Схема однополупериодного выпрямителя. Полупериодный выпрямитель схема

Схема однополупериодного выпрямителя

Для того, чтобы понять, как работает схема однополупериодного выпрямителя, необходимо знать общее устройство трансформатора и схему его работы. По своей сути, это аппарат, преобразующий переменный ток из одного значения в другое с одинаковой частотой. Расчет параметров трансформатора производится исходя из условий допустимых пределов падения напряжения и перегрева обмоток. Магнитопровод выбирается исходя из трансформируемой мощности и частоты тока.

Для чего нужны выпрямители

В определенных ситуациях, с целью создания тока с определенными параметрами, применяются различные выпрямители тока. Любой выпрямитель является прибором, с помощью которого ток с переменной величиной и направлением, преобразуется в ток с одним направлением. Этот прибор относится к категории вторичных источников электропитания.

В состав самого простого выпрямителя переменного тока входит трансформатор и полупроводниковый диод. В идеальном варианте, активное сопротивление обмоток трансформатора должно равняться нулю, так же, как и прямое сопротивление диода.

Подача синусоидального напряжения осуществляется со вторичной обмотки трансформатора на вход выпрямителя. В первом полупериоде диод становится открытым, и ток начинает протекать через загрузочный резистор. Во втором полупериоде, диод находится в закрытом положении, при отсутствии тока в резисторе. Таким образом, напряжение на выходе по своей форме состоит из двух половин синусоиды и носит название пульсирующего.

Расчет нагрузки на выпрямитель

Трансформатор легко рассчитывается, когда на него идет чистая активная нагрузка. Однако, в большинстве случаев, вся работа силового трансформатора направлена на выпрямитель, где все зависит от вида нагрузки. Особую роль этот фактор играет при работе от выпрямителя двигателя постоянного тока.

Однофазное переменное напряжение чаще всего выпрямляется с помощью трех типов выпрямителей: однополупериодного, двухполупериодного со средней точкой и двухполупериодного мостового.

Схема однополупериодного выпрямителя предполагает использование только одной половины от каждого периода напряжения сети. В практической деятельности такая схема используется крайне редко. Это связано с повышенным коэффициентом пульсаций выпрямляемого напряжения. В двухполупериодном устройстве это значение гораздо меньше, при одинаковом сопротивлении нагрузки.

Таким образом, каждый выпрямитель предназначен для определенной нагрузки. Только так можно обеспечить его эффективное использование в различных областях.

electric-220.ru

Однополупериодный диодный выпрямитель | Техника и Программы

Рассмотрение необходимо начать с однополупериодного выпрямителя, потому что и схема, и процесс переключения кажутся довольно простыми. Однако для интерпретации показаний приборов переменного и постоянного напряжения требуется понимание того, как форма напряжения связана с такими понятиями как эффективное и среднее значения. Как показано на рис. 10.1, показания приборов, измеряющих постоянные и переменные напряжения и токи, будут не теми, какие ожидает наблюдатель, несведущий в теории переменного тока. Тем не менее, измерительные приборы все-таки дают достоверные данные о том, что они измеряют. Если эти показания правильно интерпретированы, то ожидаемые показания и результат подчиняются прогнозируемым причинно-следственным связям. Однако остается фактом, что в схеме, изображенной на рис. 10.1, формируется не синусоидальное колебание, потому что сегменты или доли синусоидального колебания совсем не могут считаться синусоидальными. Поэтому однополупериодный выпрямитель является генератором гармоник. Практически образование гармоник в такой схеме может быть более значительным, чем ожидается при разложении синусоидальных импульсов в ряд Фурье. Причина состоит в том, что постоянная составляющая тока этой последовательности импульсов может приводить к различной степени насыщения в сердечнике трансформатора. В трансформаторе, используемом с однополупериодным выпрямителем, необходимо предусмотреть значительный запас, если Вы хотите избежать последствий, связанных с работой сердечника в области насыщения. К сожалению, требуется также дополнительный запас, чтобы компенсировать плохое использование трансформатора при работе с такими напряжениями и токами, поскольку наличие гармоник увеличивают потери на гистерезис и на вихревые токи в сердечнике трансформатора.

Мощность постоянного тока в нагрузке = (4,5) (10) = 200 ватт Мощность переменного тока в нагрузке=(70,7)(7,1) – 200 = 300 ватт

clip_image002

Рис. 10.1. Низкоэффективное преобразование энергии простым однополупериодным выпрямителем. Как показано наверху, входная мощность равна 500 Вт. Предполагая диод идеальным, 60 % мощности (то есть, 300 Вт) попадает в нагрузку в виде переменного тока основной частоты и гармоник. Полезная мощность в виде постоянного тока в нагрузке оставляет 40 % (то есть, только 200 Вт). (Предложенный метод измерения мощности ошибочен! Прим. перев.)

Стабилизация

Еще один недостаток простого однополупериодного выпрямителя состоит в том, что он не способен поддерживать стабильным или регулировать выходное напряжение; то есть выходное напряжение, поступающее к нагрузке, изменяется вместе с изменением входного нестабилизиро-ванного напряжения переменного тока. Даже более сложные схемы выпрямления, типа двухполупериодных выпрямителей со сложными

LC-фильтрами, неспособны обеспечить существенную стабильность выходного напряжения. (Возможным исключением в таких схемах является использование трансформаторных стабилизаторов напряжения, которые способны управлять выходным напряжением с помощью специально разработанных насыщаемых сердечников и настроенных в резонанс обмоток.) Таким образом, хотя однополупериодный выпрямитель выглядит простым коммутатором переменного тока, он оказывается непрактичным, поскольку нет возможности управлять его работой с целью стабилизации напряжения.

Коэффициент полезного действия при преобразовании

Совершенно очевидно, что наше обсуждение однополупериодного выпрямителя является упрощенным, но вполне полезным для иллюстрации относительной неэффективности примитивных схем выпрямления. Как показано на рис. 10.1, однополупериодный выпрямитель осуществляет преобразование переменного напряжения в постоянное с к.п.д. около 40 процентов. Двухполупериодные выпрямители, с удвоенным числом импульсов при выпрямлении, имеют эффективность около 80 процентов. Добавление конденсаторов и катушек индуктивности с целью фильтрации может еще увеличивать эту величину. Тем не менее, остается фактом, что повышение эффективности достигается за счет увеличения стоимости и сложности схемы. Суммарная эффективность преобразования энергии снижается в дальнейшем в процессе стабилизации, прежде всего диссипативными (линейного типа) стабилизаторами.

Сказанное наглядно демонстрируется на рис. 10.2, где изображена форма напряжения, полученного от двухполупериодного выпрямителя. Этот выпрямитель имеет на выходе емкостной фильтр для временного хранения энергии между импульсами напряжения, полученными при выпрямлении. В общем случае в электронных системах к.п.д. источника питания определяется, прежде всего, той частью нестабили-зированной входной мощности, которая потрачена впустую в процессе стабилизации. Таким образом, на рис. 10.2 полезная мощность содержится только в нижней части графика, ниже прямой, которая представляет постоянное стабилизированное выходное напряжение (^оит)- Верхняя часть представляет пульсирующее переменное напряжение (К^) и резервное напряжение (К^), необходимое для стабилизации, которые значительно снижают к.п.д. диссипативных линейных источников питания. Пульсирующее напряжение можно понижать только улучшая фильтрацию, то есть за счет повышения стоимости источника. Резервное напряжение определяется диапазоном изменения входного переменного напряжения и минимальным падением напряжения на проходном стабилизирующем элементе при наихудшей ситуации.

clip_image004

Рис. 10.2. Типичная ситуация рассеяния мощности в линейном стабилизаторе. Волнистая линия представляет собой нестабилизиро-ванное напряжение на выходе фильтра двухполупериодного выпрямителя. Только часть входной мощности будет передана в нагрузку в виде выходного напряжения линейного стабилизатора. Остальная часть мощности рассеивается в проходном стабилизирующем элементе линейного стабилизатора. Импульсный стабилизатор может использовать почти полную амплитуду входного напряжения.

Импульсные источники питания полностью используют входное напряжение, вид которого изображен на рис. 10.2, потому что все входное напряжение вносит вклад в «полезную» мощность. Импульсный стабилизатор, например, компенсировал бы пульсирующую составляющую напряжения, но не рассеивая мощность, а изменяя частоту следования или длительность импульсов определяющих процесс переключения, чтобы преобразовать пульсирующее напряжение в постоянное выходное напряжение. Тоже самое происходит с резервным напряжением, которое изменяется с флуктуациями напряжения сети переменного тока. Для импульсного стабилизатора не составляет проблемы изменить частоту следования или длительность импульсов, чтобы скомпенсировать эти флуктуации. В результате импульсные источники питания обычно предъявляют меньше, чем линейные, требований к выпрямителям, а это приводит к уменьшению их габаритов и компенсирует стоимость входящих в состав стабилизатора компонент.

nauchebe.net

Самая простая двух-полупериодная схема выпрямления переменного тока получается из двух однополупериодных схем. Вторичная обмотка трансформатора состоит из двух одинаковых обмоток

data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"data-ad-slot="8969066382"> Самая простая двух-полупериодная схема выпрямления переменного тока получается из двух однополупериодных схем.

Вторичная обмотка трансформатора состоит из двух одинаковых обмоток II и III, каждая из которых выдает нужное переменное напряжение Uвых.Через диоды проходит только положительная полуволна синусоидального переменного тока.

Работает поочередно или обмотка II и диод VD1, или обмотка III и диод VD2. Средняя величина тока проходящего через каждую обмотку и диод, в двухполупериодном выпрямителе, равна половине выходного тока выпрямителя. В этом случае обмотки можно мотать проводом с вдвое меньшим сечением и применять диоды с меньшим допустимым током.

Такие схемы двухполупериодного выпрямления предпочтительны тогда, когда на выходе выпрямителя нужно получить большой ток (5 — 10 ампер и более) при небольших напряжениях (5 – 20 вольт). Желательно применять германиевые диоды (на них меньше падение напряжения, чем на кремниевых диодах) они меньше греются. Мощные диоды, при больших токах нагрузки, нужно обязательно ставить на радиатор. При таком способе включения, оба диода можно ставить на один радиатор, так как аноды (плюсы) их имеют вывод на корпус, под гайку. Конструктивно это очень удобно. Два диода и радиатор составляют одну конструкцию и ее ставят на одну изолирующую подставку. Форма выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя представляет собой пульсирующее напряжение: полусинусоиды положительной и, перевернутой вверх, полусинусоиды отрицательной.

На рисунках приведены варианты таких схем получения, на выходе выпрямителя, выходного напряжения положительной (рис. 1) или отрицательной (рис. 2) полярности относительно корпуса.

Достоинства такой схемы двухполупериодного выпрямления против одно полупериодной схемы:

— трансформатор работает без токов подмагничивания;

— частота пульсаций на выходе выпрямителя f = 100 герц;

- коэффициент пульсаций существенно меньше.

Недостатки такой схемы:

- обратное напряжение на каждом диоде превышает выходное напряжение выпрямителя Uвых. в два раза (напряжение обоих обмоток складывается).

В случае, если нет возможности достать диоды на рассчитываемый ток, можно включать их параллельно по два, а то и по три в каждом плече, как на рисунке 3.

В этой схеме все диоды можно ставить на один радиатор, без изоляционных прокладок. Резисторы ставятся для того, чтобы уравнять внутренние «тепловые» сопротивления диодов. Резисторы должны быть равны между собой и иметь величину соответствующую динамическому сопротивлению диода — от 0,2 до 1 Ом, и мощность 1 ватт и более. Недостаток схемы: – большая потеря мощности на резисторах.

Разберем на примере применение данных схем. Пусть нам нужно построить выпрямитель на напряжение 12 вольт и номинальный ток до 15 ампер.

Рассмотрим сначала схему на рис. 1. Каждая вторичная обмотка трансформатора (обмотки II и III) должна быть рассчитана на переменное напряжение 13 – 14 вольт, с учетом падения напряжения на самой обмотке и самом сопротивлении диода.

Эти обмотки включаются последовательно – конец обмотки II с началом обмотки III. Средняя точка – общий, минусовой вывод. Два диода соединенные анодами вместе – это плюсовой вывод.

Выходной ток двухполупериодного выпрямителя состоит из двух полуволн. Каждая из полуволн, за один период проходит сначала по одной половинке и диоду, затем по второй и диоду и имеет величину по 15 ампер. После диодов они сливаются вместе и имеют во времени форму пульсирующего напряжения. В каждой паре (обмотка и диод) ток, в течении одного периода, половину периода идет, половину периода не идет. Электрическая мощность, проходящая по каждой паре (обмотка — диод) в течение периода, равна половине общей мощности за это время. А следовательно, средний ток через каждую пару (обмотка — диод) равен, как бы, половине общего тока. Сечение провода вторичных обмоток и максимально допустимый ток диодов так же подбирается из этого расчета. Из этого следует, что в нашем примере сечение провода вторичных обмоток может быть рассчитано на ток в 7,5 ампер, то есть в два раза меньше. Диоды подбираются на ток до 10 ампер (всегда берутся с запасом), а не 7,5 ампер. Те же самые рекомендации по сечению провода относятся к схеме на рис. 2 и рис.3.

Пример на схеме рис.3 относится к случаю, когда у нас нет в наличии диодов рассчитанных на ток 10 ампер, а есть диоды на 5 ампер. В этом случае ставим 4 диода: в «плечо» по два диода в параллель.Через каждый диод будет протекать ток 15 : 4 = 3,75 ампера. Определим величину омического сопротивления резисторов R1 – R4. Падение напряжения на диоде, при протекании через него максимального тока, равно около Uд = 1,0 вольта. Его динамическое сопротивление при токе I = 3,75 ампер будет примерно равно:

R = Uд : I = 1,0 : 3,75 = 0,266 Ом. Сопротивление каждого из резисторов R1 – R4 должно быть 1 – 2 Uд = 0,26 – 0,5 Ома.R1 – R4 д При резисторе R = (0,26 — 0,5) Ома падение напряжения на нем будет: U = R х I = (0,26 — 0,5) х 3,75 = от 0,975 до 1,875 вольта. Электрическая мощность выделяемая на каждом резисторе равна: P = I х U = 3,75 (0,95 – 1,875) = от 3,56 до 7,03 ватта.

Такие резисторы изготавливают из толстого высокоомного провода, рассчитанного на ток 3,75 ампер и сильное выделение тепла.

Это довольно существенная потеря мощности на резисторах. Такова расплата за использование не соответствующих току диодов. Если же не ставить эти уравнительные резисторы, одни диоды будут работать с перегрузкой и сильно греться (тепловой пробой), другие будут работать с малыми токами. data-ad-client="ca-pub-5076466341839286" data-ad-slot="8969066382">

domasniyelektromaster.ru

Каталог товаров