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: Uвх1=Uвхmахsin(t), Uвх2=Uвхmах sin(t+). Описанная схема называется однофазной двухполупе- риодной схемой выпрямления со средней точкой, диаграммы ее работы, представлены на Рис. 3. Рис. 3 На интервале времени [0;T/2] под действием напряжения Uвх1 диод VD1 смещен в прямом направлении (диод VD2 при этом смещен в обратном направлении) и поэтому ток в нагрузочном резисторе определяется только напряжением Uвх1. На интервале [T/2;T] диод VD1 смещен в обратном направлении, а ток нагрузки протекает через прямосмещенный диод VD2 и определяется напряжением Uвх2. Таким образом, средние значения тока и напряжения на нагрузочном резисторе в случае двухполупериодного выпрямления будут в два раза превышать аналогичные показатели для однополупеоиодной схемы: где Uвх mахи Iвх mах- амплитудные значения входного напряжения и тока выпрямителя, Uвх д и Iвх д - их действующие значения. 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 Uобр max = 2 Uвх mах. 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: Kп = 0,67. Существенным недостатком схемы двухполупериодного выпрямления со средней точкой является потребность в двух источниках входного напряжения. Проблема решена в схеме однофазного мостового выпрямителя, рис. 4, которая является, вероятно, самой распространенной из всех схем выпрямления, предназначенных для работы с однофазными источниками переменных напряжений. Рис. 4 Также как и в двухполупериодной схеме выпрямления со средней точкой, в мостовой схеме напряжение прикладывается к нагрузке в течение всего периода изменения напряжения Uвх. При этом его значение при Uвх = Uвх 1 + Uвх 2 в два раза превышает выходное напряжение схемы Рис. 3. Поэтому при одном и том же напряжении нагрузки в мостовой схеме к обратносмещенным диодам прикладывается напряжение в два раза меньшее, чем в схеме Рис. 3. Средние значения тока и напряжения на нагрузке для однофазного мостового двухполупериодного выпрямителя будут такими же, как и в двухполупериодной схеме со средней точкой: Основная частота пульсаций выпрямленного напряжения в двухполупериодной мостовой схеме будет равна удвоенной частоте входного напряжения. Коэффициент пульсаций такой же, как и в двухполупериодной схеме со средней точкой: Kп = 0,67. Особенностью мостовой схемы является то, что в ней последовательно с нагрузкой все время включено два диода, в то время как в описанных выше однофазной однополупериодной и однофазной двухполупериодной схемах такой диод один. Поэтому при низких входных напряжениях (4...5 В) использование мостовой схемы может оказаться неэффективным (падение напряжения на диодах по величине будет сравнимо с выходным напряжением выпрямителя) - для повышения КПД обычно применяют двухполупериодную схему со средней точкой (возможен также переход к использованию диодов Шоттки с малым падением напряжения при прямом смещении). С повышением напряжения разница в КПД схем уменьшается и определяющим фактором становится величина обратного напряжения, прикладываемого к запертым диодам в процессе работы выпрямителя. Поэтому при больших уровнях выходного напряжения обычно используют выпрямитель, выполненный по мостовой схеме. studfiles.net Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой трансформатора. Вентильные схемы с нулевым выводом характеризуются тем, что токи во вторичных обмотках имеют одно направление и поэтому содержат постоянную и переменную составляющие. В зависимости от наличия броневой или стержневой магнитной системы для полной компенсации намагничивающих сил трансформатора обмотки следует располагать по-разному. В дальнейшем будем рассматривать однофазную двухполупериодную однотактную схему, представленную на рис.3,а, при этом подразумевается, что в схемах рис.3,а и рис.3,б электромагнитные процессы протекают одинаково, т.е. обе схемы магнитно уравновешены. Рис.3. Двухполупериодная однотактная вентильная схема: а – с броневой магнитной системой; б – со стержневой магнитной системой Вторичная обмотка трансформатора имеет секции Для напряжений секций где Постоянная составляющая выпрямленного напряжения Постоянная составляющая выпрямленного тока а постоянная составляющая тока через один вентиль Амплитуда тока вентиля Когда вентиль 1 закрыт, на его катод с помощью токопроводящего вентиля 2 подается напряжение Поэтому обратное напряжение на вентиле а его амплитуда Мгновенное значение первичного тока Так как ток Мощность трансформатора Параметры трансформатора и вентилей несколько изменяются при работе выпрямителя на нагрузку Действующее значение тока вторичной обмотки Действующее значение напряжения вторичной обмотки тогда мощность трансформатора Амплитуда анодного тока вентиля Остальные параметры вентилей такие же, как и при Рис.4. Кривые токов и напряжений двухполупериодной однотактной вентильной схемы: Работа выпрямителя на активную нагрузку при углах управления Пусть в момент времени двух вторичных полуобмоток. Рис.5. Диаграммы токов и напряжений однофазного выпрямителя при активной нагрузке и угле Вентиль Поскольку через половину периода полярность напряжения на вторичной обмотке изменяется на противоположную, то при подаче управляющего импульса на вентиль он включится. Затем указанные процессы повторяются в каждом периоде. Угол Из рис.5 видно, что с увеличением угла Аналитически эта зависимость будет выражаться следующей формулой: Обозначив через ( получим средне выпрямленное напряжение для активной нагрузки: Кривая 1 на рис.6 находится по выражению (19). Среднее значение выпрямленного тока В соответствии с (19) изменение угла Зависимость среднего значения выходного напряжения от угла управления Рис.6. Регулировочные характеристики однофазного двухполупериодного выпрямителя: 1 – при активной нагрузке; 2 – при активно-индуктивной нагрузке Заштрихованная область на рис.6 соответствует семейству регулировочных характеристик при различных значениях отношения Если накопленной в индуктивности режим непрерывного тока будет существовать при любых углах Рассмотрим зависимость внешней характеристики управляемого выпрямителя, регулировочной характеристик и диапазоном угла регулирования при различных значениях входного напряжения выпрямителя. На рис. 7 приведены внешние характеристики Ud = f (Id) и регулировочные характеристики выпрямителя Ud = f ( Максимальный угол регулирования ( Рис. 7. В качестве еще одного примера схемы выпрямления переменного тока рассмотрим двухтактный выпрямитель. Его еще называют однофазным диодным мостом. Его схема приведена на рисунке 8. Временные диаграммы токов и напряжений этого устройства совпадают с временными диаграммами двухфазного однотактного выпрямителя со средним выводом трансформатора, приведенными на рисунке 3. В двухтактном выпрямителе присутствует только одна вторичная обмотка. Количество импульсов тока за период равно 2. Частота первой гармоники пульсаций в данном случае, как и для двухфазного однотактного выпрямителя вдвое выше частоты сети. Тем не менее, области применения этих блоков несколько отличаются. Для низковольтных выпрямителей лучше подходит схема, показанная на рисунке 3, так как в ней падение напряжения происходит только на одном диоде. В ряде случаев это настолько важно, что можно пренебречь возрастанием стоимости трансформатора. В преобразователях AC/DC с относительно высоким выходным напряжением лучше применять схему, приведенную на рисунке 8, так как на ее диодах действует одинарное обратное напряжение (в схеме двухфазного однотактного выпрямителя — удвоенное, так как напряжение на нагрузке и напряжение обмотки трансформатора складываются). Лекция 3 Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока. Схема выпрямителя двухполупериодного
Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой
Однофазный мостовой двухполупериодный выпрямитель
Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока
и 
с напряжениями 
и 
, сдвинутыми по фазе на 1800. и трансформатора имеем
,
– действующее значение напряжения одной секции вторичной обмотки трансформатора. 
(9)
Действующие значения напряжения через коэффициент схемы 
; 
; 
(10)
, 
(11)
(12)
.
,
, 
(13)
.
меняется синусоидально, его действующее значение 
(14)
(15)
, когда 
.
. 
(16)
(17)
.
.
– кривые токов и напряжений приведены на осях 2,3,4,5,6; - 7,8,9,10
, т.е. с задержкой на угол 
относительно перехода напряжения через нуль (точка естественного включения вентиля1), на управляющий электрод вентиля 
подается управляющий импульс (рис.5). Тогда вентиль включится и в нагрузке 
начнет протекать ток под воздействием напряжения . Начиная с этого же момента, к вентилю 
будет приложено обратное напряжение 
, равное разности напряжений
будет находиться в проводящем состоянии до тех пор, пока ток, протекающий через него, не спадет до нуля. Так как нагрузка активная и форма тока, проходящего через нагрузку, повторяет форму напряжения , то вентиль включится в момент
. в момент
, называемый углом управления или регулирования, отсчитывают относительно моментов естественного включения вентилей ( 
), соответствующих моментам включения неуправляемых вентилей в схеме. среднее значение выходного напряжения 
будет уменьшаться. 
(18)
найденное по выражению (9) среднее значение выпрямленного напряжения для неуправляемого выпрямителя
), 
(19)
(20)
от 0 до 
приводит к изменению среднего значения выходного напряжения от до нуля. называется регулировочной характеристикой вентильного преобразователя.
.
энергии окажется достаточно, чтобы обеспечить протекание тока до очередной коммутации вентилей, то будет иметь место режим работы с непрерывным током 
. При
в диапазоне от 0 до 
(кривая 2 на рис.6). ). Параллельные внешние характеристики соответствуют различным величинам входного напряжения при неизменных сопротивлениях питающей сети. Величина сопротивления питающей сети и сопротивления выпрямителя определяют угол наклона внешней характеристики.max) определяется для регулировочной характеристики при максимальном отклонении входного напряжения при заданном уровне выходного напряжения. При проектировании рекомендуется учитывать не только отклонение входного напряжения, но и потери на сопротивлении питающей сети и на внутреннем сопротивлении выпрямителя.
Рисунок 8. Принципиальная схема однофазного мостового выпрямителяПохожие статьи:
poznayka.org
Расчет двухполупериодного выпрямителя — КиберПедия
Цель: Формирование у студента компетенции ПК-18, ПК-45
Теоретическая часть
Двухполупериодный выпрямитель. Двухполупериодные выпрямители бывают двух типов: мостовыми и с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора. Эти выпрямители являются более мощными, чем однополупериодные, так как с их помощью нагрузочные устройства используют для своего питания оба полупериода напряжения сети. Они свободны от недостатков, свойственных однополупериодным выпрямителям. Однако это достигается за счет усложнения схем двухполупериодных выпрямителей.
Наибольшее распространение получил двухполупериодный мостовой выпрямитель (рисунок 3.1а).Он состоит из трансформатора и четырех диодов, подключенных к вторичной обмотке трансформатора по мостовой схеме. К одной из диагоналей моста подсоединяется вторичная обмотка трансформатора, а к другой – нагрузочный резистор 
. Каждая пара диодов VD1, VD4 и VD2, VD3 работает поочередно.
Диоды VD1, VD4 открыты в первый полупериод напряжения вторичной обмотки трансформатора 
(интервал времени 0 – Т/2). При этом в нагрузочном резисторе появляется ток 
. В этом интервале диоды VD2, VD3 закрыты.
В следующий полупериод напряжения вторичной обмотки (интервал времени Т/2 – Т) диоды VD2, VD3 открыты, а диоды VD1, VD4 закрыты. В оба полупериода через нагрузочный резистор протекает ток, имеющий одно и то же направление.
а)
б)
Рисунок 3.1
Анализ временных диаграмм позволяет получить выражения для средних значений выпрямленных напряжений и токов:
, (3.1)
.
Средний ток каждого диода:
.
Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора:
. (3.2)
Максимальное обратное напряжение на диодах
.
Максимальный прямой ток диода
.
Коэффициент пульсаций можно получить из разложения в ряд Фурье выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя:
,
.
Частота основной гармоники 
.
Анализ приведенных соотношений показывает, что при одинаковых значениях параметров трансформаторов и сопротивления мостовой выпрямитель по сравнению с однополупериодным имеет следующие преимущества: средние значения выпрямленных тока 
и напряжения 
, в 2 раза больше, а пульсации значительно меньше.
В то же время максимальное обратное напряжение на каждом из закрытых диодов, которые по отношению к зажимам вторичной обмотки включены параллельно, имеет такое же значение, что и в однополупериодном выпрямителе, т.е. 
. Все эти преимущества достигнуты за счет увеличения числа диодов в 4 раза, что является основным недостатком мостового выпрямителя.
Промышленность выпускает полупроводниковые выпрямительные блоки, в которых диоды соединены по мостовой схеме.
Задачи
1. Какое напряжение покажет вольтметр магнитоэлектрической системы (рисунок 3.2), если 
В.
Рисунок 3.2
2. В двухполупериодном выпрямителе напряжение на вторичной обмотке трансформатора 
В, сопротивление нагрузки =130 Ом. Определить и , а также параметры необходимых диодов.
3. Определить ток нагрузочного резистора =120 Оммостового выпрямителя, если напряжение вторичной обмотки 
=50 В, а прямое сопротивление каждого полупроводникового диода 
= 10 Ом.
4. Для схемы двухполупериодного выпрямителя с индуктивным сглаживающим фильтром определить коэффициент сглаживания, если известно, что амплитуда напряжения вторичной обмотки трансформатора 
В, выпрямленный ток, проходящий через нагрузку равен 200 мА, частота сети f = 50 Гц, индуктивность дросселя Lф = 10 Гн.
5. Для мостовой схемы выпрямителя (диоды считать идеальными) известно сопротивление нагрузки = 600 Ом и ток через этот резистор 
= 300 мА. Напряжение 
В. Требуется выбрать диоды и рассчитать коэффициент трансформации.
6. Для питания постоянным током потребителя мощностью 800 Вт при напряжении Ud= 100 В необходимо собрать схему двухполупериодного выпрямителя с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора, подобрав диоды из справочника. Указать допустимые параметры выбранных диодов.
Вопросы к практическому занятию
1. Из чего состоит двухполупериодный выпрямитель?
2. Приведите соотношения между входным напряжением выпрямителя и средним его значением.
3. Поясните связь между действующим значением тока выпрямителя и его постоянной составляющей.
4. Чему равен коэффициент пульсаций для двухполупериодного выпрямителя?
5. Как определяется частота пульсаций для двухполупериодного выпрямителя?
6. Перечислите достоинства двухполупериодного выпрямителя в сравнении с однополупериодным?
7. Как отразится на работе мостового выпрямителя обрыв одного из диодов?
8. Каковы различия между входным и выходным сигналами однополупериодного выпрямителя?
9. Поясните принцип действия однополупериодного выпрямителя.
Практическое занятие 4
cyberpedia.su
Поделиться с друзьями: