Выпрямителем называют преобразователи электрической энергии, представляющие собой полупроводниковые или электровакуумные устройства, преобразовывающие переменный входной ток в постоянный выходной. Двухполупериодный выпрямитель строят по полумостовой или мостовой схеме, подробное образование которой мы и рассмотрим. Суть и устройство двухполупериодных выпрямителей Большая часть указанных приборов создаёт однонаправленное пульсирующее напряжение. Чтобы сгладить пульсацию, используют специальные фильтры.Для улучшения параметров выпрямителя необходимо обеспечение протекания тока к обоим полупериодам входного напряжения. С этой целью используются два типа схем однополупериодного выпрямления, которые работают как противофазно, так и синхронно с единой нагрузкой. При таком включении потребуется два источника первичного напряжения, которые будут обладать общей точкой. Такая схема носит название «двухполупериодный выпрямитель со средней точкой». При этом среднее значение напряжения тока в нагрузочных резисторах при двухполупериодном выпрямлении будет превышать подобные показатели однополупериодной схемы вдвое. Необходимо отметить, что у двухполупеиодной схемы, обладающей средней точкой, есть свои отрицательные моменты. Когда ток минует один диод, на противоположном обратное напряжение в пиковой фазе достигает своего удвоенного входного максимального напряжения, о чём необходимо помнить, выбирая диоды для выпрямителя. В связи с этим рассмотрим более детально двухполупериодный выпрямитель, обладающий металлоёмкой схемой, имеющей большое активное эквивалентное внутренне сопротивление. Это обуславливает наличие больших потерь, связанных со значительным нагревом обмотки трансформатора. При построении такой схемы, обладающей сглаживающим конденсатором, необходимо учитывать то, что измерение переменного напряжения всегда осуществляется в действующих значениях, которые значительно меньше максимальной амплитуды. При отсутствии нагрузки на конденсаторе выпрямленное напряжение всегда равно амплитудному. Это означает, что двухполупериодный выпрямитель, имеющий однофазный переменный ток 12 В на конденсаторе, при отсутствии нагрузки получит напряжение, равное 17 В. Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что под нагрузкой выпрямленное напряжение снижается, но не становится меньше существующего напряжения переменных токов и будет определяться ёмкостью сглаживающего конденсатора. Схему такого выпрямителя можно описать следующим образом. С целью подавления помех первичная обмотка трансформатора подключается к фильтру, в состав которого входят два конденсатора с присоединённой средней точкой к земле. Они в обязательном порядке однополярные, а с целью уменьшения вероятности пробоя номинальное напряжение у них составляет 200 В. Как правило, включатель устанавливается перед конденсатором, что необходимо для воспрепятствования подачи сетевого напряжения при работающем выпрямителе на конденсаторы. Двухполупериодный выпрямитель имеет вторичную обмотку трансформатора с центральным выводом, но при мостовой схеме в данном выводе нет необходимости. Фильтром для выпрямителя служат два конденсатора и последовательный резистор. Однако при низком уровне пульсации допустимо добавление на выходе ещё одного конденсатора и резистора. Так как электрические машины работают сообразно принципу обратимости, выпрямители напряжения вместе с инвертором являются двумя типами электрической машины. Инвертором называют устройство, преобразовывающее постоянное напряжение в переменное. fb.ru Схема однофазного двухполупериодного выпрямителя представлена на рис. 3.3. Схема представляет собой два однополупериодных выпрямителя, работающих на общую нагрузку. Рис. 3.3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель В схеме диоды VD1 иVD2 подключены к двум одинаковым вторичным полуобмоткам, действующее напряжение на которых равноU2. Рассмотрим временную диаграмму работы схемы (рис. 3.4). Под действием переменного напряжения вторичной обмотки u2диодVD1 проводит ток только в нечётные полупериоды, а диодVD2 – только в чётные. В нагрузке получается два полупериода пульсирующего напряжения, частота пульсаций в два раза выше частоты питающей сети. Приведённые выше формулы (3.1)…(3.4) выведены в общем виде, поэтому для рассматриваемой схемы будем записывать только окончательный результат. Среднее значение выпрямленного напряжения . Среднее значение выпрямленного тока . Среднее значение тока диода . Максимальное обратное напряжение на диоде достигает удвоенной амплитуды значения напряжения вторичной обмотки . Ток вторичной обмотки представляет собой сумму токов каждой из полуобмоток, поэтому подмагничивания сердечника трансформатора нет, что является существенным преимуществом данной схемы. Однако напряжение на закрытом диоде получается слишком большим, примерно в три раза больше выпрямленного напряжения, поэтому двухполупериодную схему используют при Ud30 В. Рис. 3.4. Временная диаграмма работы однофазного двухполупериодного выпрямителя Подробнее рассмотрим режим работы трансформатора. Действующее значение тока вторичной обмотки . Следовательно, для рассматриваемой схемы коэффициент формы тока . Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора . Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора , где Pd=UdId– мощность постоянного тока в нагрузке. Расчетная мощность первичной обмотки . Расчетная (типовая) мощность трансформатора . Коэффициент использования трансформатора по мощности . Схема однофазного мостового выпрямителя представлена на рис. 3.5. В данной схеме у трансформатора только одна вторичная обмотка, но в нагрузку поступают два полупериода напряжения вторичной обмотки трансформатора. В нечётные полупериоды ток проходит через диод VD1, нагрузку, диодVD3. В чётные – через диодVD2, нагрузку, диодVD4. Рис. 3.5. Однофазный мостовой выпрямитель Временная диаграмма работы однофазного мостового выпрямителя представлена на рис. 3.6. Она практически не отличается от временной диаграммы двухполупериодного выпрямителя, только лишь отмечено прохождение тока через пары диодов VD1,VD3 иVD2,VD4, а также видно, что обратное напряжение на закрытом диодеUb.maxуменьшилось. Среднее значение выпрямленного напряжения такое же, как в предыдущей схеме . Рис. 3.6. Временная диаграмма работы однофазного мостового выпрямителя Среднее значение тока диода . Максимальное обратное напряжение на диоде равно амплитудному значению напряжения вторичной обмотки . Подмагничивания сердечника трансформатора нет, что является существенным преимуществом данной схемы. Подробнее рассмотрим режим работы трансформатора. Действующее значение тока вторичной обмотки . Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора . Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора , где Pd=UdId– мощность постоянного тока в нагрузке. Расчетная мощность первичной обмотки . Расчетная (типовая) мощность трансформатора . Коэффициент использования трансформатора по мощности . Для удобства сравнения различных схем выпрямителей составим таблицу основных электрических параметров. Таблица 3.1 Основные электрические параметры однофазных выпрямителей Схема выпрямителя Трансформатор Диоды Нагрузка КП(1) Ud/U2 I2/Id I1/nId S1/Pd S2/Pd ST/Pd Ub.max Ud Ia/Id Однофазная однополупериодная 0,45 1,57 1,21 2,69 3,49 3,09 1,57 1 1,57 Однофазная двухполупериодная 0,9 0,79 1,11 1,23 1,73 1,48 3,14 0,5 0,667 Однофазная мостовая 0,9 1,11 1,11 1,23 1,23 1,23 1,57 0,5 0,667 Проведённый анализ работы схем выпрямителей не учитывал влияние на выходное напряжение выпрямителя внутреннего сопротивления трансформатора и сопротивления диодов, а также потерь из-за прямого падения напряжения на открытых диодах. На холостом ходувыпрямителя выходное напряжение будет меньше расчётного на величину прямого падения напряжения на открытых диодах. Для однополупериодной и двухполупериодной схемы последовательно с нагрузкой включён только один диод, а в мостовой схеме – два. Поэтому мостовая схема для малых выходных напряжений не применяется, так как падение напряжения на двух диодах существенно снижает коэффициент полезного действия схемы. Предположим, выходное напряжение выпрямителя равно 3 В. На каждом из диодов мостовой схемы прямое падение напряжения составит около 1 В, итого 2 В. То есть трансформатор должен иметь на вторичной обмотке запас по напряжению в 40% из-за потерь в диодах. Под нагрузкойвыходное напряжение выпрямителя начнёт уменьшаться из-за потерь напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора и диодов. Зависимость выходного напряжения выпрямителя от тока нагрузки называетсявнешней характеристикой. Уравнение внешней характеристики , (3.14) где Ud0– напряжение холостого хода выпрямителя; ra– активное сопротивление трансформатора; rпр– прямое динамическое сопротивление диодов; Id– ток нагрузки. Как следует из выражения (3.14) внешняя характеристика выпрямителя, работающего на активную нагрузку, представляет собой прямую линию. Примерный вид внешней характеристики представлен на рис. 3.7. Рис. 3.7. Внешняя характеристика выпрямителя с активной нагрузкой Более подробные сведения об однофазных выпрямителях приведены в литературе [11, 14, 20]. Контрольные вопросы 1. Для чего применяются выпрямители? 2. Приведите классификацию и перечислите основные параметры выпрямителей. 3. Нарисуйте схему однополупериодного однофазного выпрямителя с активной нагрузкой и его временную диаграмму работы. 4. Нарисуйте схему двухполупериодного однофазного выпрямителя с активной нагрузкой и его временную диаграмму работы. 5. Нарисуйте схему мостового однофазного выпрямителя с активной нагрузкой и его временную диаграмму работы. studfiles.net Введение Выпрямитель - это механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток. Большинство выпрямителей создаёт не постоянное напряжение и ток, а пульсирующее однонаправленное напряжение и ток, для сглаживания пульсаций которого применяют фильтры. Из распространенных схем неуправляемых выпрямителей (однополупериодных, двухполупериодных и мостовых) наиболее эффективны двухполупериодные. Сравнение основных их видов - со средней точкой и с удвоителем тока - показывает, что хотя оба выпрямителя имеют одинаковые динамические характеристики, удвоитель больше подходит для использования в области больших токов, так как в нем меньше соединений и потерь на вторичной стороне, а отсутствие средней точки дает возможность выбрать нечетное число витков. Двухполупериодные выпрямители это выпрямители, в которых ток через нагрузку будет протекать в одном и том же направлении за оба полупериода. Двухполупериодные выпрямители могут строятся по мостовой или полумостовой схеме (когда, например, в случае выпрямления однофазного тока, используется специальный трансформатор с выводом от средней точки вторичной обмотки и вдвое меньшим количеством выпрямляющих ток элементов). Такая схема ныне применяется редко, так как более металлоёмка и имеет большее эквивалентное активное внутреннее сопротивление, то есть большие потери на нагрев обмоток трансформатора. При построении двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим конденсатором следует всегда помнить, что переменное напряжение всегда измеряется в «действующем» значении, которое в 1,41 раза меньше его максимальной амплитуды, а выпрямленное напряжение на конденсаторе, в отсутствии нагрузки, будет всегда равно амплитудному. Это означает, что, например, при измеренном напряжении однофазного переменного тока 12 вольт до мостового однофазного выпрямителя со сглаживающим конденсатором, на конденсаторе, (в отсутствии нагрузки), будет напряжение до 17 вольт. Под нагрузкой выпрямленное напряжение будет ниже, (но не ниже величины действующего напряжения переменного тока, если внутреннее сопротивление трансформатора - источника переменного тока - принять равным нулю) и зависеть от ёмкости сглаживающего конденсатора. Выпрямители широко используются в схемах питания различных радиоэлектронных устройств. С помощью выпрямителей возможно преобразование постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения, что позволяет создать схемы питания с различными напряжениями при наличии одного источника энергии. Двухполупериодные схемы служат основой построения большинства источников питания, используемых в самых различных областях техники. Эти источники обеспечивают постоянным напряжением питания электромашинные приводы механизмов, технологические процессы, электронные устройства. Знание свойств источников питания необходимо инженеру для грамотной их эксплуатации. Рассмотрим несколько схем двухполупериодных выпрямителей. Рисунок 1 - Схема однофазного двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки. Достоинствами данной схемы является то, что она имеет лучший коэффициент использования вентилей по току, меньшую расчётную мощность трансформатора, меньший коэффициент пульсации выпрямленного напряжения. К недостаткам схемы следует отнести: плохое использование вентилей по напряжению, высокое обратное напряжение, прикладываемое к выпрямительным диодам, усложнённая конструкция трансформатора. Рисунок 2 - Схема однофазного двухполупериодного мостового выпрямителя. Главным достоинством мостовой схемы являются: лучший коэффициент использования вентилей по напряжению, меньшая расчётная мощность трансформатора, благодаря этому мостовая схема широко применяется в установках малой и средней мощности, а также простота конструкции трансформатора. Недостатками мостовой схемы являются: требуется строгая симметрия напряжений на обмотках, две обмотки вместо одной, большое обратное напряжение на диодах, удвоенное количество диодов по сравнению с выпрямителем со средней точкой. Однако суммарное сопротивление постоянному току двух диодов и обмотки мостового выпрямителя чаще оказывается меньше сопротивления одного диода и обмотки выпрямителя со средней точкой. Рисунок 3 - Схема двухполупериодного выпрямителя с удвоением напряжения. Данную схему используют, когда трудно намотать многовитковую вторичную обмотку, или когда обмотка имеющегося трансформатора дает недостаточное напряжение. Схема удвоения (как и однополупериодного выпрямителя) имеет круто падающую нагрузочную характеристику. Кроме того, при пробое одного из диодов переменное напряжение оказывается приложенным к электролитическому конденсатору, что обычно приводит к его взрыву. Достоинством схемы является то, что конденсаторы несколько сглаживают пульсации выпрямленного тока. Недостатком является то, что данную схему нельзя применять для получения выпрямленного напряжения свыше 200-300 В, так как возможен пробой изоляции в кенотроне между катодами и нитью накала. 4) Схема двухполупериодного выпрямителя с умножением напряжения представлена на рисунке 4. Рисунок 4 - Схема двухполупериодного выпрямителя с умножением напряжения. Достоинством приведенной схемы является возможность получения высоких напряжений без высоковольтного трансформатора. Кроме того, конденсаторы должны иметь рабочее напряжение лишь 2Ет независимо от того, в какое число раз умножается напряжение, и каждый вентиль работает при максимальном обратном напряжении, равном только 2Ет. Если вентили имеют катод, требующий накала (например, кенотроны), то для каждого из них нужна отдельная обмотка накала. Удобнее применять в подобных схемах полупроводниковые вентили. Недостатком данной схемы является то, что при включении нагрузочного сопротивления конденсаторы будут разряжаться, и напряжение на них понизится. Чем меньше сопротивление нагрузки, тем быстрее разряжаются конденсаторы и тем ниже становится напряжение на них. Поэтому при недостаточно больших сопротивлениях нагрузки использование подобных схем становится нерациональным. В соответствии с курсовыми данными, в наибольшей мере схема однофазного двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки соответствует заданным условиям, поэтому в дальнейшем будем опираться на данную схему. Электрическая структурная схема двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки представлена на рисунке 5. ИПрН - источник переменного напряжения, Т - трансформатор, Н - активная нагрузка, АЭ - активные элементы VD1 и VD2. Рисунок 5 - Структурная схема двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки При включении сетевого напряжения (блок 1) на каждой половине вторичной обмотки трансформатора возникает напряжение. Трансформатор (блок 2) требуется для повышения или понижения вторичного напряжения при заданном первичном. Соотношение чисел витков вторичной и первичной обмоток трансформатора определяется величиной постоянного напряжения на выходе выпрямителя. Вторичные обмотки трансформатора подключены к активным элементам диодам - VD1 и VD2 (блок 3). Диодом называют нелинейный элемент, обладающий весьма малым сопротивлением протеканию тока в прямом направлении по сравнению с обратным. Ток проходит через один из диодов, затем через активную нагрузку (блок 4) и снова попадает на трансформатор. Активная нагрузка - это полезная мощность, отбираемая любой нагрузкой из электросети и преобразуемая в дальнейшем в любой вид энергии (механическую, тепловую, электрическую и т.п.). В следующий полупериод полярность на концах обмотки меняется на обратную, и ток проходит через второй диод. Таким образом, переменный ток преобразуется в постоянный. Электрическая принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки представлена на рисунке 6. Рисунок 6 - Принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки При включении сетевого напряжения U1 на каждой половине вторичной обмотки трансформатора возникает напряжение U2. В первый полупериод (в интервале времени от 0 до Т/2), когда потенциал точки 1 является положительным относительно точки 0, ток I21 проходит через диод VD1, нагрузку Rн и возвращается к точке 1, через половину вторичной обмотки. В следующий полупериод полярность на концах обмотки меняется на обратную; диод VD1 закрывается, а диод VD2 открывается. С этого момента проводящим становится диод VD2 и через него начинает протекать ток I22; пройдя через нагрузку, он замыкается через вторую половину вторичной обмотки. Таким образом, через сопротивление нагрузки Rн поочерёдно проходят в одном и том же направлении токи I21 и I22. Эти токи будут одинаковыми, если схема симметрична. Так переменный ток преобразуется в постоянный. Напряжения U21-0 и U20-2, измеренные на концах 1 и 2 вторичной обмотки трансформатора относительно средней точки 0, являются противофазными. - выпрямленное напряжение на входе фильтра Uн=27В; - выпрямленный ток Iн=0,5А; - мощность нагрузки Рн=13,5Вт; - напряжение сети Uc=220В; - частота сети f=50Гц - коэффициент пульсации Кп=0,1 Рисунок 7 - Схема двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки. Определяем обратное напряжение: Средний ток равен: Выбираем диод типа КД205Е ГОСТ 94342-69 с Определяем сопротивление трансформатора: Напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно: Токи соответственно равны: Вычисляем габаритную мощность трансформатора, которая для двухполупериодной схемы определяется выражением: и находим произведение площади сечения сердечника трансформатора Qc на площадь окна сердечника Qо, которое в зависимости от марки провода обмотки равно: для провода марки ПЭЛ; для провода марки ПЭШО; для провода марки ПШД. Выбираем для нашего примера провод марки ПЭЛ. При этом получаем Из таблицы «Основные данные типовых Ш-образных пластин трансформатора», по значению QcQо выбираем для сердечника трансформатора пластины типа Ш25 с Qо=15см2, шириной среднего стержня сердечника a=2,5 см, высотой окна h =2,5см и шириной окна b =2,5 см. При этом получаем: Необходимая толщина пакета пластин будет равна: Отношение Определяем число витков и толщину провода d первичной и вторичной обмоток трансформатора: 4.2.3 Расчёт сопротивления нагрузки (Rн). Определяем напряжение нагрузки: Рассчитываем сопротивление нагрузки: Выбираем резистор нагрузки типа ПЭВ-100 56 регулируемый до 56 Ом ГОСТ 7113-77 Заключение Двухполупериодный выпрямитель может строиться по мостовой или полумостовой схеме, в случае выпрямления однофазного тока, используется специальный трансформатор с выводом от средней точки вторичной обмотки и вдвое меньшим количеством выпрямляющих ток элементов. Такая схема ныне применяется редко, так как более металлоёмка и имеет большее эквивалентное активное внутреннее сопротивление, то есть большие потери на нагрев обмоток трансформатора. При построении двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим конденсатором следует всегда помнить, что переменное напряжение всегда измеряется в «действующем» значении, которое в 1,41 раза меньше его максимальной амплитуды, а выпрямленное напряжение на конденсаторе, в отсутствии нагрузки, будет всегда равно амплитудному. Это означает, что, при измеренном напряжении однофазного переменного тока 12 вольт до мостового однофазного выпрямителя со сглаживающим конденсатором, на конденсаторе, в отсутствии нагрузки, будет напряжение до 17 вольт. Под нагрузкой выпрямленное напряжение будет ниже, но не ниже величины действующего напряжения переменного тока, если внутреннее сопротивление трансформатора - источника переменного тока - принять равным нулю и зависеть от ёмкости сглаживающего конденсатора. Выбор величины переменного напряжения вторичной обмотки трансформатора, должен строиться исходя из максимальной допустимой величины подаваемого напряжения, а ёмкость сглаживающего конденсатора - должна быть достаточно большой, чтобы напряжение под нагрузкой не снизилось меньше минимально допустимого. На практике также учитывается неизбежное падение напряжения под нагрузкой - на сопротивлении проводов, обмотке трансформатора, диодах выпрямительного моста, а также возможное отклонение от номинального величины питающего трансформатор напряжения электрической сети. Литература Нормативная документация ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы. ГОСТ 2.730-73 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. СТП 7-02 Общие правила оформления дипломных, курсовых, практических работ. ГОСТ 2.730-73 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые. ГОСТ 2.747-68* ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Размеры условных графических обозначений. ГОСТ 2.004-88 ЕСКД. Общие требования к выполнению конструкторских и технологических документов на печатающих и графических установках вывода ЭВМ. ГОСТ 19.404-79 Пояснительная записка. Требования к содержанию и оформлению. ГОСТ 2.302-68 ЕСКД. Масштабы. ГОСТ 2.102-68* ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов. ИПрН Н АЭ (VD1, VD2) refleader.ru Для построения диодных выпрямителей чащё всего используются двухполупериодные схемы. Рассмотрим две, принципиально отличающиеся средствами достижения цели, но дающие одинаковый результат. Двухполупериодный выпрямитель – устройство преобразования переменного напряжения в постоянное, работающее по принципу бесконтактной коммутации используемых выводов источника переменного напряжения с нагрузкой, создавая однополярное питание. Рисунок 1. Однофазный двухполупериодный выпрямитель. Трансформаторная схема с двойной обмоткой и общим выводом. На рисунке 1 а) изображена электрическая схема выпрямителя. На рисунках 1 б) и в) дано графическое пояснения принципа работы схемы. Прокомментирую: В один из полупериодов, назовём его условно "положительным", рисунок 1 б), на вторичной обмотке формируется напряжение положительной полярности на верхнем выводе относительно общего, и отрицательной полярности на нижнем выводе относительно общего. При этом, диод VD2 под действием обратного напряжения запирается, а диод VD1 под действием прямого напряжения открывается и коммутирует верхний вывод вторичной обмотки с нагрузкой. От верхнего вывода вторичной обмотки, через диод VD1, лампу HL1 и проводник, соединяющий лампу с общим выводом обмотки, течёт электрический ток. Ток изображён красной линией со стрелками, указывающими условное направление его протекания. Во второй, "отрицательный" полупериод, диод VD1 запирается обратным, а диод VD2 открывается прямым напряжениями. Ток течёт от нижнего вывода вторичной обмотки через диод VD2, лампу HL1 и проводник, соединяющий лампу с общим выводом вторичной обмотки. Обратите внимание на то, что в этой схеме оба полупериода являются рабочими. Поэтому схема носит название двухполупериодного выпрямителя. При этом в каждый из полупериодов через лампу течёт ток всегда в одном направлении, т.е. полярность питания на выводах лампы не изменяется. В этом суть выпрямления. Ещё одна очень распространённая схема позволяет собрать выпрямитель без применения трансформатора. Это схема диодного моста, рисунок 2. Рисунок 2. Однофазный двухполупериодный выпрямитель типа "диодный мост". На рисунке 2 а) показана электрическая схема питания нагрузки постоянного тока от источника переменного через диодный мост. На рисунке 2 б) и в) дано графическое пояснение принципа действия схемы. Рисунок 2 б) и в) имеет "развёрнутый" вид схемы диодного моста, рисунка 2 а). Это сделано для визуального удобства пояснений. Комментирую: В "положительный" полупериод, рисунок 1 б), диоды VD2 и VD3 закрываются, а VD1 и VD4 открываются и через них течёт ток нагрузки. Путь протекания тока отмечен непрерывной красной линией со стрелками, условно показывающими направление тока. В "отрицательный" полупериод происходит переключение диодов. Диоды VD1 и VD4 запираются, VD2 и VD3 открываются. Через открывшиеся диоды VD2 и VD3 протекает ток нагрузки. В этой схеме также оба полупериода являются рабочими, а ток в каждый из них через нагрузку всегда течёт в одном направлении. Достоинством представленных схем является их простота и достаточно высокая эффективность. Наиболее эффективно работает трансформаторная схема с двойной обмоткой и общим выводом, рисунок 1, поскольку при передаче электрической энергии в процессе каждого полупериода участвует только один диод, потери мощности происходят в проводниках и одном p-n переходе диода. Но эта конструкция является более дорогостоящей из-за необходимости использования специфичного трансформатора. Схема диодного моста, показанная на рисунке 2, имеет несколько сниженную эффективность, в ней потери энергии происходят в проводниках и двух p-n переходах одновременно работающих диодов в каждом полупериоде. Тем не менее, эта схема не требует обязательного использования трансформатора, является более универсальной и дешёвой, и получила очень широкое применение в различных электротехнических устройствах. volt-info.ru Мостовая схема двухполупериодного мостового выпрямителя состоит из трансформатора и четырех диодов, собранных по мостовой схеме. Одна из диагоналей моста соединена с выводами вторичной обмотки трансформатора, вторая диагональ – с нагрузкой Rн. Одним полюсом сопротивления нагрузки является общая точка соединения катодов вентилей, другим – точка соединения анодов. Схема (а) и временные диаграммы (б) однополупериодного мостового выпрямителя приведены на рис.3. Рис.3.3. Схема (а) и временные диаграммы (б) двухполупериодного мостового выпрямителя В интервале времени 0 – Т/2 полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора – точка а = +, точка б = 0. Напряжение на анодах диодов VD2 и VD3 больше напряжения на катодах – диоды VD2 и VD3 открыты, прямое напряжение на каждом из диодов равно соответственно uD2пр и uD3пр. К сопротивлению нагрузки RН приложено напряжение равное по величине uн= u2- (uD2пр+ uD3пр) и совпадающее по форме с напряжением вторичной трансформатора u2. Через сопротивление нагрузки протекает ток iаб = iН. В тоже самое время напряжение на анодах диодов VD1 и VD4 меньше напряжения катодов, – диоды VD1 и VD4 закрыты. Обратное напряжение диодов равно соответственно uD1обр = u2- uD3пр; uD4обр = u2- uD2пр. В интервале времени Т/2 - Т. полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора – точка а = -, точка б = 0. Напряжение на анодах диодов VD1 и VD4 больше напряжения на катодах – диоды VD1 и VD4 открыты, прямое напряжение на каждом из диодов равно соответственно uD1пр и uD4пр. К сопротивлению нагрузки RН приложено напряжение равное по величине uн= u2- (uD1пр+ uD4пр) и совпадающее по форме с напряжением вторичной трансформатора u2. Через сопротивление нагрузки протекает ток iба = iН. В тоже самое время напряжение на анодах диодов VD2 и VD3 меньше напряжения катодов, – диоды VD2 и VD3 закрыты. Обратное напряжение на каждом из диодов равно соответственно uD2обр = u2- uD4пр; uD3обр = u2- uD1пр. Основные параметры, показатели и характеристики однофазных полупроводниковых выпрямителей Достоинства и недостатки однофазных выпрямителей. Однополупериодный выпрямитель. Достоинства: Простота и дешевизна конструкции Недостатки: 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 нулевым выводом. Достоинства: Схема выпрямителя имеет в 2 раза меньше пульсации по сравнению с однополупериодной схемой выпрямления. Недостатки: Более сложная конструкция трансформатора и нерациональное использование в трансформаторе меди и стали. Двухполупериодный мостовой выпрямитель. Достоинства: 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. Вопросы к экзамену: 8. Принцип работы однополупериодного выпрямителя? 9. Принцип работы двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом? 10. Принцип работы двухполупериодного мостового выпрямителя? Читайте также: lektsia.com 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: 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. 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. 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. domasniyelektromaster.ru Очевидно, что параметры выпрямителя можно улучшить, если обеспечить протекание тока нагрузки в оба полупериода действия входного напряжения. Этого можно добиться, используя две схемы однополупериодного выпрямления, работающие синхронно и противофазно на единую нагрузку. Такое включение, однако, потребует наличия двух источников первичного напряжения, имеющих общую точку: \(U_{вх1} = U_{вх max} \sin{(\omega t)}\), \(U_{вх2} = U_{вх max} \sin{(\omega t + \pi)}\). Описанная схема называется однофазной двухполупериодной схемой выпрямления со средней точкой (в названии данной схемы существует определенная путаница, здесь приведено только наиболее правильное), диаграммы ее работы, представлены на рис. 3.4-8.
Рис. 3.4-8. Схема однофазного двухполупериодного выпрямителя со средней точкой (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу (б) На интервале времени \(\left[ {0;} T/2 \right]\) под действием напряжения \(U_{вх1}\) диод VD1 смещен в прямом направлении (диод VD2 при этом смещен в обратном направлении) и поэтому ток в нагрузочном резисторе определяется только напряжением \(U_{вх1}\). На интервале \(\left[ T/2 ; T \right]\) диод VD1 смещен в обратном направлении, а ток нагрузки протекает через прямосмещенный диод VD2 и определяется напряжением \(U_{вх2}\). Таким образом, средние значения тока и напряжения на нагрузочном резисторе в случае двухполупериодного выпрямления будут в два раза превышать аналогичные показатели для однополупериодной схемы: \(U_{н ср} = \cfrac{2 \cdot U_{вх max}}{\pi} = 2 \sqrt{2} \cdot \cfrac{U_{вх д}}{\pi} = {0,637} \cdot U_{вх max} \) ; \(I_{н ср} = \cfrac{2 \cdot I_{вх max}}{\pi} = 2 \sqrt{2} \cdot \cfrac{I_{вх д}}{\pi} = {0,637} \cdot I_{вх max} \), где: \(U_{вх max}\) и \(I_{вх max}\) — максимальные амплитудные значения входного напряжения и тока выпрямителя (по одному из напряжений питания), \(U_{вх д}\) и \(I_{вх д}\) — действующие значения входного напряжения и тока выпрямителя . Отрицательным свойством двухполупериодной схемы выпрямления со средней точкой является то, что во время прохождения тока через один из диодов обратное напряжение на другом (закрытом) диоде в пике достигает удвоенного максимального входного напряжения: \(U_{обр max} = 2 U_{max}\). Этого нельзя забывать при выборе диодов для выпрямителя. Основная частота пульсаций выпрямленного напряжения в данной схеме будет равна удвоенной частоте входного напряжения. Коэффициент пульсаций рассчитанный по методике, аналогичной описанной для схемы однофазного однополупериодного выпрямителя (разложение в ряд Фурье и выделение первой составляющей пульсаций) будет равен: \(K_п = {0,67}\). www.club155.ruВыпрямители: Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой. Схема двухполупериодного выпрямителя
Двухполупериодный выпрямитель и принцип его работы
3.3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель
3.3. Однофазный мостовой выпрямитель
Двухполупериодные выпрямители
Двухполупериодный полупроводниковый выпрямитель | Volt-info
Общее описание.
Трансформаторная схема с двойной обмоткой и общим выводом
Диодный мост
Достоинства схем
Принцип работы двухполупериодного мостового выпрямителя при работе на активную нагрузку
⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒
двух-полупериодная схема | Электрознайка. Домашний Электромастер.
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.
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.Выпрямители: Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой
< Предыдущая Следующая >
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: