Цель: Формирование у студента компетенций ПК-18, ПК-38. Теоретическая часть Однополупериодный выпрямитель. Однополупериодный выпрямитель (рисунок 2.1 а) состоит из трансформатора, ко вторичной обмотке которого последовательно присоединены диод VDи нагрузочный резистор Для упрощения анализа работы выпрямителей трансформатор и диод считают идеальными, т.е. принимают следующие допущения: у трансформатора активное сопротивление обмоток, а у диода прямое сопротивление равны нулю; обратное сопротивление диода равно бесконечности; в трансформаторе отсутствуют потоки рассеяния. При таких допущениях с подключением первичной обмотки трансформатора к сети переменного синусоидального напряжения во вторичной обмотке будет наводиться синусоидальная ЭДС (рисунок 2.1 б). а) б) в) Рисунок 2.1 Работу выпрямителя рассматривают с помощью временных диаграмм (рисунок 2.1 б, в). В первый полупериод, т.e. в интервале времени 0 – Т/2, диод открыт и в нем появляется ток Основными электрическими параметрами однополулериодного выпрямителя являются: – средние значения выпрямленных тока и напряжения – мощность нагрузочного устройства – амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения – коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения – коэффициент полезного действия где В однополупериодном выпрямителе (рис. 2.1): Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора: Коэффициент пульсаций можно получить из разложения в ряд Фурье выходного напряжения однополупериодного выпрямителя: Основным преимуществом однополупериодного выпрямителя является его простота. Недостатками этого выпрямителя являются: большой коэффициент пульсаций, малые значения выпрямленных тока и напряжения. Вместе с тем, следует обратить внимание еще на один недостаток однополупериодного выпрямителя. Ток имеет постоянную составляющую, которая вызывает подмагничивание сердечника трансформатора, из-за чего уменьшается магнитная проницаемость сердечника, что в свою очередь снижает индуктивность обмоток трансформатора. Это приводит к росту тока холостого хода трансформатора, а следовательно, к снижению КПД всего выпрямителя. Диод в выпрямителе является основным элементом, поэтому диоды должны соответствовать основным электрическим параметрам выпрямителей. При выборе типа диодов необходимо знать: – среднее значение прямого тока – максимальное обратное напряжение на диоде Промышленность выпускает полупроводниковые диодные столбы (например, КЦ 106, КЦ 201). Выпрямительный столб – это группа последовательно соединенных диодов, помешенных в общий корпус. Такие столбы выдерживают напряжения Задачи 1. В однополупериодном выпрямителе напряжение на вторичной обмотке трансформатора 2. В схеме однополупериодного выпрямителя задан диод КД208А с параметрами 3. Определить среднее и максимальное значение прямого тока, а также максимальное обратное напряжение полупроводникового диода в однополупериодном выпрямителе (рисунок 2.1 а) и коэффициент трансформации трансформатора, если на нагрузочном резисторе сопротивлением 4. Определить амплитуду тока в нагрузочном резисторе сопротивлением 5. Для питания постоянным током потребителя мощностью 250 Вт при напряжении Ud= 100 В необходимо собрать схему однополупериодного выпрямителя, подобрав диоды из справочника. Указать допустимые параметры для выбранного диода. Вопросы к практическому занятию 1. Из чего состоит однополупериодный выпрямитель? 2. Приведите соотношения между входным напряжением выпрямителя и его средним значением. 3. Пояснить связь между действующим значением тока выпрямителя и его постоянной составляющей. 4. Что называется коэффициентом пульсаций выпрямленного напряжения? 5. Чему равен коэффициент пульсаций для однополупериодного выпрямителя? 6. Какое условие используется при выборе диодов после расчета однополупериодного выпрямителя? 7. Каковы различия между входным и выходным сигналами однополупериодного выпрямителя? 8. Поясните принцип действия однополупериодного выпрямителя. Практическое занятие 3 cyberpedia.su Однополупериодный выпрямитель Считается, что трансформатор и выпрямительный диод - идеальны, то есть у трансформатора активное сопротивление обмоток равно нулю, у диода Rпр = 0 и Rобр = ∞. Рис.2 Схема однополупериодного выпрямителя Принцип работы выпрямителяРассмотрим временные диаграммы однополупериодного выпрямителя (рис.3) в интервале времени 0 - T/2 диод VD1 открыт φА > φВ, в нагрузке течет ток iн .В интервале времени T/2 - T диод закрыт φА < φВ, к диоду приложено U2m. Рис.3. Временные диаграммы однополупериодного выпрямителяТок и напряжение в нагрузке имеют пульсирующий характер и как следствие значительно отличаются от постоянных составляющих Основные электрические параметры выпрямителяДиод в выпрямителях является основным элементом и во многом определяет основные показатели выпрямителей.1. Uнср и Iнср – средние значения выпрямленных напряжения и тока в нагрузочном устройстве2. Мощность нагрузочного устройства Pнср = Uнср•Iнср3. Амплитуда основной гармоники Uоснг4. Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения 5. КПД выпрямителя6. Обратное максимально напряжение на запертом диоде UобрmaxОпределим среднее значение выпрямленного напряжения и тока в нагрузке.В однополупериодном выпрямителе теряется больше половины входного напряжения!Входное напряжение (напряжение на вторичной обмотке трансформатора): Среднее значение выпрямленного тока, средневыпрямленный ток равен току через диод: Частота пульсаций выпрямленного напряжения равна частоте сетевого напряжения:fп = fоснВыпрямленное напряжение имеет несинусоидальную форму сигнала, поэтому может быть разложено в ряд Фурье: Так как частота пульсаций выпрямленного напряжения равна частоте сети, то при расчете коэффициента пульсаций берут напряжение основной первой гармоники: р = 1,57 - очень большой коэффициент пульсаций – это является недостатком схемы.Обратное максимальное напряжение на запертом диоде равно амплитуде входного напряжения: При выборе выпрямительных диодов используются максимально допустимые параметры: ток прямой максимально допустимый и напряжение обратное максимально допустимое: Iпрmax, Uобрmax.Диод в выпрямителях является основным элементом, и его параметры во многом определяют основные параметры выпрямителей intellect.ml После трансформатора в сетевом источнике питания, обычно, следует выпрямитель. Выпрямитель служит для преобразования переменного напряжения на вторичной обмотке силового трансформатора в постоянное напряжение. Выпрямители делаются на диодах, используется свойство диода пропускать ток только в одном направлении. Существует несколько видов выпрямителей — однополупериодные, двухполупериодные с выводом средней точки, мостовые, с удвоением напряжения. Поскольку выпрямитель построен на диодах, которые пропускают ток только в одном направлении, то на его выходе получается не постоянное, а пульсирующее напряжение, т.е. напряжение постоянное по знаку, но переменное по величине, чтобы сделать его постоянным на выходе выпрямителя включают электролитический конденсатор. Он сглаживает пульсации и на нем получается уже постоянное напряжение, а не пульсирующее. В общем случае, для получения постоянного напряжения с относительно небольшими пульсациями, на один ампер потребляемого нагрузкой тока, применяют конденсатор емкостью в 4000мкф. Схема однополупериодного выпрямителя показана на рисунке 1. Положительные полуволны проходят через диод на конденсатор, а отрицательные не проходят, таким образом, положительные полуволны поддерживают конденсатор заряженным, а напряжение с конденсатора поступает в нагрузку. Недостаток — требуется конденсатор большей емкости. Такие выпрямители применяются, когда не требуется низкий уровень пульсаций. Обычно для питания устройств потребляющих небольшой ток или сильноточных схем, в которых уровень пульсаций большого значения не имеет. В заключении необходимо отметить, что эта схема выпрямителя имеет еще один серьезный недостаток – это присутствие постоянной составляющей тока во вторичной обмотке трансформатора, что ведет к подмагничиванию его сердечника. Следовательно, возрастает реактивная мощность, потребляемая трансформатором из первичной сети, увеличивается его рабочая температура и уменьшается его коэффициент мощности. По этим причинам трансформаторы в простых схемах зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов, где используется однополупериодное выпрямление (обычно используется один тиристор для выпрямления и управления током заряда)сильно греются. Просмотров:6 580 www.kondratev-v.ru Схема однополупериодного выпрямителя с одним выпрямительным диодом показана на рис. 10.1. В такой схеме источника питания трансформатор не используется и сетевое напряжение подается непосредственно на вход выпрямителя. Подобную схему источника питания применяют в дешевых электронных устройствах, хотя предпочитают использовать источники питания трансформаторного типа, поскольку они позволяют устранить общий заземленный провод сети переменного тока. Рис. 10.1. Схема однополупериодного выпрямителя. Для защиты выпрямителя от короткого замыкания или частичного короткого замыкания, которое может иметь место при выходе из строя конденсаторов или других элементов схемы, служит последовательно включенный предохранитель. Падение напряжения на последовательном резисторе зависит от величины протекающего через него тока; при включении резистора выходное напряжение понижается. Кроме того, этот резистор служит для целей фильтрации. В схеме используются два фильтровых конденсатора с номинальным напряжением 200 В, что позволяет уменьшить опасность их пробоя при случайных выбросах напряжения. Максимальное напряжение на этих конденсаторах может достигать амплитудного значения синусоидального переменного напряжения, которое равно произведению эффективного значения напряжения (117 В) на У2? Следовательно, напряжение на первом конденсаторе фильтра может достигать значения 117-1,41 = 165 В. На втором конденсаторе из-за падения напряжения на последовательном резисторе максимальное напряжение будет несколько меньше. Как показано на рис. 10.1, ток в схеме однополупериодного выпрямителя протекает не непрерывно, а периодически. Таким образом, в течение временных интервалов, когда ток не протекает, конденсаторы фильтра не заряжаются. (В схеме двухпо-лупериодного выпрямителя, как будет показано в следующем разделе, перерывов в протекании тока нет.) Поэтому при одинаковой величине тока, потребляемого от выпрямителя, колебания напряжения на конденсаторе будут более заметными в од-нополупериодной схеме по сравнению с двухполупериодной. По этой причине емкость конденсаторов фильтра должна быть в однополупериодной схеме больше, чтобы между циклами заряда на обкладках конденсаторов сохранялся заряд достаточно большой величины. При большой величине емкости конденсаторы выполняют функцию стабилизации выходного напряжения, т. е. обеспечивают относительное постоянство выходного напряжения выпрямителя при изменениях тока нагрузки. При положительной полуволне переменного входного напряжения, действующего между верхним и нижним входными зажимами, электроны протекают через заземленный провод, нагрузку и далее через выпрямляющий кремниевый диод. Так как в фильтре обычно используются электролитические конденсаторы, их присоединение к схеме должно осуществляться с соблюдением указанной на корпусе полярности. При обратной полярности включения конденсаторов будет происходить их нагрев, а затем и выход из строя. Так как конденсатор заряжается до напряжения, близкого к амплитудному значению входного переменного напряжения, то выходное напряжение в схеме однополупериодного выпрямителя оказывается несколько выше эффективного значения входного напряжения. Следует заметить, что величина выходного напряжения заметно зависит от сопротивления нагрузки, т. е. от величины тока, потребляемого нагрузкой. При большем токе нагрузки заряд конденсатора уменьшается и, следовательно, выходное напряжение понижается. С целью лучшего подавления пульсаций выпрямленного тока последовательно с резистором включают дроссель, представляющий большое реактивное сопротивление. Такие дроссели применяют главным образом в промышленных установках; в бытовых электронных приборах стараются их не использовать по соображениям стоимости и, кроме того, для устранения помех в соседних цепях, вызываемых магнитными полями дросселей. Вместо дросселя обычно применяют дополнительные конденсаторы емкостью несколько сотен или даже тысяч микрофарад, которые обеспечивают приемлемое качество фильтрации и небольшой уровень фона. nauchebe.net Одно из самых распространенных применений полупроводниковых элементов состоит в выпрямлении переменного тока. Для выпрямления применяются электрические вентили с несимметричной характеристикой. Идеальный вентиль в одном направлении должен обладать сопротивлением равным нулю, а в другом – равным бесконечности. ВАХ такого вентиля приведена на рис.58. Включение такого вентиля в цепь переменного тока (рис.57.а) обеспечивает прохождения тока только одного направления (рис.57.б) . Рис.57. Однополупериодный выпрямитель а) схема выпрямителя, б) диаграмма тока и напряжения Рис.58. ВАХ диода Средний ток (постоянная составляющая): где Среднее (выпрямленное ) напряжение равно: Рассмотренная схема выпрямления получила название однополупериодного выпрямителя. Основным недостатком этой схемы являются большие пульсации выпрямленного тока, для сглаживания которых применяют индуктивные и емкостные фильтры (рис.59.а,б). Рассмотрим влияние индуктивности L и емкости Cна кривые выпрямленных тока и напряжения на конкретном примере. Рис.59. Схема выпрямителя с индуктивным и емкостным фильтром Пример 13. Для схем 59.а,б требуется рассчитать кривые выпрямленных тока и напряжения. Определить угол пропускания тока (открытого состояния) Решение: Для схемы на рис.59.а рассмотрение начнем с нахождения зависимости где Постоянная интегрирования В итоге получаем: Результаты расчетов по уравнению сведены в таблицу 11. Угол пропускания тока определяется моментом изменения знака тока с “+” на “-“: Среднее выпрямленное напряжение: Средний выпрямленный ток: можно определить ток как среднеарифметическое: Расчетные значения тока и напряжения Таблица 11 Для схемы рис.59.б прежде чем переходить к расчетам необходимо разобраться с физической сущностью процессов. При открытом состоянии вентиля в первую четверть периода напряжение нагрузки (конденсатора) равно напряжению сети и изменяется по закону синусоиды Во вторую четверть периода где Постоянную интегрирования определим из начальных условий при Разрядка конденсатора продолжается до момента равенства напряжения Расчет проводим по четвертям. Для первой четверти напряжение на конденсатора находим по уравнению Далее – по уравнению: Конец второго этапа проще определить графически, в момент равенства напряжений на конденсаторе и входного напряжения: Результаты расчеты сведены в таблицу 11. Угол пропускания: Среднее выпрямленное значение тока По данным таблицы 11 на рис.60 построены кривые выпрямленных тока и напряжения. Рис.60. Выпрямленные ток и напряжения с учетом фильтров Анализируя построенные зависимости, сделаем следующие выводы: 1. Применение любых фильтров уменьшают пульсации выпрямленного тока. 2. Применение L- фильтров снижает величину выпрямленных тока и напряжения, а применение C - фильтров, наоборот, повышает эти величины и при достаточно большой емкости конденсатора можно считать, что выпрямленные значения равны амплитудным значениям. Тема: Расчет однополупериодного выпрямителя. Однополупериодный выпрямитель
Расчет однополупериодного выпрямителя — КиберПедия
.
, а в нагрузочном резисторе – ток 
, причем 
. Падение напряжения на диоде 
. В интервале времени Т/2 – Т диод закрыт, ток 
, а к запертому диоду прикладывается обратное напряжение 
т.е. 
, тогда 
, где 
– действующее значение напряжения во вторичной обмотке.
и 
;
;
;
;
,
– мощность потерь в трансформаторе, а 
– мощность потерь в диодах.
, (2.1)
.
. (2.3)
,
.
;
. Для надежной работы диодов в выпрямителях требуется, чтобы каталожные параметры превышали рассчитанные значения примерно на 30%. Отметим, что при выпрямлении напряжения, амплитудное значение которого превышает для одного диода, можно включать последовательно два или несколько однотипных диодов. Однако эти диоды должны быть зашунтированы сопротивлением, примерно равным 
. свыше 15 кВ.
В, частота сети 
= 50 Гц. Сопротивление диода в прямом направлении 
= 0. Для нагрузочного резистора 
сопротивлением 200 Ом определить средние значения выпрямленного напряжения и тока на нагрузочном резисторе, среднее значение тока в диоде 
, максимальное обратное напряжение диода . Выбрать параметры необходимого диода.
= 1,5 А и = 100 В. Определить максимальное напряжение вторичной обмотки трансформатора и мощность, выделяемую в нагрузке = 200 Ом. = 3 кОм среднее значение выпрямленного напряжения =180 В. Напряжение сети 
В. Сопротивление диода в прямом направлении и обратный ток считать равными нулю. = 2,5 кОм однополупериодного выпрямителя (рисунок 2.1 а), если напряжение на первичной обмотке трансформатора 
В, коэффициент трансформации п = 0,4. Сопротивление диода в прямом направлении считать равными нулю.Однополупериодный выпрямитель Принцип работы выпрямителя - Электроника, Микроэлектроника , Элементная база
Как работает однополупериодный выпрямитель | Все своими руками
Опубликовал admin | Дата 6 июня, 2012 
Обсудить эту статью на - форуме "Радиоэлектроника, вопросы и ответы".
Однополупериодный выпрямитель | Техника и Программы
Однополупериодный выпрямитель.
При синусоидальном напряжении 
ток в проводящий период ( 
) равен 
, а в непроводящий период – нулю.
, (77)
-действующее значение напряжения.
. (78)
, среднее значение выпрямленных тока и напряжения. Исходные данные: 
; 
=100 Ом; 
=1Гн; 
=10-3Ф.
при открытом вентиле. Вентиль открывается при 
,когда 
.Ток определяется в этом случае как переходный ток в цепи «RL» при включении ее на синусоидальное напряжение:
, (79)
=329,69 Ом;
= 1,26 рад;
=-100 (1/с).
определяется из начальных условий при 
, 
:
=>, =0,289
. (80)
=1,474·10-2 с , => 
= 4,63 рад.
. (81)
, (82)
. (83) t·104 ωt
L-фильтр
С - фильтр
i
u
i
u
0.209
20.9
0.25
0.0097
24.8
0.248
24.8
1.6
0.5
0.0373
48.1
0.481
48.1
2.4
0.75
0.0796
68.4
0.684
68.4
3.2
0.132
84.4
0.84
84.4
1.25
0.191
95.1
0.95
95.1
4.8
1.5
0.252
99.8
0.99
99.8
5.6
1.76
0.309
98.2
0.94
94.17
6.4
2.01
0.358
90.4
0.869
86.93
7.2
2.26
0.395
77.05
0.8025
80.25
2.51
0.417
58.7
0.74
74.08
8.8
2.76
0.422
36.8
0.68
68.38
9.6
3.01
0.4089
12.5
0.63
63.12
10.4
3.26
0.377
-12.5
0.58
58.27
11.2
3.52
0.329
-36.8
0.54
53.79
3.76
0.266
-58.7
0.5
49.65
1.28
4.02
0.193
-77.05
0.46
45.8
1.36
4.27
0.113
-90.4
0.42
42.3
1.44
4.52
0.032
-98.2
0.39
1.52
4.77
-0.0467
-99.8
0.36
1.6
5.02
0.33
33.2
1.68
5.27
0.307
30.7
1.76
5.52
0.283
28.3
1.84
5.78
0.261
26.1
1.92
6.03
0.241
24.17
6.28
0.223
22.3
2.08
6.53
0.097
24.8
0.209
20.9
.
напряжение на конденсаторе определяется переходной функцией:
, (84)
- принужденная составляющая (в данном случае разрядка конденсатора на резисторе ) 
;
- корень характеристического уравнения;
- постоянная интегрирования.
: 
; => 
= 100.
напряжению конденсатора 
, точка “А” на рис.60.
.
.
= 2,066·10-2 с ; 
.
= 1,361рад. Среднее значение напряжения
.
.
Похожие статьи:
poznayka.org
Поделиться с друзьями: