интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''

Тема: Расчет однополупериодного выпрямителя. Однополупериодный выпрямитель


Расчет однополупериодного выпрямителя — КиберПедия

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 , 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.

Основными электрическими параметрами однополулериодного выпрямителя являются:

– средние значения выпрямленных тока и напряжения и ;

– мощность нагрузочного устройства ;

– амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения ;

– коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения ;

– коэффициент полезного действия ,

где – мощность потерь в трансформаторе, а – мощность потерь в диодах.

В однополупериодном выпрямителе (рис. 2.1):

, (2.1)

.

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора:

. (2.3)

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 . 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 .

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 свыше 15 кВ.

 

Задачи

1. В однополупериодном выпрямителе напряжение на вторичной обмотке трансформатора 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.

2. В схеме однополупериодного выпрямителя задан диод КД208А с параметрами = 1,5 А и = 100 В. Определить максимальное напряжение вторичной обмотки трансформатора и мощность, выделяемую в нагрузке = 200 Ом.

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 = 3 кОм среднее значение выпрямленного напряжения =180 В. Напряжение сети В. Сопротивление диода в прямом направлении и обратный ток считать равными нулю.

4. Определить амплитуду тока в нагрузочном резисторе сопротивлением = 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.

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 Принцип работы выпрямителя - Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

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

Как работает однополупериодный выпрямитель | Все своими руками

Опубликовал admin | Дата 6 июня, 2012

     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.

Схема однополупериодного выпрямителя, 14

     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.

Обсудить эту статью на - форуме "Радиоэлектроника, вопросы и ответы".

Просмотров:6 580

www.kondratev-v.ru

Однополупериодный выпрямитель | Техника и Программы

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.

clip_image002

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

Однополупериодный выпрямитель.

 

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

 

При синусоидальном напряжении ток в проводящий период ( ) равен , а в непроводящий период – нулю.

Рис.58. ВАХ диода

 

Средний ток (постоянная составляющая):

, (77)

где -действующее значение напряжения.

Среднее (выпрямленное ) напряжение равно:

. (78)

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) , среднее значение выпрямленных тока и напряжения. Исходные данные: ; =100 Ом; =1Гн; =10-3Ф.

Решение: Для схемы на рис.59.а рассмотрение начнем с нахождения зависимости 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)

где =329,69 Ом;

= 1,26 рад;

=-100 (1/с).

Постоянная интегрирования определяется из начальных условий при , :

=>, =0,289

В итоге получаем:

. (80)

Результаты расчетов по уравнению сведены в таблицу 11.

Угол пропускания тока определяется моментом изменения знака тока с “+” на “-“:

=1,474·10-2 с , => = 4,63 рад.

Среднее выпрямленное напряжение:

. (81)

Средний выпрямленный ток:

, (82)

можно определить ток как среднеарифметическое:

. (83)

 

Расчетные значения тока и напряжения Таблица 11

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

 

 

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 напряжение на конденсаторе определяется переходной функцией:

, (84)

где - принужденная составляющая (в данном случае разрядка конденсатора на резисторе ) ;

- корень характеристического уравнения;

- постоянная интегрирования.

Постоянную интегрирования определим из начальных условий при : ; => = 100.

Разрядка конденсатора продолжается до момента равенства напряжения напряжению конденсатора , точка “А” на рис.60.

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:

= 2,066·10-2 с ; .

Результаты расчеты сведены в таблицу 11. Угол пропускания: = 1,361рад. Среднее значение напряжения

.

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.

 

Похожие статьи:

poznayka.org


Каталог товаров