3.3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель
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
.
3.3. Однофазный мостовой выпрямитель
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 | 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 называется внешней 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
Схема двухполупериодного выпрямителя
Содержание:
- Свойства двухполупериодного выпрямителя
- Распространенные схемы двухполупериодных выпрямителей
- Выпрямительные схемы
К категории выпрямителей относятся различные устройства, с помощью которых переменный входной электрический ток преобразуется на выходе в постоянный ток. В большинстве таких приборов невозможно создать постоянный ток и напряжение. В них осуществляется создание однонаправленного пульсирующего напряжения и тока, где сглаживание пульсаций выполняется с помощью специальных фильтров.
Среди множества подобных приборов, наиболее эффективной считается схема двухполупериодного выпрямителя. Данные устройства имеют различные технические характеристики, что позволяет применять их практически при любых значениях токов.
Свойства двухполупериодного выпрямителя
Основным свойством этих устройств является протекание электрического тока через нагрузку за оба полупериода в одном и том же направлении.
В приборах такого типа используются, в основном, мостовые или полумостовые схемы. В последнем случае однофазный ток выпрямляется с использованием специального трансформатора. В качестве вывода используется средняя точка вторичной обмотки, а количество элементов, выпрямляющих ток – в два раза меньше. В настоящее время полумостовая схема используется довольно редко из-за высокой металлоемкости и высокого активного внутреннего сопротивления, с большими потерями при нагревании трансформаторных обмоток.
Чаще всего используются двухполупериодные устройства, в схемах которых имеется сразу два вентиля. Электрический ток в нагрузке всегда протекает в одном и том же направлении. В результате, выпрямление тока происходит с участием двух полупериодов напряжения. Благодаря высокой частоте пульсаций, фильтрация выпрямляемого напряжения существенно облегчается.
Двухполупериодные выпрямители получили широкое распространение во многих радиоэлектронных устройствах, обеспечивая их нормальное питание. Возможность преобразования постоянного тока из одного напряжения в другое, дает возможность создавать в схемах питания различные напряжения при одном и том же источнике энергии.
Распространенные схемы двухполупериодных выпрямителей
Данные схемы лежат в основе многих источников питания, применяемых в радиоэлектронике и других технических областях. Таким образом, обеспечивается постоянное напряжение питания электронных устройств, технологических процессов, электромашинных приводов механизмов. Чтобы правильно эксплуатировать выпрямители, необходимо хорошо знать их основные свойства.
Двухполупериодный однофазный выпрямитель с выводом от средней точки
Основными преимуществами данной схемы считается более высокий коэффициент эксплуатации вентилей по току, сниженная расчетная мощность трансформатора, низкий коэффициент, определяющий пульсацию выпрямленного напряжения.
Однако в этой схеме вентили недостаточно используются по напряжению. Само устройство обладает высоким обратным напряжением, поступающим на выпрямительные диоды. В схеме используется более сложная конструкция трансформатора.
Двухполупериодный однофазный мостовой выпрямитель
Главным преимуществом мостового выпрямителя считается повышенный коэффициент применения вентилей по напряжению. В схеме используется трансформатор с меньшей расчетной мощностью и очень простой конструкцией. Данные выпрямители нашли широкое применение в установках малой и средней мощности.
Главным недостатком мостовой схемы является необходимость строгой симметрии напряжений на каждой обмотке и применение двух обмоток вместо одной. На диодах возникает большое обратное напряжение. В сравнении с предыдущей схемой выпрямителя, требуется в два раза больше диодов, однако значение общего сопротивления постоянному току во многих случаях оказывается меньше, чем сопротивление выпрямителя со средней точкой.
Двухполупериодный выпрямитель с удвоением напряжения
Данная схема используется в случае возникновения проблем с намоткой вторичной обмотки, состоящей из множества витков, или при обмотке действующего трансформатора с недостаточным напряжением. В схеме удвоения применяется нагрузочная характеристика с круто падающим графиком. Пульсации выпрямленного тока сглаживаются конденсаторами.
Серьезным недостатком считается возможный взрыв электролитического конденсатора под действием переменного напряжения в случае пробоя одного из диодов. Представленная схема не может быть использована для получения напряжения на выходе более 200-300В из-за возможного пробоя изоляции между нитью накала и катодами в кенотроне.
Двухполупериодный выпрямитель с умножением напряжения
Представленная схема дает возможность получать высокое напряжение без использования высоковольтного трансформатора. В ней используются конденсаторы с рабочим напряжением 2Ет, независимо от того, во сколько раз умножилось значение напряжения.
Данная схема двухполупериодного выпрямителя имеет недостаток в виде разрядки конденсаторов при включении нагрузочного сопротивления. С уменьшением сопротивления нагрузки увеличивается скорость разрядки конденсаторов, снижается их напряжение. Использование этой схемы нерационально при незначительных сопротивлениях нагрузок.
Выпрямительные схемы
electric-220.ru
Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой
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.
Однофазный мостовой двухполупериодный выпрямитель
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
Однофазная двухполупериодная мостовая схема выпрямления
Мостовая схема (рис. 1.3) состоит из трансформатора и четырех диодов VD1 – VD4. Переменное напряжение u2ф подводится к одной диагонали моста, а нагрузка rВ, LВ подключается к другой его диагонали. Диоды VD1, VD2 образуют катодную группу, VD3 – VD4 – анодную. Предполагаем вначале, что нагрузка выпрямителя носит активный характер (см. рис. 1.3, ключ К замкнут).
В положительный полупериод (0 – θ1) напряжения u2ф верхний конец обмотки трансформатора имеет положительную полярность, а нижний – отрицательную (без скобок). В соответствии с этим открываются диоды VD1 и VD3, а диоды VD2 и VD4 запираются. Ток проходит по пути «а – VD1 – rВ – VD3 – б». В результате, к нагрузке прикладывается положительная полуволна напряжения u2ф. В следующий полупериод θ1 – θ2 (см. рис. 1.1, б) полярность напряжения изменяется (см. рис. 1.3, полярность в скобках). При этом диоды VD1, VD3 запираются, а диоды VD2, VD4 оказываются открытыми, и ток нагрузки замыкается по контуру «б – VD2 – rВ – VD4 – а». Направление тока через нагрузку rВ осталось таким же, как и в предыдущий полупериод. Нужно заметить, что ток протекает всегда по двум последовательно соединенным диодам. Следовательно, падение напряжения в диодах в мостовой схеме в два раз выше, чем в нулевой.
Во вторичной обмотке ток проходит дважды за период в противоположных направлениях, поэтому вынужденное подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током отсутствует.
Из изложенного принципа работы следует, что точка соединения катодов имеет положительный потенциал выпрямленного напряжения, а точка соединения анодов – отрицательный. Включение индуктивности LВ в цепь нагрузки (см. рис. 1.3, ключ К разомкнут) приводит к изменению формы и расчетных величин токов. Кривые напряжений и токов в мостовой схеме при различном характере нагрузки имеют такой же вид, как в нулевой схеме (см. рис. 1.1, б – д). В отличие от нулевой схемы (см. рис. 1.1, а) действующие значения тока I2 вторичной обмотки трансформатора в мостовой схеме для активной и индуктивной нагрузки соответственно равны:
В связи с этим изменяются расчетные значения мощностей S1, S2, SТ Параметры, характеризующие работу мостовой схемы, приведены в таблице 1.1.
В мостовой схеме, возможно одновременно получить два значения выпрямленного напряжения: Ud и Ud/2, если вывести среднюю точку трансформатора (рис. 1.3). Проводя сравнительный анализ рассмотренных однофазных схем выпрямления, нулевой и мостовой (см. рис. 1.1, 1.3 и таблицу 1.1), можно сделать следующие выводы:
1. Обе схемы проводят ток в течение обоих полупериодов сетевого напряжения, поэтому они называются двухполупериодными.
2. Кратность пульсаций выпрямленного напряжения по отношению к частоте сети в обеих схемах равна m = 2. Коэффициенты пульсации одинаковы.
3. При одинаковых значениях выходных параметров выпрямителей Ud, Id амплитуда обратного напряжения в мостовой схеме в два раза меньше, а число диодов в два раза больше, чем в нулевой схеме. В связи с этим нулевую схему целесообразнее использовать для управления низковольтными машинами.
4. Использование трансформатора в мостовой схеме эффективнее (примерно на 20 %), чем в нулевой.
5. Мостовая схема может работать без трансформатора, если величина выпрямленного напряжения соответствует напряжению сети. Схему с нулевым выводом без трансформатора осуществить невозможно.
6. Остальные параметры обеих схем выпрямления, характеризующие использование диодов по току (kI), и его реакции на питающую сеть (kИ, kГ) одинаковы.
electrono.ru
принцип работы, схемы и т.д.
Двухполупериодный выпрямитель — устройство или контур, проводящий ток в течение обеих половин цикла переменного тока. Двухполупериодный выпрямитель состоит из трансформатора с центральным отводом вторичной обмотки, двух диодов и сопротивления нагрузки.
Схема двухполупериодного выпрямителяОбратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.
Принцип действия двухполупериодного выпрямителя
В течение первой половины цикла переменного тока верхний конец вторичной обмотки положителен, а нижний конец вторичной обмотки отрицателен. Диод D1 находится в состоянии прямого подключения, а диод D2 находится в состоянии обратного подключения, поскольку средняя точка отрицательна относительно положительной стороны вторичной обмотки и положительна относительно отрицательной стороны вторичной обмотки. Ток протекает от средней точки через сопротивление нагрузки, через D1 к положительной стороне вторичной обмотки. Падение напряжения на сопротивлении RL представляет собой положительную полуволну.
Путь тока через двухполупериодный выпрямитель: D1 находится в состоянии прямого подключенияВ течение второй половины цикла переменного тока верхний конец вторичной обмотки отрицателен, а нижний конец вторичной обмотки положителен. Диод D1 находится в состоянии обратного подключения, а диод D2 находится в состоянии прямого подключения. Как изображено на рисунке 3-7, ток протекает от средней точки через сопротивление нагрузки, через D2 к положительной стороне вторичной обмотки. Падение напряжения на сопротивлении RL снова представляет собой положительную полуволну.
Путь тока в двухполупериодном выпрямителе: D2 находится в состоянии прямого подключенияПоскольку ток протекает через сопротивление RL в одном и том же направлении в течение обеих половин цикла входного напряжения, через RL проходят две полуволны в течение каждого полного цикла. Тем не менее, поскольку у этого трансформатора есть средняя точка, падение напряжения на сопротивлении нагрузки представляет собой лишь
половину того, что могло бы быть, если бы нагрузка была соединена ко всей вторичной обмотке. Форма кривой выходного сигнала двухполупериодного выпрямителяkipiavp.ru
26. Однофазный однополупериодный выпрямитель. Диаграммы и принцип работы. Основные параметры схемы.
Однополупериодный выпрямитель или четвертьмост является простейшим выпрямителем и включает в себя один вентиль (диод или тиристор).
Допущения: нагрузка чисто активная, вентиль — идеальный электрический ключ.
Напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт, всё падение напряжения происходит на вентиле, а напряжение на нагрузке Uн равно нулю. Среднее значение переменного тока по отношению к подведенному действующему составит:
Эта величина вдвое меньше, чем в полномостовом. Важно отметить, что среднеквадратичное (устар. эффективное, действующее) значение напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя будет в корень из 2 меньше подведенного действующего, а потребляемая нагрузкой мощность в 2 раза меньше (для синусоидальной формы сигнала)
Отношение среднего значения выпрямленного напряжения Uн ср к действующему значению входного переменного напряжения Uвх д называется коэффициентом выпрямления (Kвып). Для рассматриваемой схемы Kвып=0,45.
Максимальное обратное напряжение на диоде Uобр max=Uвх max=πUн ср , т.е. более чем в три раза превышает среднее выпрямленное напряжение (это следует учитывать при выборе диода для выпрямителя).
Коэффициент пульсаций, равный отношению амплитуды низшей (основной) гармоники пульсаций к среднему значению выпрямленного напряжения, для описываемой схемы однополупериодного выпрямителя равен:
Kп=Uпульс max01Uн ср=π2=1,57.
27. Двуполупериодный выпрямитель со средней точкой. Диаграммы работы. Принцип действия. Основные параметры.
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 однополупериодной схемы:
Uвх max и Iвх max — максимальные амплитудные значения входного напряжения и тока выпрямителя (по одному из напряжений питания),
Uвх д и Iвх 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: Uобр max=2Umax. 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.
параметры смотреть в предыдущем пункте.
28. Однофазный мостовой выпрямитель. Диаграммы работы и принцип действия. Основные параметры выпрямителя.
Схема:
Диаграммы работы:
Принцип работы:
В однофазной мостовой схеме к одной из диагоналей моста подключается источник переменного напряжения (вторичная обмотка трансформатора), а к другой – нагрузка.
В мостовой схеме диоды работают попарно: в течение одной половины периода сетевого напряжения ток протекает от вторичной обмотки трансформатора по цепи VD1, RН, VD2, а на втором полупериоде – по цепи VD3, RН, VD4, причем в каждом полупериоде через нагрузку ток проходит в одном направлении, что и обеспечивает выпрямление. Коммутация диодов происходит в моменты перехода переменного напряжения через нуль.
где U2 ─ действующее значение переменного напряжения на входе выпрямителя.
Параметры:
Максимальное обратное напряжение на диоде в непроводящую часть периода
Амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения с частотой 2ω
следовательно,
29. Назначение сглаживающих фильтров. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром. Особенности работы. Внешние характеристики выпрямителей с фильтрами
Сглаживающий фильтр — устройство, предназначенное для уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения до величины, при которой обеспечивается нормальная работа питаемой аппаратуры или её каскадов.
Схема однофазного однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром.
Особенности работы.
Для снижения уровня пульсаций на выходе выпрямителя включаются разнообразные индуктивно-емкостные фильтры. Наличие конденсаторов и индуктивностей в цепи нагрузки оказывает значительное влияние на работу выпрямителя. В маломощных выпрямителях обычно применяют простейший емкостный фильтр, который представляет собой конденсатор, включенный параллельно нагрузке.
В установившемся режиме работы, когда напряжение на входе выпрямителя Uвх больше напряжения на нагрузке Uн и диод выпрямителя открыт, конденсатор будет подзаряжаться, накапливая энергию, поступающую от внешнего источника. Когда же напряжение на входе выпрямителя упадет ниже уровня открывания диода и он закроется, конденсатор начнет разряжаться через Rн, предотвращая при этом быстрое падение уровня напряжения на нагрузке. Таким образом, результирующее напряжение на выходе выпрямителя (на нагрузке) окажется уже не таким пульсирующим, а будет значительно сглажено, причем тем сильнее, чем большую емкость будет иметь применяемый конденсатор.
Обычно, емкость конденсатора фильтра выбирают такой, чтобы его реактивное сопротивление было намного меньше сопротивления нагрузки (1/ωC ≪Rн). В этом случае пульсации напряжения на нагрузке малы и допустимо предполагать, что это напряжение постоянно (Uн ≈const).
30. Основные параметры стабилизаторов напряжения. Параметрические стабилизаторы.
Основные параметры стабилизатора: 1. Коэффициент стабилизации, равный отношению приращений входного и выходного напряжений. Коэффициент стабилизации характеризует качество работы стабилизатора.
2. Выходное сопротивление стабилизатора Rвых = Rдиф Для нахождения Кст и Rвых рассматривается схема замещения стабилизатора для приращений. Нелинейный элемент работает на участке стабилизации, где его сопротивление переменному току Rдиф является параметром стабилизатора.
Дифференциальное сопротивление Rдиф определяется из уравнения:
Для схемы замещения получаем коэффициент стабилизации с учетом, что Rн >> Rдиф и Rбал >> Rдиф,:
Параметрический стабилизатор:
В приведенной схеме, при изменении входного напряжения или тока нагрузки — напряжение на нагрузке практически не меняется (оно остаётся таким же, как и на стабилитроне), вместо этого изменяется ток через стабилитрон (в случае изменения входного напряжения и ток через балластный резистор тоже). То есть, излишки входного напряжения гасятся балластным резистором, величина падения напряжения на этом резисторе зависит от тока через него, а ток через него зависит в том числе от тока через стабилитрон, и таким образом, получается, что изменение тока через стабилитрон регулирует величину падения напряжения на балластном резисторе.
Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения
Кст = 5 ÷ 30 Для получения повышения стабилизированного напряжения применяют последовательное включение стабилитронов. Параллельное включение стабилитронов не допускается. С целью увеличения коэффициента стабилизации возможно каскадное включение нескольких параметрических стабилизаторов напряжения.
31. Структурные схемы компенсационных стабилизаторов. Принципиальная схема непрерывного стабилизатора напряжения. Получить выражение для выходного напряжения. Недостатки таких стабилизаторов.
Компенсационный стабилизатор напряжения, по сути, является устройством, в котором автоматически происходит регулирование выходной величины, то есть он поддерживает напряжение на нагрузке в заданных пределах при изменении входного напряжения и выходного тока. По сравнению с параметрическими компенсационные стабилизаторы отличаются большими выходными токами, меньшими выходными сопротивлениями, большими коэффициентами стабилизации.
Непрерывный
Принципиальная схема стабилизатора напряжения непрерывного действия приведена на рис. б. Здесь роль ИЭ выполняет делитель напряжения на резисторах R1 и R2. Балластный резистор Rб и стабилитрон VD представляют собой маломощный параметрический стабилизатор, выполняющий роль ИОН. Операционный усилитель (ОУ) DA, включенный по схеме дифференциального усилителя, выполняет роль УС. ТранзисторVT является РЭ стабилизатора.
Выходное напряжение стабилизатора можно регулировать, меняя соотношение сопротивлений делителя R1 и R2:
studfiles.net
1.2. Основные схемы выпрямления Однофазная, однополупериодная схема
Однофазную, однополупериодную схему (рис. 1.2, а) обычно применяют при выпрямленных токах до нескольких десятков миллиампер и в тех случаях, когда не требуется высокой степени сглаживания выпрямленного напряжения. Эта схема характеризуется низким коэффициентом использования трансформатора по мощности и большими пульсациями выпрямленного напряжения.
Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу однополупериодного выпрямителя на активную нагрузку с учетом потерь в трансформаторе и вентиле, представлены на рис. 1.2,б. Индуктивностью рассеяния трансформатора пренебрегаем, как это обычно допускается в выпрямителях малой мощности [2].
а) б)
Рис. 1.2. Однофазная, однополупериодная схема выпрямления (а) и
диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку (б).
Под
действием ЭДС вторичной обмотки 
ток в цепи нагрузки
может проходить только в течение тех
полупериодов, когда анод диода имеет
положительный потенциал относительно
катода. Диод пропускает ток
в первый полупериод, во второй полупериод,
когда потенциал анода становится
отрицательным, ток в цепи равен нулю.
Выпрямленное напряжение
в любой момент времени меньше ЭДС
вторичной обмотки
,
так как часть напряжения теряется на
активных сопротивлениях трансформатора
и открытого вентиля (учитывается
сопротивлениемr).
Максимальное обратное напряжение на
вентиле 
,
как видно из рис. 1.2,б, достигает
амплитудного значения ЭДС вторичной
обмотки
.
Диаграмма
первичного тока трансформатора подобна
диаграмме вторичного тока, если пренебречь
током намагничивания и исключить из
него постоянную составляющую 
,
которая в первичную обмоткуне
трансформируется.
В сердечнике трансформатора за счет
постоянной составляющей тока вторичной
обмотки создается добавочный постоянный
магнитный поток, насыщающий сердечник.
Это явление называют – вынужденное
подмагничивание сердечника трансформатора постоянной
составляющей тока, которое является
главным недостатком этой схемы. В
результате насыщения намагничивающий
ток трансформатора возрастает в несколько
раз по сравнению с током в нормальном
режиме намагничивания сердечника.
Возрастание намагничивающего тока
обусловливает увеличение сечения
провода первичной обмотки, следствием
чего являются завышенные размеры
трансформатора и габариты выпрямителя
в целом [2].
Двухполупериодная схема со средней точкой (схема Миткевича)
Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средним (нулевым) выводом вторичной обмотки трансформатора (рис. 1.3, а) применяют в низковольтных устройствах. Он позволяет уменьшить вдвое число диодов и тем самым понизить потери, но имеет более низкий коэффициент использования трансформатора и, следовательно, большие габариты по сравнению с однофазным мостовым выпрямителем, который рассмотрен ниже. Обратное напряжение на диодах выше в этой схеме, чем в мостовой.
Необходимым элементом данного выпрямителя является трансформатор с двумя вторичными обмотками. Выпрямитель со средней точкой является по существу двухфазным, так как вторичная обмотка трансформатора со средней точкой создает две ЭДС, равные по величине, но противоположные по направлению. Таким образом, схема соединения обмоток такова, что одинаковые по величине напряжения на выводах вторичных обмоток относительно средней точки сдвинуты по фазе на 180º.
Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу двухполупериодного выпрямителя со средним выводом на активную нагрузку с учетом потерь в трансформаторе и вентилях, представлены на рис.1.3,б.
а) б)
Рис. 1.3. Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой (а) и диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку (б).
Вторичные
обмотки трансформатора подключены к
анодам вентилей VD1 и VD2.
Напряжения на вторичных обмотках
трансформатора w21 и w22 находятся в противофазе. Поэтому диоды
схемы VD1 и VD2 проводят
ток поочередно, каждый в соответствующий
полупериод питающего напряжения. В
течение первого полупериода положительный
потенциал имеет анод диода VD1 и ток 
проходит через него, нагрузку и вторичную
полуобмоткуw21 трансформатора.
В течение второго полупериода положительный
потенциал имеет анод диода VD2,
ток 
проходит через него, нагрузку и вторичную
полуобмоткуw22 трансформатора,
причем в цепи нагрузки ток 
проходит в том же направлении, что и в
первый полупериод.
Таким
образом, в отличие от простейшего
однополупериодного выпрямителя в
выпрямителе со средней точкой выпрямленный
ток проходит через нагрузку в течение
обоих полупериодов переменного тока,
но каждая из
половин вторичной обмотки трансформатора
оказывается нагруженной током только
в течение полупериода.
В результате встречного направления
м.д.с. постоянных составляющих токов
вторичных обмоток 
и
в сердечнике трансформаторанет
вынужденного подмагничивания [2].
Рассмотрим расчет коэффициента использования трансформатора по мощности для выпрямителя без потерь при активной нагрузке на примере двухполупериодной схемы со средней точкой [3].
Выходное
напряжение 
снимается в данной схеме между средней
(нулевой) точкой трансформатора и общей
точкой соединения катодов обоих вентилей.
Среднее напряжение на нагрузке
,
т.е. между средним значением выпрямленного напряжения и действующим значением существует то же соотношение, что связывает среднее и действующее значение синусоидального тока.
Среднее значение тока через нагрузку
Поскольку
ток 
протекает через диоды поочередно,
средний ток через каждый диод составит
,
Обратное напряжение прикладывается к закрытому диоду, когда проводит ток другой диод. Поскольку к закрытому диоду в этой схеме максимально прикладывается двойное амплитудное напряжение вторичной стороны, то
Величина 
при расчете выпрямителя является
заданной, поэтому находим действующее
значение напряжения на вторичной обмотке
трансформатора
Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора
Габаритная мощность вторичных обмоток трансформатора
Габаритная мощность первичной обмотки трансформатора
;
;
;
Коэффициент использования трансформатора по мощности в двухполупериодной схеме со средней точкой
Таким образом, габаритная мощность трансформатора в двухполупериодной схеме со средней точкой в 1,48 раза превышает мощность в нагрузке.
studfiles.net