Основные характеристики различных схем выпрямления. Двухполупериодная схема выпрямления

принцип работы, схемы и т.д.

Двухполупериодный выпрямитель — устройство или контур, проводящий ток в течение обеих половин цикла переменного тока. Двухполупериодный выпрямитель состоит из трансформатора с центральным отводом вторичной обмотки, двух диодов и сопротивления нагрузки.

Схема двухполупериодного выпрямителяОбратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Принцип действия двухполупериодного выпрямителя

В течение первой половины цикла переменного тока верхний конец вторичной обмотки положителен, а нижний конец вторичной обмотки отрицателен. Диод D1 находится в состоянии прямого подключения, а диод D2 находится в состоянии обратного подключения, поскольку средняя точка отрицательна относительно положительной стороны вторичной обмотки и положительна относительно отрицательной стороны вторичной обмотки. Ток протекает от средней точки через сопротивление нагрузки, через D1 к положительной стороне вторичной обмотки. Падение напряжения на сопротивлении RL представляет собой положительную полуволну.

Путь тока через двухполупериодный выпрямитель: D1 находится в состоянии прямого 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

kipiavp.ru

Двухполупериодные выпрямители

Введение

Выпрямитель - это механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток. Большинство выпрямителей создаёт не постоянное напряжение и ток, а пульсирующее однонаправленное напряжение и ток, для сглаживания пульсаций которого применяют фильтры.

Из распространенных схем неуправляемых выпрямителей (однополупериодных, двухполупериодных и мостовых) наиболее эффективны двухполупериодные. Сравнение основных их видов - со средней точкой и с удвоителем тока - показывает, что хотя оба выпрямителя имеют одинаковые динамические характеристики, удвоитель больше подходит для использования в области больших токов, так как в нем меньше соединений и потерь на вторичной стороне, а отсутствие средней точки дает возможность выбрать нечетное число витков.

Двухполупериодные выпрямители – это выпрямители, в которых ток через нагрузку будет протекать в одном и том же направлении за оба полупериода.

Двухполупериодные выпрямители могут строятся по мостовой или полумостовой схеме (когда, например, в случае выпрямления однофазного тока, используется специальный трансформатор с выводом от средней точки вторичной обмотки и вдвое меньшим количеством выпрямляющих ток элементов). Такая схема ныне применяется редко, так как более металлоёмка и имеет большее эквивалентное активное внутреннее сопротивление, то есть большие потери на нагрев обмоток трансформатора. При построении двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим конденсатором следует всегда помнить, что переменное напряжение всегда измеряется в «действующем» значении, которое в 1,41 раза меньше его максимальной амплитуды, а выпрямленное напряжение на конденсаторе, в отсутствии нагрузки, будет всегда равно амплитудному. Это означает, что, например, при измеренном напряжении однофазного переменного тока 12 вольт до мостового однофазного выпрямителя со сглаживающим конденсатором, на конденсаторе, (в отсутствии нагрузки), будет напряжение до 17 вольт. Под нагрузкой выпрямленное напряжение будет ниже, (но не ниже величины действующего напряжения переменного тока, если внутреннее сопротивление трансформатора - источника переменного тока - принять равным нулю) и зависеть от ёмкости сглаживающего конденсатора.

Выпрямители широко используются в схемах питания различных радиоэлектронных устройств. С помощью выпрямителей возможно преобразование постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения, что позволяет создать схемы питания с различными напряжениями при наличии одного источника энергии.

1.  Литературный обзор двухполупериодных выпрямителей

Двухполупериодные схемы служат основой построения большинства источников питания, используемых в самых различных областях техники. Эти источники обеспечивают постоянным напряжением питания электромашинные приводы механизмов, технологические процессы, электронные устройства. Знание свойств источников питания необходимо инженеру для грамотной их эксплуатации.

Рассмотрим несколько схем двухполупериодных выпрямителей.

1.  Схема однофазного двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема однофазного двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки.

Достоинствами данной схемы является то, что она имеет лучший коэффициент использования вентилей по току, меньшую расчётную мощность трансформатора, меньший коэффициент пульсации выпрямленного напряжения.

К недостаткам схемы следует отнести: плохое использование вентилей по напряжению, высокое обратное напряжение, прикладываемое к выпрямительным диодам, усложнённая конструкция трансформатора.

1.  Схема однофазного двухполупериодного мостового выпрямителя представлена на рисунке 2.

 

Рисунок 2 - Схема однофазного двухполупериодного мостового выпрямителя.

Главным достоинством мостовой схемы являются: лучший коэффициент использования вентилей по напряжению, меньшая расчётная мощность трансформатора, благодаря этому мостовая схема широко применяется в установках малой и средней мощности, а также простота конструкции трансформатора.   

Недостатками мостовой схемы являются: требуется строгая симметрия напряжений на обмотках, две обмотки вместо одной, большое обратное напряжение на диодах, удвоенное количество диодов по сравнению с выпрямителем со средней точкой. Однако суммарное сопротивление постоянному току двух диодов и обмотки мостового выпрямителя чаще оказывается меньше сопротивления одного диода и обмотки выпрямителя со средней точкой.

1.  Схема двухполупериодного выпрямителя с удвоением напряжения представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема двухполупериодного выпрямителя с удвоением напряжения.

Данную схему используют, когда трудно намотать многовитковую вторичную обмотку, или когда обмотка имеющегося трансформатора дает недостаточное напряжение. Схема удвоения (как и однополупериодного выпрямителя) имеет круто падающую нагрузочную характеристику. Кроме того, при пробое одного из диодов переменное напряжение оказывается приложенным к электролитическому конденсатору, что обычно приводит к его взрыву. Достоинством схемы является то, что конденсаторы несколько сглаживают пульсации выпрямленного тока. Недостатком является то, что данную схему нельзя применять для получения выпрямленного напряжения свыше 200-300 В, так как возможен пробой изоляции в кенотроне между катодами и нитью накала.

4) Схема двухполупериодного выпрямителя с умножением напряжения представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Схема двухполупериодного выпрямителя с умножением напряжения.

Достоинством приведенной схемы является возможность получения высоких напряжений без высоковольтного трансформатора. Кроме того, конденсаторы должны иметь рабочее напряжение лишь 2Ет независимо от того, в какое число раз умножается напряжение, и каждый вентиль работает при максимальном обратном напряжении, равном только 2Ет. Если вентили имеют катод, требующий накала (например, кенотроны), то для каждого из них нужна отдельная обмотка накала. Удобнее применять в подобных схемах полупроводниковые вентили.

Недостатком данной схемы является то, что при включении нагрузочного сопротивления конденсаторы будут разряжаться, и напряжение на них понизится. Чем меньше сопротивление нагрузки, тем быстрее разряжаются конденсаторы и тем ниже становится напряжение на них. Поэтому при недостаточно больших сопротивлениях нагрузки использование подобных схем становится нерациональным.

В соответствии с курсовыми данными, в наибольшей мере схема однофазного двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки соответствует заданным условиям, поэтому в дальнейшем будем опираться на данную схему.

1.  Разработка структурной схемы двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки

Электрическая структурная схема двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки представлена на рисунке 5.

ИПрН - источник переменного напряжения,

Т - трансформатор,

Н - активная нагрузка,

АЭ - активные элементы VD1 и VD2.

Рисунок 5 - Структурная схема двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки

При включении сетевого напряжения (блок 1) на каждой половине вторичной обмотки трансформатора возникает напряжение. Трансформатор (блок 2) требуется для повышения или понижения вторичного напряжения при заданном первичном. Соотношение чисел витков вторичной и первичной обмоток трансформатора определяется величиной постоянного напряжения на выходе выпрямителя.

Вторичные обмотки трансформатора подключены к активным элементам диодам - VD1 и VD2 (блок 3). Диодом называют нелинейный элемент, обладающий весьма малым сопротивлением протеканию тока в прямом направлении по сравнению с обратным.

Ток проходит через один из диодов, затем через активную нагрузку (блок 4) и снова попадает на трансформатор.  Активная нагрузка - это полезная мощность, отбираемая любой нагрузкой из электросети и преобразуемая в дальнейшем в любой вид энергии (механическую, тепловую, электрическую и т.п.).

В следующий полупериод полярность на концах обмотки меняется на обратную, и ток проходит через второй диод. Таким образом, переменный ток преобразуется в постоянный.

1.  Выбор принципиальной схемы двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки

Электрическая принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки

При включении сетевого напряжения U1 на каждой половине вторичной обмотки трансформатора возникает напряжение U2. В первый полупериод (в интервале времени от 0 до Т/2), когда потенциал точки 1 является положительным относительно точки 0, ток I21 проходит через диод VD1, нагрузку Rн и возвращается к точке 1, через половину вторичной обмотки.

В следующий полупериод полярность на концах обмотки меняется на обратную; диод VD1 закрывается, а диод VD2 открывается. С этого момента проводящим становится диод VD2 и через него начинает протекать ток I22; пройдя через нагрузку, он замыкается через вторую половину вторичной обмотки. Таким образом, через сопротивление нагрузки Rн поочерёдно проходят в одном и том же направлении токи I21 и I22. Эти токи будут одинаковыми, если схема симметрична. Так переменный ток преобразуется в постоянный.

Напряжения U21-0 и U20-2, измеренные на концах 1 и 2 вторичной обмотки трансформатора относительно средней точки 0, являются противофазными.

1.  Расчёт двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки

1.  Исходные данные
   1.  При расчёте схемы заданными являются величины:

- выпрямленное напряжение на входе фильтра Uн=27В;

- выпрямленный ток Iн=0,5А;

- мощность нагрузки  Рн=13,5Вт;

- напряжение сети Uc=220В;

- частота сети f=50Гц

- коэффициент пульсации Кп=0,1

1.  Схема двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Схема двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки.

1.  Особенности расчёта схемы
   1.  Выбор типа диодов.

Определяем обратное напряжение:

Средний ток равен:

Выбираем диод типа КД205Е ГОСТ 94342-69 с 

1.  Расчёт трансформатора.

Определяем сопротивление трансформатора:

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно:

Токи соответственно равны:

Вычисляем габаритную мощность трансформатора, которая для двухполупериодной схемы определяется выражением:

и находим произведение площади сечения сердечника трансформатора Qc на площадь окна сердечника Qо, которое в зависимости от марки провода обмотки равно:

 для провода марки ПЭЛ;

для провода марки ПЭШО;

 для провода марки ПШД.

Выбираем для нашего примера провод марки ПЭЛ. При этом получаем

Из таблицы «Основные данные типовых Ш-образных пластин трансформатора», по значению QcQо выбираем для сердечника трансформатора пластины типа Ш25 с Qо=15см2, шириной среднего стержня сердечника a=2,5 см, высотой окна h =2,5см и шириной окна b =2,5 см. При этом получаем:

Необходимая толщина пакета пластин будет равна:

Отношение

Определяем число витков  и толщину провода  d первичной и вторичной обмоток трансформатора:

4.2.3 Расчёт сопротивления нагрузки (Rн).

Определяем напряжение нагрузки:

Рассчитываем сопротивление нагрузки:

Выбираем резистор нагрузки типа ПЭВ-100 56 регулируемый до 56 Ом

ГОСТ 7113-77

Заключение

Двухполупериодный выпрямитель может строиться по мостовой или полумостовой схеме, в случае выпрямления однофазного тока, используется специальный трансформатор с выводом от средней точки вторичной обмотки и вдвое меньшим количеством выпрямляющих ток элементов. Такая схема ныне применяется редко, так как более металлоёмка и имеет большее эквивалентное активное внутреннее сопротивление, то есть большие потери на нагрев обмоток трансформатора. При построении двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим конденсатором следует всегда помнить, что переменное напряжение всегда измеряется в «действующем» значении, которое в 1,41 раза меньше его максимальной амплитуды, а выпрямленное напряжение на конденсаторе, в отсутствии нагрузки, будет всегда равно амплитудному. Это означает, что, при измеренном напряжении однофазного переменного тока 12 вольт до мостового однофазного выпрямителя со сглаживающим конденсатором, на конденсаторе, в отсутствии нагрузки, будет напряжение до 17 вольт. Под нагрузкой выпрямленное напряжение будет ниже, но не ниже величины действующего напряжения переменного тока, если внутреннее сопротивление трансформатора - источника переменного тока - принять равным нулю и зависеть от ёмкости сглаживающего конденсатора.

Выбор величины переменного напряжения вторичной обмотки трансформатора, должен строиться исходя из максимальной допустимой величины подаваемого напряжения, а ёмкость сглаживающего конденсатора - должна быть достаточно большой, чтобы напряжение под нагрузкой не снизилось меньше минимально допустимого. На практике также учитывается неизбежное падение напряжения под нагрузкой - на сопротивлении проводов, обмотке трансформатора, диодах выпрямительного моста, а также возможное отклонение от номинального величины питающего трансформатор напряжения электрической сети.

Литература

1.  Руденкова В. И. Основные узлы радиоэлектронной аппаратуры. Методика расчёта: Минск, 2008.
2.  Ломов И. А., Сапожников Б. И. Выпрямители на полупроводниковых диодах: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1993.
3.  Галкин В.И. Промышленная электроника: Высшая школа, 1989.
4.  Красько А.С., Скачко К.Г  Промышленная электроника: Высшая школа, 1984.
5.  Напалков А.Я. Промышленная электроника: Минск, 1972.
6.  Москатов Е.А. Справочник по полупроводниковым приборам: Таганрог, 2008.
7.  Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Высшая школа, 1992.
8.  Гершунский Б.С. Расчёт электронных схем: Высшая школа, 1994.
9.  Изъюрова Г.И. Расчёт электронных схем. Примеры и задачи: Высшая школа, 1987.
10.  Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Лаборатория базовых знаний, 2001.
11.  Кастров М.И. Электроника: наука, технология, бизнес: Электроника, 2004.

Нормативная документация

ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы.

ГОСТ 2.730-73 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах.

СТП 7-02 Общие правила оформления дипломных, курсовых, практических работ.

ГОСТ 2.730-73 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые.

ГОСТ 2.747-68* ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Размеры условных графических обозначений.

ГОСТ 2.004-88 ЕСКД. Общие требования к выполнению конструкторских и технологических документов на печатающих и графических установках вывода ЭВМ.

ГОСТ 19.404-79 Пояснительная записка. Требования к содержанию и оформлению.

ГОСТ 2.302-68 ЕСКД. Масштабы.

ГОСТ 2.102-68* ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов.

ИПрН

Н

АЭ

(VD1, VD2)

refleader.ru

Схема двухполупериодного (полноволнового) выпрямителя напряжения

Обычное питание от распределительной сети предполагает переменное напряжение. Это напряжение можно легко настроить на желаемый уровень, пользуясь встроенными или внешними трансформаторами. Однако многие электронные компоненты, например, электролитические конденсаторы, светодиоды, диодные элементы и транзисторы не предназначены для работы на переменном токе. Для управления цепями с такими компонентами переменное напряжение необходимо преобразовывать в соответствующее постоянное. Для этого служат выпрямители.

Выпрямитель тока

Полуволновой выпрямитель

Для создания выпрямителей требуются элементы, пропускающие ток в одном направлении и блокирующие в другом. Раньше для этой цели использовались электронные лампы. Сейчас повсеместно применяются полупроводниковые диоды.

Простейший однофазный однополупериодный выпрямитель представляет собой обычный диод, подключенный последовательно с нагрузкой. Когда положительная полуволна синусоидального сигнала проходит через диод, он ее пропускает. Однако при перемене направления тока в другой полупериод диод запирается. В результате отрицательный полупериод токового сигнала блокируется, и остается пульсирующий ток, состоящий из положительных полуволн. Часть энергии будет потеряна. Кроме того, высокая пульсация сигнала часто становится неприемлемой для работы электронных схем.

Однофазный полуволновой выпрямитель

Можно использовать усовершенствованную схему однополупериодного выпрямителя, включив параллельно нагрузке конденсатор. Схема работает следующим образом:

1. Если на полюсе источника присутствует положительное напряжение, диод проводит ток. Конденсатор заряжается полностью, а ток проходит через сопротивление нагрузки;
2. Когда на полюсе источника появляется отрицательное напряжение, диод блокирует протекание тока. В этот момент конденсатор разряжается, поддерживая на короткий временной промежуток ток через сопротивление нагрузки.

Важно! Если резистор обладает большим сопротивлением, то ток будет маленький. Конденсатор разряжается медленно и поддерживает напряжение в основном до следующей смены полярности.

Полуволновое выпрямление с конденсатором

Такой однофазный однополупериодный выпрямитель с конденсатором имеет меньший уровень пульсации, однако его эффективность все равно оставляет желать лучшего.

Полноволновой выпрямитель

Преимущества двухполупериодного выпрямителя:

1. Полуволновой выпрямитель обеспечивает только половину доступной энергии в волне переменного тока. Во время отрицательной части цикла напряжение может падать до нуля. Двухполупериодный выпрямитель сохраняет до 90% энергии;
2. Диод работает как односторонний переключатель, позволяя току протекать только в одном направлении. Однако высокое обратное напряжение может разрушить диод. Из-за этого диоды откалиброваны на обратное напряжение. Полноволновой выпрямитель снижает требования по обратному пробою наполовину. Диоды с более низкой калибровкой дешевле, снижается стоимость всей схемы. Это относится к мостовым схемам;
3. При применении двухполупериодного выпрямителя сигнал более плавный из-за лучшего сглаживания пульсаций.

Полноволновой выпрямитель с нулевым выводом

Двухполупериодная схема выпрямителя преобразует оба полуцикла переменного сигнала в импульсный сигнал однонаправленного тока.

Для выпрямления сигнала используется трансформатор, вторичная обмотка которого поделена пополам. От средней точки сделан вывод и заземлен, то есть потенциал ее равен нулю. Промежуточный отвод является одним из выходов мощности, а другой выход образуется соединением каждого конца обмотки через соответствующие диоды.

Полноволновой выпрямитель с нулевой точкой

1. Во время положительного полупериода входного переменного сигнала на одном конце обмотки появляется «плюс», а на другом – «минус». Диод, подключенный анодным выводом к «плюсу», пропускает токовый сигнал. А другой диод, на анодном выводе которого «минус», оказывается запертым. Ток, протекая по нагрузке, возвращается к центральной точке;
2. Когда появляется отрицательная полуволна, полярность концов обмоток меняется. Соответственно, первый диод запирается, а второй – пропускает сигнал.

В результате по нагрузке проходит ток и в положительные полуциклы, и в отрицательные, но результирующий сигнал будет протекать в одном направлении. Величина постоянного напряжения будет составлять 0,9 от входного среднеквадратичного показателя и 0,637 – от максимального. Частота выходного сигнала увеличивается в два раза.

Можно получать другие значения выходного напряжения, если изменять коэффициент трансформации.

Важно! Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой позволяет получить выпрямленный ток с низкими потерями мощности и с невысокой пульсацией, но применяемые трансформаторы дороги и имеют большие габариты по сравнению с диодными мостами.

Диодный мост

Схема двухполупериодного выпрямителя, называемая диодный мост, использует четыре диода, соединенных с образованием замкнутого контура, к одной стороне которого подсоединяется источник питания переменного тока, к другой – нагрузка.

Применяемая конфигурация позволяет работать поочередно на пропуск сигнала парам диодов, находящимся в противоположных плечах моста. В каждом случае создается положительная полуволна, а ток через нагрузку остается однонаправленным.

Диодный мост

Коэффициент пульсаций мостового выпрямителя составляет 0,48, аналогично другой схеме, с применением трансформатора.

Мостовая схема выпрямления проста и эффективна. Недостатком ее является падение напряжения на диодных элементах. Один из них обеспечивает падение напряжения в 0,7 В, второй – в 1,4 В. Этот дефект может существенно сказаться только на работе низковольтных схем.

Сглаживание пульсаций

Возможно улучшить сигнал двухполупериодного выпрямителя, применяя конденсаторы, которые повышают средний уровень выходного напряжения и делают его более плавным.

Во время первой полуволны конденсатор заряжается до максимума, а при снижении сигнала напряжение на нем не может быстро упасть. Разряд конденсатора происходит до определенного уровня, на котором поддерживается напряжение до зарядного импульса второй полуволны. При большей емкости конденсатора уровень поддерживаемого напряжения растет.

Трехфазный выпрямитель

Если вместо однофазного трансформатора использовать трехфазный, коэффициент пульсаций может быть уменьшен в значительной степени.

Важно! Существенным преимуществом трехфазной схемы является то, что выпрямленное напряжение не падает до нуля, даже если не используется сглаживающее устройство.

Мостовая схема однофазного двухполупериодного выпрямителя легко преобразуется в трехфазную. Схема выпрямления использует шесть диодов. Каждая фаза включается между парами диодов. Ток, протекающий через один диод, равен 1/3 нагрузочного тока. Выпрямленное напряжение превышает аналогичный показатель для трехфазного полуволнового выпрямителя, использующего три диодных элемента.

Трехфазная выпрямительная схема

Трехфазный тип расположения мостов является предпочтительным в различных применениях, хотя существуют схемы и с использованием разделенных вторичных обмоток трансформатора.

Использование двухполупериодного выпрямителя

Полноволновой выпрямитель широко используется в электронных схемах: радиоприемниках, телевизорах, компьютерах, видеооборудовании и других, где необходим источник питания с минимальным уровнем пульсаций.

Независимо от существования других форм выпрямителей, самый простой и часто применяемый – мостовой выпрямитель с четырьмя диодами и конденсатором. Два из них пропускают положительные половины циклов, другие два – отрицательные, а конденсатор отвечает за поддержание результирующего напряжения до момента изменения полярности ИП.

В схемах выпрямителей диоды могут быть полностью или частично заменены тиристорами, так что можно получить управляемую или полууправляемую систему выпрямления. Эти системы позволяют регулировать среднее значение напряжения на нагрузке. Замена диода на тиристор позволяет задержать открытие элемента, который пропускает ток, при подаче импульса на его управляющий электрод.

Выпрямительные схемы на мощных элементах применяют для установок электролиза, сварочных аппаратов, питания электротранспорта, прокатных станов, систем передачи электрической энергии на постоянном токе.

Видео

Оцените статью:

elquanta.ru

Двухполупериодный полупроводниковый выпрямитель | Volt-info

   Для построения диодных выпрямителей чащё всего используются двухполупериодные схемы. Рассмотрим две, принципиально отличающиеся средствами достижения цели, но дающие одинаковый результат.

  Общее описание. 

      Двухполупериодный выпрямитель – устройство преобразования переменного напряжения в постоянное, работающее по принципу бесконтактной коммутации используемых выводов источника переменного напряжения с нагрузкой, создавая однополярное питание.

Трансформаторная схема с двойной обмоткой и общим выводом

Рисунок 1. Однофазный двухполупериодный выпрямитель. Трансформаторная схема с двойной обмоткой и общим выводом.

   На рисунке 1 а) изображена электрическая схема выпрямителя. На рисунках 1 б) и в) дано графическое пояснения принципа работы схемы. Прокомментирую:

   В один из полупериодов, назовём его условно "положительным", рисунок 1 б), на вторичной обмотке формируется напряжение положительной полярности на верхнем выводе относительно общего, и отрицательной полярности на нижнем выводе относительно общего. При этом, диод VD2 под действием обратного напряжения запирается, а диод VD1 под действием прямого напряжения открывается и коммутирует верхний вывод вторичной обмотки с нагрузкой. От верхнего вывода вторичной обмотки, через диод VD1, лампу HL1 и проводник, соединяющий лампу с общим выводом обмотки, течёт электрический ток. Ток изображён красной линией со стрелками, указывающими условное направление его протекания.

   Во второй, "отрицательный" полупериод, диод VD1 запирается обратным, а диод VD2 открывается прямым напряжениями. Ток течёт от нижнего вывода вторичной обмотки через диод VD2, лампу HL1 и проводник, соединяющий лампу с общим выводом вторичной обмотки.

   Обратите внимание на то, что в этой схеме оба полупериода являются рабочими. Поэтому схема носит название двухполупериодного выпрямителя. При этом в каждый из полупериодов через лампу течёт ток всегда в одном направлении, т.е. полярность питания на выводах лампы не изменяется. В этом суть выпрямления.

Диодный мост

   Ещё одна очень распространённая схема позволяет собрать выпрямитель без применения трансформатора. Это схема диодного моста, рисунок 2.

 

Рисунок 2. Однофазный двухполупериодный выпрямитель типа "диодный мост".

   На рисунке 2 а) показана электрическая схема питания нагрузки постоянного тока от источника переменного через диодный мост. На рисунке 2 б) и в) дано графическое пояснение принципа действия схемы.

   Рисунок 2 б) и в) имеет "развёрнутый" вид схемы диодного моста, рисунка 2 а). Это сделано для визуального удобства пояснений. Комментирую:

   В "положительный" полупериод, рисунок 1 б), диоды VD2 и VD3 закрываются, а VD1 и VD4 открываются и через них течёт ток нагрузки. Путь протекания тока отмечен непрерывной красной линией со стрелками, условно показывающими направление тока.

   В "отрицательный" полупериод происходит переключение диодов. Диоды VD1 и VD4 запираются, VD2 и VD3 открываются. Через открывшиеся диоды VD2 и VD3 протекает ток нагрузки.

   В этой схеме также оба полупериода являются рабочими, а ток в каждый из них через нагрузку всегда течёт в одном направлении.

Достоинства схем

   Достоинством представленных схем является их простота и достаточно высокая эффективность. Наиболее эффективно работает трансформаторная схема с двойной обмоткой и общим выводом, рисунок 1, поскольку при передаче электрической энергии в процессе каждого полупериода участвует только один диод, потери мощности происходят в проводниках и одном p-n переходе диода. Но эта конструкция является более дорогостоящей из-за необходимости использования специфичного трансформатора. Схема диодного моста, показанная на рисунке 2, имеет несколько сниженную эффективность, в ней потери энергии происходят в проводниках и двух p-n переходах одновременно работающих диодов в каждом полупериоде. Тем не менее, эта схема не требует обязательного использования трансформатора, является более универсальной и дешёвой, и получила очень широкое применение в различных электротехнических устройствах.   

volt-info.ru

1.2. Основные схемы выпрямления Однофазная, однополупериодная схема

Однофазную, однополупериодную схему (рис. 1.2, а) обычно применяют при выпрямленных токах до нескольких десятков миллиампер и в тех случаях, когда не требуется высокой степени сглаживания выпрямленного напряжения. Эта схема характеризу­ется низким коэффициентом использования трансформатора по мощности и большими пульсациями выпрямленного напряжения.

Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу однополупериодного выпрямителя на активную нагрузку с учетом потерь в трансформаторе и вентиле, представлены на рис. 1.2,б. Индуктивностью рассеяния трансформатора пренебрегаем, как это обычно допускается в выпрямителях малой мощности [2].

а) б)

Рис. 1.2. Однофазная, однополупериодная схема выпрямления (а) и

диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку (б).

Под действием ЭДС вторичной обмотки ток в цепи нагрузкиможет проходить только в течение тех полупериодов, когда анод диода имеет положительный потенциал относительно катода. Диод пропускает токв первый полупериод, во второй полупериод, когда потенциал анода становится отрицательным, ток в цепи равен нулю. Выпрямленное напряжениев любой момент времени меньше ЭДС вторичной обмотки, так как часть напряжения теряется на активных сопротивлениях трансформатора и открытого вентиля (учитывается сопротивлениемr). Максимальное обратное напряжение на вентиле , как видно из рис. 1.2,б, достигает амплитудного значения ЭДС вторичной обмотки.

Диаграмма первичного тока трансформатора подобна диаграмме вторичного тока, если пренебречь током намагничивания и исключить из него постоянную составляющую , которая в первичную обмоткуне трансформируется. В сердечнике трансформатора за счет постоянной составляющей тока вторичной обмотки создается добавочный постоянный магнитный поток, насыщающий сердечник. Это явление называют – вынужденное подмагничивание сердечника трансформатора постоянной составляющей тока, которое является главным недостатком этой схемы. В результате насыщения намагничивающий ток трансформатора возрастает в несколько раз по сравнению с током в нормальном режиме намагничивания сердечника. Возрастание намагничивающего тока обусловливает увеличение сечения провода первичной обмотки, следствием чего являются завышенные размеры трансформатора и габариты выпрямителя в целом [2].

Двухполупериодная схема со средней точкой (схема Миткевича)

Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средним (нулевым) выводом вторичной обмотки трансформатора (рис. 1.3, а) применяют в низковольтных устройствах. Он позволяет уменьшить вдвое число диодов и тем самым понизить потери, но имеет более низкий коэффициент использования трансформатора и, следовательно, большие габариты по сравне­нию с однофазным мостовым выпрямителем, который рассмотрен ниже. Обратное напряжение на диодах выше в этой схеме, чем в мостовой.

Необходимым элементом данного выпрямителя является трансформатор с двумя вторичными обмотками. Выпрямитель со средней точкой является по существу двухфазным, так как вторичная обмотка трансформатора со средней точкой создает две ЭДС, равные по величине, но противоположные по направлению. Таким образом, схема соединения обмоток такова, что одинаковые по величине напряжения на выводах вторичных обмоток относительно средней точки сдвинуты по фазе на 180º.

Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу двухполупериодного выпрямителя со средним выводом на активную нагрузку с учетом потерь в трансформаторе и вентилях, представлены на рис.1.3,б.

а) б)

Рис. 1.3. Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой (а) и диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку (б).

Вторичные обмотки трансформатора подключены к анодам вентилей VD1 и VD2. Напряжения на вторичных обмотках трансформатора w21 и w22 находятся в противофазе. Поэтому диоды схемы VD1 и VD2 проводят ток поочередно, каждый в соответствующий полупериод питающего напряжения. В течение первого полупериода положительный потенциал имеет анод диода VD1 и ток проходит через него, нагрузку и вторичную полуобмоткуw21 трансформатора. В течение второго полупериода положительный потенциал имеет анод диода VD2, ток проходит через него, нагрузку и вторичную полуобмоткуw22 трансформатора, причем в цепи нагрузки ток проходит в том же направлении, что и в первый полупериод.

Таким образом, в отличие от простейшего однополупериодного выпрямителя в выпрямителе со средней точкой выпрямленный ток проходит через нагрузку в течение обоих полупериодов переменного тока, но каждая из половин вторичной обмотки трансформатора оказывается нагруженной током только в течение полупериода. В результате встречного направления м.д.с. постоянных составляющих токов вторичных обмоток ив сердечнике трансформаторанет вынужденного подмагничивания [2].

Рассмотрим расчет коэффи­циента использования трансформатора по мощности для выпрямителя без потерь при активной нагрузке на примере двухполупериодной схемы со средней точкой [3].

Выходное напряжение снимается в данной схеме между средней (нулевой) точкой трансформатора и общей точкой соединения катодов обоих вентилей. Среднее напряжение на нагрузке

,

т.е. между средним значением выпрямленного напряжения и действующим значением существует то же соотношение, что связывает среднее и действующее значение синусоидального тока.

Среднее значение тока через нагрузку

Поскольку ток протекает через диоды поочередно, средний ток через каждый диод составит

,

Обратное напряжение прикладывается к закрытому диоду, когда проводит ток другой диод. Поскольку к закрытому диоду в этой схеме максимально прикладывается двойное амплитудное напряжение вторичной стороны, то

Величина при расчете выпрямителя является заданной, поэтому находим действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора

Габаритная мощность вторичных обмоток трансформатора

Габаритная мощность первичной обмотки трансформатора

; ;;

Коэффициент использования трансформатора по мощности в двухполупериодной схеме со средней точкой

Таким образом, габаритная мощность трансформатора в двухполупериодной схеме со средней точкой в 1,48 раза превышает мощность в нагрузке.

studfiles.net

Основные характеристики различных схем выпрямления.

Сравнение схем выпрямления и ориентировочный расчет выпрямителя можно сделать, используя данные из таблицы.

Тип схемы	Uобр	I макс	I 2	U 2	C 0 *	P0 %	U C0
Однополупериодная	3 U0	7 I 0	2 I 0	0,75U0	60 I 0/U0	600 I0  ------ U0 *C0	1,2U0
Двухполупериодная	3 U0	3,5 I 0	I 0	0,75U0	30 I 0/U0	300 I0  ------ U0 *C0	1,2U0
Мостовая	1,5 U0	3,5 I 0	1,41 I 0	0,75U0	30 I 0/U0	300 I0  ------ U0 *C0	1.2U0

* Значение емкости конденсатора рассчитано для P0 % = 10 %

Задавшись значением напряжения на выходе выпрямителя U0 и значением номинального тока в нагрузке (среднего значения выпрямленного тока) I 0, можно без труда определить напряжение вторичной обмотки трансформатора, ток во вторичной обмотке, максимально допустимый ток вентилей, обратное напряжение на вентилях, а также рабочее напряжение конденсатора фильтра. Задавшись необходимым коэффициентом пульсаций, можно рассчитать значение емкости на выходе выпрямителя.

Однополупериодный выпрямитель.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

U2 - Напряжение на вторичной обмотке трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке.

Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

Как видно на осциллограммах напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт и напряжение в нагрузку подается только с заряженного в предыдущий полупериод конденсатора. При отсутствии конденсатора пульсации выпрямленного напряжения довольно значительны.

Недостаткамитакой схемы выпрямления являются:

Высокий уровень пульсации выпрямленного напряжения, низкий КПД, значительно больший, чем в других схемах,

вес трансформатора;

нерациональное использование в трансформаторе меди и стали.

Данная схема выпрямителя применяется крайне редко и только в тех случаях, когда выпрямитель используется для питания цепей с низким током потребления.

Двухполупериодный выпрямитель с нулевой точкой.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

U2 - Напряжение на одной половине вторичной обмотки трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке.

Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

В этом выпрямителе используются два вентиля, имеющие общую нагрузку и две одинаковые вторичные обмотки трансформатора (или одну со средней точкой). Практически схема представляет собой два однополупериодных выпрямителя, имеющих два разных источника и общую нагрузку. В одном полупериоде переменного напряжения ток в нагрузку проходит с одной половины вторичной обмотки через один вентиль, в другом полупериоде - с другой половины обмотки, через другой вентиль.

Преимущество:Эта схема выпрямителя имеет в 2 раза меньше пульсации по сравнению с однополупериодной схемой выпрямления. Емкость конденсатора при одинаковом с однополупериодной схемой коэффициенте пульсаций может быть в 2 раза меньше.

Недостатки:

 Более сложная конструкция трансформатора

нерациональное использование в трансформаторе меди и стали.

studfiles.net

Типы выпрямителей, двухполупериодная схема, однополупериодная схема, схема мостового выпрямления, двухполупериодная со средней точкой

Различные типы выпрямителей сущесвуют для преобразования переменного тока в постоянный. Но все выпрямители делятся на два главных типа: однополупериодные и двухполупериодные.

Двухполупериодная схема выпрямления

Ярчайшим представителем двухполупериодной схемы является схема мостового выпрямления. Такой выпрямитель может состоять из четырёх отдельных диодов или быть в монолитном корпусе с четырьмя выводами, внутри которого находятся всё те же четыре диода. Двухполупериодной эта схема называется потому, что на выходе используются обе половины каждого периода колебания переменного тока.

Схема двухполупериодного выпрямителя

Существует ещё одна схема двухполупериодного выпрямления, так называемая двухполупериодная со средней точкой, имеющая на выходе такую же диаграмму. Она значительно менее популярна, хотя там и используется всего два диода вместо четырёх. Но зато там используется двойная вторичная обмотка с отводом от середины. Этот средний вывод обмотки используется как ноль, а с двух других обмоток ток идёт через свой диод. Диоды подключены одинаково и соединяются между собой либо катодами, либо анодами. Использовать четыре диода вместо двух значительно проще, чем делать двойную обмотку на трансформаторе.

Однополупериодная схема выпрямления

Однополупериодная схема выпрямления подразумевает в качестве выпрямителя всего один диод. Поэтому на выходе такого выпрямителя из двух полупериодов остаётся только один. Отсюда и название - однополупериодная.

Схема однополупериодного выпрямителя

Такие пульсации довольно сложно сгладить до уровня, подходящего для питания электронных схем, если только это не слаботочные схемы. В слаботочных схемах сглаживающий конденсатор в фильтре не успевает полностью разрядиться между импульсами полупериодов.

katod-anod.ru

---

• 
  Удельное сопротивление проводников
• 
  Какой ставить вводной автомат в квартиру
• 
  Лазерная ручная сварка
• 
  Нч генератор своими руками
• 
  Эдс взаимоиндукции формула
• 
  Коэффициент загрузки трансформатора по пуэ
• 
  Укладка линолеум антистатический
• 
  Фаза на нулевом проводе
• 
  Штрабление или штробление
• 
  Какой установить счетчик электроэнергии
• 
  За направление электрического тока принимается направление