Однофазная двухполупериодная мостовая схема выпрямителя: Двухполупериодный мостовой выпрямитель. Принцип действия, схема, расчет

Двухполупериодный мостовой выпрямитель. Принцип действия, схема, расчет

Существует еще одна, более популярная конструкция двухполупериодного выпрямителя, построенная на основе конфигурации с четырьмя диодами. Такая конструкция известна как двухполупериодный мостовой выпрямитель или просто мостовой выпрямитель.

Преимущество этого типа выпрямителя по сравнению с версией выпрямителя с центральным отводом заключается в том, что для него не требуется сетевой трансформатор с центральным отводом во вторичной обмотке, что резко снижает его размер и стоимость.

Также эта конструкция использует полностью все вторичное напряжение в качестве входного. Используя тот же трансформатор, мы получаем вдвое больше пикового напряжения и вдвое больше постоянного напряжения с мостовым выпрямителем, чем с двухполупериодным выпрямителем с центральным отводом. Именно поэтому мостовые выпрямители используются гораздо чаще, чем двухполупериодные со средней точкой.

Содержание

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Чтобы выпрямить оба полупериода синусоидальной волны, как мы уже говорили ранее, в мостовом выпрямителе используются четыре диода, соединенных вместе в конфигурации «моста». Вторичная обмотка трансформатора подключена с одной стороны диодного моста, а нагрузка — с другой.

На следующем рисунке показана схема мостового выпрямителя.

Во время положительного полупериода переменного напряжения диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении, в то время как диоды D3 и D4 смещены в обратном направлении. Это создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе (обратите внимание на плюс-минус полярности на нагрузочном резисторе).

В течение следующего полупериода полярность переменного напряжения меняется на противоположную. Теперь диоды D3 и D4 смещены в прямом направлении, а диоды D1 и D2 — в обратном. Это также создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе, как и раньше.

Обратите внимание, что независимо от полярности напряжения на входе, полярность на нагрузке постоянная, а ток в нагрузке течет в одном направлении. Таким образом, схема преобразует входное переменное напряжение в пульсирующее постоянное напряжение.

Если вам трудно запомнить правильное расположение диодов в схеме мостового выпрямителя, вы можете обратиться к альтернативному представлению схемы. Это точно такая же схема, за исключением того, что все диоды расположены горизонтально и направлены в одном направлении.

Значение постоянного напряжение выходного сигнала

Здесь формула для расчета среднего значения напряжения такая же, как и для двухполупериодного выпрямителя со средней точкой:

Это уравнение говорит нам, что значение постоянного напряжения составляет около 63,6 процента от пикового значения. Например, если пиковое переменное напряжение составляет 10 В, то постоянное напряжение будет 6,36 В.

Когда вы измеряете напряжение на выходе мостового выпрямителя с помощью вольтметра, показание будет равно среднему значению.

Аппроксимация второго порядка

В действительности мы не получаем идеальное  напряжение на нагрузочном резисторе. Из-за потенциального барьера, диоды не включаются, пока источник напряжение не достигнет около 0,7 В.

И поскольку в мостовом выпрямителе работают по два диода за раз, то падение напряжения составит 0,7 x 2 = 1,4 В. Таким образом, пиковое выходное напряжение определяется следующим образом:

Выходная частота

Полноволновой выпрямитель инвертирует каждый отрицательный полупериод, удваивая количество положительных полупериодов. Из-за этого у такого выпрямителя на выходе в два раза больше циклов, чем на входе. Поэтому частота полноволнового сигнала в два раза превышает входную частоту.

Например, если частота на входе составляет 50 Гц, выходная частота будет 100 Гц.

Фильтрация постоянного напряжения

Сигнал на выходе, который мы получаем от двухполупериодного мостового выпрямителя, является по сути пульсирующим постоянным напряжением, которое вырастает до максимума, а затем снижается до нуля.

Для того чтобы избавиться от пульсаций, нам необходимо отфильтровать двухволновой сигнал. Один из способов сделать это — подключить сглаживающий конденсатор.

Первоначально конденсатор разряжен. На протяжении первой четверти цикла диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении и из-за этого сглаживающий конденсатор начинает заряжаться. Процесс заряда длится до тех пор, пока напряжение с мостового выпрямителя не достигнет своего пикового значения. В этот момент напряжение на конденсаторе будет равно Vp.

После того, как напряжение с выпрямителя достигает своего пика, оно начинает уменьшаться. Как только напряжение снизиться ниже Vp соответствующая пара диодов (D1 и D2) не будет проводить.

Когда диоды выключены, конденсатор разряжается через нагрузку, пока не будет достигнут следующий пик. Когда наступает следующий пик, конденсатор заряжается уже через диоды D3 и D4  до пикового значения.

Недостатки мостового выпрямителя

Единственным недостатком мостового выпрямителя является то, что выходное напряжение меньше, чем входное напряжение на 1,4 В, в результате падения на двух диодах.

Этот недостаток ощутим только в источниках питания с очень низким напряжением. Например, если пиковое напряжение источника составляет всего 5 В, то  напряжение нагрузки будет иметь только 3,6 В.

Но если пиковое напряжение источника составляет 100 В, напряжение нагрузки будет близко к идеальному двухполупериодному напряжению и влияние падения на диодах будет не значительным.

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 выпрямителя Схема двухполупериодного выпрямителя
Обратите 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 подключения
Путь тока через двухполупериодный выпрямитель: D1 находится в состоянии прямого подключения

В 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 подключения Путь тока в двухполупериодном выпрямителе: D2 находится в состоянии прямого подключения

Поскольку 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 выпрямителя Форма кривой выходного сигнала двухполупериодного выпрямителя
Однофазная двухполупериодная мостовая схема выпрямления

Мостовая схема (рис. 1.3) состоит из трансформатора и четырех диодов VD1 – VD4. Переменное напряжение uподводится 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  u  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 u. 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 L

В 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.

Однофазный двухполупериодный выпрямитель — Студопедия

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 и VD2 подключены к двум одинаковым вторичным полуобмоткам, действующее напряжение на которых равно U2.

Рассмотрим временную диаграмму работы схемы (рис. 3.4). Под действием переменного напряжения вторичной обмотки u2 диод VD1 проводит ток только в нечётные полупериоды, а диод VD2 – 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 Ud £ 30 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 = Ud×Id – мощность постоянного тока в нагрузке.

Расчетная мощность первичной обмотки

.

Расчетная (типовая) мощность трансформатора

.

Коэффициент использования трансформатора по мощности

.

ВЫПРЯМИТЕЛИ

   В этой статье мы разберем какие бывают выпрямители, для какой цели служат, в чем заключаются особенности того или иного выпрямителя. Если мы решаем собрать какое-либо устройство или просто необходимо запитать готовое, то мы можем использовать питание от гальванических элементов (батареек), либо воспользоваться для этих целей аккумуляторами. Но как быть, если радиоустройство не планируется носить с собой и оно потребляет значительный ток? В таких случаях запитывают устройство от сети 220 вольт.

Фото трансформаторный блок питания

Фото трансформаторный блок питания

   Напрямую запитать от 220 вольт, разумеется, мы не можем, напряжение слишком высокое и ток переменный, а для питания электронных устройств почти всегда необходим постоянный ток и более низкое напряжение. Необходим так называемый сетевой адаптер.

Фото трансформатора

Фотография трансформатора

   Понизить напряжение мы можем с помощью трансформатора, о нем мы поговорим в одной из следующих статей, пока нам достаточно знать, что с помощью трансформатора мы можем понизить или повысить напряжение при переменном токе. Далее нам необходимо сделать из переменного тока постоянный, для этих целей и служит выпрямитель. Существуют три основных типа выпрямителей.

Однополупериодный выпрямитель

Схема однополупериодный выпрямитель

Схема однополупериодный выпрямитель

   Этот выпрямитель работает только в течение положительного полупериода синусоиды. Это можно видеть на следующем графике:

Выпрямленный ток после однополупериодного выпрямителя

Выпрямленный ток после однополупериодного выпрямителя

   На выходе после диода мы получаем пульсирующее напряжение, нам нужно сделать из него постоянное, то есть из пульсирующего тока получить постоянный. Для этих целей служит электролитический конденсатор большой емкости, подключенный параллельно выходу питания в соответствии с полярностью. На фотографии ниже можно увидеть внешний вид подобного конденсатора:

Электролитический конденсатор большой емкости

Электролитический конденсатор большой емкости

    Такой конденсатор благодаря большой емкости разряжается в течении отрицательного полупериода синусоиды. Обычно для фильтрации напряжения в выпрямителях применяют электролитические конденсаторы от 2200 микрофарад. В усилителях и других устройствах, где важно чтобы напряжение не проседало при увеличении мощности нагрузки, ставят конденсаторы на большую емкость, чем 2200 микрофарад. Для устройств питающих бытовую аппаратуру обычно конденсаторов такой емкости бывает достаточно. На следующем графике (выделено красным), мы можем видеть, как конденсатор поддерживает напряжение стабильным во время прохождения отрицательной полуволны.

Выпрямленный ток в однополупериодном выпрямителе после конденсатора

Выпрямленный ток в однополупериодном выпрямителе после конденсатора

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Схема двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Схема двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

   Для этой схемы необходим трансформатор, с двумя вторичными обмотками. Напряжение на диодах в два раза выше, чем при включении схемы с однополупериодным выпрямителем или при включении мостовой схемы. В этой схеме попеременно работают оба полупериода. В течении положительного полупериода работает одна часть схемы обозначенная В1, во время отрицательного полупериода работает вторая часть схемы обозначенная В2. Эта схема является менее экономичной, чем мостовая схема, в частности у неё более низкий коэффициент использования трансформатора. В этой схеме после диодов получается также пульсирующее напряжение, но частота пульсаций в два раза выше. Что мы и можем видеть на следующем графике:

График двухполупериодного выпрямителя

График двухполупериодного выпрямителя

Двухполупериодный выпрямитель, мостовая схема

Схема двухполупериодный выпрямитель мостовая схема

Схема двухполупериодный выпрямитель мостовая схема

   И наконец, рассмотрим схему мостового выпрямителя, самую распространенную схему, по которой сделана большая часть всех выпущенных трансформаторных блоков питания. Сейчас объясню принцип работы диодного моста:

Диодный мост рисунок

Диодный мост рисунок

   Ток у нас на выходе с трансформатора переменный, а переменный ток, как известно, в течение периода дважды меняет свое направление. Говоря другими словам, конечно же упрощенно, при переменном токе с частотой 50 герц, ток у нас 100 раз в секунду меняет свое направление. То есть сначала он течет от вывода диодного моста под цифрой один, ко второму, потом в течение другой полуволны он течет от вывода под номером два к первому. 

Объяснение работы диодного моста

Объяснение работы диодного моста

   Рассмотрим, что происходит с диодным мостом при подаче напряжения, мы видим, на рисунке обозначен красным путь тока, напрямую пройти к выводу диодного моста соединенного с переменным током не позволит диод, который получается у нас включенный в обратном включении, а в обратном включении, как мы помним, диоды не пропускают ток. Току остается только один путь (выделено на рисунке синим), через нагрузку и через диод уйти в провод соединенный с выводом переменного тока. Когда у нас ток меняет свое направление, то вступает в действие вторая часть диодного моста, которая действует аналогично той, что описал выше. В итоге у нас получается на выходе такой же график напряжения, как и у двухполупериодного выпрямителя со средней точкой:

График мостого выпрямителя

График мостого выпрямителя

   При сборке выпрямителя нужно учитывать полярность на выходе диодного моста, если мы подключим электролитический конденсатор неправильно, то рискуем испортить конденсатор и можно считать, что повезло, если этим все ограничится. Поэтому при сборке диодного моста важно помнить одно правило, плюс на выходе с моста всегда будет в точке соединения 2 катодов диодов, а минус в точке соединения анодов. Встречается и такое обозначение на схемах диодного моста:

Еще одно изображение диодного моста

Еще одно изображение диодного моста

   Диодный мост можно собрать как из отдельных диодов, так и взять специальную сборку из 4 диодов, уже соединенных по мостовой схеме, и имеющий 4 вывода. В таком случае остается только подать переменный ток, идущий обычно с вторичной обмотки трансформатора на два вывода моста, а с оставшихся двух выводов снимать плюс и минус. Обычно на самой детали бывает обозначено, где какой вывод у моста. Так выглядит импортный диодный мост:

Фото импортного диодного моста

Фото импортного диодного моста

   На фото далее изображен отечественный диодный мост КЦ405.

Фото диодный мост кц-405

Фото диодный мост кц405

Трехфазные выпрямители

   Существуют и трехфазные трансформаторы. Обычным однофазным диодным мостом с такого трансформатора не получится на выходе постоянный ток. Конечно, если нагрузка небольшая можно подключиться к одной фазе и к нулевому проводу трансформатора, но экономичным такое решение не назовешь.

Фото трехфазного трансформатора

Фото трехфазного трансформатора

   Для трехфазного тока существуют специальные схемы выпрямителей, две таких схемы приведены на рисунках ниже. Первая, известная как схема Миткевича, имеет низкий коэффициент габаритной мощности трансформатора. Эта схема применяется при небольших мощностях нагрузки.

Схема Миткевича

Схема Миткевича

   Вторая схема, известная как Схема Ларионова, нашла широкое применение в электротехнике, так как имеет лучшие технико-экономические показатели по сравнению со схемой Миткевича.

Схема Ларионова

Схема Ларионова

   Схема Ларионова может использоваться как "звезда-Ларионов” и "треугольник-Ларионов”. Вид подключения зависит от схемы подключения трансформатора, либо генератора, с выходом которого соединен этот выпрямитель. Автор статьи - AKV.

   Форум

   Обсудить статью ВЫПРЯМИТЕЛИ


Электронные схемы - двухполупериодные выпрямители

Цепь выпрямителя, которая выпрямляет как положительные, так и отрицательные полупериоды, может называться двухполупериодным выпрямителем, поскольку выпрямляет полный цикл. Конструкция двухполупериодного выпрямителя может быть двух типов. Они есть

  • Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом
  • Мостовой двухполупериодный выпрямитель

Оба из них имеют свои преимущества и недостатки. Давайте теперь рассмотрим как их построение, так и работу с их формами волны, чтобы узнать, какая из них лучше и почему.

Полноволновой выпрямитель с центральным отводом

Цепь выпрямителя, чья вторичная обмотка трансформатора подключена для получения требуемого выходного напряжения, с использованием двух диодов для альтернативного выпрямления полного цикла, называется двухполупериодной цепью выпрямителя с центральным отводом . В отличие от других случаев трансформатор здесь отводится по центру.

Особенности центрирующего трансформатора —

  • Постукивание осуществляется путем вытягивания провода в средней точке вторичной обмотки. При этом эта обмотка делится на две равные половины.

  • Напряжение в повернутой средней точке равно нулю. Это формирует нейтральную точку.

  • Отвод по центру обеспечивает два отдельных выходных напряжения, которые равны по величине, но противоположны по полярности друг другу.

  • Для получения различных уровней напряжений можно вытянуть несколько обмоток.

Постукивание осуществляется путем вытягивания провода в средней точке вторичной обмотки. При этом эта обмотка делится на две равные половины.

Напряжение в повернутой средней точке равно нулю. Это формирует нейтральную точку.

Отвод по центру обеспечивает два отдельных выходных напряжения, которые равны по величине, но противоположны по полярности друг другу.

Для получения различных уровней напряжений можно вытянуть несколько обмоток.

Трансформатор с центральным отводом и двумя выпрямительными диодами используется в конструкции двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом . Принципиальная электрическая схема двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом показана ниже.

Двухполупериодный выпрямитель с центральным касанием

Работа CT-FWR

Работу двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом можно понять по приведенному выше рисунку. Когда прикладывается положительный полупериод входного напряжения, точка М на вторичной обмотке трансформатора становится положительной по отношению к точке N. Это делает диод D1 смещенным в прямом направлении. Следовательно, ток i1 протекает через нагрузочный резистор от A до B. Теперь у нас есть положительные полупериоды на выходе

Работа двухполупериодного выпрямителя CT

Когда прикладывается отрицательный полупериод входного напряжения, точка М на вторичной обмотке трансформатора становится отрицательной по отношению к точке N. Это делает диод D2 смещенным в прямом направлении. Следовательно, ток i2 протекает через нагрузочный резистор от А до В. Теперь у нас есть положительные полупериоды на выходе, даже во время отрицательных полупериодов на входе.

Работа CT FWR

Формы волны CT FWR

Форма входных и выходных сигналов двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом выглядит следующим образом.

Форма входного сигнала двухполупериодного выпрямителя

Из приведенного выше рисунка видно, что выходные данные получены как для положительных, так и для отрицательных полупериодов. Также наблюдается, что выходной сигнал через нагрузочный резистор имеет одинаковое направление для обоих полупериодов.

Пиковое обратное напряжение

Поскольку максимальное напряжение на половине вторичной обмотки составляет Vm, все вторичное напряжение появляется на непроводящем диоде. Следовательно, пиковое обратное напряжение в два раза превышает максимальное напряжение на полу-вторичной обмотке, т.е.

PIV=2Vm

Недостатки

Есть несколько недостатков для выпрямителя с центральным ответвлением, таких как —

  • Расположение центра постукивания сложно
  • Выходное напряжение постоянного тока мало
  • PIV диодов должен быть высоким

Следующим типом двухполупериодной выпрямительной цепи является мостовая двухполупериодная выпрямительная схема .

Мостовой двухполупериодный выпрямитель

Это такая двухполупериодная схема выпрямителя, в которой используются четыре диода, соединенных в виде моста, чтобы не только создавать выходной сигнал в течение полного цикла ввода, но и устранять недостатки двухполупериодной выпрямительной схемы с центральным отводом.

В этой цепи нет необходимости в центральном постукивании трансформатора. Четыре диода, называемые D1, D2, D3 и D4, используются при построении сети мостового типа, так что два из диодов проводят один полупериод, а два — другой полупериод входного питания. Схема мостового двухполупериодного выпрямителя показана на следующем рисунке.

Мостовой выпрямитель

Работа мостового двухполупериодного выпрямителя

Двухполупериодный выпрямитель с четырьмя диодами, соединенными в мостовой схеме, используется для получения лучшего отклика на двухволновом выходе. Когда задан положительный полупериод входного питания, точка P становится положительной по отношению к точке Q. Это делает диод D1 и D3 смещенным в прямом направлении, а D2 и D4 — в обратном направлении. Эти два диода теперь будут последовательно подключены к нагрузочному резистору.

На следующем рисунке это показано вместе с обычным током в цепи.

Работа мостового двухполупериодного выпрямителя

Следовательно, диоды D1 и D3 проводят в течение положительного полупериода входного питания, чтобы создать выходной сигнал вдоль резистора нагрузки. Поскольку два диода работают для получения выходной мощности, напряжение будет вдвое превышать выходное напряжение двухполупериодного выпрямителя с центральным выводом.

Когда задан отрицательный полупериод входного питания, точка P становится отрицательной по отношению к точке Q. Это делает диод D1 и D3 смещенным в обратном направлении, тогда как D2 и D4 смещены в обратном направлении. Эти два диода теперь будут последовательно подключены к нагрузочному резистору.

На следующем рисунке это показано вместе с обычным током в цепи.

Обычный ток

Следовательно, диоды D2 и D4 проводят во время отрицательного полупериода входного питания, создавая выход вдоль нагрузочного резистора. Здесь также два диода работают, чтобы произвести выходное напряжение. Ток течет в том же направлении, что и во время положительного полупериода входа.

Форма волны моста FWR

Форма входных и выходных сигналов двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом выглядит следующим образом.

Форма волны моста FWR

Из приведенного выше рисунка видно, что выходные данные получены как для положительных, так и для отрицательных полупериодов. Также наблюдается, что выходной сигнал через нагрузочный резистор имеет одинаковое направление для обоих полупериодов.

Пиковое обратное напряжение

Всякий раз, когда два из диодов параллельны вторичной обмотке трансформатора, максимальное напряжение вторичной обмотки на трансформаторе появляется в непроводящих диодах, что делает PIV цепи выпрямителя. Следовательно, пиковое обратное напряжение является максимальным напряжением на вторичной обмотке, т.е.

PIV=Vm

преимущества

Мостовой двухполупериодный выпрямитель имеет много преимуществ, таких как —

  • Нет необходимости постукивать по центру.
  • Выходное напряжение постоянного тока в два раза выше, чем у FWR центральных отводов.
  • PIV диодов в два раза меньше, чем у FWR центрального датчика.
  • Конструкция схемы проще с лучшим выходом.

Давайте теперь проанализируем характеристики двухполупериодного выпрямителя.

Анализ двухполупериодного выпрямителя

Чтобы проанализировать схему двухполупериодного выпрямителя, предположим, что входное напряжение Vi равно

Vi=Vm sin omegat

Ток i1 через нагрузочный резистор RL определяется как

i1=Im sin omegat quadдля quad0 leq omegat leq pi

i1= quad0 quad quad quadдля quad pi leq omegat leq2 pi

куда

im= гидроразрываVmRF+RL

Rf — сопротивление диода в состоянии ВКЛ.

Аналогично, ток i2, протекающий через диод D2 и нагрузочный резистор RL, определяется как

i2= quad0 quad quad quadдля quad0 leq omegat leq pi

i2=Im sin omegat quadдля quad pi leq omegat leq2 pi

Общий ток, протекающий через RL, является суммой двух токов i1 и i2, т.е.

I=i1+i2

DC или средний ток

Среднее значение выходного тока, которое показывает амперметр постоянного тока, определяется как

Idc= frac12 pi int2 pi0i1d left( omegat right)+ frac12 pi int2 pi0i2d left( omegat right)

= frac12 pi int pi0Im sin omegatd left( omegat right)+0+0+

 frac12 pi int2 pi0Im sin omegatd left( omegat right)

= fracIm pi+ fracIm pi= frac2Im pi=0.636Im

Это вдвое превышает значение полуволнового выпрямителя.

Выходное напряжение постоянного тока

Выходное напряжение постоянного тока на нагрузке определяется как

Vdc=Idc timesRL= frac2ImRL pi=0.636ImRL

Таким образом, выходное напряжение постоянного тока в два раза выше, чем у полуволнового выпрямителя.

RMS Current

Среднеквадратичное значение тока определяется как

Irms= left[ frac1 pi int pi0t2d left( omegat right) right] гидроразрыва12

Поскольку ток имеет две одинаковые формы в двух половинах

= left[ fracI2m pi int pi0 sin2 omegatd left( omegat right) right] frac12

= гидроразрываim SQRT2

Эффективность выпрямителя

Эффективность выпрямителя определяется как

 ета= гидроразрываР−постоянногоР−ас

Сейчас,

Pdc= left(Vdc right)2/RL= left(2Vm/ pi right)2

А также,

Pac= left(Vrms right)2/RL= left(Vm/ sqrt2 right)2

Следовательно,

 eta= fracPdcPac= frac left(2Vm/ pi right)2 left(Vm/ sqrt2 right)2= гидроразрыва8 р2

=0,812=81,2%

Эффективность выпрямителя можно рассчитать следующим образом:

Выходная мощность постоянного тока,

Pdc=I2dcRL= frac4I2m pi2 timesRL

Входная мощность переменного тока,

$$ P_ {ac} = I_ {rms} ^ {2} \ left (R_f + R_L \ right) = \ frac {I_ {m} ^ {2}} {2} \ left (R_f + R_L \ right) $ $

Следовательно,

 eta= frac4I2mRL/ pi2I2m left(Rf+RL right)/2= frac8 pi2 fracRL left(Rf+RL right)

= \ frac {0.812} {\ left \ {1+ \ left (R_f / R_L \ right) \ right \}}

Следовательно, процентная эффективность

= frac0.8121+ left(Rf+RL right)

=81.2% quadifRf=0

Таким образом, двухполупериодный выпрямитель имеет эффективность, в два раза превышающую эффективность полуволнового выпрямителя.

Пульсационный фактор

Форм-фактор выпрямленного выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя задается

F= гидроразрываIэффIпостоянноготока= гидроразрываim/ SQRT22Im/ р=1,11

Коэффициент пульсации  gamma определяется как (с использованием теории цепей переменного тока)

 gamma= left[ left( fracIrmsIdc right)−1 right] frac12= left(F2−1 справа) frac12

= left[ left(1.11 right)2−1 right] frac12=0,48

Это значительное улучшение по сравнению с коэффициентом пульсации полуволнового выпрямителя, равным 1,21.

регулирование

Выходное напряжение постоянного тока определяется как

Vdc= frac2ImRL pi= frac2VmRL pi left(Rf+RL right)

= frac2Vm pi left[1− fracRfRf+RL right]= frac2Vm pi−IdcRf

Коэффициент использования трансформатора

TUF полуволнового выпрямителя составляет 0,287

В выпрямителе с центральным отводом имеются две вторичные обмотки, и, следовательно, TUF двухполупериодного выпрямителя с центральным выводом

 left(TUF right)avg= fracPdcVAрейтингofaтрансформатор

= frac left(TUF right)p+ left(TUF right)s+ left(TUF right)s3

= гидроразрыва0,812+0,287+0,2873=0,693

Полуволна против полноволнового выпрямителя

Изучив все значения различных параметров двухполупериодного выпрямителя, давайте просто попробуем сравнить и сопоставить особенности полуволновых и двухполупериодных выпрямителей.

Однофазные схемы выпрямления — Студопедия

При небольшой мощности нагрузки (до нескольких сотен ватт) преобразование переменного тока в постоянный осуществляют с помощью однофазных выпрямителей, питающихся от одно­фазной сети переменного тока. Такие выпрямители предназначе­ны для питания постоянным током различных устройств про­мышленной электроники, обмоток возбуждения двигателей постоянного тока небольшой и средней мощности и т.д.

Однофазная однополупериодная схема выпрямления

Сущность процесса выпрямления рассмотрим на примере простейшей однофазной однополупериодной (однотактной) схемы выпрямления. В этой схеме (рисунок 76) трансформатор имеет одну вторичную обмотку, напряжение u2которой изме­няется по синусоидальному закону. Ток в цепи нагрузки проходит только в положительные полупериоды, когда точка а вторичной обмотки, к которой присоединен анод вентиля V1, имеет положительный потенциал относительно точ­ки b, к которой через нагрузку присоединен катод.

В результа­те напряжение u2оказывается приложенным к резистору Rd, через который начинает протекать ток нагрузки id.

Поскольку при активной нагрузке ток по фазе совпадает с напряжением, вентиль V1 будет пропускать ток до тех пор, пока напряжение u2 не снизится до нуля. В отрицательные полупериоды (интервал времени t1 – t2 на рис. 76) к вентилю V1 прикладывается все напряжение источника U2. Оно является для диода обрат­ным, и он будет закрыт.

Таким образом, на резисторе Rd будет пульсирующее напря­жение udтолько одной полярности, т.е. выпрямленное напряжение, которое будет описываться положительными полуволнами напряжения u2 вторичной обмотки трансформато­ра Т. Ток в нагрузке id проходит в одном направлении, но име­ет также пульсирующий характер и представляет собой выпрямленный ток.


Рисунок 76 - Однофазный однополупериодный выпрямитель: схема и диаграммы напряжений и токов на элементах схемы

Выпрямленные напряжения udи ток id содержат постоянную (полезную) составляющую Ud, Id и переменную составля­ющую (пульсации). Качественная сторона работы выпрямителя оценивается соотношениями между полезной со­ставляющей и пульсациями напряжения и тока. Коэффициент пульсаций данной схемы составляет 1,57.

Для однополупериодной схемы справедливы следующие соотношения между напряжениями, токами и мощностями в отдельных элементах вы­прямителя по отношению к соответствующим средним значениям на нагрузке.


Среднее за период значение выпрямленного напряжения при идеаль­ных вентилях и трансформаторе

Ud = 0,45 U2

Максимальное значение обратного напряжения на вентиле

Uобр.max = √2U2 = 3,14Ud

где U2 - действующее значение напряжения вторичной обмотки тран­сформатора Т

Среднее значение тока, протекающего через вентиль и нагрузку

Iв.ср= Id= Im,

где Im = Um/Rd - амплитуда тока цепи.

Действующее значе­ние тока цепи

I2 = Im /2

Таким образом, в однополупериодной схеме выпрямления среднее значение выпрямленного тока в π раз меньше его амплитуды, а действу­ющее значение - в 2 раза меньше амплитуды тока.

Средняя мощность, отдаваемая в нагрузку, определяется

Pd = UdId

Расчетную (типовую) мощность Sт трансформатора, определяющую его габариты, можно представить как полусумму расчетных мощностей первичной S1 = U1I1 и вторичной S2 = U2I2 обмоток, т.е.

Sт = (S1 + S2) /2 = 3,09Pd

Следовательно, расчетная мощность трансформатора, работающего на выпрямитель, больше мощности в нагрузке в 3,09 раза, так как во вто­ричной обмотке проходит несинусоидальный ток, имеющий постоянную и переменные составляющие, а в первичной обмотке кроме тока основной частоты f1- токи высших гармоник. По отношению к сети питания эти токи являются реактивными и, не создавая полезной мощ­ности, лишь нагревают обмотки трансформатора выпрямителя. Наличие во вторичной обмотке постоянной составляющей тока Id увеличивает степень насыщения магнитпровода трансформатора, что вызывает воз­растание тока холостого хода, и как следствие этого возникает необхо­димость в завышении расчетной мощности трансформатора.

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора определяется формулой

I2 = 1,57Id

Действующее значение напряжения вторичной обмотки

U2 = 2,22Ud

Действующее значение тока первичной обмотки с учетом коэффициен­та трансформации трансформатора n = U1/U2равно

I1 = I2/n

Недостатки этой схемы выпрямления следующие: плохое ис­пользование трансформатора, большое обратное напряжение на вентилях, большой коэффициент пульсации выпрямленного напряжения.

Достоинства выпрямителя: простота схемы и пи­тающего трансформатора; применяется только один вентиль или одна группа последовательно соединенных вентилей.

Двухполупериодная однофазная схема со средней точкой

Схема (рис. 77) состоит из трансформатора Т, имеющего одну первичную и две последовательно соединенные вторичные обмотки с выводом общей (нулевой) точки у этих обмоток. Коэффициент трансформации nопределяется отноше­нием U1/U2,где U2 - напряжение каждой из вторичных обмо­ток (фазные напряжения), сдвинутые относительно друг друга на 180°.

Свободные концы вторичных обмоток а и Ь присоединяются к анодам вентилей V1 и V2, катоды которых соединяются вместе. Нагрузка Rdвключается между катодами вентилей, ко­торые являются положительным полюсом выпрямителя, и нуле­вым выводом 0 трансформатора, который служит отрицатель­ным полюсом.

Рисунок 77 - Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой: схема и диаграммы напряжений и токов на элементах схемы

Вентили в этой схеме, как и вторичные обмотки трансформа­тора, работают поочередно, пропуская в нагрузку ток при по­ложительных значениях анодных напряжений u2a и u2b.

Действительно, при изменении напряжения в точках а и b, в тот полупериод, когда напряжение в обмотке положительно, ток проводит вентиль V1, анод ко­торого положителен по отношению к катоду, связанному через резистор Rdс точкой 0 вторичных обмоток. Анод вентиля V2, так же как вывод b обмотки 0b, в этот полупериод (t0-t1) отрицателен по отношению к нулевому выводу 0 и, следователь­но, тока не пропускает.

В следующий полупериод (интервал времени t1-t2 на рис. 77), когда напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора изменяют свою полярность на обратную, ток бу­дет пропускать вентиль V2. Врезультате к нагрузке Rdбудет те­перь приложено напряжение u2b, а ток id будет равен току iв2 вентиля V2. Вентиль V1 выключится, так как к нему будет при­ложено обратное напряжение. Спустя полупериод, начиная с момента времени t2, процесс повторяется: ток будет прово­дить вентиль V1, а вентиль V2 выключится и т.д.

Ток idв нагрузке все время течет в одном направлении - от катодов вентилей к нулевой точке 0 вторичных обмоток тран­сформатора, и на резисторе Rd появляется выпрямленное пуль­сирующее напряжение uсодержащее постоянную и перемен­ную составляющие.

Для однофазной нулевой схемы справедливы следующие соотношения между напряжениями, токами и мощностями в отдельных элементах вы­прямителя.

Среднее значение выпрямленного напряжения

Ud = 0,9U2,

где U2 - действующее значение напряжения на вторичной полуобмотке,

U2 = 1,11 Ud

Среднее значение выпрямленного тока в нагрузке

Id = Ud/Rd

Среднее значение тока через каждый вентиль в 2 раза меньше тока Id, проходящего через нагрузку, т.е.

Iв.ср = 0,5Id

Действующее значение тока вентиля Iв равно действующему значению тока вторичной обмотки трансформатора I2 и определяется формулой

I2 = 1,57 Iв.ср

Вентиль, не работающий в отрицательную часть периода, оказывается под воздействием обратного напряжения, равного двойному фазному напряжению 2U2. Максимальное значение обратного напряжения

Uобр.max = 2√2U2 = 3,14Ud

Действующее значение тока первичной обмотки с учетом коэффи­циента трансформации n,выраженное через ток Id,

I1 = √2 I2/n = 1.11 Id/n

Расчетные мощности обмоток трансформатора определяют по произ­ведениям действующих значений токов и напряжений: S1 = U1I1 = 1,23 Pd и S2 = 2U2I2= 1,74Pd, а типовую мощность — как полусум­му мощностей S1 и S2, т.е.

ST = (S1 + S2)/2 = 1,48Pd

Оценка качества выпрямленного напряжения производится посредством коэффициента пульсации, который представляет собой отношение амплитуды первой (основной) гармонической Ud1m, как наибольшей из всех остальных к среднему значению напряжения Udи определяется по формуле

q = Ud1m / Ud = 2/(m2 -1)

где m - число фаз выпрямления, т.е. число полуволн выпрям­ленного напряжения, приходящихся на один период переменно­го тока, питающего выпрямитель.

Для рассматриваемой схемы частота первой гармоники пуль­сации fn1 = 2fпри частоте питающей сети fc = 50 Гц состав­ляет 100 Гц. Подставляя в последнею формулу m = 2, определяем коэффици­ент пульсации: q = 0,67.

Однофазная мостовая схема

Состоит из трансформатора Т сдвумя обмотками и четырех диодов V1 - V4, соединенных по схеме моста (рисунок 78, а). К одной диагонали моста (точки 1,3) присоединяется вторичная обмотка, а в другую (точки 2, 4) включается нагрузка Rd. Общая точка катодов вентилей V1 и V2 является положительным полюсом выпрямителя, а отрица­тельным - точка связи анодов вентилей V3 и V4.

Вентили в этой схеме работают парами поочередно. В положи­тельный полупериод напряжения uсоответствующая поляр­ность которого обозначена без скобок, проводят ток вентили V1 и V3, а к вентилям V2 и V4 прикладывается обратное напряжение, и они закрыты. В отрицательный полупериод напря­жения u2 будут проводить ток вентили V2 и V4, а вентили VI и V3 закрыты и выдерживают обратное напряжение uобр = u2.

Рисунок 78 - Однофазный мостовой выпрямитель:

а - схема включения; б и в — временные диаграммы напряжений и токов на элементах схемы

Далее указанные процессы периодически повторяются. Диаг­раммы токов и напряжений на элементах схемы (рис. 78, в) будут такими же, как для однофазного двухполупериодного выпрямителя со средней точкой.

Ток idвнагрузке проходит все время в одном направле­нии — от соединенных катодов диодов VI и V2 к анодам дио­дов V3 и V4. Ток I2 во вторичной обмотке трансформатора (рисунок 78, б) меняет свое направление каждые полпериода и будет синусоидальным. Постоянной составляющей тока во вторичной обмотке нет. Следовательно, не будет подмагничивания сердеч­ника трансформатора постоянным магнитным потоком. Ток i1 в первичной обмотке трансформатора также синусоидальный.

Средние значения выпрямленного напряжения Udи тока Iв.ср через вентиль в этой схеме получаются такими же, как и в двухполупериодной схеме с нулевой точкой.

Обратное напряжение, приложенное к закрытым вентилям, определяется напряжением U2вторичной обмотки трансформа­тора, так как не работающие в данный полупериод вентили ока­зываются присоединенными ко вторичной обмотке трансформа­тора Т через два других работающих вентиля, падением напря­жения в которых можно пренебречь. Следовательно,

Uобр.max = √2U2 = 1,57Ud

Токи во вторичной и первичной обмотках трансформатора определяются по формулам

I2 = U2/Rd I1 = I2/n

Типовая мощность трансформатора

ST = 1,23Pd

На рисунке 79 также представлена однофазная мостовая схема, аналогичная рассмотренной. Чаще всего именно так изображается мостовое включение выпрямительных диодов.

 
 

 

Рисунок 79 – Схема однофазного мостового выпрямителя

Сравним достоинства двухполупериодных однофазных схем выпрямления.

Однофазная нулевая схема:

1) Число вентилей в 2 раза меньше, чем в однофазной мосто­вой.

2) Потери мощности в выпрямителе будут меньше, так как в нулевой схеме ток проходит через один вентиль, а в мостовой - последовательно через два.

Однофазная мостовая схема:

1) Амплитуда обратного напряжения на вентилях в 2 раза меньше, чем в нулевой схеме.

2) Вдвое меньше напряжение (число витков) вторичной обмотки трансформатора при одинаковых значениях напряжения Ud

3) Трансформатор имеет обычное исполнение, так как нет вы­вода средней точки на вторичной обмотке.

4) Расчетная мощность трансформатора на 25% меньше, чем в нулевой схеме, следовательно, меньше расходуется меди и железа, меньше будут размеры и масса.

Данная схема выпрямителя может работать и без трансфор­матора, если напряжение сети U1 подходит по значению для по­лучения необходимого напряжения Udи не требуется изоляции цепи выпрямленного тока от питающей сети.

Трёхфазные схемы выпрямления

Питание постоянным током потребителей средней и большой мощности производится от трехфазных выпрямителей, применение которых снижает загрузку вентилей по току, уменьшает коэффициент пульсаций и повы­шает частоту пульсации выпрямленного напряжения, что облег­чает задачу его сглаживания.

Трехфазная схема выпрямления с нулевым выводом (или трехфазная нулевая)

К сети трехфазного тока подключен тран­сформатор Т, три первичные обмотки которого могут быть сое­динены в звезду или треугольник, вторичные обмотки - только в звезду (рисунок 80, а). Свободные концы а, Ь, с каждой из фаз вторичной обмотки присоединяются к анодам вентилей VI, V2, V3. Катоды вентилей соединяются вместе и служат положи­тельным полюсом для цепи нагрузки Rd, а нулевая точка 0 вторичной обмотки трансформатора — отрицательным полюсом.

Рисунок 80 - Трехфазный выпрямитель с нулевой точкой:

а - схема соединения обмоток трансформатора и вентилей;

6 - г- диаграммы напряжений и токов на элементах

Из временной диаграммы на рисуноке 80 видно, что напряжения u2a,u2b,u сдвинуты по фазе на одну треть периода (Т/3или 120°) и в течение этого интервала напряжение одной фазы выше напряжения двух других фаз относительно нулевой точки трансформатора. Ток через вентиль, связанную с ним вторич­ную обмотку и нагрузку будет протекать в течение той трети периода, когда напряжения в данной фазе больше, чем в двух других. Работающий вентиль прекращает проводить ток тогда, когда потенциал его анода становится ниже общего потенциала катодов, и к нему прикладывается обратное напряжение.

Переход тока от одного вентиля к другому (коммутация то­ка) происходит в момент пересечения кривых фазных напряже­ний (точки а, б, в и г на рис. 80, б). Выпрямленный ток idпроходит через нагрузку Rd непрерывно (рис. 80, в).

Напряжение udна выходе выпрямителя в любой момент вре­мени равно мгновенному значению напряжения той вторичной обмотки, в которой вентиль открыт, и выпрямленное напряже­ние представляет собой огибающую верхушек синусоид фазных напряжений u трансформатора Т.

Следовательно, анодный ток будет иметь форму прямо­угольника с основанием Т/3, ограниченного сверху отрезком си­нусоиды. На рисунке 80, г изображен ток фазы а, токи фаз б и с изображаются подобными кривыми, сдвинутыми на 120° от­носительно друг друга.

Для трехфазной нулевой схемы выпрямления характерны следующие соотношения между напряжениями, токами и мощностями в отдельных элементах выпрямителя.

Среднее значение выпрямленного напряжения

Ud = 1,17U,

где U - действующее значение фазного напряжения на вторичной об­мотке трансформатора.

Выпрямленное напряжение udсодержит постоянную составляющую Udи наложенную на нее переменную составляющую, имеющую трехкратную частоту по отношению к частоте сети. Коэффициент пульса­ций напряжения на выходе выпрямителя

q = 2/(m2 -1) = 2/(32 -1) = 0,25

Обратное напряжение Uобр приложенное к неработающему вентилю, равно междуфазному (линейному) напряжению вторичных обмоток тран­сформатора, так как анод закрытого вентиля присоединен к одной из фаз, а катод через работающий вентиль присоединен к другой фазе вто­ричной обмотки Т. На рисунок 80, г показана кривая обратного напряжения Uобр между анодом и катодом вентиля V1.

Максимальное значение Uобр равно амплитуде линейного напряжения на вторичных обмотках трансформатора, т.е.

Uобр.max = √3 √2 U = 2,09Ud

Каждый вентиль в данной схеме работает 1 раз за период в течение Т/3. Следовательно, среднее значение тока через вентиль в 3 раза меньше тока нагрузки, т.е.

Iв.ср = (1 /3)Id

Действующее значение токов во вторичной обмотке I2 и вентиля Iв,д определяется формулой

I2 = Iв,д = √3Iв.ср = 0,585 Id

Таким образом, в данной схеме токи вторичных обмоток имеют пуль­сирующий характер и содержат постоянные составляющие.

Среднее значение тока через каждый вентиль в 3 раза меньше тока Id

Iв.ср = 0,33Id

При одинаковом числе фаз первичной и вторичной обмоток трансфор­матора и одинаковых схемах соединения обмоток (звез­да-звезда) действующее значение первичного фазного тока I1меньше при­веденного значения вторичного фазного тока I2, так как в кривой тока первичной обмотки отсутствует постоянная составляющая, которая не трансформируется, т.е.

I1 ≈ 1/n 0,47Id

Поочередное прохождение однонаправленных токов по вторичным об­моткам трансформатора, которые не полностью компенсируются токами первичной обмотки, создает в стержнях сердечника поток Фо одного на­правления, значение которого составляет 20-25% основного магнитно­го потока Фв трансформатора и который изменяется с тройной частотой в соответствии с пульсацией анодного тока.

На­личие потока однонаправленного или вынужденного подмагничивания Фо в сердечнике приводит к увеличению тока холостого хода, в резуль­тате чего сердечник трансформатора насыщается, а в стальной арматуре возникают дополнительные тепловые потери. Помимо насыщения сердеч­ника трансформатора такой поток приводит к значительному возраста­нию падения напряжения в обмотках, что вызывает резкое уменьшение среднего значения выпрямленного напряжения.

Устранить эти нежелательные явления можно либо увеличением сече­ния сердечника трансформатора, а следовательно, и типовой мощности трансформатора, либо уменьшением амплитуды основного потока Фв. При заданной мощности трансформатора это приводит к увеличению раз­меров магнитной системы и влечет за собой повышение не только массы стали, но и массы обмоток трансформатора, поскольку с повышением пе­риметра сечения сердечника растет и средняя длина витка у обмоток.

Типовая мощность трансформатора при соединении вторичных обмо­ток в звезду

Sт = (S1 + S2) /2 = 1,35Pd

Трехфазная мостовая схема выпрямления

Выпрямитель в данной схеме состоит их трансформатора, первичные и вторич­ные обмотки которого соединяются в звезду или треугольник, и шести диодов, которые разделены на две группы (рис. 81, а):

1) катодную, или нечетную (диоды V1, V3 и V5), в которой электрически связаны катоды вентилей и общий вы­вод их является положительным полюсом для внешней цепи, а аноды присоединены к выводам вторичных обмоток тран­сформатора;

2) анодную, или четную (диоды V2, V4 и V6), в ко­торой электрически связаны между собой аноды вентилей, а катоды соединяются с анодами первой группы.

Общая точка связи анодов является отрицательным полюсом для внешней цепи. Нагрузка подключается между точками соединения катодов и анодов вентилей, т.е. к диагонали выпрямленного моста.

Катодная группа вентилей повторяет режим работы трехфаз­ной нулевой схемы. В этой группе вентилей в течение каждой трети периода работает вентиль с наиболее высоким потенциа­лом анода (рис. 81, 6). В анодной группе в данную часть периода работает тот вентиль, у которого катод имеет наиболее отрица­тельный потенциал по отношению к общей точке анодов.

Вентили катодной группы открываются в момент пересече­ния положительных участков синусоид (точки а, 6, в и г на рис. 81, 6), а вентили анодной группы - в момент пересечения отрицательных участков синусоид (точки к, л, м и н). Каждый из вентилей работает в течение одной трети периода (Т/3, или 2π/3).

Рисунок 81 - Трехфазная мостовая схема выпрямителя:

а - схема соединения элементов; б - в-временные диаграммы на­пряжений и токов

При мгновенной коммутации тока в трехфазной мостовой схеме в любой момент времени проводят ток два вентиля - один из катодной, другой из анодной группы, при этом любой вентиль одной группы работает поочередно с двумя вентилями другой группы, соединенными с разными фазами вторичной обмотки (рис. 81, г и д). Иными словами, проводить ток будут те два накрест лежащих вентиля выпрямительного моста, между которыми действует в проводящем направлении наибольшее линейное напряжение u. Например, на интервале времени t1 – t2ток проводят вентили V1, V6, на интервале t2 - t3—вен­тили V1, V2, на интервале t3 – t4 - вентили V3, V2 и т.д. Та­ким образом, интервал проводимости каждого вентиля состав­ляет 2π/3, или 120° (рис. 81, е), а интервал совместной ра­боты двух вентилей равен π/3, или 60°. За период напряжения питания Т = 2πпроисходит шесть переключений вентилей (шесть тактов), в связи с чем такую схему выпрямления часто называют шестипульсной.

Следует отметить, что нумерация вентилей в данной схеме не носит случайный характер, а соответствует порядку их вступле­ния в работу при условии соблюдения фазировки трансформа­тора. Через каждую фазу трансформато­ра ток i2 будет проходить в течение 2/3 периода: 1/3 периода - положительный и 1/3 - отрицательный. Ток idв нагрузке все время проходит в одном направлении. Контур тока нагрузки при открытых вентилях V1 и V6 показан на схеме (рис. 81, а) тонкой черной линией.

Выпрямленное напряжение ud в этой схеме описывается верх­ней частью кривых междуфазных (линейных) напряжений (рис. 81, е). Частота пульсаций кривой ud равна 6f1,коэффи­циент пульсаций напряжения на выходе выпрямителя

q = 2/(m2 -1) = 2/(62 -1) = 0,25= 0,057

Обратное напряжение на закрытом вентиле определяется разностью потенциалов его катода и анода. Максимальное зна­чение обратного напряжения на вентиле в трехфазной мостовой схеме равно амплитуде линейного напряжения вторичной обмот­ки трансформатора, т.е. Uo6p.max = √2 U = 1,05 Ud.При открытом состоянии двух вентилей выпрямительного моста другие четы­ре вентиля закрыты приложенным к ним обратным напряже­нием. Выпрямленный ток id при работе на чисто активную нагруз­ку полностью повторяет кривую напряжения ud.

Напряжение на нагрузке по сравнению с трехфазной схемой с нулевым выводом получается вдвое большим. Это объясняется тем, что трехфазная мостовая схема выпрямителя представляет собой как бы две трехфазные схемы с нулевым выводом, выходы которых вклю­чены последовательно. Это сокращает число витков вторичных обмоток трансформатора и снижает требования к изоляции.

U2 = π/3√6 = 0,425Ud

Среднее значение тока через каждый вентиль в 3 раза меньше тока Id

Iв.ср = 0,33Id

Токи во вторичной и первичной обмотках трансформатора определяются по формулам

I2 = Iв,д = √(2/3) = 0,585Id I1 = I2/n

Типовая мощность трансформатора

ST = π/3 Pd = 1,045Pd

Мостовой выпрямитель

- его эксплуатация, преимущества и недостатки

В полноволновом мостовом выпрямителе вместо трансформатора с центральным отводом используется обычный трансформатор. Схема образует мост, соединяющий четыре диода D 1 , D 2, D 3 и D 4 . Принципиальная электрическая схема мостового выпрямителя приведена ниже.

FULL-WAVE-BRIDGE-RECTIFIER-FIG-1

Содержание:

Источник переменного тока, который должен быть выпрямлен, подается по диагонали к противоположным концам моста.Принимая во внимание, что нагрузочный резистор R L подключен через оставшиеся две диагонали противоположных концов моста.

Работа двухполупериодного мостового выпрямителя

Когда источник переменного тока включен, переменное напряжение V в появляется на клеммах AB вторичной обмотки трансформатора, который требует выпрямления. Во время положительного полупериода вторичного напряжения конец A становится положительным, а конец B становится отрицательным, как показано на рисунке ниже.

FULL-WAVE-BRIDGE-RECTIFIER-FIG-2

Диоды D 1 и D 3 имеют прямое смещение, а диоды D 2 и D 4 смещены в обратном направлении. Следовательно, диоды D 1 и D 3 проводят, а диоды D 2 и D 4 не проводят. Ток (i) протекает через диод D 1 , нагрузочный резистор R L (от М до L), диод D 3 и вторичный трансформатор. Форма волны двухполупериодного мостового выпрямителя показана ниже.

FULL-WAVE-BRIDGE-RECTIFIER-FIG-3

Во время отрицательного полупериода конец A становится отрицательным, а конец B - положительным, как показано на рисунке ниже.

FULL-WAVE-BRIDGE-RECTIFIER-FIG-4

Из вышеприведенной диаграммы видно, что диоды D 2 и D 4 находятся под прямым смещением, а диоды D 1 и D 3 имеют обратное смещение. Следовательно, диоды D 2 и D 4 проводят, а диоды D 1 и D 3 не проводят. Таким образом, ток (i) протекает через диод D 2 , нагрузочный резистор R L (от М до L), диод D 4 и вторичный трансформатор.

Ток проходит через нагрузочный резистор R L в одном и том же направлении (от M до L) в течение обоих полупериодов. Следовательно, выходное напряжение постоянного тока V из получается через нагрузочный резистор.

Пиковое обратное напряжение двухполупериодного мостового выпрямителя

Когда вторичное напряжение достигает своего максимального положительного значения, а клемма A положительна, а B отрицательна, как показано на принципиальной схеме ниже.

FULL-WAVE-BRIDGE-RECTIFIER-FIG-5

В этот момент диод D 1 и D 3 смещены в прямом направлении и проводят ток.Таким образом, клемма M достигает того же напряжения, что и A 'или A, тогда как клемма L достигает того же напряжения, что и напряжение B' или B. Следовательно, диоды D 2 и D 4 смещены в обратном направлении, а пик максимума обратный напряжение на них обоих составляет V м .

Следовательно,

Full wave bridge rectifier eq 1

Преимущества двухполупериодного мостового выпрямителя

  • Центральный трансформатор отводится.
  • Выходная мощность в два раза выше, чем у двухполупериодного выпрямителя с центральным выводом для того же вторичного напряжения.
  • Пиковое обратное напряжение на каждом диоде составляет половину центральной отводной цепи диода.

Недостатки двухполупериодного мостового выпрямителя

  • Для этого нужны четыре диода.
  • Цепь не подходит, когда требуется выпрямить небольшое напряжение. Это связано с тем, что в этом случае два диода соединены последовательно и обеспечивают двойное падение напряжения из-за их внутреннего сопротивления.

См. Также: Половолновой и Полноволновой Выпрямитель

,

Теория мостового выпрямителя с рабочим режимом

Bridge Rectifier Bridge Rectifier Мостовой выпрямитель

Мостовой выпрямительный контур является общей частью электронных источников питания. Многие электронные схемы требуют выпрямленного источника постоянного тока для питания различных электронных базовых компонентов от доступной сети переменного тока. Мы можем найти этот выпрямитель в самых разнообразных электронных силовых устройствах переменного тока, таких как бытовая техника, контроллеры двигателей, процесс модуляции, сварочные работы и т. Д.

Что такое мостовой выпрямитель?

Мостовой выпрямитель - это преобразователь переменного тока в постоянный ток (DC), который выпрямляет вход переменного тока переменного тока в выход постоянного тока.Мостовые выпрямители широко используются в источниках питания, которые обеспечивают необходимое постоянное напряжение для электронных компонентов или устройств. Они могут быть выполнены с четырьмя или более диодами или любыми другими управляемыми твердотельными переключателями.
В зависимости от требований тока нагрузки выбирается правильный мостовой выпрямитель. При выборе источника питания выпрямителя для применения в соответствующих электронных схемах учитываются номинальные характеристики и характеристики компонентов, напряжение пробоя, диапазоны температур, номинальные значения переходного тока, номинальные значения прямого тока, требования к монтажу и другие факторы.


Типы мостовых выпрямителей

Невестовые выпрямители подразделяются на несколько типов в зависимости от следующих факторов: тип питания, возможности управления, конфигурации коммутационных цепей и т. Д. Мостовые выпрямители в основном подразделяются на однофазные и трехфазные выпрямители. Оба эти типа далее классифицируются на неконтролируемые, полууправляемые и полностью контролируемые выпрямители. Некоторые из этих типов выпрямителей описаны ниже.

1. Однофазные и трехфазные выпрямители

Single Phase and Three Phase Rectifiers Single Phase and Three Phase Rectifiers Однофазные и трехфазные выпрямители

Характер поставки, т.е.однофазное или трехфазное питание решает эти выпрямители. Однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов для преобразования переменного тока в постоянный, тогда как трехфазный выпрямитель использует шесть диодов, как показано на рисунке. Это могут быть снова неконтролируемые или управляемые выпрямители в зависимости от компонентов схемы, таких как диоды, тиристоры и так далее.

2. Неконтролируемые мостовые выпрямители

PCBWay PCBWay
Uncontrolled Bridge Rectifiers Uncontrolled Bridge Rectifiers Неконтролируемые мостовые выпрямители

Этот мостовой выпрямитель использует диоды для выпрямления входа, как показано на рисунке.Поскольку диод является однонаправленным устройством, которое позволяет току течь только в одном направлении. При такой конфигурации диодов в выпрямителе она не позволяет изменять мощность в зависимости от требуемой нагрузки. Таким образом, этот тип выпрямителя используется в постоянных или фиксированных источниках питания.

3. Управляемый мостовой выпрямитель

Controlled Bridge Rectifier Controlled Bridge Rectifier Управляемый мостовой выпрямитель

В этом типе выпрямителя, преобразователя переменного / постоянного тока или выпрямителя - вместо неуправляемых диодов, управляемых твердотельных устройств, таких как SCR, MOSFET, IGBT и т. Д.используются для изменения выходной мощности при разных напряжениях. При запуске этих устройств в различные моменты выходная мощность на нагрузке соответствующим образом изменяется.

Принципиальная схема мостового выпрямителя

Основным преимуществом мостового выпрямителя является то, что он выдает почти удвоенное выходное напряжение, как в случае двухполупериодного выпрямителя с использованием трансформатора с центральным отводом. Но эта схема не нуждается в трансформаторе с центральным отводом, поэтому она напоминает недорогой выпрямитель.

Принципиальная схема мостового выпрямителя состоит из различных ступеней таких устройств, как трансформатор, диодный мост, фильтрация и регуляторы.Как правило, все эти комбинации блоков называются регулируемым источником питания постоянного тока, который питает различные электронные приборы.

Первая ступень схемы представляет собой трансформатор понижающего типа, который изменяет амплитуду входного напряжения. В большинстве электронных проектов используется трансформатор 230/12 В для снижения напряжения в сети переменного тока 230 В до 12 В.

Bridge Rectifier Circuit Diagram Bridge Rectifier Circuit Diagram Принципиальная схема мостового выпрямителя

Следующий этап - диодно-мостовой выпрямитель, который использует четыре или более диода в зависимости от типа мостового выпрямителя.Выбор конкретного диода или любого другого переключающего устройства для соответствующего выпрямителя требует некоторых соображений относительно устройства, таких как пиковое обратное напряжение (PIV), прямой ток If, номинальное напряжение и т. Д. Он отвечает за создание однонаправленного или постоянного тока в нагрузке путем проведения набор диодов для каждого полупериода входного сигнала.

Поскольку выходной сигнал после выпрямительных диодных мостов имеет пульсирующий характер, и для его производства в виде чистого постоянного тока необходима фильтрация. Фильтрация обычно выполняется с одним или несколькими конденсаторами, подключенными к нагрузке, как вы можете видеть на рисунке ниже, где выполняется сглаживание волны.Эта емкость конденсатора также зависит от выходного напряжения.

Последней ступенью этого регулируемого источника постоянного тока является регулятор напряжения, который поддерживает выходное напряжение на постоянном уровне. Предположим, что микроконтроллер работает при 5 В постоянного тока, но выходной сигнал после мостового выпрямителя составляет около 16 В, поэтому для снижения этого напряжения и поддержания постоянного уровня - независимо от изменений напряжения на входной стороне - необходим регулятор напряжения.

Работа мостового выпрямителя

Как мы уже говорили выше, однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, и эта конфигурация подключена к нагрузке.Чтобы понять принцип работы мостового выпрямителя, мы должны рассмотреть схему ниже для демонстрационных целей.

Во время положительного полупериода входного сигнала переменного тока диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении, а D3 и D4 - в обратном направлении. Когда напряжение, превышающее пороговый уровень диодов D1 и D2, начинает проводить - через него начинает течь ток нагрузки, как показано красной линией на схеме ниже.

Bridge Rectifier Operation Bridge Rectifier Operation Работа мостового выпрямителя

Во время отрицательного полупериода входного сигнала переменного тока диоды D3 и D4 смещены в прямом направлении, а D1 и D2 - в обратном смещении.Ток нагрузки начинает протекать через диоды D3 и D4, когда эти диоды начинают проводить, как показано на рисунке.

Мы можем заметить, что в обоих случаях направление тока нагрузки одинаково, то есть сверху вниз, как показано на рисунке, - так однонаправлено, что означает постоянный ток. Таким образом, при использовании мостового выпрямителя входной переменный ток преобразуется в постоянный ток. Выход на нагрузку с этим мостиковым волновым выпрямителем носит пульсирующий характер, но для получения чистого постоянного тока требуется дополнительный фильтр типа конденсатора.Та же операция применима для разных мостовых выпрямителей, но в случае управляемых выпрямителей для запуска тока необходимо подать ток на нагрузку.

Это все о теории мостовых выпрямителей, ее типах, схемах и принципах работы. Мы надеемся, что этот полезный вопрос по этой теме будет полезен при создании проектов для электроники или электрики учащихся, а также при наблюдении за различными электронными устройствами или приборами. Благодарим Вас за внимание и внимание к этой статье.И поэтому, пожалуйста, напишите нам, чтобы выбрать необходимые характеристики компонентов в этом мостовом выпрямителе для вашего приложения и для любых других технических рекомендаций.

Фото Кредиты:

.
Однофазный мостовой выпрямитель - проект электроники

Однофазный мостовой выпрямитель

Это наиболее часто используемая цепь для электронных источников питания постоянного тока. Для него требуется четыре диода, но используемый трансформатор не имеет центральных отводов и имеет максимальное напряжение V SM. Двухполупериодный мостовой выпрямитель доступен в трех различных физических формах.

  1. Четыре дискретных диода,
  2. Одно устройство внутри четырехполюсника,
  3. В составе массива диодов в интегральной схеме

Работа цепи

Во время положительной входной полуволны, клемма M вторичного является положительным, а N является отрицательным, как показано на рисунке 2.

Диод D 1 и D 3 смещены в прямом направлении (ВКЛ), тогда как D 2 и D 4 смещены в обратном направлении (ВЫКЛ). Следовательно, ток течет вдоль MEABCFN, вызывая падение R L .

Во время отрицательного входного полупериода вторичная клемма N становится положительной, а M отрицательной. Теперь D 2 и D 4 смещены в прямом направлении. Ток цепи течет вдоль NFABCEM, как показано на рисунке 3.

Следовательно, мы обнаруживаем, что ток продолжает течь через сопротивление нагрузки R L в одном и том же направлении AB в течение обоих полупериодов источника переменного тока.Следовательно, точка A мостового выпрямителя всегда действует как анод, а точка C - как катод. Выходное напряжение на R L такое, как показано на рисунке. Его частота в два раза больше частоты источника питания.

Похожие темы

  1. Среднее и среднеквадратическое значение мостового выпрямителя
  2. КПД мостового выпрямителя Мостовой коэффициент 9000 Выпрямитель
  3. Пиковое обратное напряжение (PIV) мостового выпрямителя
  4. Пиковый ток мостового выпрямителя
  5. Коэффициент использования трансформатора мостового выпрямителя
  6. Преимущество моста
  7. Недостаток мостового выпрямителя


,
однофазный двухполупериодный управляемый выпрямитель | Преобразователи переменного тока в постоянный | Учебник по электронике |

Однофазный двухполупериодный выпрямитель с нагрузкой 'R':

На рисунке ниже показаны однофазные двухполупериодные выпрямители с R-нагрузкой


• Однофазный полностью управляемый выпрямитель позволяет преобразовывать однофазный переменный ток в постоянный. Обычно это используется в различных приложениях, таких как зарядка аккумулятора, управление скоростью двигателей постоянного тока и внешнего интерфейса ИБП (источник бесперебойного питания) и SMPS (импульсный источник питания).
• Все четыре используемых устройства являются тиристорами. Моменты включения этих устройств зависят от подаваемых сигналов зажигания. Отключение происходит, когда ток через устройство достигает нуля, и он смещается в обратном направлении, по крайней мере, на время, равное времени выключения устройства, указанного в техническом паспорте.
• В положительном полупериоде тиристоры T1 и T2 работают под углом α.
• Когда T1 и T2 проводят
Vo = Vs
IO = is = Vo / R = Vs / R
• В отрицательном полупериоде входного напряжения, SCR T3 и T4 запускаются под углом (π + α)
• Здесь выходной ток и ток питания в противоположном направлении
∴ is = -io
T3 и T4 отключаются при 2π.

Однофазный двухполупериодный выпрямитель с нагрузкой 'RL':

На рисунке ниже показаны однофазные двухполупериодные выпрямители с RL-нагрузкой.


Функцию этого режима можно разделить на четыре режима
Режим 1 (от α до π)
• В положительном полупериоде прикладываемого сигнала переменного тока значения SCR T1 и T2 являются прямым смещением и могут быть включены под углом α.
• Напряжение нагрузки равно положительному мгновенному переменному напряжению питания.Ток нагрузки является положительным, без пульсаций, постоянным и равным Io.
• Из-за положительной полярности напряжения нагрузки и тока нагрузки индуктивность нагрузки будет накапливать энергию.
Режим 2 (от π до π + α)
• При wt = π входная мощность равна нулю и после π становится отрицательной. Но индуктивность противостоит любым изменениям через нее.
• Для поддержания постоянного тока нагрузки и в том же направлении. Самоиндуцирование появляется через «L», как показано на рисунке.
• Из-за этого наведенного напряжения, SCR T1 и T2 являются прямыми байтами, несмотря на отрицательное напряжение питания.
• Напряжение нагрузки отрицательное и равно мгновенному напряжению переменного тока, тогда как ток нагрузки положительный.
• Таким образом, нагрузка действует как источник, и накопленная энергия в индуктивности возвращается обратно к источнику переменного тока.

Режим 3 (от π + α до 2π)
• При wt = π + α включаются T3 и T4 SCR и T1, T2 - обратное смещение.
• Таким образом, процесс проводимости переносится с T1, T2 на T3, T4.
• Напряжение нагрузки снова становится положительным, и энергия накапливается в индуктивности.
• T3, T4 проводят в отрицательном полупериоде от (π + α) до 2π
• При положительном напряжении нагрузки и токе нагрузки энергия сохраняется
Режим 4 (от 2π до 2π + α)
• При wt = 2π входное напряжение проходит через ноль.
• Индуктивная нагрузка будет пытаться противостоять любым изменениям тока, если будет поддерживать постоянный ток нагрузки и в том же направлении.
• Индуцированная ЭДС положительна и поддерживает проводящие SCR T3 и T4 также с обратной полярностью.
• Таким образом, VL отрицательно и равно мгновенному напряжению переменного тока. Тогда как ток нагрузки продолжает оставаться положительным.
• Таким образом, нагрузка действует как источник, и накопленная энергия в индуктивности возвращается обратно к источнику переменного тока.
• При wt = α или 2π + α переключаются T3 и T4 и включаются T1, T2.

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *