Трансформатор со средней точкой принцип работы: Принцип работы однофазного двухполупериодного выпрямителя со средней точкой

Содержание

Принцип работы однофазного двухполупериодного выпрямителя со средней точкой

Хотя полуволновой выпрямитель используется в некоторых схемах с низким энергопотреблением, например, пиковый детектор, он редко используется в силовых выпрямителях. Более популярным силовым выпрямителем является двухполупериодный выпрямитель.

Двухполупериодный выпрямитель является более сложным по конструкции, чем полуволновой выпрямитель, но он обладает некоторыми значительными преимуществами. Он использует оба полупериода синусоидальной волны, в результате чего выходное постоянное напряжение выше, чем у полуволнового выпрямителя.

Профессиональный цифровой осциллограф

Количество каналов: 1, размер экрана: 2,4 дюйма, разрешен...

Еще одним преимуществом является то, что выходное напряжение имеет гораздо меньше пульсаций, что облегчает получение плавного выходного сигнала.

Двухполупериодный выпрямитель

Для выпрямления обоих полупериодов синусоиды в двухполупериодном выпрямителе используются два диода, по одному на каждую половину цикла.

Также в таком выпрямителе используется трансформатор, имеющий во вторичной обмотке центральный отвод.

Двухполупериодный выпрямитель похож на два полуволновых выпрямителя. На следующем рисунке показана двухполупериодная схема выпрямителя.

Работу этой схемы легко понять по одному полупериоду за раз. Рассмотрим первый полупериод, когда точка A положительна по отношению к C. В это время диод D1 смещен в прямом направлении, а диод D2 — в обратном. Следовательно, только верхняя половина вторичной обмотки трансформатора обеспечивает ток в течение этого полупериода. Это создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе.

В течение следующего полупериода полярность напряжения источника меняется на противоположную. Теперь точка B положительна по отношению к C. На этот раз диод D2 смещен в прямом направлении, а диод D1 — в обратном. Как вы можете видеть, только вторая половина вторичной обмотки трансформатора обеспечивает ток. Это также создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе, как и раньше.

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров...

В результате выпрямленный ток нагрузки протекает в течение обоих полупериодов, благодаря чему мы получаем двухполупериодный сигнал на нагрузке.

Величина выходного напряжения

Поскольку двухполупериодный выпрямитель выдает выходной сигнал в течение обоих полупериодов, он имеет в два раза больше положительных циклов, чем полуволновой выпрямитель. В результате среднее значение напряжения также в два раза больше:

Среднее значение напряжения за один цикл рассчитывается по следующей формуле:

Это уравнение указывает нам на то, что значение постоянного напряжения  составляет около 63,6% от пикового значения. Например, если пиковое напряжение входного сигнала составляет 10 В, напряжение на выходе выпрямителя будет 6,36 В

Когда вы измеряете при помощи вольтметра сигнал с выхода двухполупериодного выпрямителя, показания будут равны среднему значению.

Аппроксимация второго порядка

В действительности мы не получаем идеальное двухполупериодное напряжение на нагрузочном резисторе.

Из-за потенциального барьера, диод не включается, пока напряжение источника не достигнет около 0,7 В. Таким образом, выходное напряжение на 0,7 В ниже идеального пикового выходного напряжения.

Выходная частота

Двухполупериодный выпрямитель инвертирует каждый отрицательный полупериод, удваивая количество положительных полупериодов. Из-за этого у двухполупериодного выпрямителя на выходе есть в два раза больше циклов, чем на входе.

Поэтому частота двухполупериодного сигнала в два раза превышает входную частоту:

Например, если частота источника составляет 50 Гц, выходная частота будет 100 Гц.

Фильтрация напряжения двухполупериодного выпрямителя

Выходной сигнал, который мы получаем от двухполупериодного выпрямителя, представляет собой пульсирующее постоянное напряжение, которое увеличивается до максимума, а затем уменьшается до нуля.

Чтобы получить напряжение без пульсаций, нам необходимо отфильтровать выходной сигнал. Один из способов сделать это — подключить конденсатор, известный как

сглаживающий конденсатор, через нагрузочный резистор, как показано ниже:

 

Изначально конденсатор не заряжен. В течение первой четверти цикла диод D1 смещен в прямом направлении, поэтому конденсатор начинает заряжаться. Зарядка продолжается до тех пор, пока напряжение не достигнет своего пикового значения. В этот момент напряжение на конденсаторе будет равно Vp.

После того, как входное напряжение достигает своего пика, оно начинает уменьшаться. Как только входное напряжение станет меньше Vp, напряжение на конденсаторе будет выше входного напряжения, которое закроет диод.

Когда диод не проводит, конденсатор разряжается через нагрузку, пока не будет достигнут следующий пик. Когда наступает следующий пик, диод D2 кратковременно открывается и заряжает конденсатор до пикового значения.

 

Недостатки двухполупериодного выпрямителя

Одним из недостатков двухполупериодного выпрямителя является необходимость в трансформаторе, имеющий во вторичной обмотке центральный отвод. По этой причине в мощных источниках питания размеры и стоимость таких трансформаторов существенно возрастают. Вот почему использование выпрямителя с центральным отводом оправдана только в устройствах с низким энергопотреблением.

Еще одним недостатком является то, что из-за центрального отвода для выпрямления используется только половина вторичного напряжения.

Чтобы избежать этих недостатков можно использовать мостовой двухполупериодный выпрямитель.

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
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

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

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

Двухполупериодный выпрямитель принцип работы

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

Выпрямление электрических колебаний, это процесс, в результате которого переменное входное колебание преобразуется в выходное колебание только одного знака (рисунок 1. 5). Процесс выпрямления используется в устройствах электропитания (блоках питания) и демодуляторах.

Выпрямление всегда осуществляется при использовании нелинейных элементов, обладающих свойством однонаправленного пропускания электрического тока. Благодаря таким свойствам на выходе выпрямляющего элемента получают ток одного знака.

Для выпрямления применяют полупроводниковые и вакуумные (кенотроны) диоды, газоразрядные диоды (газотроны), тиратроны, кремниевые и селеновые элементы, тиристоры и другие элементы с нелинейными свойствами в зависимости от применения, значений выпрямленных напряжений и токов, отбираемых нагрузкой. В маломощных электронных устройствах для выпрямления чаще всего применяют полупроводниковые диоды.

Название “выпрямитель” используется, прежде всего, для схем, преобразующих переменный ток в постоянный. Выпрямителем называется также и сам элемент с однонаправленными свойствами, используемые в процессе выпрямления.

Однополупериодным выпрямителем называется такой выпрямитель, на выходе которого после процесса выпрямления остаются колебания одного знака. Схема однополупериодного выпрямителя, возбуждаемого синусоидальным сигналом, представлена на рисунке 1.6.

Диод, включенный таким образом, что приводит ток только при положительных полупериодах входного колебания, т.е. когда напряжение на его аноде больше потенциала катода. Среднее значение колебания, полученного в результате выпрямления синусоидального напряжения с действующим значением и максимальным значением , равно

.

Например, при выпрямлении напряжения с действующим значением , после выпрямления получаем напряжение .

В отрицательный полупериод диод не проводит ток, и все подведенное к выпрямителю напряжение действует на диоде как обратное напряжение выпрямителя. При изменение направления включения диода он будет проводить в отрицательные полупериоды и не проводить в положительные.

Рассматриваемая схема выпрямителя называется последовательной. Название связано с тем, что нагрузка включается последовательно с нелинейным элементом (вентилем).

Двухполупериодным выпрямителем называют такой выпрямитель, в котором после процесса выпрямления остаются участки входного колебания, имеющие один знак. К ним после изменения знака добавляются участки, имеющие противоположный знак.

Принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя, управляемого синусоидальным сигналом от трансформатора, показана на рисунке 1.7.

В периоды времени, когда на аноде диода Д1 действует положительное напряжение, на аноде диода Д2 присутствует отрицательное и наоборот. Это происходит потому, что средняя точка вторичной обмотки трансформатора заземлена, и, следовательно, она имеет нулевой потенциал. При положительной полуволне напряжения на вторичной обмотке диод Д1 пропускает ток, а диод Д2 не пропускает.

При отрицательной полуволне положительное напряжение действует на диоде Д2, который при этом проводит, а диод Д1, смещенный в обратном направлении, не проводит. Среднее значение напряжения, полученого на выходе двухполупериодного выпрямителя в 2 раза больше напряжения, полученного на выходе однополупериодного выпрямителя.

Технические параметры выпрямителя:

Коэффициент пульсаций выпрямителя называется отношение максимального значения переменной составляющей напряжения на выходе выпрямителя к значению его постоянной составляющей на этом выходе. В большинстве применений желательно, чтобы коэффициент пульсаций был как можно меньше. Уменьшение пульсаций достигается путем применения соответствующих фильтров.

Коэффициент использования трансформатора в выпрямительной схеме, определяется как отношение двух мощностей: выходной мощности постоянного тока и номинальной мощности вторичной обмотки трансформатора.

Коэффициент полезного действия, это параметр, характеризующий эффективность схемы выпрямителя при преобразовании переменного напряжения в постоянное. КПД выпрямителя выражается отношением мощности постоянного тока, выделяемой в нагрузке, к входной мощности переменного тока. Коэффициент полезного действия определяется для резистивной нагрузки.

Частотная пульсация выпрямителя, это основная частота переменной составляющей, существующей на выходе выпрямителя. В случае однополупериодного выпрямителя частота пульсаций равна частоте входного колебания. Фильтрация пульсаций тем проще, чем выше частота пульсации.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Студент — человек, постоянно откладывающий неизбежность. 10617 — | 7341 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

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

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.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

На фото далее изображен отечественный диодный мост КЦ405.

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

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.

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 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.

Обсудить статью ВЫПРЯМИТЕЛИ

Предлагается схема с фотографиями готовой конструкции ручного металлодетектора.

ДРАГМЕТАЛЛЫ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ РАДИОДЕТАЛЯХ

Указано содержание золота и серебра в полупроводниках — диодах, тиристорах, оптронах.

ДРАГОЦЕННЫЕ ДЕТАЛИ

Некоторые радиодетали, содержащие драгметаллы — золото, серебро и платину.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 12-220

Схема проверенного преобразователя напряжения 12В в 220, на основе трансформатора компьютерного БП.

Принцип работы выпрямителя

Маломощные выпрямители

Одними из самых  распространенных преобразователей тока являются выпрямители переменного тока в пульсирующий ток. Они имеют очень широкое применение. Условно их можно разделить на маломощные выпрямители (до нескольких сотен ватт)  и выпрямители большой мощности (киловатты и больше).

Принцип работы выпрямителя

Структурная схема выпрямителя:

Главною его частью является выпрямляющее устройство В, образованное из диодов, объединенных особым образом. Именно здесь и происходит преобразование переменного тока в пульсирующий постоянный. Переменное напряжение подается на выпрямляющее устройство через трансформатор Тр. В некоторых случаях трансформатора может и не быть (если напряжение силовой сети отвечает той, которая необходима для работы выпрямителя).

Трансформатор(если он есть) в большинстве также имеет особенности в соединении его обмоток. Пульсирующий ток , как правило не является постоянным по величине в каждое мгновение времени, и когда необходимо иметь более сглаженное его значение, чем полученный после выпрямляющего устройства, применяют фильтры Ф. В случае необходимости выпрямитель дополняют стабилизатором напряжения  или тока Ст, который поддерживает их на постоянном уровне, если параметры силовой сети изменяется по разным причинам. Структурную схему завершает нагрузка Н, которая значительно влияет на работу всего устройства и поэтому считается составляющей частью всего преобразователя.

Собственно выпрямителем является та его часть, которая обведена на рисунке пунктиром и состоит из трансформатора и выпрямительного устройства.

Нулевая схема выпрямления

Рассмотреть принцип действия самого простого выпрямителя однофазного тока целесообразно на нулевой схеме. 

Нулевая схема выглядит так:

Трансформатор Тр  имеет на вторичной стороне две обмотки, соединенные последовательно таким образом, что относительно средней точки а  напряжения  на свободных концах обмоток в и с одинаковые по величине, но противоположные по фазе. Выпрямительное устройство образовано двумя диодами D1 и D2, которые соединены вместе своими катодами, тогда как каждый анод соединен с соответствующей обмоткой. Нагрузка Zн присоединена между катодами диодов и точкой трансформатора.

Как возникает пульсирующее напряжение на нагрузке? Сначала будем считать нагрузку чисто активным сопротивлением, Zн=Rн.  Когда напряжение в обмотках будет изменяться по синусоидальному закону, то в тот полупериод, когда к аноду диода приложен положительный потенциал, будет проходить прямой ток.

Поскольку напряжение на диоде составляет доли вольта, пренебрежем им. Тогда вся положительная полуволна переменного напряжения будет приложена просто к нагрузке Rн.  Когда напряжение приложенное минусом к аноду, тока не будет (малым обратным током диода также пренебрежем). Таким образом, до нагрузки будем доходить лишь положительная полуволна переменного напряжения в течении половины периода. Вторая половина периода будет свободна от тока.

Вторичные обмотки соединены противофазно, нагрузка общая для обеих обмоток, таким образом, в то время, когда в одной из них (например в верхней) ток будет проходить, другая будет от него свободна и наоборот.

Поэтому в нагрузке каждый полупериод будет заполнен полуволной переменного напряжения:

И выпрямленное напряжение Ud будет иметь вид одинаковых полуволн, которые повторяются с периодом, вдвое меньшим, чем период переменного напряжения в сети питания (2π радиан). Для обобщения, что будет удобно, далее будем считать, что период изменения выпрямленного напряжения меньше 2π в m раз и равняется 2π/m (в нашем случае m-2). Если нагрузка активное сопротивление Rн, то и ток в нем id , будет повторять кривую напряжения.

Рассмотренная схема будет иметь тот недостаток, что во вторичных обмотках по сравнению с первичной имеют место значительные пульсации тока, потому что эти обмотки работают по очереди. Поскольку они намотаны на один сердечник, магнитный поток в последнем будет переменным, поэтому и в первичной обмотке ток будет переменным, имея как положительную, так и отрицательную полуволны.

Как известно из курса электротехники, действующие и средние значения тока или напряжения одинаковые только для постоянного тока. Чем больше пульсации, тем больше будет действующее значение относительно среднего. Поэтому мощности обеих сторон трансформатора не будут одинаковыми. Однако трансформатор один, и объем железа для его сердечника следует выбирать, исходя из какого-то одного значения мощности.

Поэтому условно ввели понятие типовой мощности трансформатора, которая равняется среднему мощностей обеих сторон:

Выпрямительный мост или схема Гретца

Указанный недостаток можно исправить, используя выпрямляющее устройство в виде так называемого моста (схема Гретца):

В этом случае первые полупериоды будут работать, например, диоды D2  и D4, а вторые полупериода — D1 и D3. На нагрузке каждый раз будет полная полуволна вторичного напряжения:

 Мостовая схема имеет менее сложный, более легкий и дешевый трансформатор. 

Эта схема появилась исторически раньше нулевой, однако распространения не получила, потому что имела четыре диода вместо двух. А при работе каждые полупериода ток проходит через два последовательно соединенных диода, на которые падает двойное напряжение.

Оказалось, что более сложный трансформатор нулевой схемы, но с одним диодом в кругу выпрямления тока экономично выгоднее, чем мостовая схема с удвоенным числом диодов и двойным расходом энергии на них. И только появление относительно дешевых полупроводниковых диодов с очень маленьким падением прямого напряжения позволило повернуться к мостовым схемам, которая сейчас практически вытеснила нулевую.

Основные соотношения для выпрямителя

Выведем некоторые важные формулы, которые описывают процессы, существующие в этой схеме. Будем считать, что заданными величинами являются средние значения напряжения на нагрузку Ud и среднее значение тока в нем Id.

Среднее значение выпрямленного напряжения

Запомним это выражение на дальнейшее. В нашем случае m=2 и 

 . Поскольку Ud считаем заданным, то

Амплитудное значение вторичного напряжения

Из предыдущего выражения имеем:

Коэффициент трансформации трансформатора

Этот коэффициент определяет отношения питающей сети к напряжению на обмотке вторичной стороны:

Действующее значение тока вторичной обмотки

Ток вторичной обмотки в то же время есть током в нагрузке. Поскольку нагрузка чисто активная и ток в ней повторяет по форме пульсирующее напряжение, то между его средним значением и его действующим значением существует такая же зависимость, что и для напряжений, то есть

Действующее значение тока первичной обмотки

Ток в первичной обмотке повторяет с учетом n ток вторичной обмотки :

Мощность трансформатора

Мощности первичной и вторичной сторон трансформатора в этой схеме одинаковые, поэтому:

Пульсация выпрямленного напряжения

Пульсирующее напряжение состоит из среднего значения Ud   и бесконечного количества гармоничных составляющих, амплитуды которых можно определить по формулам Фурье. Если начало координат выбрать так как на рисунке, то в гармоничном составе будут присутствовать только косинусные гармоники (т.к. кривая симметрична относительна оси координат). Амплитуда k-ой гармоники определяется по формуле:

Где: l – полупериод π/m;  

Наибольшую амплитуду будет иметь первая гармоника U(1)m, поэтому определим только ее, предположив, что k=1:

Заменив  

 получим:

Отношение первой гармоники к среднему значению называют коэффициентом пульсаций:

Запомним эту формулу на будущее, а сейчас отметим, что в нашем случае при m – 2, q – 2/3. Это большие пульсации – амплитуда первой гармоники составляет 67% от среднего значения выпрямленного напряжения.

 Средний ток диодов

Как мы уже видели диоды работают по очереди – каждый из них проводит в среднем половину общего тока , который есть в нагрузке. Поэтому каждый из диодов должен быть рассчитан на ток  Iв = Id/2

Наибольшее обратное напряжение на диоде

В то время когда диод B1 проводит его можно считать замкнутым, и тогда к диоду B2 будет приложено в обратном направлении напряжение вторичной обмотки. Поэтому каждый из диодов должен быть рассчитан на ее амплитудное значение:

Что такое однофазный выпрямитель, принцип работы, типы и схемы

Выпрямитель преобразует колеблющийся синусоидальный источник переменного напряжения в источник постоянного напряжения постоянного тока с помощью диодов, тиристоров, транзисторов или преобразователей. Этот процесс выпрямления может принимать различные формы с полуволновыми, двухполупериодными, неконтролируемыми и полностью управляемыми выпрямителями, преобразующими однофазный или трехфазный источник питания в постоянный уровень постоянного тока. 

Описание

Выпрямители являются одним из основных строительных блоков преобразования мощности переменного тока с полуволновым или двухволновым выпрямлением, обычно выполняемым полупроводниковыми диодами. Диоды позволяют переменным токам течь через них в прямом направлении, в то же время блокируя протекание тока в обратном направлении, создавая постоянный уровень напряжения постоянного тока, что делает их идеальными для выпрямления.

Однако постоянный ток, который выпрямляется диодами, не такой чистый, как ток, получаемый, скажем, от источника батареи, но имеет изменения напряжения в виде пульсаций, наложенных на него в результате переменного питания.

Но для однофазного выпрямления нам нужна синусоидальная форма переменного тока с фиксированным напряжением и частотой, как показано на рисунке.

Сигналы переменного тока обычно имеют два числа, связанных с ними. Первое число выражает степень вращения осциллограммы вдоль оси x, на которую генератор вращался от 0 до 360 o .

 Это значение известно как период (T), который определяется как интервал, взятый для завершения одного полного цикла сигнала. Периоды измеряются в градусах, времени или радианах. Соотношение между периодами синусоидальных волн и частотой определяется как: T = 1 / ƒ .

Второе число указывает амплитуду значения, тока или напряжения, вдоль оси y. Это число дает мгновенное значение от нуля до некоторого пикового или максимального значения (A MAX , V MAX или I MAX  ), указывающее наибольшую амплитуду синусоидальных волн, прежде чем снова вернуться к нулю. Для синусоидальной формы волны есть два максимальных или пиковых значения, одно для положительных и одно для отрицательных полупериодов.

Но помимо этих двух ценностей есть еще две, которые представляют интерес для нас в целях исправления. Один — это Среднее значение сигналов, а другой — его среднеквадратичное значение. Среднее значение формы сигнала получается путем добавления мгновенных значений напряжения (или тока) в течение одного полупериода и обнаруживаются как: 0,6365 * V P . Обратите внимание, что среднее значение за один полный цикл симметричной синусоидальной волны равно нулю.

Среднеквадратическое значение или эффективное значение синусоиды (синусоида — это другое название синусоидальной волны) обеспечивает такое же количество энергии для сопротивления, что и источник постоянного тока того же значения. Среднеквадратическое значение (RMS) синусоидального напряжения (или тока) определяется следующим образом: 0,7071 * V P.

Принцип работы

Все однофазные выпрямители используют полупроводниковые устройства в качестве основного устройства преобразования переменного тока в постоянный. Однофазные неконтролируемые полуволновые выпрямители являются наиболее простой и, возможно, наиболее широко используемой схемой выпрямления для малых уровней мощности, поскольку на их выход сильно влияет реактивное сопротивление подключенной нагрузки.

Для неконтролируемых выпрямительных цепей полупроводниковые диоды являются наиболее часто используемым устройством и расположены таким образом, чтобы создавать либо полуволновую, либо двухполупериодную схему выпрямителя. Преимущество использования диодов в качестве устройства выпрямления состоит в том, что по своей конструкции они являются однонаправленными устройствами, имеющими встроенный однонаправленный pn-переход.

Этот pn-переход преобразует двунаправленный переменный источник питания в однонаправленный ток, устраняя половину источника питания. В зависимости от подключения диода, он может, например, пропустить положительную половину сигнала переменного тока при прямом смещении, исключая при этом отрицательный полупериод, когда диод становится обратным смещением.

Обратное также верно, устраняя положительную половину или форму волны и передавая отрицательную половину. В любом случае, выход из одного диодного выпрямителя состоит только из одной половины формы сигнала 360 o, как показано на рисунке.

Полуволновое выпрямление

Приведенная выше конфигурация однофазного полуволнового выпрямителя пропускает положительную половину формы сигнала переменного тока, причем отрицательная половина исключается. Меняя направление диода, мы можем пропустить отрицательные половины и устранить положительные половины формы сигнала переменного тока. Поэтому на выходе будет серия положительных или отрицательных импульсов.

Таким образом, на подключенную нагрузку не подается напряжение или ток, R L в течение половины каждого цикла. Другими словами, напряжение на сопротивлении нагрузки R L состоит только из половины сигналов, либо положительных, либо отрицательных, поскольку оно работает только в течение половины входного цикла, отсюда и название полуволнового выпрямителя.

Надеемся, что мы видим, что диод позволяет току течь в одном направлении, создавая только выход, который состоит из полупериодов. Эта пульсирующая форма выходного сигнала не только изменяется ВКЛ и ВЫКЛ каждый цикл, но присутствует только в 50% случаев, и при чисто резистивной нагрузке это содержание пульсации высокого напряжения и тока является максимальным.

Этот пульсирующий постоянный ток означает, что эквивалентное значение постоянного тока падает на нагрузочном резисторе, поэтому R L составляет только половину среднего значения синусоидальных сигналов. Поскольку максимальное значение синусоидальной формы сигнала равно 1 (sin (90 o )), среднее значение постоянного тока, полученное для половины синусоиды, определяется как: 0,637 x максимальное значение амплитуды.

Таким образом, во время положительного полупериода A AVE составляет 0,637 * A MAX . Однако, поскольку отрицательные полупериоды удалены из-за выпрямления диодом, среднее значение в течение этого периода будет нулевым.

Среднее значение синусоиды

Таким образом, для полуволнового выпрямителя в 50% случаев среднее значение составляет 0,637 * A MAX, а в 50% случаев — ноль. Если максимальная амплитуда равна 1, среднее значение или эквивалент значения постоянного тока, видимый по сопротивлению нагрузки, R L будет:

Таким образом, соответствующие выражения для среднего значения напряжения или тока для полуволнового выпрямителя задаются как:

AVE  = 0,318 * V MAX

I AVE  = 0,318 * I MAX

Обратите внимание, что максимальное значение A MAX — это значение входного сигнала, но мы также могли бы использовать его среднеквадратичное значение или среднеквадратичное значение, чтобы найти эквивалентное выходное значение постоянного тока однофазного полуволнового выпрямителя. Чтобы определить среднее напряжение для полуволнового выпрямителя, мы умножаем среднеквадратичное значение на 0,9 (форм-фактор) и делим произведение на 2, то есть умножаем его на 0,45, получая:

AVE  = 0,45 * V RMS

I AVE  = 0,45 * I RMS

Затем мы можем видеть, что схема полуволнового выпрямителя преобразует либо положительные, либо отрицательные половины формы сигнала переменного тока в импульсный выход постоянного тока, который имеет значение 0,318 * A MAX или 0,45 * A RMS, как показано.

Полноволновое выпрямление

Двухполупериодный выпрямитель использует обе половины входной синусоидальной формы волны для обеспечения однонаправленного выход, т.к. он состоит из двух полуволновых выпрямителей, соединенных вместе для питания нагрузки.

Однофазный двухполупериодный выпрямитель делает это с помощью четырех диодов, расположенных в виде моста, пропускающих положительную половину формы волны, как и раньше, но инвертирующих отрицательную половину синусоидальной волны для создания пульсирующего выхода постоянного тока. 

Несмотря на то, что напряжение и ток на выходе выпрямителя пульсируют, оно не меняет направление, используя полные 100% формы входного сигнала и, таким образом, обеспечивает двухполупериодное выпрямление.

Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель

Эта мостовая конфигурация диодов обеспечивает двухполупериодное выпрямление, потому что в любое время два из четырех диодов смещены в прямом направлении, а два других — в обратном. Таким образом, в проводящем тракте два диода вместо одного для полуволнового выпрямителя. Следовательно, будет разница в амплитуде напряжения между V IN и V OUT из-за двух прямых падений напряжения на последовательно соединенных диодах. Здесь, как и прежде, для простоты математики мы примем идеальные диоды.

Так как же работает однофазный двухполупериодный выпрямитель? Во время положительного полупериода V IN диоды D 1 и D 4 смещены в прямом направлении, а диоды D 2 и D 3 — в обратном. Затем для положительного полупериода входного сигнала ток течет по пути: D 1 — A — R L — B — D 4 и возвращается к источнику питания.

Во время отрицательного полупериода V IN диоды D 3 и D 2 смещены в прямом направлении, а диоды D 4 и D 1 — в обратном. Затем для отрицательного полупериода входного сигнала ток течет по пути: D 3 — A — R L — B — D 2 и возвращается к источнику питания.

В обоих случаях положительные и отрицательные полупериоды входного сигнала создают положительные выходные пики независимо от полярности входного сигнала и, как таковой, ток нагрузки I всегда течет в том же направлении через нагрузку, R L между точками или узлами A и B. Таким образом, отрицательный полупериод источника становится положительным полупериодом при нагрузке.

Таким образом, в зависимости от того множества проводящих диодов, узел А всегда более положительный, чем узел B. Поэтому ток и напряжение нагрузки являются однонаправленными или постоянными, что дает нам следующую форму выходного сигнала.

Форма волны на выходе выпрямителя

Хотя этот пульсирующий выходной сигнал использует 100% входного сигнала, его среднее напряжение постоянного тока не совпадает с этим значением.

Однако двухполупериодные выпрямители имеют два положительных полупериода на входной сигнал, что дает нам другое среднее значение.

Среднее значение двухполупериодного выпрямителя

Для двухполупериодного выпрямителя для каждого положительного пика имеется среднее значение 0,637 * A MAX, и, поскольку на входной сигнал имеется два пика, это означает, что есть две серии средних значений, суммируемых вместе. Таким образом, выходное напряжение постоянного тока двухполупериодного выпрямителя в два раза выше, чем у предыдущего полуволнового выпрямителя. Если максимальная амплитуда равна 1, среднее значение или эквивалент значения постоянного тока, видимый по сопротивлению нагрузки, R L будет:

Таким образом, соответствующие выражения для среднего значения напряжения или тока для двухполупериодного выпрямителя задаются как:

AVE  = 0,637 * V MAX

I AVE  = 0,637 * I MAX

Чтобы определить среднее напряжение для двухполупериодного выпрямителя, мы умножаем среднеквадратичное значение на 0,9:

AVE  = 0,9 * V RMS

I AVE  = 0,9 * I RMS

Двухполупериодная схема выпрямителя преобразует ОБЕ положительную или отрицательную половинки сигнала переменного тока в импульсный выход постоянного тока, который имеет значение 0,637 * A MAX или 0,9 * A RMS.

Полноволновой полууправляемый мостовой выпрямитель

Двухполупериодное выпрямление имеет много преимуществ по сравнению с более простым полуволновым выпрямителем, например, выходное напряжение более согласовано, имеет более высокое среднее выходное напряжение, входная частота удваивается в процессе выпрямления и требует меньшего значения емкости сглаживающего конденсатора, если таковой требуется. Но мы можем улучшить конструкцию мостового выпрямителя, используя тиристоры вместо диодов в его конструкции.

Заменив диоды внутри однофазного мостового выпрямителя тиристорами, мы можем создать фазо-управляемый выпрямитель переменного тока в постоянный для преобразования постоянного напряжения питания переменного тока в контролируемое выходное напряжение постоянного тока. Фазоуправляемые выпрямители, полууправляемые или полностью управляемые, имеют множество применений в источниках питания переменного тока и в управлении двигателями.

Однофазный мостовой выпрямитель — это то, что называется «неуправляемым выпрямителем» в том смысле, что приложенное входное напряжение передается непосредственно на выходные клеммы, обеспечивая фиксированное среднее значение эквивалентного значения постоянного тока. Чтобы преобразовать неуправляемый мостовой выпрямитель в однофазную полууправляемую выпрямительную цепь, нам просто нужно заменить два диода тиристорами (SCR), как показано на рисунке.

В конфигурации с полууправляемым выпрямителем среднее напряжение нагрузки постоянного тока контролируется с использованием двух тиристоров и двух диодов. Как мы узнали из нашего урока о тиристорах, тиристор будет проводить (состояние «ВКЛ») только тогда, когда его анод (A) более положительный, чем его катод (K) и импульс запуска подается на его затвор (G). В противном случае он остается неактивным.

Таким образом, задерживая импульс запуска, подаваемый на клемму затвора тиристоров, на контролируемый период времени или угол ( α ) после того, как напряжение питания переменного тока прошло пересечение нулевого напряжения между анодным и катодным напряжением, мы можем контролировать, когда тиристор начинает проводить ток и, следовательно, контролировать среднее выходное напряжение.

Во время положительного полупериода входного сигнала ток течет по пути: SCR 1 и D 2 и обратно к источнику питания. Во время отрицательного полупериода V INпроводимость проходит через SCR 2 и D 1 и возвращается к источнику питания.

Понятно, что один тиристор из верхней группы ( SCR 1 или SCR 2 ) и соответствующий ему диод из нижней группы ( D 2 или D 1 ) должны проводить вместе, чтобы протекать ток любой нагрузки.

Таким образом, среднее выходное напряжение V AVE зависит от угла включения α для двух тиристоров, включенных в полууправляемый выпрямитель, поскольку два диода неуправляются и пропускают ток всякий раз, когда смещено вперед. Таким образом, для любого угла срабатывания затвора α среднее выходное напряжение определяется как:

Обратите внимание, что максимальное среднее выходное напряжение возникает, когда α = 1, но все еще равно 0,637 * V MAX, как для однофазного неуправляемого мостового выпрямителя.

Мы можем использовать эту идею для контроля среднего выходного напряжения моста на один шаг вперед, заменив все четыре диода тиристорами, что дает нам полностью управляемую схему мостового выпрямителя .

Полностью управляемый мостовой выпрямитель

Однофазные мостовые выпрямители с полным управлением известны чаще как преобразователи переменного тока в постоянный. Полностью управляемые мостовые преобразователи широко используются в управлении скоростью машин постоянного тока и легко достигаются путем замены всех четырех диодов мостового выпрямителя тиристорами, как показано на рисунке.

В конфигурации с полностью управляемым выпрямителем среднее напряжение нагрузки постоянного тока контролируется с использованием двух тиристоров на полупериод. Тиристоры SCR 1 и SCR 4 запускаются вместе как пара во время положительного полупериода, в то время как тиристоры SCR 3 и SCR 4 также запускаются вместе как пара во время отрицательного полупериода. Это 180 oпосле SCR 1 и SCR 4 .

Затем в режиме работы с непрерывной проводимостью четыре тиристора постоянно переключаются в виде чередующихся пар для поддержания среднего или эквивалентного выходного напряжения постоянного тока. Как и в случае полууправляемого выпрямителя, выходное напряжение можно полностью контролировать, изменяя угол задержки включения тиристоров ( α ).

Таким образом, выражение для среднего напряжения постоянного тока однофазного полностью управляемого выпрямителя в режиме непрерывной проводимости дается как:

со средним выходным напряжением, изменяющимся от V MAX / π до -V MAX / π путем изменения угла зажигания, α от π до 0 соответственно. Поэтому, когда α <90 o,среднее напряжение постоянного тока является положительным, а когда α> 90 oсреднее напряжение постоянного тока является отрицательным. То есть мощность течет от нагрузки постоянного тока к источнику переменного тока.

Резюме однофазного выпрямления

Однофазные выпрямители могут принимать различные формы для преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение из неконтролируемых однофазных выпрямителей на полуволнах в полностью управляемые двухполупериодные мостовые выпрямители с использованием четырех тиристоров.

Преимуществами полуволнового выпрямителя являются его простота и низкая стоимость, так как для него требуется только один диод. Однако это не очень эффективно, так как используется только половина входного сигнала, дающего низкое среднее выходное напряжение.

Двухполупериодный выпрямитель более эффективен, чем полуволновой выпрямитель, поскольку он использует оба полупериода входной синусоидальной волны, создавая более высокое среднее или эквивалентное выходное напряжение постоянного тока. Недостатком двухполупериодной мостовой схемы является то, что она требует четырех диодов.

Фазоуправляемое выпрямление использует комбинации диодов и тиристоров (SCR) для преобразования входного напряжения переменного тока в контролируемое выходное напряжение постоянного тока. Полностью контролируемые выпрямители используют четыре тиристора в своей конфигурации, тогда как наполовину управляемые выпрямители используют комбинацию как тиристоров, так и диодов.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 2 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Трехфазный выпрямитель со средней (нулевой) точкой

Электрическая схема трехфазного выпрямителя с нулевым выводом (рис. 2.1) представляет собой сочетание двух однофазных нулевых схем (см. рис. 1.1). Нагрузка выпрямителя подключена между нулевой (средней) точкой вторичной обмотки трансформатора и катодами диодов VD1 – VD3, образующих катодную группу. Можно образовать анодную группу, присоединив катоды ко вторичной об­мотке.

Для анализа электромагнитных процессов и вывода основных соотношений сна­чала предположим, что нагрузка выпрямителя активная, ключ К замкнут (рис. 2.1, а). В дан­ный момент времени ток проводит диод, положительный потенциал которого на аноде по отношению к средней точке трансформатора выше, чем на остальных диодах.

Так, в момент времени θ = θ1 ток начинает проводить диод VD1, присоединенный к фазе а. Через время, соответствующее углу 2π/3 (θ = θ2), потенциал на аноде диода VD2 (ub) становится выше, чем на аноде VD1. В связи с этим VD1 запирается, а VD2 открыва­ется. Происходит коммутация тока нагрузки (id) с диода VD1 на VD2. В точке 3 (рис. 2.1, в) uc> ub, диод VD2 запирается, VD3 начинает проводить ток и т.д.

Таким об­разом, ес­тественная коммутация тока нагрузки с диода на диод происходит в точках пересече­ния синусоид фазных напряжений. Поэтому точки 1, 2, 3 (см. рис. 2.1, в) называются точками естест­венного зажигания (коммутации) диодов. Выпрямленное напряжение ud пред­ставляет собой огибающую синусоид фазных напряжений (рис. 2.1, г). При активной нагрузке кривая выпрямленного тока id повторяет по форме кривую напряжения ud.

Частота пульсаций  ud, id в три раза больше частоты сетевого напряжения (m = 3), так как каждый диод проводит ток в течение 1/3 периода подводимого напряжения (рис. 2.1, д).

В не­проводящую часть периода к диоду прикладывается обратное напряжение (рис. 2.1, е), которое формируется из фазных напряжений закрытого и проводящих диодов. Напри­мер, когда проводит диод VD2, к диоду VD1 приложено линейное напряжение uab= ua – ub. В момент включения VD3 подается напряжение uac= ua – uc. Соответствующие напряже­ния (см. рис. 2.1, в) заштрихованы.

Форма первичного тока i1, построенная по кривым фазных токов вторичной обмотки, отклоняется от синусоиды (рис. 2.1, ж).

Выведем общие выражения, характеризующие количественные соотношения в трехфазных выпрямителях. За начало отсчета примем момент прохождения напряже­ния фазы а (рис. 2.1 в) максимального значения. Тогда среднее значение выпрямлен­ного напряжения равно:

                      (2.1)

где  

Пределы интегрирования соответствуют времени про­водя­щего состояния диода. Для рассматриваемой схемы (рис. 2.1  а) m = 3; тогда:

Среднее значение выпрямленного тока (нагрузка активная)

,                                                     (2.2)

при m = 3        Id = 1,17 I.

Коэффициент пульсаций для ν-й гармоники равен:

                                                        (2.3)

а частота пульсаций равна:

                                                                        (2.4)

Для выбора диодов необходимо знать максимальное значение обратного напря­жения на диоде (Uобр м):

,                                      (2.5)

при m = 3                   Uобр.м = 2,45 U = 2,09Ud.

Средний ток через диод равен:

Iв ср = Id/ m.                                                         (2.6)

Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора нахо­дится из выражения (2.1):

,                                                  (2.7)

при m = 3                   U= 0,855Ud.

При учете актив
ных сопротивлений обмоток трансфор­матора (ra) и диодов в прямом направлении (rпр) напряжение U будет равно:

,

где  – условный коэффициент полезного действия (КПД) анодной цепи.

При работе на реальную нагрузку (см. рис. 2.1, а, ключ К разомкнут) изменяются формы токов (становятся прямоугольными) в диоде, нагрузке и в обмотках трансфор­матора (см. рис. 2.1, г, д, ж, штриховые линии). Для расчета элементов схемы необходимо полу­ченные уравнения дополнить соотношениями для токов вторичной и первичной обмоток трансформатора:

                                            (2.8)

Параметры трехфазной нулевой выпрямительной схемы приведены в таблице 1.1.

При прохождении тока через диод и вторичную обмотку трансформатора (см. рис. 2.1, а) создаются вынужденные потоки подмагничивания сердечника трансформатора. Эти потоки составляют 20 – 25 % от основного магнитного потока трансформатора.

Для устранения в сердечнике трансформатора постоянной составляющей потока вынуж­денного намагничивания каждую вторичную обмотку расщепляют на две части и со­единяют способом «зигзаг» (рис. 2.1, б). Кривые первичного тока для этого случая по­казаны на рис. 2.1, з при соединении первичной обмотки в звезду.

В каждом стержне постоянные составляющие намагничивающих сил полуобмо­ток направлены встречно и взаимно компенсируются. Однако это приводит к худшему использованию вторичных обмоток, так как суммарная ЭДС двух полуобмоток, рас­положенных на разных стержнях, меньше в  суммы ЭДС полуобмоток, находя­щихся на одном стержне. В результате ухудшается использование меди вторичных по­луобмоток, увеличиваются расчетная и типовая мощности трансформатора (см. таб­

лица 1.1). Это послужило причиной сравнительно редкого применения трехфазной нуле­вой схемы в цепях управления электрическими машинами средней и большей мощно­сти. Она используется чаще всего в качестве составной части более сложных схем вы­прям­ления, например, в схеме двойного трехфазного выпрямителя с уравнительным реакто­ром (в схеме Кюблера), трехфазной мостовой схеме и т.д.

naf-st >> Источники питания >> Неуправляемые выпрямители

Выпрямительные устройства относятся ко вторичным источникам электропитания, для которых первичным источником являются сети переменного тока. Выпрямитель - это устройство, которое преобразует переменное напряжение питающей сети в однонаправленное пульсирующее. Именно однонаправленное пульсирующее и назвать его постоянным немного некорректно. Существует и несколько иное определение: выпрямитель предназначен для преобразования переменного напряжения в импульсное напряжение одной полярности.

Наиболее часто в выпрямителях применяются полупроводниковые диоды. Принцип выпрямления переменного напряжения основан на нелинейной ВАХ полупроводникового диода, у которого сопротивление в прямом и обратном включении p-n-перехода сильно отличаются.

Выпрямители могут быть однополупериодные и двуполупериодные. К тому же они разделяются на однофазные и многофазные.

Итак, начнем с однофазного однополупериодного выпрямителя на полупроводниковом диоде.




Рис. 1 - Схема однофазного однополупериодного выпрямителя и графики, поясняющие принцип ее работы

Схема однополупериодного выпрямителя до боли проста и объяснять тут нечего. Для наглядности положительные и отрицательные полуволны показаны разными цветами. Поскольку диод обладает свойствами односторонней проводимости, на выходе получается пульсирующее напряжение одной полярности. Для схемы характерны следующие параметры:

Среднее значение выпрямленного напряжения:

Действующее значение входного напряжения

Среднее значение выпрямленного тока:

Действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора:

Коэффициент пульсаций

К достоинствам схемы можно отнести простоту конструкции. Недостатки - большие пульсации, малые значения выпрямленного тока и напряжения, низкий КПД. Применяется такая схема для питания низкоомных нагрузок, некритичных к высоким пульсациям.

1. Схема выпрямления с выводом от средней точки трансформатора.




Рис. 2 - Схема двуполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки и графики, поясняющие принцип ее работы

Пунктиром показано напряжение на входе второго диода. Как видно из графиков, во время первого полупериода первый диод открыт и на нагрузке создается падение напряжения. Во время второго полупериода первый диод закрывается, поскольку оказывается включенным в обратном направлении, а второй, наоборот, открывается и на нагрузке снова выделяется положительная полуволна. На схеме плюсиками и минусами обозначено действие полуволн переменного тока. Частота пульсаций двуполупериодного выпрямителя вдвое больше, что является его достоинством. Для такой схемы характерны следующие параметры:

Uср = 0.9Uвх
Uвх = 1.11Uср
Iср = 0.9Uвх/Rн
I2 = 0.78Iср
p = 0.67

Достоинства: удвоенные значения Uср и Iср, вдвое меньший коэффициент пульсаций по сравнению с однополупериодной схемой. Недостатки: наличие трансформатора с двумя симметричными обмотками (что увеличивает его массогабаритные показатели). К тому же на диодах удвоенное обратное напряжение.

2. Мостовая схема



Рис. 3 - Мостовая схема выпрямления

Параметры такие же, как и двухполупериодной схемы со средним выводом, кроме обратного напряжения (оно в два раза меньше). Положительная полуволна (с верхнего по схеме вывода трансформатора) проходит через диод VD2, затем через нагрузку, затем через VD3 ко второму выводу трансформатора. При смене направления тока работают диоды VD4, VD1. Недостатком схемы считается удвоенное число диодов.

Трехфазные схемы выпрямления

Такие схемы часто применяются для получения напряжения большой мощности. Наиболее распространены следующие схемы:

1. Трехфазная однополупериодная схема выпрямления с нулевым выводом (схема Миткевича)




Рис. 4 - Трехфазный выпрямитель

Каждая фаза смещена относительно другой на угол 120°. На нагрузке работает та фаза, у которой больше значение положительной полуволны в данный момент времени. В схеме диоды используются в течении 1/3 периода. При этом необходимо наличие средней точки. Среднее значение выпрямленного напряжения Uср = 1.17Uвх, обратное напряжение Uобр.max = 2.1Uср, коэффициент пульсаций 0.25.

2. Трехфазная двуполупериодная схема выпрямления (схема Ларионова)



Рис. 5 - Трехфазная двуполупериодная схема выпрямления.

По принципу действия такая схема аналогична однофазной двухполупериодной (мостовой). Для нее характерно: Uср = 2.34Uвх, Uобр.max = 1.05Uср, p = 0.057. Находит применение при различных величинах входного напряжения и токах нагрузки в сотни Ампер. Схема экономична, имеет низкие пульсации. Однако в реальных схемах коэффициент пульсаций составляет 8-10% из-за нессиметричности фазных питающих напряжений.

3. Двухполупериодный выпрямитель - СтудИзба

3.Двухполупериодный выпрямитель. Его      устройство, принцип работы, графики.

 

        Двухполупериодным выпрямителем называют выпрямитель, в котором выпрямляются оба полупериода входного синусоидального напряжения. Одним из видов выпрямителя является выпрямитель с выводом от средней точки. Вывод от средней  точки – это отвод  от середины  вторичной обмотки  трансформатора ( на схеме точка В ).

                                       2А

 

 

                                                             R 3

                              В

 

Рекомендуемые файлы

-60%

Решенные все 35 билетов 2021 (теории + задач)

Физика

FREE

Учебный план для ИУ3, ИУ4, ИУ5, ИУ6, ИУ7, РК 6, РЛ6, МТ4, МТ8, МТ11, СМ13

Физика

FREE

Отчет по практике после 2 курса СМ3

Практика (учебная, производственная, технологическая, летняя)

Тесты с 1 по 3 (100%, 95%, 95%)

Программирование и основы алгоритмизации

Технологический процесс обработки детали Фланец - МТ13

Практика (учебная, производственная, технологическая, летняя)

73 (Б), РПЗ + все 4 листа выполненные в Автокаде, проверен и сдан в 2019г

Теория механизмов машин (ТММ)

 

 

                    1

                                      2Б

1 - Трансформатор

2А и 2Б – диоды

В – средняя точка вторичной обмотки трансформатора

3 - Нагрузка

В положительный полупериод ток в первичной обмотке трансформатора течет вниз. Во вторичной обмотке ток идёт от точки  В вверх через  диод 2А,  через нагрузку R и возвращается в точку В. В отрицательный полупериод ток в первичной обмотке течет вверх. Во вторичной обмотке ток идет от точки В вниз через диод 2Б,  через нагрузку R  и возвращается в начальную точку В. В каждый полупериод ток проходит через нагрузку  в одном направлении.

U

 

                                                                      t     U  до диода         

                                                                                       

 

                                                                                          t     U  после диода 2А

 

 

                                                                                          t     U  после диода 2Б

                                                                         

 

                                                                                           t    суммарный

Рекомендуем посмотреть лекцию "5.2. Устройство управления".

                                                                                     график   U  на  R                                                                            

                      

          Преимущества:

1.КПД больше чем у однополупериодного выпрямителя.

2.Коэффициент пульсации Кр=0.67, меньше, чем у однополупериодного  выпрямителя.

 

▷ Трансформатор с центральным ответвлением

Вот 6-я часть учебника Насира по трансформаторам. Наслаждайтесь и оставьте свои впечатления. Не забывайте, что вы можете присылать свои собственные статьи, работы, обзоры или учебные пособия; просто отправьте нам письмо!

Принцип работы трансформатора с центральным ответвлением

Трансформатор с центральным ответвлением работает примерно так же, как и обычный трансформатор. Разница заключается только в том, что его вторичная обмотка разделена на две части, поэтому на двух концах линии можно получить два отдельных напряжения.

Внутренний процесс такой же: когда переменный ток подается на первичную обмотку трансформатора, он создает магнитный поток в сердечнике, а когда вторичная обмотка приближается, переменный магнитный поток также индуцируется в сердечнике. вторичная обмотка, поскольку поток проходит через ферромагнитный железный сердечник и меняет свое направление с каждым циклом переменного тока. Таким образом, переменный ток также течет через две половины вторичной обмотки трансформатора и течет во внешнюю цепь.

Строительство

Когда дополнительный провод подключается точно в средней точке вторичной обмотки трансформатора, он называется трансформатором с центральным ответвлением. Провод отрегулирован так, чтобы он попадал точно в среднюю точку вторичной обмотки и, таким образом, имел нулевое напряжение, образуя нейтральную точку обмотки. Это называется «центральным ответвлением», и это позволяет трансформатору обеспечивать два отдельных выходных напряжения, равных по величине, но противоположных по полярности.Таким образом, мы также можем использовать несколько передаточных чисел такого трансформатора.

Как видно из рисунка, этот тип конфигураций дает нам две фазы через две части вторичной катушки и всего три провода, в которых средний, центральный провод с ответвлениями является нейтральным. Таким образом, эта конфигурация с центральным ответвлением также известна как двухфазная трехпроводная трансформаторная система.

Таким образом, половина напряжения появляется на одной половине фазы, то есть от линии 1 к нейтрали, а другая половина напряжения появляется на следующей фазе, то есть от нейтрали к линии 2.Если нагрузка подключена непосредственно между линией 1 и линией 2, то мы получаем общее напряжение, то есть сумму двух напряжений. Таким образом, мы можем получить больше ампер тока при том же напряжении.

Работа этого трансформатора

Два напряжения, между линией 1 и нейтралью и между нейтралью и линией 2, можно обозначить как VA и VB соответственно. Затем математическое соотношение этих двух напряжений показывает, что они зависят от первичного напряжения, а также от частоты вращения трансформатора.

V A = (N A / N P ) * V P

V B = (N B / N P ) * V P

Здесь следует отметить, что оба выхода VA и VB соответственно равны по величине, но противоположны по направлению, что означает, что они на 180 градусов не совпадают по фазе друг с другом. Для этой цели мы также используем двухполупериодный выпрямитель с трансформатором с центральным ответвлением, чтобы оба напряжения синхронизировались друг с другом.
Разница между нормальным и центральным трансформатором

Основное различие, которое здесь очевидно, состоит в том, что обычный трансформатор подает вам только одно напряжение, например, скажем, 240 В. Но трансформатор с центральным ответвлением подает вам два напряжения, каждое из которых составляет 240/2, то есть 120 В, так что мы может управлять двумя независимыми цепями.

В следующей части этого руководства мы обсудим многообмоточные трансформаторы, в которых мы обсудим его работу, конструкцию и назначение.Так что оставайтесь с нами и подписывайтесь на нас по электронной почте, чтобы получить эти учебные пособия по записи прямо в свой почтовый ящик.

Насир.

Двухполупериодный выпрямитель - Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом

процесс преобразования переменного тока ток в постоянный ток ток называется выпрямлением. Исправление может быть достигается за счет использования одного диода или группа диодов.Эти диоды, которые преобразуют переменный ток преобразование тока в постоянный ток называют выпрямителями.

Выпрямители обычно делятся на два типа: половинные волновой выпрямитель и двухполупериодный выпрямитель.

А полуволновой выпрямитель использует только один диод для преобразования переменного тока в округ Колумбия. Так что построить полуволну очень просто. выпрямитель.Однако одиночный диод в полуволновом выпрямителе допускает только положительную половину цикла или отрицательную половину цикл входного сигнала переменного тока и оставшийся полупериод входной сигнал переменного тока заблокирован. В результате большая сумма силы тратится впустую. Кроме того, однополупериодные выпрямители не подходят для приложений, требующих стабильного и плавное постоянное напряжение.Так что полуволновые выпрямители не эффективные преобразователи переменного тока в постоянный.

ср можно легко преодолеть этот недостаток, используя другой тип выпрямитель, известный как двухполупериодный выпрямитель. Полная волна выпрямитель имеет несколько основных преимуществ перед полуволновым выпрямитель. Среднее выходное напряжение постоянного тока, производимое двухполупериодный выпрямитель выше, чем однополупериодный.Кроме того, выходной сигнал постоянного тока двухполупериодного выпрямителя имеет меньше пульсаций, чем полуволновой выпрямитель. Как результат, получаем более плавное выходное напряжение постоянного тока.

Let’s взгляните на двухполупериодный выпрямитель ……… ..

Полная волна выпрямитель определение

А Двухполупериодный выпрямитель - это тип выпрямителя, который преобразует оба полупериода сигнала переменного тока в пульсирующий сигнал постоянного тока.

Как как показано на рисунке выше, двухполупериодный выпрямитель преобразует как положительные, так и отрицательные полупериоды входного переменного тока сигнал в выходной пульсирующий сигнал постоянного тока.

Двухполупериодный выпрямитель подразделяется на два типа: двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением и двухполупериодный мост выпрямитель.

В в этом руководстве двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом объяснил.

Раньше переходя на работу двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом, Давайте сначала взглянем на трансформатор с центральным ответвлением. Поскольку трансформатор с центральным ответвлением играет ключевую роль в двухполупериодный выпрямитель с отводом по центру.

Центр ответвительный трансформатор

Когда дополнительный провод подключается точно посередине вторичная обмотка трансформатора, она известна как трансформатор с отводом по центру.

провод отрегулирован таким образом, чтобы он попадал точно в средняя точка вторичной обмотки. Итак, провод ровно при нулевом напряжении сигнала переменного тока. Этот провод известен как центральный кран.

трансформатор с центральным ответвлением работает почти так же, как и обычный трансформатор. Как и у обычного трансформатора, в центре отводился трансформатор также увеличивает или снижает напряжение переменного тока.Однако трансформатор с центральным ответвлением имеет еще одно важное особенность. Это вторичная обмотка центрального отвода. трансформатор делит входной переменный ток или сигнал переменного тока (В P ) на две части.

верхняя часть вторичной обмотки дает положительный напряжение В 1 и нижняя часть вторичной обмотки обмотка выдает отрицательное напряжение 2 В.Когда мы объединяем эти два напряжения при выходной нагрузке, получаем полную Сигнал переменного тока.

Т.е. V Итого = V 1 + V 2

напряжения V 1 и V 2 равны величина, но противоположная по направлению. То есть напряжения (В 1 и V 2 ) производятся верхней частью и нижней часть вторичной обмотки сдвинута по фазе на 180 градусов друг с другом.Однако при использовании двухполупериодного выпрямителя с трансформатором с центральным ответвлением, мы можем производить напряжения которые находятся в фазе друг с другом. Проще говоря, по с использованием двухполупериодного выпрямителя с трансформатором с центральным ответвлением, мы можем производить ток, который течет только в одиночном направление.

Что такое двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом

А Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением - это тип выпрямителя который использует трансформатор с отводом от центра и два диода для преобразовать полный сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока.

Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением состоит из переменного тока. источник, трансформатор с отводами, два диода и нагрузка резистор.

Источник переменного тока подключен к первичной обмотке центра. ответвительный трансформатор. Подключен центральный отвод (дополнительный провод) точно в середине вторичного обмотка делит входное напряжение на две части.

Верхняя часть вторичной обмотки подключена к диод D 1 и нижняя часть вторичной обмотка подключена к диоду D 2 . Оба диода D 1 и диод D 2 подключены к общая нагрузка R L с помощью центрального метчика трансформатор. Центральный кран обычно считается точка заземления или точка отсчета нулевого напряжения.

Как центр двухполупериодный выпрямитель с отводом работает

центр двухполупериодный выпрямитель с ответвлениями использует трансформатор с ответвлениями для преобразования входного переменного напряжения в выходное постоянное напряжение.

Когда подается входное переменное напряжение, вторичная обмотка трансформатор с ответвлениями делит это входное переменное напряжение на две части: положительная и отрицательная.

Во время положительный полупериод входного сигнала переменного тока, клемма A станет положительным, клемма B станет отрицательной и центральный кран заземлен (ноль вольт). Положительный вывод A подключен к p-стороне диода D 1 и отрицательная клемма B подключена к стороне n диода D 1 .Значит диод D 1 смещен в прямом направлении. в течение положительного полупериода и пропускает электрический ток через это.

Вкл. с другой стороны, отрицательный вывод B подключен к Сторона p диода D 2 и положительный вывод А подключен к стороне n диода D 2 . Так диод D 2 имеет обратное смещение во время положительный полупериод и не пропускает электрический ток через это.

диод D 1 подает постоянный ток на нагрузку R L . В Постоянный ток, произведенный на нагрузке R L , вернется ко вторичной обмотке через центральный отвод.

Во время положительный полупериод, ток течет только в верхнем часть схемы, в то время как нижняя часть схемы не переносят ток на нагрузку, потому что диод D 2 имеет обратное смещение.Таким образом, во время положительного полупериода входного сигнала переменного тока только диод D 1 пропускает электрический ток, а диод D 2 не пропускает электрический ток.

Во время отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока, клемма A становится отрицательным, клемма B становится положительной и отводится по центру. заземлен (ноль вольт). Отрицательный вывод A подключен к p-стороне диода D 1 и положительный вывод B подключен к стороне n диода D 1 .Значит диод D 1 имеет обратное смещение. во время отрицательного полупериода и не допускает электрического ток через него.

Вкл. с другой стороны, положительный вывод B подключен к Сторона p диода D 2 и отрицательный вывод А подключен к стороне n диода D 2 . Так диод D 2 смещен в прямом направлении во время отрицательный полупериод и пропускает через него электрический ток.

диод D 2 подает постоянный ток на нагрузку R L . В Постоянный ток, произведенный на нагрузке R L , вернется ко вторичной обмотке через центральный отвод.

Во время отрицательный полупериод, ток течет только в нижнем часть схемы, а верхняя часть схемы не переносят ток на нагрузку, потому что диод D 1 имеет обратное смещение.Таким образом, во время отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока, только диод D 2 пропускает электрический ток, а диод D 1 не допускает пропустить электрический ток.

Таким образом, диод D 1 пропускает электрический ток во время положительный полупериод и диод D 2 позволяет электрическое ток в течение отрицательного полупериода входного переменного тока сигнал.В результате оба полупериода (положительный и отрицательный) входного сигнала переменного тока. Итак, на выходе Напряжение постоянного тока почти равно входному напряжению переменного тока.

А небольшое напряжение теряется на диоде D 1 и диоде D 2 , чтобы заставить их вести себя. Однако это напряжение очень мало по сравнению с напряжением, возникающим на выход.Таким образом, этим напряжением пренебрегают.

диоды D 1 и D 2 обычно подключен к нагрузке R L. Таким образом, ток нагрузки равен сумма индивидуальных токов диодов.

ср знайте, что диод пропускает электрический ток только в одном направление. Из приведенной выше диаграммы мы видим, что как диоды D 1 и D 2 допускают ток в том же направлении.

ср знайте, что ток, который течет только в одном направлении, называется постоянным током. Таким образом, результирующий ток на выход (нагрузка) - постоянный ток (DC). Однако прямая ток, появившийся на выходе, не является чистым постоянным током но пульсирующий постоянный ток.

значение пульсирующего постоянного тока изменяется в зависимости от ко времени.Это связано с рябью выходного сигнала. Эти колебания можно уменьшить, используя такие фильтры, как конденсатор и индуктор.

среднее выходное постоянное напряжение на нагрузочном резисторе в два раза больше схема однополупериодного выпрямителя.

Выход формы сигналов двухполупериодного выпрямителя

Формы выходных сигналов двухполупериодного выпрямителя показаны на рисунок ниже.

Первый сигнал представляет входной сигнал переменного тока. Вторая форма волны и третья форма волны представляет собой сигналы постоянного тока или постоянный ток, создаваемый диодом D 1 и диод D 2 . Последний сигнал представляет общий выходной постоянный ток, создаваемый диодами D 1 и Д 2 . Из приведенных выше осциллограмм мы можем сделать вывод что выходной ток, создаваемый на нагрузочном резисторе, не чистый постоянный ток, но пульсирующий постоянный ток.

Характеристики двухполупериодного выпрямителя

Пульсация фактор

коэффициент пульсации используется для измерения количества ряби присутствует в выходном сигнале постоянного тока. Высокий коэффициент пульсации указывает на высокий пульсирующий сигнал постоянного тока, в то время как низкий уровень пульсации коэффициент указывает на слабый пульсирующий сигнал постоянного тока.

Пульсация коэффициент определяется как отношение пульсаций напряжения к чистому Напряжение постоянного тока

коэффициент пульсации равен

Наконец, получаем

γ = 0.48

Выпрямитель эффективность

Выпрямитель КПД показывает, насколько эффективно выпрямитель преобразует Переменный ток в постоянный. Высокий процент КПД выпрямителя указывает на исправный выпрямитель, в то время как низкий процент КПД выпрямителя указывает на неэффективный выпрямитель.

Выпрямитель КПД определяется как отношение выходной мощности постоянного тока к Входная мощность переменного тока.

Это математически можно записать как

η = выход P DC / вход P AC

выпрямитель КПД двухполупериодного выпрямителя составляет 81,2%.

выпрямитель КПД двухполупериодного выпрямителя в два раза выше, чем у однополупериодный выпрямитель.Таким образом, двухполупериодный выпрямитель больше КПД полуволнового выпрямителя

Обратный пик напряжение (PIV)

Пиковое обратное напряжение или пиковое обратное напряжение является максимальным напряжение, которое диод может выдержать в условиях обратного смещения. Если приложенное напряжение больше пикового обратного напряжение, диод будет безвозвратно разрушен.

пиковое обратное напряжение (PIV) = 2 В smax

выход постоянного тока текущий

в выходной резистор нагрузки R L , оба диода D 1 и в диоде D 2 токи текут в одном направлении. Таким образом, выходной ток представляет собой сумму D 1 и D 2 . токи.

ток, вырабатываемый D 1 , составляет I max / π, а ток, производимый D 2 , равен I max / π.

Итак, на выходе ток I DC = 2I макс. / π
Где,
I макс = максимальный постоянный ток нагрузки

выход постоянного тока напряжение

Появившееся выходное постоянное напряжение на нагрузочном резисторе R L задано как

. В постоянного тока = 2 В макс / π
Где,
В макс = максимальное вторичное напряжение

Среднее значение квадрат (RMS) значение тока нагрузки I

RMS

среднеквадратичное значение тока нагрузки в полной волне выпрямитель


Корневое среднее квадратное (RMS) значение выходного напряжения нагрузки В

RMS

среднеквадратичное значение выходного напряжения нагрузки в двухполупериодный выпрямитель

Форм-фактор

Форма Фактор - это отношение действующего значения тока к выходному постоянному току. текущий

Это математически можно записать как

Ф.F = действующее значение тока / выходного постоянного тока

форм-фактор двухполупериодного выпрямителя

F.F = 1,11

Преимущества двухполупериодного выпрямителя с центральным отводным трансформатором

Высокая КПД выпрямителя

Полный волновой выпрямитель имеет высокий КПД выпрямителя, чем половина волновой выпрямитель.Это означает, что двухполупериодный выпрямитель преобразует Переменный ток в постоянный более эффективно, чем однополупериодный выпрямитель.

Низкий потеря мощности

В полупериодный выпрямитель, только полупериод (положительный или отрицательный полупериод) разрешен, а оставшийся полупериод заблокирован. В результате больше половины напряжения потрачены впустую. Но в двухполупериодном выпрямителе оба полупериода (положительные и отрицательные полупериоды) разрешены одновременно. время.Таким образом, двухполупериодный выпрямитель не теряет сигнал.

Низкий рябь

выходной сигнал постоянного тока в двухполупериодном выпрямителе имеет меньше пульсаций чем полуволновой выпрямитель.

Недостатки двухполупериодного выпрямителя с центральным отводным трансформатором

Высокая стоимость

Трансформаторы с центральным ответвлением дороги и занимают много места. пространство.


"Это статья касается только двухполупериодного выпрямителя с отводом по центру. Если вы хотите прочитать о полной волне с отводом по центру выпрямитель с посещением фильтра: полный волновой выпрямитель с фильтром »

Заземление центрального ответвителя 110 В (55 В-0 В-55 В) - Электрические трансформаторы

Центральный ответвитель - это соединение, выполняемое от центра вторичной обмотки трансформатора.Он обозначается как Земля, Общий или 0В. Заземление вторичной обмотки трансформатора обычно выполняется путем соединения земли с нейтральным проводом. Существует другая система, в которой земля подключена к центральному отводу трансформатора вместо нейтрали. Это известно как Center Tap Earth (CTE). Системы CTE очень распространены в системах распределения электроэнергии и при операциях по обеспечению безопасности на объектах.

Некоторое общее рабочее напряжение CTE
110V CTE 55V-0V-55V
220V CTE 110V-0V-110V
230V CTE 115V-0V-115V
240V CTE 120V-0V-120V

Перед тем, как выбрать трансформатор для системы, важно понять его систему заземления, будь то заземление нейтрали или заземление центрального отвода.Использование трансформатора, не подходящего для данной области применения, может привести к повреждению подключаемых устройств.

Для следующих схем будет использоваться КТР 110 В.

Система электроснабжения

Выход 110 В

Выход 110 В с заземлением нейтрали

В этой системе трансформатор имеет 2 выходных вывода на вторичной обмотке: нейтральный и под напряжением.Нейтральный провод можно подключить к заземлению.
Потенциал удара между фазой и землей составляет 110 В.

Система заземления с центральным ответвлением

110V CTE (55V-0V-55V)

В системе с ТТР 110 В вместо нейтрального провода центральный отвод подключается к заземлению источника питания. Эта система не имеет нейтрали, поэтому необходимо соблюдать осторожность, чтобы гарантировать, что ни один провод под напряжением не будет заземлен.Может произойти короткое замыкание, которое может привести к отключению питания системы. Кроме того, центральный отвод трансформатора должен оставаться неподключенным, когда он не используется в незаземленной системе.

Система

CTE обычно используется для портативных инструментов безопасности на стройплощадке. Центральный отвод разделяет обмотку на 2 стороны, каждая из которых имеет только 55 В относительно земли. В случае поражения электрическим током это ограничивает величину потенциала удара до 55 В, что составляет половину от 110 В. Хотя при определенных обстоятельствах 55 В все же могут стать причиной смертельного шока, это лучше, чем полные 100 В.Системы CTE для портативных инструментов обычно устанавливаются с устройством защитного отключения (УЗО) по соображениям безопасности.

Трансформатор тока - обзор

34.3.1 Трансформаторы тока

Трансформатор тока - это преобразователь тока, который подает сигнал тока, прямо пропорциональный по величине и фазе току, протекающему в первичной цепи. Он также выполняет еще одну очень важную функцию: сигнал, который он генерирует, должен иметь потенциал земли по отношению к проводнику высокого напряжения.Первичная цепь трансформатора тока должна быть изолирована на том же уровне целостности, что и первичная изоляция системы. Для трансформаторов тока, используемых в системах высокого напряжения, изоляция первичной цепи составляет очень большую часть стоимости трансформатора.

Трансформатор тока - единственный преобразователь тока, широко используемый в высоковольтных сетях. Последние разработки волоконно-оптических высоковольтных преобразователей тока перспективны, но высокая стоимость и сомнительная надежность ограничивают их применение.Однако нет никаких сомнений в том, что в будущих датчиках тока будет использоваться волоконно-оптическая технология.

Трансформатор тока, как следует из названия, является трансформатором. Он почти всегда имеет форму сердечника кольцевого типа, вокруг которого намотана вторичная обмотка.

Первичная обмотка обычно состоит из прямого стержня, проходящего через центр сердечника, который образует один виток первичной обмотки. Для малых первичных токов, обычно ниже 100 А, могут использоваться многооборотные первичные обмотки, состоящие из двух или более витков, чтобы получить на выходе достаточное количество ампер-витков для работы подключенного вторичного оборудования.Для использования при распределительном напряжении сердечник и вторичная обмотка вместе с выводами вторичной обмотки обычно размещаются над изолятором проходного изолятора прямого высоковольтного проводника, который образует сегрегацию между высоковольтным проводом и землей. Заземленный экран обычно предусмотрен на внешней поверхности ввода, и трансформаторы тока размещаются над этим заземляющим экраном, чтобы гарантировать ограничение активности частичных разрядов высокого напряжения в воздушном зазоре между вводом и обмоткой трансформатора тока.Вторичные обмотки трансформатора тока обычно подключаются к электромагнитным реле. Как правило, они требуют высокого рабочего входа, что требует применения трансформаторов тока с высокой выходной мощностью (обычно 15 В-А). Более современная защита имеет твердотельную форму и требует гораздо более низкого рабочего сигнала, что позволяет снизить конструкцию трансформатора тока и снизить затраты. Вторичные обмотки трансформаторов тока обычно имеют номинал 1 или 5 А, хотя иногда используются другие номиналы.

Там, где требуются длинные вторичные соединения между трансформатором и реле, вторичная обмотка 1 А является преимуществом для снижения нагрузки на свинец.Холоднокатаное кремнистое железо обычно используется в качестве материала сердечника для защитных трансформаторов тока, но там, где требуется высокая точность измерения, используется легированная сталь очень высокого качества, которую обычно называют «Mumetal».

Для использования при более высоких напряжениях передачи необходимо встроить интегральную изоляцию в трансформатор тока между проводниками высокого напряжения и вторичными обмотками. Эта изоляция почти всегда выполняется в виде пропитанной маслом бумаги, хотя иногда используется газ SF 6 .Стоимость обеспечения герметичной газовой оболочки SF 6 обычно делает изолированные трансформаторы тока SF 6 неэкономичными.

Существуют две основные формы конструкции трансформаторов тока с масляной пропиткой и бумажной изоляцией для напряжения передачи: форма с действующим резервуаром и форма с мертвым резервуаром.

В корпусе под напряжением сердечник и обмотка расположены на том же уровне, что и первичный проводник, который проходит через центр сборки. Ясно, что сердечник и обмотки должны иметь потенциал земли.Обычно они заключены в металлический корпус, имеющий длинную вертикальную металлическую трубку, через которую выводы вторичной обмотки проходят на базовый уровень. Этот корпус и вертикальная металлическая труба затем имеют очень много слоев бумаги, обернутых вокруг них, чтобы сформировать основную первичную изоляцию. Слои из алюминиевой фольги, регулирующие напряжение, наматываются между слоями бумаги, чтобы обеспечить равномерное распределение напряжения от потенциала земли на нижнем конце сборки до линейного потенциала на верхнем конце.

Изолированный трансформатор тока в сборе затем помещается в изолятор, имеющий металлический верхний узел, через который проходит первичный проводник. Этот проводник электрически соединен с верхним узлом с одной стороны и изолирован с другой для предотвращения короткозамкнутого витка трансформатора тока.

Перед установкой верхней крышки весь трансформатор в сборе помещается под вакуум на несколько дней, чтобы обеспечить полное удаление влаги из бумаги.Затем сборка заполняется под вакуумом высококачественным изоляционным маслом для предотвращения образования пузырьков воздуха. После заполнения трансформатора доверху он герметизируется. Для расширения и сжатия масла в его герметичном отсеке предусмотрена некоторая форма расширительного узла. Это может быть сильфон или герметичная азотная подушка. Трансформатор тока может также включать в себя индикатор уровня масла, позволяющий контролировать утечку масла, и систему обнаружения газа, позволяющую контролировать образование газообразных продуктов в результате частичного пробоя диэлектрика.

В версии с мертвым баком сердечник и обмотки трансформатора тока размещаются внизу, заземление, конец сборки, а изоляция между первичной и вторичной обмотками в этом случае размещается вокруг проводника первичной обмотки высокого напряжения, а не узла сердечника и обмотки. . Центральная часть изолированного высоковольтного первичного проводника, на котором размещаются сердечник и обмотки, должна иметь потенциал земли. Изоляция первичного проводника высокого напряжения должна иметь градацию по обе стороны от сердечника и обмоток. Между слоями бумаги вставлены обертки из алюминиевой фольги, чтобы обеспечить необходимую градацию от потенциала земли в центральной части до линейного потенциала на обоих концах.Чтобы можно было разместить узел первичного проводника высокого напряжения в вертикальном изоляторе, узел изгибается «шпилькой». Изолированная бумага фактически наматывается на проводник, уже сформированный в эту форму шпильки. Затем ножки этого изолированного узла открываются, чтобы можно было надеть сердечник и обмотки.

Готовая сборка проходит вакуумную обработку и заполняется маслом аналогично тому, как это описано для трансформатора тока с токоведущим резервуаром.

Очень широко используются конструкции как с живыми, так и с мертвыми цистернами.Обе конструкции показаны на рис. 34.26 .

Рисунок 34.26. Поперечное сечение трансформаторов тока с действующим резервуаром (а) и с мертвым резервуаром (б)

Что такое повышающий циклоконвертер? - Определение и объяснение работы

Повышающий циклоконвертер - это однофазное устройство для однофазного преобразования, которое преобразует входную мощность переменного тока на одной частоте в выходную мощность на другой частоте. Выходная частота больше, чем входная частота для этого циклоконвертора. Однофазное преобразование в однофазное означает, что и входная мощность, и выходная мощность являются однофазными.В этой статье представлен принцип работы повышающего циклоконвертера с соответствующей принципиальной схемой и формами сигналов.

Принцип работы повышающего циклоконвертора:

Принцип работы повышающего циклоконвертора основан на переключении тиристоров в правильной последовательности. Тиристор действует как выключатель мощности. Эти переключатели устроены так, что выходная мощность доступна как для положительной, так и для отрицательной половины входного источника питания. Техника принудительной коммутации используется для выключения проводящего тиристора.

Для повышающего циклоконвертера возможны две конфигурации схемы: Средняя точка и мост . В этой статье мы рассмотрим промежуточный тип схемотехники для лучшего понимания принципа работы.

Схема:

На рисунке ниже показана принципиальная схема повышающего циклоконвертера средней точки:

Схема состоит из однофазного трансформатора со средним выводом на вторичной обмотке и четырех тиристоров.Два из этих тиристоров P1 и P2 предназначены для положительной группы. Здесь положительная группа означает, что когда P1 или P2 проводят, напряжение нагрузки положительное. Два других тиристора N1 и N2 относятся к отрицательной группе. Нагрузка подключается между средней точкой вторичной обмотки O и клеммой A. Для простоты предполагается, что нагрузка резистивная. Предполагаемое положительное направление напряжения и тока отмечено на принципиальной схеме.

Работа повышающего циклоконвертера:

Во время положительного полупериода входного напряжения питания тиристоры положительной группы P1 и N2 смещены в прямом направлении от ωt = 0 до ωt = π.Таким образом, SCR P1 запускается, чтобы включить его при ωt = 0, так что напряжение нагрузки будет положительным, с клеммой A положительной, а O - отрицательной. Таким образом, напряжение нагрузки следует положительной огибающей входного напряжения питания. В некоторый момент времени ωt = ωt 1 проводящий тиристор P1 принудительно коммутируется, и смещенный вперед тиристор N2 запускается, чтобы включить его. В течение периода проводимости N2 напряжение нагрузки отрицательное, потому что O положительно, а A на этот раз отрицательно. Напряжение нагрузки или выходное напряжение отслеживает отрицательную огибающую напряжения питания.Это показано на рисунке ниже.

При ωt = ωt 2 , N2 принудительно коммутируется, а P1 включается. Напряжение нагрузки теперь положительное и соответствует положительной огибающей напряжения питания. При ωt = π клемма «b» положительна по отношению к клемме «a»; поэтому оба SCR P2 и N1 смещены в прямом направлении от ωt = π до ωt = 2π. При ωt = π, N2 принудительно коммутируется, и тринистор P2 с прямым смещением включается. Напряжение нагрузки положительное и соответствует положительной огибающей напряжения питания.

Если частота питания f с и выходная частота f o , P2 будет принудительно коммутирован при ωt = (1 / 2f с ) + (1 / 2f o ). Внимательно обратите на это внимание на осциллограмме, показанной на рисунке 2.

Когда P2 принудительно коммутируется, включается SCR N1 с прямым смещением. На этот раз напряжение нагрузки отрицательное и соответствует отрицательной огибающей входного источника питания.

Таким образом, SCR P1, N2 для первого полупериода; P2, N1 во втором полупериоде и так далее переключаются поочередно между положительной и отрицательной оболочками с высокой частотой.Это приводит к тому, что выходная частота f или больше, чем входная частота питания f s . В нашем примере на рисунке 2 обратите внимание, что в одном цикле входного питания всего 6 циклов вывода. Это означает, что частота выходного напряжения в 6 раз больше входной частоты, то есть f o = 6f s .

Назад к основам - Установка звездообразного трансформатора с 480/277 В до 208/120 В

Время считывания: 8 минут

Наиболее часто встречающаяся трансформаторная установка - это, вероятно, обычный трехфазный трансформатор типа «звезда» от 480/277 В до 208/120 В, питающий щит.Многие электромонтажники, специалисты по проектированию и инспекторы борются с этими требованиями к установке. Электрики и инспекторы, которые чувствуют себя очень уверенно при установке и проверке электрических сетей, иногда будут гораздо менее комфортны при работе с трансформаторами с заземлением, установленными на стороне нагрузки средств отключения обслуживания здания. Давайте посмотрим на основы заземленного трансформатора 480/277 В на 208/120 В звездой, питающего щит в типичном торговом или офисном помещении.

Расположение, местонахождение, местонахождение

Сухой заземленный трансформатор на 112,5 кВА или ниже с перемычкой заземления системы, установленной в корпусе трансформатора, который мы рассматриваем в этой статье, должен быть размещен в месте, обеспечивающем рабочее пространство, безопасные расстояния от горючих материалов, легкий доступ и правильный отвод тепла. Куда нам обратиться за этими требованиями? Начнем со статьи 450 Национального электротехнического кодекса от 2017 г. ( NEC ).

Легкодоступен ли трансформатор, как того требует NEC Раздел 450.13? Общее правило этого раздела - трансформатор должен быть легко доступен. Однако существуют некоторые важные дополнительные разрешения для этого правила. Трансформатор с номинальным напряжением 1000 В или меньше может располагаться на стенах, колоннах или конструкциях на открытом воздухе и не требует свободного доступа. [См. Раздел 450.13 (A).] Трансформатор мощностью не более 50 кВА может быть расположен в пустом пространстве здания - например, в подвесном потолке - и не требует свободного доступа.[См. Раздел 450.13 (B).] Итак, у нас есть подходящее место для нашего трансформатора? Ну еще нет. Мы по-прежнему должны решить проблемы отвода тепла, рабочего зазора и находящихся поблизости горючих материалов.

Трансформаторы должны вентилироваться таким образом, чтобы тепловые потери при полной нагрузке утилизировались таким образом, чтобы не приводить к увеличению тепла, превышающему номинальные параметры трансформатора. [См. Раздел 450.9.] Трансформаторы с вентилируемыми отверстиями не должны иметь эти вентилируемые отверстия, заблокированные стенами или другими препятствиями, и должны иметь маркировку с указанием необходимого расстояния между вентиляционными отверстиями трансформатора и любыми соседними препятствиями.[См. Раздел 450.11.] Помещения для электрооборудования, в которых есть трансформаторы, часто снабжены блоками вентиляторов с термостатическим управлением, которые помогают отводить тепло. Трансформаторы, которые не вентилируются должным образом, могут работать менее эффективно с меньшим сроком службы.

w Сухие трансформаторы мощностью 112 ½ кВА или менее должны располагаться на расстоянии не менее 12 дюймов от горючих материалов в соответствии с Разделом 450.21 (A). Исключение из этого правила: минимальный зазор 12 дюймов до горючих материалов не применяется к трансформаторам напряжением 1000 В или меньше, которые полностью закрыты, за исключением вентиляционных отверстий - именно к этому типу трансформаторов мы обращаемся.

Теперь рассмотрим рабочие зазоры. NEC Раздел 110.26 требует, чтобы электрическое оборудование, которое может потребовать обслуживания, осмотра или регулировки при подаче напряжения, должно иметь рабочие зазоры, указанные в данном разделе, и рабочий зазор должен позволять как минимум 90-градусное открытие дверей или навесных панелей. . Этот раздел требует, чтобы ширина рабочего пространства составляла 30 дюймов или ширина оборудования, в зависимости от того, что больше, а высота рабочего пространства - 6 футов 6 дюймов или высота оборудования, в зависимости от того, что больше.Раздел 110.26 (A) (4) касается рабочих пространств с ограниченным доступом, которые могут встречаться в подвесном потолке.

Как насчет глубины пространства? Напряжение питания трансформатора составляет 480/277 В. Напряжение относительно земли любой фазы питающих проводов соответственно составляет 277 В. Требования таблицы 110.26 (A) (1) определяют зазор 3 фута от трансформатора с незащищенным током. части с одной стороны и никаких токоведущих или заземленных частей с другой стороны рабочего пространства; 3,5 фута, если у нас есть заземленные части напротив трансформатора, и 4 фута, если у нас есть другие токоведущие части напротив трансформатора.Эти измерения производятся от корпуса трансформатора наружу. Теперь мы готовы установить трансформатор на место.

1. Перемычка подключения системы
2. Провод заземления оборудования
3. Перемычка подключения на стороне питания
4. Провод заземляющего электрода
5. Клеммное соединение с корпусом

Заземление и соединение

На трансформаторе с заземленной звездой мы устанавливаем перемычку соединения системы на участке от трансформатора до первого отключающего средства на вторичной стороне.Это системное соединение перемычки, когда оно выполнено в корпусе трансформатора, обеспечивает путь от центральной точки звездообразной конфигурации через клемму x / o к клеммной колодке, находящейся в прямом контакте с обычно нетоковедущим металлическим корпусом трансформатора. Эта клеммная колодка используется для подключения заземляющего проводника, соединительной перемычки на стороне питания, обычно нетоковедущего металлического корпуса, заземляющего проводника (ов) оборудования, проводника заземляющего электрода и, возможно, соединения металлической водопроводной трубы (мы обсудим это позже).По состоянию на 2014 год NEC Раздел 450.10 (A) требует, чтобы для этих соединений была предусмотрена клеммная колодка, и ее нельзя устанавливать над вентиляционными отверстиями.

Мы также можем подключить перемычку заземления системы к первому разъединителю на вторичной стороне трансформатора. Когда в этом месте устанавливается соединительная перемычка системы, в этом месте также выполняется соединение проводника заземляющего электрода. Этот тип подключения встречается несколько реже, и мы обсудим этот вариант в другой раз.

При типичном трансформаторе 480/277 В - 208/120 В звезды, питающего щит, мы обычно имеем пять проводников, подводимых от трансформатора и корпуса трансформатора к щитку. Он должен состоять из трех незаземленных фазных проводов, одного заземленного нейтрального проводника и перемычки заземления на стороне питания. Эта перемычка заземления на стороне питания часто ошибочно определяется как заземляющий провод оборудования, из-за чего установщик неправильно использует NEC Section 250.122 для определения размера проводника, когда необходимо использовать NEC , раздел 250.102, или негибкую металлическую дорожку качения. Использование раздела 250.122 обычно приводит к получению провода меньшего размера, что ограничивает способность соединительной перемычки на стороне питания пропускать ток, достаточный для быстрого устранения неисправности. Заземляющий провод оборудования на этом типе трансформатора проложен с проводами питания первичной стороны к корпусу трансформатора и имеет размер в соответствии с NEC , раздел 250.122.

Заземленный нейтральный проводник подключается к клеммной колодке, которая не соприкасается с металлическим корпусом щита или любыми заземленными металлическими частями после подключения к перемычке заземления системы в корпусе трансформатора.Некоторые назовут это «плавающей нейтралью» в корпусе из щитового щита. (Не термин из кода , код ). Нейтральный и другие заземленные проводники ответвительных и фидерных цепей, питаемых от этого щитового щита, подключаются к заземленной клеммной колодке внутри кожуха щитового щита. Перемычка заземления на стороне питания будет подключена к клемме, контактирующей с металлическим кожухом щита, а заземляющие провода оборудования ответвленных цепей и фидеров, питаемых от щита, будут подключены к этой клеммной колодке.Эти заземляющие и заземляющие соединения на щитке, питаемом от трансформатора, выполняются во многом так же, как и на обычном щитке с питанием.

1. Заземленный нейтральный провод
2. Заземляющая перемычка со стороны питания
3. Вторичные проводники
4. Защита от перегрузки вторичного провода

Провод (-ы) заземляющего электрода в этом приложении проложен от клеммной колодки трансформатора, к которой подсоединяется соединительная перемычка системы. заземляющий электрод. Соединение с металлом в заземляющей опорной конструкции (ранее мы называли этот электрод металлическим каркасом здания или сооружения), вероятно, является наиболее распространенным средством обеспечения электрода.NEC 2017 теперь позволяет нам подключаться к системе заземляющих электродов здания, а не предписывать порядок приоритета, начиная со строительной стали или ближайшей доступной эффективно заземленной водопроводной трубы, а затем до других типов электродов, если один из них недоступен. Если мы используем соединение с металлом в наземной опорной конструкции, то мы должны не забыть соединить водопроводную трубу в зоне, обслуживаемой трансформатором. Погодите, разве мы уже на сервисе не приклеили металлическую водопроводную трубу? Да, мы сделали.Однако мы создали новую отдельно производную систему. Ток, производимый через трансформатор, будет пытаться вернуться обратно в среднюю точку обмоток трансформатора звездой через ответвление x / o трансформатора.

Соединение водопровода в зоне, обслуживаемой трансформатором, в соответствии с требованиями NEC Раздел 250.104 (D) (1) обеспечит путь с низким сопротивлением для любых нежелательных токов, которые могут попасть в водопровод, и любых неисправностей, которые могут произойти. в результате контакта с водопроводной трубой.Нам разрешается использовать перемычку, соединяющую металл в опорной конструкции заземления с водяной трубой (ами), то есть нам нужно подключиться к клеммной колодке трансформатора только один раз, если это сделано таким образом. Если мы используем соединение с водопроводной трубой в качестве нашего соединения с системой электродов, этот дополнительный этап соединения водяной трубы не требуется.

Средства отключения трансформатора

Средства отключения должны находиться в пределах видимости трансформатора. Чтобы быть в пределах видимости, трансформатор и отключающие средства должны быть видны друг от друга на расстоянии не более 50 футов.Если средство отключения не находится в пределах видимости трансформатора, средство отключения должно быть заблокировано в соответствии с Разделом 110.25, а на поле трансформатора должно быть отмечено расположение средств отключения. Для этой цели часто используется выключатель, питающий первичную обмотку трансформатора. Часто задают вопрос: «Подойдет ли предохранительный выключатель надлежащего номинала для этого средства отключения?» да.

Незаземленные проводники первичной стороны

Защита первичной стороны трансформатора в этой установке составляет не более 125 процентов, поэтому вторичная защита не требуется.[См. Раздел 450.3 (B).] Для первичной обмотки трансформатора «звезда» на 480/277 В на 45 кВА потребуется ток проводника 54,19 ампера при 125%, итого 67,73 ампера. (45000 / 830,4 = 54,19 x 1,25 = 67,73) Размер нашего проводника будет основываться на этом числе. Примечание 1 к таблице 450.3 (B) позволяет нам округлить до следующего стандартного размера 70 ампер для нашего устройства максимального тока, защищающего трансформатор, а раздел 240.4 (B) позволяет нам округлить нашу максимальную токовую защиту проводников на первичной стороне. также до ближайшего типоразмера 70 ампер.

Незаземленные провода вторичной стороны

Размер проводов вторичной обмотки трансформатора, питающих нашу щитовую панель, определяется несколькими факторами. Первый - это нагрузка, обслуживаемая щитом, питаемая вторичной обмоткой трансформатора. Неудивительно, что размеры проводов должны быть достаточно большими, чтобы питать подключенную нагрузку. Кроме того, эти проводники должны иметь минимальный размер, который может превышать обслуживаемую нагрузку. Это основная концепция правила крана. Вторичные проводники должны иметь достаточную допустимую силу тока, чтобы пропускать достаточный ток при замыкании на землю или коротком замыкании для размыкания устройства максимального тока на стороне питания первичной обмотки трансформатора.

Если длина этих проводников не превышает 25 футов, минимальный размер проводов должен составлять 1/3 размера устройства защиты от максимального тока на первичной стороне, умноженного на соотношение напряжений на первичной и вторичной сторонах трансформатора. Соотношение 480 к 208 составляет 2,3. Для трансформатора на 45 кВА допустимый размер устройства максимального тока первичной стороны составляет 70 ампер. Допустимая токовая нагрузка проводников на стороне нагрузки должна составлять не менее 1/3 значения устройства максимального тока первичной стороны - или 23,34 ампера в данном случае - умноженного на соотношение первичного и вторичного напряжений, равное 2.3. Вторичные проводники соответственно должны иметь минимальную допустимую силу тока 53,68 ампер. По сути, это правило 25 футов с учетом соотношения напряжений. [См. Раздел 240.21 (C) (6).] Если длина проводов вторичной стороны составляет 10 футов или меньше, то номинальное значение устройства максимального тока, защищающего первичную обмотку, умноженное на соотношение первичного и вторичного напряжения, не должно превышать 10-кратную допустимую токовую нагрузку вторичных проводов. . Трансформатор 45 кВА, защищенный со стороны питания автоматическим выключателем на 70 ампер, умноженным на коэффициент 2.3 приведет к тому, что вторичные проводники будут иметь минимальную допустимую токовую нагрузку 16,1 ампер или 1/10 размера первичного устройства максимального тока после приложения соотношения напряжений. Это очень похоже на стандартное правило 10-футового метчика.

Несмотря на то, что существует минимальный размер для вторичных проводов, как мы обсуждали, не существует максимального размера, кроме того, который мы можем встретить для размеров клемм. Следует иметь в виду, что трансформаторы, превышающие номинальные значения, приведут к большему нагреву и сокращению срока службы.Для трансформатора на 45 кВА, который мы обсуждали, оптимальная нагрузка для вторичных проводов не должна превышать 125 ампер.

Разрешается подключать проводники к вторичной обмотке трансформатора без максимальной токовой защиты на вторичной обмотке, если трансформатор имеет защиту со стороны питания, не превышающую 125%. Защита этих проводов от перегрузки обеспечивается на конце проводов вторичной стороны. [См. Раздел 240.21 (C).] Защита от перегрузки не должна превышать номинал проводов, и нам не разрешается округлять до следующего стандартного размера устройства максимального тока, как иначе разрешено в разделе 240 NEC.4. [См. Раздел 408.36 для защиты панелей.]

Предыдущий текст основан на установке обычного сухого трансформатора 480/277 В - 208/120 В звезда на 112,5 кВА или ниже с перемычкой заземления системы на трансформаторе. Эта установка, вероятно, является наиболее распространенным типом трансформаторов, встречающихся в коммерческих офисах и торговых помещениях. Это лишь один из многих возможных конфигураций трансформатора. Хорошее практическое знание этих основ окажется бесценным для понимания требований к установке трансформаторов любого напряжения или фазового расположения.

Основы топологии - Электроника 101

1. Введение

2. Пассивные компоненты

3. Активные компоненты

Функция силовой цепи состоит в том, чтобы обеспечить соответствие имеющейся мощности потребностям нагрузки. Доступная мощность поступает либо от батареи, либо от сети переменного тока, но очень немногие нагрузки могут использовать энергию в такой форме, в основном лампочки и нагреватели.Для всех других нагрузок - будь то простой балласт или сложный серводвигатель - доступная мощность должна быть преобразована в любую форму, подходящую для нагрузки, будь то простой балласт или сложный серводвигатель. Это делается с помощью блоков стабилизации мощности.

Как упоминалось в разделе 3.2, подавляющее большинство силовых цепей работают в импульсном режиме. В этом контексте термин «топология» относится к определенному расположению активных и реактивных компонентов, то есть к схеме силовой части схемы.Разработчики придумали очень большое количество топологий, и некоторые из них можно найти в практических приложениях. Все они разделяют основной принцип работы: мощность «обусловлена» некоторой продуманной последовательностью цикла включения-выключения транзисторов («стратегия модуляции»), чтобы сделать ее подходящей для конкретной нагрузки.

Мы кратко проанализируем понижающую, повышающую и несколько других часто используемых топологий.

4.1. Понижающий преобразователь

Понижающий преобразователь представляет собой понижающий преобразователь постоянного тока, то есть выдает выходное напряжение ниже входного (рисунок 11). Катушка индуктивности и конденсатор на выходе являются неотъемлемой частью этой топологии.

Входной ток всегда прерывистый, потому что переключатель включен последовательно со входом. Когда входной ток прерывистый, на входе необходим конденсатор для компенсации индуктивности линии и для обработки более высокочастотных составляющих входного тока.Этот входной конденсатор не является неотъемлемой частью топологии - в нем не было бы необходимости, если бы линия не имела индуктивности - и не показан на рисунке.

Производительность этого преобразователя определяется тремя вариантами конструкции:

  • Расчет реактивных компонентов
  • Метод управления: фиксированная или переменная частота
  • Рабочая частота или частотный диапазон.

Эти варианты дизайна определяют:

  • Среднеквадратичная составляющая входного тока, следовательно, размер входного конденсатора
  • Величина пульсации в форме волны выходного напряжения
  • Динамический отклик на изменения нагрузки или изменения входного напряжения в условиях замкнутого контура.

Рисунок 11. Понижающий преобразователь. Формы сигналов, показанные на рисунке, относятся к проводимости постоянного тока с фиксированной частотой (в катушке индуктивности). Когда переключатель выключен, индукционный ток течет в «свободном» диоде. В какой-то момент, когда нагрузка уменьшается, ток индуктора становится прерывистым. При 100% -ном рабочем цикле переключателя выходное напряжение равно входному.

4.2. Повышающий преобразователь

Повышающий преобразователь представляет собой повышающий преобразователь постоянного тока, то есть выдает выходное напряжение, превышающее входное (рисунок 12). Катушка индуктивности на входе и конденсатор на выходе являются неотъемлемой частью этой топологии.

Поскольку катушка индуктивности включена последовательно со входом, входной ток является непрерывным в большей части рабочего диапазона. Выходной ток является прерывистым, и выходной конденсатор должен быть рассчитан на наихудший случай пульсации тока, а также другие требования, такие как время задержки.

Как и в понижающем преобразователе, производительность определяется тремя вариантами конструкции:

  • Расчет реактивных компонентов
  • Метод управления: фиксированная или переменная частота
  • Рабочая частота или частотный диапазон.

Эти варианты дизайна определяют:

  • Среднеквадратичная составляющая входного тока
  • Величина пульсации в форме волны выходного напряжения
  • Динамический отклик на изменения нагрузки или входного напряжения.

Эта топология наиболее распространена для корректоров коэффициента мощности. При более низкой мощности предпочтительным режимом управления является прерывистый ток по экономическим причинам. При более высокой мощности предпочтителен постоянный ток.

Рисунок 12. Повышающий преобразователь. Формы сигналов, показанные на рисунке, относятся к проводимости постоянного тока с фиксированной частотой (в катушке индуктивности). Катушка индуктивности заряжается от линейного напряжения во время работы транзистора и разряжается в выходной конденсатор, когда переключатель выключен.В какой-то момент, когда нагрузка уменьшается, ток индуктора становится прерывистым. При скважности переключателя 0% выходное напряжение равно входному напряжению .

4.3. Полумост

Полумост - это понижающий преобразователь постоянного тока в переменный. Это «двухквадрантный преобразователь», поскольку ток нагрузки может течь в обоих направлениях. Это критическая особенность при возбуждении индуктивной нагрузки с формой волны переменного тока.Как и в случае понижающего преобразователя, входной ток является прерывистым, и требуется входной конденсатор для компенсации индуктивности линии и обработки более высокочастотных составляющих входного тока.

Эта топология широко используется в источниках бесперебойного питания (ИБП) для генерации выходной синусоиды, как показано на рисунке 13. Ее недостатком является тот факт, что для нее требуется положительное и отрицательное напряжение относительно выходной нейтрали, как показано на рисунке. . Полный мост преодолевает это ограничение.

Рисунок 13. Полумост как генератор синусоидальных сигналов в ИБП. Обратите внимание на то, как рабочий цикл переключателей модулируется на высокой частоте для достижения низкочастотной синусоиды. Также обратите внимание, что точкой отсчета для выхода является середина двух входных конденсаторов.

4.3. Полный мост

Два полумоста могут генерировать выход переменного тока от одного источника напряжения без необходимости в нейтрали.

Эта топология чаще всего используется в трех классах приложений:

4.3.1. Импульсные источники питания (ИИП) и сварочные аппараты

Как показано на рисунке 14, мост используется для генерации высокочастотной прямоугольной волны, которая подается на изолирующий трансформатор. Работа на высокой частоте уменьшает размер трансформатора и компонентов фильтра, одновременно улучшая время отклика в замкнутом контуре и удельную мощность.Плотность мощности, превышающая 50 Вт на 3 , обычно доступна в некоторых коммерчески доступных ИИП.

Рис. 14. Полный мост обычно используется в импульсных источниках питания и сварочных аппаратах для генерации высокочастотной прямоугольной волны, которая подается на понижающий трансформатор. При типичной рабочей частоте 50 кГц трансформатор становится довольно маленьким. Его мощность регулируется для достижения желаемых сварочных характеристик.

4.3.2. Преобразователи постоянного тока в переменный и ИБП

Как мы уже упоминали в начале, топология - это только половина дела. Другая половина - это стратегия контроля, о чем мы подробнее поговорим в этом разделе.

Тот же самый полный мост может быть модулирован для генерации простой прямоугольной волны, как мы видели в предыдущем разделе (рисунок 14), или для генерации синусоиды путем широтно-импульсной модуляции переключателей, как показано на рисунке 15.

Выходной прямоугольный сигнал редко используется как таковой; в большинстве случаев он выпрямляется и фильтруется для достижения постоянного тока.

Если целью силовой цепи является генерация синусоидального сигнала линейной частоты, как в случае преобразователей постоянного тока в переменный и ИБП, ШИМ-управление переключателями мощности сжимает выходной фильтр и улучшает плотность мощности.

Рисунок 15. Тот же полный мост, показанный на рисунке 14, можно использовать для генерации синусоидального сигнала путем широтно-импульсной модуляции переключателей.

Одна и та же топология может использоваться с множеством различных стратегий модуляции. На рисунке 16 показана комбинация двух методов, представленных на рисунке 15. БТИЗ верхнего плеча переключаются на высокой частоте (20 кГц) и генерируют сигнал линейной частоты с помощью ШИМ-управления рабочим циклом. БТИЗ нижнего плеча переключаются на линейной частоте и переключают полярность формы волны. Эта стратегия модуляции сводит к минимуму потери в полупроводниках, поскольку только два устройства переключаются с высокой частотой без изменения входного фильтра.Повышенная эффективность и работа на высоких частотах являются критически важными компонентами для достижения высокой плотности мощности.

Рисунок 16. Два метода модуляции (прямоугольная волна и синусоида ШИМ), показанные на рисунке 14, можно комбинировать для повышения эффективности. БТИЗ верхнего плеча переключаются на высокой частоте (20 кГц) и генерируют сигнал линейной частоты с помощью ШИМ-управления рабочим циклом. БТИЗ нижнего плеча переключаются на линейной частоте и переключают полярность формы волны.

4.3.3. Реверсивные моторные приводы постоянного тока

Н-мост также может использоваться для управления скоростью и направлением двигателя постоянного тока. Эту топологию иногда называют «четырехквадрантным преобразователем», потому что ток может течь в любом направлении, а напряжение на нагрузке может быть изменено на обратное.

В этом, как и в упомянутых выше приложениях, большая часть производительности зависит от стратегии модуляции.Два таких метода проиллюстрированы ниже в качестве примера.

  • На рисунке 17а оба транзистора в каждом полумосте управляются в противофазе с прямоугольной волной ШИМ. Q1 и Q4 включаются одновременно, а Q2 и Q3 включаются до конца цикла. При рабочем цикле 50% среднее напряжение на двигателе равно нулю. По мере того, как рабочий цикл увеличивается в одном или другом направлении, двигатель видит среднее напряжение на своих выводах, которое может быть положительным или отрицательным, в зависимости от рабочего цикла.

Два переключателя всегда включены и подают на двигатель определенное напряжение, определяемое платой управления. Изменение направления так же естественно, как и изменение рабочего цикла. Ток может течь в обоих направлениях, и двигатель может работать или регенерировать.

Обратите внимание, что в течение первой части цикла (ток транзистора) мощность подается на двигатель. В течение оставшейся части цикла мощность возвращается к источнику питания.

  • Метод управления, показанный на рисунке 17b, использует нижние переключатели для определения направления двигателя (Q4 в примере), в то время как верхние переключатели имеют ШИМ-модуляцию для регулирования скорости.Этот метод аналогичен методу, представленному на рисунке 16. Обратите внимание, что только два переключателя управляются затвором или выключаются, в то время как два других имеют нулевое напряжение, подаваемое на затвор. В некоторых случаях направление тока определяет напряжение, подаваемое на двигатель, и оно может отличаться от того, которое задает плата управления. Смена направления требует переключения с одной пары транзисторов на другую, что является обычным источником головной боли управления.

Первый метод дает лучшие характеристики сервопривода, в то время как второй метод дает гораздо меньшие пульсации тока в двигателе при той же рабочей частоте.

При использовании этого метода модуляции мощность в источник питания не возвращается. Текущие свободные колеса в топовых устройствах и распадаются, что и определяется потерями.

Рисунок 17а. Реверсивное регулирование скорости двигателя постоянного тока с приводом затвора «заблокировано противофазно». Q1 и Q4 включаются одновременно, а Q2 и Q3 включаются до конца цикла. На клеммах двигателя имеется чистое положительное напряжение.Реактивная мощность возвращается в источник через Q2 и Q3 в оставшейся части цикла. Поскольку на двигатель подается полное напряжение шины с той или иной полярностью, пульсации тока в двигателе могут быть значительными.

Рисунок 17b. Реверсивное регулирование скорости двигателя постоянного тока с «переключателем рулевого управления, переключателем PWM». Q2 и Q4 задают направление вращения, а Q1 и Q3 определяют скорость. Реактивная мощность не возвращается к источнику питания, а свободно вращается в верхних устройствах и очень медленно затухает.

4.4. Трехфазный мост

Эта топология (рисунок 18) используется почти исключительно для управления трехфазными двигателями с различными стратегиями модуляции. Двумя наиболее распространенными типами двигателей являются двигатели с постоянными магнитами и асинхронные двигатели.

Для них требуются разные стратегии модуляции. Фактически, один и тот же тип двигателя может приводиться в действие с разными модуляциями: одни модуляции улучшают характеристики двигателя за счет потерь в полупроводниках, другие - наоборот.Это специализированная тема, выходящая за рамки данной краткой статьи.

Рисунок 18. Трехфазный мост, обычно используемый для привода двигателей с различными типами модуляции. Показанные здесь формы сигналов представляют линейное напряжение и линейный ток синусоидальной модуляции для асинхронного двигателя.

4.5. Топологии для преодоления ограничений полупроводников

За прошедшие годы было разработано множество таких топологий, некоторые для преодоления ограничений MOSFET-диода, некоторые для уменьшения коммутационных потерь IGBT, некоторые для уменьшения коммутационных потерь в целом.Снижение коммутационных потерь обычно достигается за счет некоторой формы резонанса, как мы увидим в некоторых примерах ниже. Этот режим работы часто называют «мягким переключением», в отличие от «жесткого переключения», который является стандартным режимом работы преобразователей импульсного режима, которые мы видели в предыдущих параграфах.

Как мы упоминали в разделе 3.3, IGBT - это устройства с неосновной несущей с лучшими характеристиками проводимости, чем MOSFET, но худшими характеристиками переключения.Одной из топологий, которая обычно используется для использования преимуществ проводимости без потери затрат на переключение, является последовательный резонансный полумост, показанный на рисунке 19. Два конденсатора были добавлены параллельно с IGBT. Это простое добавление коренным образом меняет способ работы этой топологии.

Выход полумоста - это высокочастотная прямоугольная волна напряжения (розовая кривая), которая подается на резонансный контур, образованный катушкой и одним резонирующим конденсатором (C1 + C2).Результирующий ток (синяя кривая) квазитреугольный. Обратите внимание, что когда один IGBT включен, напряжение на его выводе является отрицательным падением на диоде, следовательно, его потери при включении практически равны нулю. Когда встречно-параллельный диод перестает проводить, напряжение на его выводах равно падению напряжения на IGBT. В этой схеме отсутствуют потери обратного восстановления.

Рисунок 19. Последовательный резонансный полумостовой преобразователь.Обратите внимание на разницу с полумостом, показанным на рисунке 13: нагрузка в основном индуктивная, и два конденсатора были добавлены параллельно IGBT. Напряжение прямоугольной формы (розовая кривая) подается на резонансный контур, образованный катушкой и одним резонирующим конденсатором (C1 + C2). Результирующий ток (синяя кривая) квазитреугольный. Силовые переключатели коммутируются в ZVS (переключение нулевого напряжения) при включении, что исключает потери включения. Антипараллельные диоды также коммутируют при ZVS при выключении, что исключает потери восстановления.

4.6. «Синхронное выпрямление»

Как было показано в разделе 3.2, полевые МОП-транзисторы блокируются в одном направлении, и при приложении напряжения затвора они выглядят как резисторы очень низкого номинала. В противоположном направлении полевые МОП-транзисторы ведут себя так же, как P-N диод (рисунок 7).

Если напряжение приложено к затвору во время протекания тока через диод, эквивалентная схема становится схемой замещения резистора, включенного параллельно диоду (рисунок 20).Пока падение напряжения на резистивной части ниже, чем падение напряжения на диоде (0,6-0,8 В), ток течет в резистивной части устройства, а полевой МОП-транзистор действует как выпрямитель с очень низким падением напряжения.

Уловка состоит в том, чтобы «синхронизировать» привод затвора с направлением тока, отсюда и название этой техники. Он широко используется в регуляторах очень низкого напряжения (1-5 В). На рисунке 20 показан прямой преобразователь, в котором два выходных диода были заменены полевыми МОП-транзисторами, в которых нет другой схемы управления затвором, кроме выхода трансформатора.Этот метод управления затвором используется только для иллюстрации, потому что управление затвором недоступно, когда выход вторичной обмотки падает до нуля. Даже в этом случае схема работает, но с более высокими потерями, потому что диоды MOSFET берут верх. На практике для управления затворами при синхронном выпрямлении используются специализированные ИС. Один из таких примеров можно найти здесь: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir1169.pdf

МОП-транзистор с сопротивлением в открытом состоянии 5 мОм может действовать как выпрямитель на 20 А с падением напряжения всего 100 мВ, что намного ниже, чем у диодов Шоттки.

Рисунок 20.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *