжения, либо пониженный источник настенной розетки переменного тока в постоянный ток низкого напряжения. Дальнейшим процессом будет фильтрация, преобразование постоянного тока в постоянный и т.д. Итак, в этой статье мы собираемся обсудить операции двухполупериодного выпрямителя . Двухполупериодный выпрямитель имеет более высокий КПД по сравнению с полуволновым выпрямителем. Двухполупериодное выпрямление может быть выполнено следующими методами. Если две ветви схемы соединены третьей ветвью, чтобы сформировать петлю, тогда сеть называется мостовой схемой . Из этих двух предпочтительным типом является схема мостового выпрямителя с использованием четырех диодов, потому что тип двухдиодный требует трансформатора с центральным ответвлением и не надежен по сравнению с мостовым типом.Также диодный мост выпускается в единой упаковке. Некоторые из примеров: DB102, GBJ1504, KBU1001 и т. Д. Мостовой выпрямитель превосходит надежность полумостового выпрямителя с точки зрения снижения коэффициента пульсаций для той же схемы фильтра на выходе. Напряжение переменного тока имеет синусоидальную форму с частотой 50/60 Гц. Форма волны будет такой, как показано ниже. Давайте теперь рассмотрим переменное напряжение с меньшей амплитудой 15Vrms (21Vpk-pk) и выпрямим его в постоянное напряжение с помощью диодного моста.Форма волны переменного тока может быть разделена на положительный полупериод и отрицательный полупериод. Все напряжение и ток, которые мы измеряем с помощью цифрового мультиметра, по своей природе являются среднеквадратичными. Следовательно, то же самое рассматривается ниже в моделировании Greenpoint. Во время положительного полупериода диоды D2 и D3 будут проводить, а во время отрицательного полупериода диоды D4 и D1 будут проводить. Следовательно, в течение обоих полупериодов диод будет проводящим. Форма выходного сигнала после выпрямления будет такой, как показано ниже. Чтобы уменьшить пульсации в форме волны или сделать ее непрерывной, мы должны добавить на выходе конденсаторный фильтр . Работа конденсатора параллельно нагрузке предназначена для поддержания постоянного напряжения на выходе. Таким образом, можно уменьшить пульсации на выходе. Выход с фильтром 1 мкФ ослабляет волну только до определенной степени, потому что емкость накопителя энергии на 1 мкФ меньше.Приведенная ниже форма волны показывает результат фильтрации. Так как на выходе все еще присутствует пульсация, мы собираемся проверить выход с разными значениями емкости. Форма волны ниже показывает уменьшение пульсации в зависимости от значения емкости, т. Е. Емкости накопления заряда. Формы выходных сигналов: зеленый — 1 мкФ, синий — 4,7 мкФ; Горчично-зеленый — 10 мкФ; Темно-зеленый — 47 мкФ Во время как положительного, так и отрицательного полупериода пара диодов будет находиться в состоянии прямого смещения, и конденсатор заряжается, а нагрузка получает питание.Интервал мгновенного напряжения, при котором запасенная в конденсаторе энергия выше, чем мгновенное напряжение, которое конденсатор подает в него запасенную энергию. Чем больше емкость накопления энергии, тем меньше пульсации в выходной форме волны. Коэффициент пульсаций можно рассчитать теоретически по, Рассчитаем его для любого номинала конденсатора и сравним с полученными выше осциллограммами. R нагрузка = 1кОм; f = 100 Гц; C из = 1 мкФ; I постоянного тока = 15 мА Следовательно, Коэффициент пульсации = 5 В Разница в коэффициенте пульсаций будет компенсирована при более высоких значениях емкости конденсатора.КПД двухполупериодного выпрямителя выше 80%, что вдвое больше, чем у полуволнового выпрямителя. В мостовом выпрямителе используются следующие компоненты: Здесь для среднеквадратичного напряжения 15 В пиковое напряжение будет до 21 В. Следовательно, используемые компоненты должны быть рассчитаны на 25 В и выше. Понижающий трансформатор: Понижающий трансформатор состоит из первичной и вторичной обмоток, намотанных на многослойный железный сердечник. Количество витков первичного будет выше, чем вторичного. Каждая обмотка действует как отдельные индукторы. Когда первичная обмотка питается от переменного источника, обмотка возбуждается и создается магнитный поток. На вторичную обмотку воздействует переменный поток, создаваемый первичной обмоткой, который наводит ЭДС во вторичную обмотку.Эта наведенная ЭДС затем протекает через подключенную внешнюю цепь. Соотношение витков и индуктивность обмотки определяют величину потока, генерируемого первичной и вторичной обмотками. В трансформаторе используется ниже Напряжение питания 230 В переменного тока от настенной розетки понижается до 15 В переменного тока среднеквадратического значения с помощью понижающего трансформатора. Затем питание подается на выпрямительную схему , как показано ниже. Соответствующее напряжение на нагрузке равно 12.43 В, потому что на цифровом мультиметре можно увидеть среднее выходное напряжение прерывистой формы волны. Если добавлен конденсаторный фильтр, как показано ниже, 1. Для C out = 4,7 мкФ, пульсации уменьшаются и, следовательно, среднее напряжение увеличивается до 15,78 В 2. Для C out = 10 мкФ, пульсации уменьшаются и, следовательно, среднее напряжение увеличивается до 17.5В 3. Для C out = 47uF, пульсации еще больше уменьшаются и, следовательно, среднее напряжение увеличивается до 18,92V 4. Для C out = 100 мкФ, любое значение емкости, превышающее это, не будет иметь большого эффекта, поэтому после этого форма волны будет тонко сглажена, и, следовательно, пульсации будут низкими. Среднее напряжение увеличилось до 19,01В Принципиальная схема полноволнового выпрямителя (выпрямитель с центральным ответвлением и мостовой выпрямитель)
Работа полноволнового выпрямителя:
С конденсатором 1 мкФ в качестве фильтра:
Операции с конденсатором:
Практичный полноволновой выпрямитель:
Работа контура:
Цепь двухполупериодного выпрямителя без фильтра:
Цепь полноволнового выпрямителя с фильтром:
