Управляемый однополупериодный выпрямитель: Однофазный однополупериодный выпрямитель

Однофазный однополупериодный выпрямитель

Выпрямитель – это устройство, преобразующее электрическую энергию переменного тока в постоянный.

Основой выпрямителя являются полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, транзисторы. В зависимости от используемых полупроводников выпрямитель может быть неуправляемым и управляемым.

Неуправляемый однополупериодный выпрямитель

Простейший выпрямитель состоит из одного диода и называется однофазным однополупериодным выпрямителем.

На данной схеме к выпрямителю подключена активная нагрузка в виде резистора R, а на первичную обмотку трансформатора подано переменное синусоидальное напряжение. На вторичной обмотке трансформатора, также образуется синусоидальное напряжение U_ab.

В момент, когда потенциал точки a выше, чем точки b (данный процесс соответствует точкам на диаграмме 0,2π,4π…), к аноду диода приложено положительное напряжение U_ab, что вызывает ток i_d, который проходит через диод и нагрузка R оказывается под напряжением U_d.

Когда потенциал точки a меньше, чем точки b (соответствует точкам на диаграмме 3π, 5π…), к аноду диода приложено отрицательное напряжение U_ab, что вызывает запирание диода. Ток i_d становится равным нулю.

Таким образом, диод пропускает ток только одну половину периода, отсюда и название – однополупериодный выпрямитель.

Среднее значение выпрямленного напряжения U_d  равно интегралу функции взятой за период 2π, но так как одну половину периода диод не пропускает ток, она равна нулю, значит U_d принимает вид:

где U₂ действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

На диаграмме среднее значение выпрямленного напряжения U_d представлено в виде площади прямоугольника (оранжевая штриховка) с высотой U_d и основанием 2π. Эта площадь равна площади выпрямленной полуволны (зеленая штриховка).

Ток i_d повторяет по форме напряжение u_d, потому как нагрузка в данном случае активная.

Среднее значение выпрямленного тока:

Управляемый однополупериодный выпрямитель

Для реализации управления величиной выпрямленного напряжения в схеме вместо диода используют тиристор.

Работа схема во многом аналогична схеме с диодом. В данном случае ток через нагрузку R будет проходить только при открытии тиристора VS. Открытие тиристора VS происходит при подаче на него управляющего импульса, и при условии, что к аноду тиристора приложено положительное (относительно катода) напряжение u_ab.

Задерживая подачу управляющего импульса на угол α относительно нулевого значения напряжения u_ab, можно изменять выпрямленное напряжение u_d. Нетрудно заметить, что чем больше угол α, тем позже открывается тиристор VS, а следовательно, меньше значение выпрямленного напряжения u_d. При угле α=0, схема полностью аналогична схеме с диодом.

Однофазная однополупериодная схема выпрямителя на практике не получила широкого распространения. Это связано с тем, что в результате выпрямления диодом тока во вторичной обмотке, образуется постоянная составляющая I_d, которая оказывает подмагничивающее действие на магнитопровод трансформатора. В результате этого, при расчетах приходилось выбирать трансформатор завышенной мощности, что приводило к увеличению его массы и габаритов, и было нецелесообразно экономически.

Однополупериодный выпрямитель: принцип работы и применение

Однополупериодный выпрямитель – это самый простой вид выпрямителя напряжения. Он берет на себя ровно половину от синусоидального переменного напряжения. По своим техническим характеристикам и принципам работы такой тип выпрямителя не подходит для очень многих сфер электрики и электроники.

В сигнале на выходе слишком много гармоник, которые трудно технически и практически отфильтровать. В настоящей статье будет рассмотрено строение, структура этого типы выпрямителя, а также где они могут быть использованы. Дополнением служат два ролика по данной теме, а также она подробная техническая лекция по данным типам выпрямления напряжения.

Как устроен выпрямитель тока

Схема однополупериодного выпрямителя

При подаче переменного sin-идального напряжения на первичную обмотку трансформатора напряжение на зажимах вторичной его обмотки также будет переменным синусоидальным и будет равноU₂=U_2msinwt. Диод проводит электрический ток только в том случае, когда его анод относительно катода будет иметь положительный потенциал. Поэтому ток в цепи – вторичная обмотка, диод и нагрузка – будет протекать только в одном направлении, то есть в течение одной половины периода переменного напряженияU₂. В результате этого ток, протекающий в цепи нагрузки, оказывается пульсирующим. Максимальное значение тока:

I_m=U_2m/R_H, гдеR_H– сопротивление потребителя постоянного тока.

Кривая получаемого в процессе однополупериодного выпрямления пульсирующего тока может быть разложена в гармонический ряд Фурье:

i=I_m(1/π+1/2 sinwt-2/3π∙1 cos2wt-…).

Пульсирующий ток, как видно из выражения, кроме переменных составляющих содержит также и постоянную I_{=Im/π. Отсюда постоянная составляющая напряжения}

U_{=IRH=Im/π∙RH=U2m/π.}

Через действующее значение напряжения: U_{=√2 ∙U2/π.}

Переменные составляющие характеризуют величину пульсаций тока и напряжения.

График работы однополупериодного выпрямителя

Для оценки пульсаций при какой-либо схеме выпрямления вводится понятие коэффициента пульсаций q, под которым понимается отношение амплитуды A_m наиболее резко выраженной гармонической составляющей, входящей в кривые выпрямленного тока или напряжения, к постоянной составляющей A_в тока\напряжения в выходной цепи выпрямителя:q=A_m/A_B.

Для схемы однополупериодного выпрямителя: q=0.5I_m/(1/π ∙I_m)=π/2. В течение половины периода, когда анод диода имеет отрицательный относительно катода потенциал, диод тока не проводит. Напряжение, воспринимаемое диодом в непроводящий полупериод, называется обратным напряжением U_обр. Обратное напряжение на диоде будет определяться напряжением на вторичной обмотке. Максимальное значение напряженияU_обрm=U_2m. Значит, вентиль надо выбирать так, чтобы [U_max обр]>=U_2m.

Недостатки такой схемы выпрямления: большие пульсации выпрямленного тока и напряжения, а также плохое использование трансформатора, поскольку по его вторичной обмотке протекает ток только в течение половины периода. Такую установку используют в маломощных системах, когда выпрямленный ток мал.

Как устроен выпрямитель

Напряжение с вторичной обмотки силового трансформатора подаётся на один единственный диод. Поэтому выпрямитель и назван однополупериодным. Выпрямляется только один полупериод и на выходе получается импульсное напряжение. Схема проста и не требует большого количества элементов. Это и сказывается на качестве выпрямленного напряжения. При низких частотах переменного напряжения (например, как в электросети – 50 Гц) выпрямленное напряжение получается сильно пульсирующим. А это очень плохо.

Для того чтобы снизить величину пульсации выпрямленного напряжения приходится брать величину конденсатора С1 очень большую, порядка 2000 – 5000 микрофарад, что увеличивает размер блока питания, так как электролиты на 2000 – 5000 мкф имеют довольно большие размеры. Поэтому на низких частотах эта схема практически не используется. Зато однополупериодные выпрямители прекрасно зарекомендовали себя в импульсных блоках питания работающих на частотах 10 – 15 кГц (килогерц).

На таких частотах величина ёмкости фильтра может быть очень небольшой, а простота схемы уже не столь сильно влияет на качество выпрямленного напряжения.

Примером использования однополупериодного выпрямителя может служить простой зарядник от сотового телефона. Так как зарядник сам по себе маломощный, то в нём применяется однополупериодная схема, причём как во входном сетевом выпрямителе 220V (50Гц), так и в выходном, где требуется выпрямить переменное напряжение высокой частоты со вторичной обмотки импульсного трансформатора. К несомненным достоинствам такого выпрямителя следует отнести минимум деталей, низкую стоимость и простые схемные решения. В обычных (не импульсных) блоках питания многие десятилетия успешно работают двухполупериодные выпрямители.

Двухполупериодные выпрямители

Они бывают двух схемных решений: выпрямитель со средней точкой и мостовая схема, известная, как схема Гретца. Выпрямитель со средней точкой требует более сложного в исполнении силового трансформатора, хотя диодов там используется в два раза меньше чем в мостовой схеме. К недостаткам двухполупериодного выпрямителя со средней точкой можно отнести то, что для получения одинакового напряжения, число витков во вторичной обмотке трансформатора должно быть в два раза больше, чем при использовании мостовой схемы. А это уже не совсем экономично с точки зрения расходования медного провода.

Далее на рисунке показана типовая схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой. Величина пульсаций выпрямленного напряжения меньше чем у однополупериодного выпрямителя и величину конденсатора фильтра так же можно использовать гораздо меньшую. Как видим, на выходе выпрямителя уже в два раза меньше “провалов” напряжения – тех самых пульсаций.

Интересно почитать: что такое клистроны.

Активно применяется схема выпрямителя со средней точкой в выходных выпрямителях импульсных блоков питания для ПК. Так как во вторичной обмотке высокочастотного трансформатора требуется меньшее число витков медного провода, то гораздо эффективнее применять именно эту схему. Диоды же применяются сдвоенные, т.е. такие, у которых общий корпус и три вывода (два диода внутри). Один из выводов – общий (как правило катод). По виду сдвоенный диод очень похож на транзистор.

Выпрямитель напряжения

Наибольшую популярность приобрела в бытовой и промышленной аппаратуре мостовая схема. Можно без преувеличения сказать, что это самая распространённая схема. На практике вы с ней ещё не раз встретитесь. Она содержит четыре полупроводниковых диода, а на выходе, как правило, ставится RC-фильтр или только электролитический конденсатор для сглаживания пульсаций напряжения. О данной схеме уже рассказывалось на странице про диодный мост. Стоит отметить, что и у мостовой схемы есть недостатки. Как известно, у любого полупроводникового диода есть так называемое прямое падение напряжения (Forward voltage drop – V_F).

Для обычных выпрямительных диодов оно может быть 1 – 1,2 V (зависит от типа диода). Так вот, при использовании мостовой схемы на диодах теряется напряжение, равное 2 x V_F, т.е. около 2 вольт. Это происходит потому, что в выпрямлении одной полуволны переменного тока участвуют 2 диода (затем другие 2). Получается, что на диодном мосте теряется часть напряжения, которое мы снимаем со вторичной обмотки трансформатора, а это явные потери. Поэтому в некоторых случаях в составе диодного моста применяются диоды Шоттки, у которых прямое падение напряжения невелико (около 0,5 вольта). Правда, стоит учесть, что диод Шоттки не рассчитан на большое обратное напряжение и очень чувствителен к его превышению.

Трансформатор с однополупериодным выпрямителем

Наиболее распространенные схемы

Выпрямителем называется электронное устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии переменного тока в постоянный. В основе выпрямителей лежат полупроводниковые приборы с односторонней проводимостью – диоды и тиристоры. При небольшой мощности нагрузки (до нескольких сотен ватт) преобразование переменного тока в постоянный осуществляют с помощью однофазных выпрямителей. Такие выпрямители предназначены для питания постоянным током различных электронных устройств, обмоток возбуждения двигателей постоянного тока небольшой и средней мощности и т.д.

Это интересно! Все о полупроводниковых диодах.

Для упрощения понимания работы схем выпрямления будем исходить из расчета, что выпрямитель работает на активную нагрузку. Схема содержит один выпрямительный диод, включенный между вторичной обмоткой трансформатора и нагрузкой. Напряжение u2 изменяется по синусоидальному закону, т.е. содержит положительные и отрицательные полуволны (полупериоды). Ток в цепи нагрузки проходит только в положительные полупериоды, когда к аноду диода VD прикладывается положительный потенциал. При обратной полярности напряжения u2 диод закрыт, ток в нагрузке не протекает, но к диоду прикладывается обратное напряжение Uобр.

Т.о. на нагрузке выделяется только одна полуволна напряжения вторичной обмотки. Ток в нагрузке протекает только в одном направлении и представляет собой выпрямленный ток, хотя носит пульсирующий характер. Такую форму напряжения (тока) называют постоянно-импульсная.

Выпрямленные напряжения и ток содержат постоянную (полезную) составляющую и переменную составляющую (пульсации). Качественная сторона работы выпрямителя оценивается соотношениями между полезной составляющей и пульсациями напряжения и тока. Коэффициент пульсаций данной схемы составляет 1,57. Среднее за период значение выпрямленного напряжения Uн = 0,45U2. Максимальное значение обратного напряжения на диоде Uобр.max = 3,14Uн.

Достоинством данной схемы является простота, недостатки: плохое использование трансформатора, большое обратное напряжение на диоде, большой коэффициент пульсации выпрямленного напряжения. Состоит из четырех диодов, включенных по мостовой схеме. В одну диагональ моста включается вторичная обмотка трансформатора, в другую – нагрузка. Общая точка катодов диодов VD2, VD4 является положительным полюсом выпрямителя, общая точка анодов диодов VD1, VD3 – отрицательным полюсом.

Выпрямитель электрического тока

Его электронная схема, предназначенная для преобразования переменного электрического тока в постоянный (одно полярный) электрический ток. В полупроводниковой аппаратуре выпрямители исполняются на полупроводниковых диодах. В более старой и высоковольтной аппаратуре выпрямители исполняются на электровакуумных приборах – кенотронах. Раньше широко использовались – селеновые выпрямители.

Для начала вспомним, что собой представляет переменный электрический ток. Это гармонический сигнал, меняющий свою амплитуду и полярность по синусоидальному закону. В переменном электрическом токе можно условно выделить положительные и отрицательные полупериоды. Всё то, что больше нулевого значения относится к положительным полупериодам (положительная полуволна – красным цветом), а всё, что меньше (ниже) нулевого значения – к отрицательным полупериодам (отрицательная полуволна – синим цветом).

Выпрямитель, в зависимости от его конструкции «отсекает», или «переворачивает» одну из полуволн переменного тока, делая направление тока односторонним. Схемы построения выпрямителей сетевого напряжения можно поделить на однофазные и трёхфазные, однополупериодные и двухполупериодные.

Однофазная мостовая схема выпрямления

Для удобства мы будем считать, что выпрямляемый переменный электрический ток поступает с вторичной обмотки трансформатора. Это соответствует истине и потому, что даже электрический ток в домашние розетки квартир домов приходит с трансформатора понижающей подстанции. Кроме того, поскольку сила тока – величина, напрямую зависящая от нагрузки, то при рассмотрении схем выпрямления мы будем оперировать не понятием силы тока, а понятием – напряжение, амплитуда которого напрямую не зависит от нагрузки.

Из сземы видно, что диод отсекает отрицательную полуволну. Если мы перевернём диод, поменяв его выводы – анод и катод местами, то на выходе окажется, что отсечена не отрицательная, а положительная полуволна. Среднее значение напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя соответствует значению:

Uср = Umax / π = 0,318 Umax

где: π — константа равная 3,14.

Однополупериодные выпрямители используются в качестве выпрямителей сетевого напряжения в схемах, потребляющих слабый ток, а также в качестве выпрямителей импульсных источников питания. Они абсолютно не годятся в качестве выпрямителей сетевого напряжения синусоидальной формы для устройств, потребляющих большой ток. Наиболее распространёнными являются однофазные двухполупериодные выпрямители. Существуют две схемы таких выпрямителей – мостовая схема и балансная.

Работа выпрямительного диода

Заключение

Рейтинг автора

Автор статьи

Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.

Написано статей

Более подробно о том, что однополупериодный выпрямитель, рассказано в исследовательской работе по выпрямителям. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. А также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу.

В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:

www.meanders.ru

www.electricalschool.info

www.radioprog.ru

www.go-radio.ru

www.studfile.net

Предыдущая

ТеорияКак работает выпрямитель напряжения

Следующая

ТеорияЧто такое мостовой выпрямитель и как он устроен

Однополупериодные и двухполупериодные выпрямители — Студопедия

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.

Управляемые выпрямители — Студопедия

Часто необходимо не только выпрямить переменное напряжение, но и плавно изменять значение выпрямленного напряжения. Управлять величиной напряжения можно как в цепи переменного тока, так и в цепи выпрямленного тока. В цепи переменного тока регулирование осуществляется с помощью трансформаторов и автотрансформаторов. Это направление связано с низким КПД выпрямителя и его громоздкостью, в связи с чем используется только при малых мощностях.

Более экономично регулирование в цепи постоянного тока путем совмещения функций выпрямления и регулирования в одном устройстве. Управляемый выпрямитель основан на использовании тиристоров. Управление тиристором сводится к управлению моментом отпирания (включения) тиристора. Это осуществляется за счет сдвига фазы напряжения управления тиристором относительно анодного напряжения. Такой сдвиг фаз называют углом управления a.

Рассмотрим простейший однополупериодный управляемый выпрямитель — рис. 3.33. Отпирание тиристора производится импульсами, формируемыми схемой управления, а запирание происходит автоматически обратным напряжением. Зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от угла управления U_d = f(a) называется характеристикой управления (рис.3.34). Максимальное значение выпрямленного напряжения получается при a = 0; В этом случае управляемый выпрямитель вырождается в неуправляемый. Таким образом, изменяя угол управления, можно уменьшать величину выпрямленного напряжения относительно величины U_do при a = 0.

Двухполупериодный однофазный выпрямитель представлен на рис.3.36. Временная диаграмма приведена для случая активной нагрузки. В этом выпрямителе при a = 0 среднее значение выпрямленного напряжениям U_do =0,9 × U₂ как и в неуправляемом выпрямителе. При a = p выпрямленное напряжение отсутствует. Аналитическое выражение регулировочной характеристики

В отличие от нерегулируемого выпрямителя, в рассматриваемой схеме существует прямое напряжение на вентиле в течение интервала a перед отпиранием тиристора. При величина прямого напряжения будет максимальной, равной амплитуде вторичною напряжения U_2m. Обратное напряжение на вентиле после перехода тока через нуль на интервале a определяется отрицательной полуволной анодного напряжения U₂ этого тиристора. С момента включения очередного тиристора обратное напряжение на первом тиристоре скачком возрастает до величины . Амплитуда обратного напряжения будет максимальной и равной 2 × U_2m если угол регулирования не превышает p/2.

При индуктивной нагрузке ток открываемого тиристора будет возрастать не скачком, а плавно. Тиристоры остаются в открытом состоянии еще некоторое время после спада вторичного напряжения до нуля U₂ — так называемый период коммутации g. На этапе коммутации ток в заканчивающем свою работу вентиле падает до нуля, а ток во вступающем в роботу вентиле повышается от нуля до нормального значения, т.е. происходит переход нагрузки с одного вентиля на другой. Длительность периода коммутации тем больше, чем больше отношение L_н/R_н. Коммутация характерна как для управляемых, так и для неуправляемых выпрямителей. К появлению периода коммутации приводят также индуктивности рассеяния обмоток трансформатора, достигающие заметных значений в мощных выпрямителях.

Коммутационные процессы приводят к уменьшению выпрямленного напряжения и ухудшению коэффициента мощности выпрямителях.

В течение периода коммутации через тиристор протекает реактивный ток коммутации, ограниченный только индуктивным сопротивлением трансформатора и сети, приведенным ко вторичной обмотке X_а:

Здесь L_2s — индуктивность рассеяния вторичной обмотки; L_1s — то же первичной обмотки; L_c — индуктивность питающей сети. Угол коммутации увеличивает сдвиг первой гармоники первичного тока относительно напряжения сети:

Наличие индуктивности в нагрузке уменьшает пульсации выпрямленного тока, при очень большой L_н выпрямленный ток практически постоянный. Регулировочная характеристика выпрямителя приобретает вид:

В управляемом выпрямителе ток первичной обмотки трансформатора приобретает несинусоидальную форму: первая гармоника тока сдвигается относительно питающего напряжения и тем больше, чем больше угол регулирования. Это приводит к снижению коэффициента мощности выпрямителя, т.е. потреблению им из сети реактивной мощности, даже при чисто активной нагрузке. При индуктивном характере нагрузки этот эффект усугубляется за счет угла коммутации.

Для уменьшения потребляемой из сети реактивной мощности, а, следовательно, улучшения коэффициента мощности выпрямителя, при работе с большой индуктивностью в схему добавляют дополнительный вентиль (так называемый нулевой вентиль), шунтирующий нагрузку. Нулевой вентиль включается в те моменты, когда вторичное напряжение меняет знак с положительного на отрицательный. На интервале a энергия, запасенная в индуктивности нагрузки, расходуется на ток, замыкающийся через нулевой диод. В результате уменьшается сдвиг первой гармоники первичного тока относительно напряжения сети и улучшается коэффициент мощности.

Характеристики управления двухполупериодного управляемого выпрямителя с активной и индуктивной нагрузкой показаны на рис. 3.37.

Однофазные двухполупериодные выпрямители могут выполняться по мостовой схеме. При этом можно использовать управляемые тиристоры во всех четырех плечах моста или только в двух, а в остальных двух — неуправляемые диоды. Известен вариант мостового выпрямителя с четырьмя неуправляемыми и одним управляемым вентилем — рис. 3.38.

Трехфазные управляемые выпрямители могут выполняться по схеме с нулевым выводом или по мостовой схеме. Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом показан на рис.3.39. Особенностью трехфазного управляемого выпрямителя является то, что при больших углах регулирования выходное напряжение приобретает импульсный характер. При и активной нагрузке выпрямленный ток (напряжение) имеет непрерывный характер (область непрерывных токов), а при — прерывистый характер (область прерывистых токов). В случае активно-индуктивной нагрузки прерывистость тока в цепи нагрузки зависит не только от угла регулирования, но и от соотношения L_н/R_н. Если , непрерывный режим тока имеет место при любых соотношениях R_н и L_н. В случае дальнейшего увеличения угла регулирования непрерывный режим тока сохраняется при значительном преобладании индуктивности. Для исключения отрицательных участков в кривой выпрямленного напряжения и улучшения коэффициента мощности, нагрузка индуктивного характера может шунтироваться нулевым диодом.

В трехфазном мостовом выпрямителе режим прерывистых токов наступает при других значениях угла регулирования.

КПД выпрямителя оценивают отношением:

Здесь SDP — сумма активных потерь, состоящих из потерь в вентилях DP_в, потерь в силовом трансформаторе DP_ст и потерь в сглаживающем дросселе DP_д, если последний имеется.

Потери в вентилях:

где m — число вентилей в схеме, DU_а — падение напряжения на вентиле в прямом направлении, I_а — среднее значение тока через вентиль.

Потери в трансформаторе:

где DP_с — потери в стали (потери на перемагничивание), DP_м — потери в меди.

Потери в дросселе:

где I_d — выпрямленный ток, R_д — активное сопротивление обмотки дросселя.

Коэффициент мощности выпрямителя определяется отношением активной мощности, потребляемой из сети, к полной мощности

Активная мощность определяется первой гармоникой тока первичной обмотки

и без учета потерь в выпрямителе равна полезной мощности

Полная мощность определяется всеми гармониками первичного тока:

Отсюда

Здесь K — коэффициент искажения формы кривой потребляемого тока. сosj₁ — коэффициент сдвига первой гармоники тока, зависящий от угла регулирования a и угла коммутации g.

K зависит от схемы выпрямления и характера нагрузки. Для однофазных двухтактных выпрямителей при ; для трехфазного мостового выпрямителя .

Для формирования импульсов управления, подаваемых на управляющий электрод тиристоров управляемых выпрямителей разработаны схемы СИФУ. Схемы обеспечивают формирование импульсов определенной длительности и амплитуды, подаваемых на вентили фаз выпрямителя в нужные моменты времени. В зависимости от способа реализации величины угла управления α СИФУ может быть аналоговой или цифровой.

При помощи управляемых вентилей можно регулировать величину не только постоянного, но и переменного напряжения. В простейшем случает это можно осуществить по схеме (рис.3.40). Но такие схемы приводят к искажению формы сетевого напряжения.

принцип работы, схемы и т.д.

Однополупериодный выпрямитель — это устройство или контур, проводящее во время одной половины цикла переменного тока. Однополупериодный выпрямитель состоит из трансформатора, полупроводникового диода (D1) и сопротивления (RL).

Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Принцип действия однополупериодного выпрямителя

В этом примере сопротивление RL представляет нагрузку, хотя, на самом деле, нагрузкой может быть любой элемент или группа элементов, которая может вызвать падение напряжения.

Схема однополупериодного выпрямителя

В течение первой половины цикла переменного тока диод D1 находится в состоянии прямого подключения — положительный электрический потенциал воздействует на его анод, а отрицательный потенциал воздействует на его катод. Когда D1 находится в состоянии прямого подключения, ток протекает от отрицательной стороны вторичной обмотки трансформатора, через сопротивление нагрузки, через диод, обратно к положительной стороне вторичной обмотки. Поскольку ток протекает через сопротивление нагрузки, в нём происходит падение напряжения; ток, выходящий из выпрямительного контура появляется в виде положительной полуволны на сопротивлении нагрузки.

Путь тока через однополупериодный находится в состоянии прямого подключения D1

В течение второй половины цикла переменного тока диод D1 находится в состоянии обратного подключения — на его анод воздействует отрицательный электрический потенциал, а положительный электрический потенциал воздействует на его катод. Этот диод не проводит, поэтому в сопротивлении нагрузки RL никакое напряжение не присутствует.

Однополупериодный выпрямитель в состоянии обратной проводимости D1

Как видно по форме кривой, у однополупериодных выпрямителей только одна полуволна постоянного тока на выходе при каждом полном цикле переменного тока на входе. По этой причине в оборудованиях обычно не применяются однополупериодные выпрямители; когда они используются, они обычно устанавливаются в оборудовании или контурах, где требуется ток невысокого напряжения и где колебания напряжения не бывают причиной для беспокойства.

Форма кривой выходного сигнала однополупериодного выпрямителя

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

Полуволновой выпрямитель и приложения

Выпрямитель может быть простым диодом или группой диодов, преобразующих переменный ток (переменный ток) в постоянный (постоянный ток). Поскольку диод пропускает электрический ток только в одном направлении и блокирует в другом направлении, этот принцип используется для создания различных типов выпрямителей. В целом выпрямители классифицируются как полуволновые и полноволновые выпрямители.

Полуволновой выпрямитель

Схема HWR (полуволнового выпрямителя) — это схема, которая позволяет только один цикл ввода сигнала переменного тока и блокирует другой.В общем, можно сказать, что он преобразует положительный полупериод синусоидальной волны на входе в пульсирующий выходной сигнал постоянного тока, хотя преобразование положительного или отрицательного периода зависит от способа подключения диода.

Конструкция полуволнового выпрямителя

В HWR мы используем только один диод, которого более чем достаточно для выполнения желаемой работы. Поскольку нам нужен постоянный ток на выходе для синусоидального сигнала переменного тока, подаваемого на вход, поэтому один диод, включенный последовательно, выполняет всю работу за нас.

Это еще не все, но когда мы говорим обо всей конструкции схемы полуволнового выпрямителя, она состоит в основном из трех компонентов (без фильтра):

1. 1. Трансформатор (понижающий)
   2. A Активная нагрузка
   3. А Диод

Теория полуволнового выпрямителя

Теперь посмотрим, как схема HWR преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока. Сначала высокое напряжение переменного тока подается на первичную обмотку понижающего трансформатора и, соответственно, низкое напряжение получается на вторичной обмотке, которое подается на диод.
Диод будет в режиме прямого смещения в течение положительного полупериода переменного напряжения, таким образом, ток течет через него. Во время следующего полупериода, то есть отрицательного цикла, диод становится смещенным в обратном направлении и блокирует ток через него. Таким образом, если посмотреть на окончательный вывод, мы можем увидеть, что ввод отслеживался как вывод только для положительного полупериода, как показано на рисунке ниже.

Давайте попробуем понять эту концепцию более удобным способом, взяв синусоидальное напряжение вместо понижающего трансформатора.

Для положительного полупериода схема выглядит так:

Это связано с тем, что во время положительного полупериода диод находится в прямом смещении и позволяет току проходить через него (диод действует как короткое замыкание), и мы получаем то же напряжение, что и на входе.

Для отрицательного полупериода цепь становится разомкнутой, поскольку диод становится смещенным в обратном направлении и блокирует ток, таким образом, выходное напряжение равно нулю, как показано ниже:

Форма волны ввода-вывода в вышеупомянутой ситуации показана на диаграмме ниже.Это происходит очень быстро в зависимости от частоты входящего напряжения (50 герц, время 20 мс).

На приведенном выше графике показан выпрямитель с положительной полуволновой фазой, который допускает только положительный цикл и блокирует отрицательный.
Аналогичным образом, если полярность диода меняется на обратную, то тот же выпрямитель становится выпрямителем с отрицательной полуволной, который допускает только отрицательный цикл и блокирует положительный.

Полуволновой выпрямитель с конденсаторным фильтром

Форма выходного сигнала, полученная из схемы полуволнового выпрямителя без фильтра, описанная выше, представляет собой пульсирующую форму волны постоянного тока.

Теперь, когда мы знаем, что все схемы, которые мы используем, практически нуждаются в постоянном постоянном токе, а не в пульсирующем, поэтому мы используем фильтры, чтобы получить желаемую форму постоянного тока. Фильтры делают это, подавляя пульсации постоянного тока в форме волны.

Следовательно, чтобы получить более гладкую форму выходного сигнала постоянного тока, мы можем использовать либо конденсатор, либо катушку индуктивности, но чаще всего используется HWR (полуволновой выпрямитель) вместе с емкостным фильтром. На приведенной ниже диаграмме показано, как конденсаторный фильтр сглаживает форму волны. Конденсатор подключен параллельно резистивной нагрузке.

HWR с конденсаторным фильтром

Давайте теперь посмотрим несколько формул полуволнового выпрямителя на основе приведенных выше объяснений и форм сигналов.

Коэффициент пульсации полуволнового выпрямителя

При преобразовании формы волны переменного напряжения в постоянный остающийся нежелательный компонент переменного тока называется пульсацией. Даже после всей фильтрации мы все еще остаемся без некоторой составляющей переменного тока, которая пульсирует форму волны постоянного тока.Этот нежелательный компонент переменного тока называется пульсацией.

Коэффициент пульсации

(обозначенный знаком «ɣ») используется для количественной оценки качества преобразования переменного напряжения в постоянное. Коэффициент пульсации определяется отношением среднеквадратичного значения переменного напряжения (на входе) к напряжению постоянного тока на выходе выпрямителя.

Формула для коэффициента пульсации выглядит так:

ɣ = √ [(В _{действующее значение} / В _DC ) ² — 1]

В качестве альтернативы ɣ = (I ² _RMS — I ² _DC ) / I _DC = 1.21 (для синусоидальной формы сигнала)

На самом деле, для хорошего выпрямителя коэффициент пульсаций должен быть как можно меньше, поэтому для подавления пульсаций в цепи используются конденсаторные или индукционные фильтры.

КПД полуволнового выпрямителя

Эффективность выпрямителя (ɳ) — это отношение выходной мощности постоянного тока к входной мощности переменного тока, формула имеет вид:

ɳ = (P _{постоянного тока} / P _{переменного тока} )

КПД HWR составляет 40,6% (ɳ ​​ _макс = 40.6%)

Действующее значение полуволнового выпрямителя

Чтобы найти среднеквадратичное значение однополупериодного выпрямителя, нам нужно рассчитать ток через нагрузку. Если мгновенный ток нагрузки i _L = I _m sinwt, то средний ток нагрузки (I _dc ) равен:

I _dc = (1/2 π) ∫ ₀ ^π I _м sinwt = (I _м / π)

Здесь I _m представляет пиковый мгновенный ток через нагрузку (I _max ).Это постоянный ток, полученный на нагрузке (выходе), равен

.

I _DC = I _макс / π; где I _max = максимальная амплитуда постоянного тока

Для однополупериодного выпрямителя среднеквадратичный ток нагрузки I _{действующее значение} равен среднему току I _dc , умноженному на π / 2. Таким образом, I _rms = I _m /4

Где I _max = I _m , что равно пиковому мгновенному току через нагрузку.

Пиковое обратное напряжение полуволнового выпрямителя

Это максимальное напряжение, которое диод может выдержать при обратном смещении. Если приложить напряжение больше PIV, диод выйдет из строя.

Форм-фактор полуволнового выпрямителя

Форм-фактор — это отношение действующего значения к среднему значению.

F.F = RMS значение / Среднее значение

Форм-фактор HWR равен 1,57, т.е. FF = 1,57

Выходное напряжение постоянного тока

Выходное напряжение (В _DC ) на нагрузочном резисторе обозначено

.

V _DC = Vs _max / π, где Vs _max — максимальная амплитуда вторичного напряжения

Преимущества полуволнового выпрямителя

• Простая схема с меньшим количеством компонентов
• Экономичен в исходном состоянии.Хотя со временем возникает более высокая стоимость из-за больших потерь мощности

Недостатки полуволнового выпрямителя

• Преобразует только один цикл заданного ему синусоидального входного сигнала, а другой цикл теряется. Таким образом, давая больше потерь мощности.
• HWR производит более низкое выходное напряжение.
• Полученный таким образом выходной ток не является чисто постоянным и все еще содержит много пульсаций (т.е. имеет высокий коэффициент пульсаций).

Применение полуволнового выпрямителя

В повседневной жизни полуволновой выпрямитель в основном используется в приложениях с низким энергопотреблением из-за его основного недостатка, заключающегося в том, что выходная амплитуда меньше входной.Таким образом, мощность расходуется впустую, а на выходе пульсирует постоянный ток, что приводит к чрезмерной пульсации.

Некоторые области применения и применения выпрямителей находятся в:

• Приборы
• Используется с трансформаторами
• Пайка
• AM радио
• Цепи импульсные генерируемые
• Одинарная демодуляция
• Умножитель напряжения

Использование выпрямителя для питания приборов

Как мы знаем, все электроприборы используют источник питания постоянного тока для работы, поэтому использование выпрямителя в источнике питания помогает в преобразовании переменного тока в источник постоянного тока.Мостовые выпрямители широко используются для крупных бытовых приборов, где они способны преобразовывать высокое переменное напряжение в более низкое постоянное напряжение.

Используется с трансформатором

С помощью однополупериодного выпрямителя можно достичь желаемого напряжения постоянного тока с помощью повышающих или понижающих трансформаторов. Даже полноволновые выпрямители используются для питания двигателей и светодиодов, работающих от постоянного напряжения.

Использование выпрямителя при пайке

Полуволновые выпрямители

используются в схемах паяльников, а также в репеллентах от комаров для отвода дыма от свинца.При электросварке выпрямители с мостовой схемой используются для подачи постоянного и поляризованного постоянного напряжения.

Используется в AM-радио

Полуволновые диодные выпрямители используются в AM-радио в качестве детектора, поскольку на выходе содержится звуковой сигнал. Из-за меньшей силы тока от него мало пользы для более сложного выпрямителя.

Использование выпрямителя в схемах

В цепях генерации импульсов и пусковых цепях используются однополупериодные выпрямители.

Используется для модуляции

В модулирующем сигнале для демодуляции амплитуды используется полуволновой выпрямитель. Для определения амплитуды модуляции сигнала в радиосигнале используется двухполупериодный мостовой выпрямитель.

Используется в умножителе напряжения

В схеме умножителя напряжения используется схема однополупериодного выпрямителя.

Трехфазный полуволновой выпрямитель

Хотя принцип и теория трехфазного HWR такие же, как и у однофазного HWR, но характеристики другие.Форма волны, коэффициент пульсации, КПД и выходные среднеквадратичные значения не совпадают.

Трехфазный однополупериодный (диодный) выпрямитель используется для преобразования трехфазного переменного тока в постоянный. Поскольку диоды используются здесь в качестве переключателей, следовательно, они являются неконтролируемыми переключателями, что означает, что нет никакого способа контролировать время включения и выключения этих переключателей.

Как правило, трехфазный полуволновой диодный выпрямитель имеет трехфазное питание, подключенное к трехфазному трансформатору, где вторичная обмотка трансформатора всегда соединена звездой.Это сделано по той причине, что нейтральная точка требуется для подключения нагрузки обратно к вторичным обмоткам трансформатора, обеспечивая обратный путь для потока энергии.

Типичный трехфазный трансформатор, питающий чисто резистивную нагрузку, показан ниже. Здесь каждая фаза трансформатора используется как отдельный источник переменного тока. Измерение и моделирование напряжений показано на рисунке ниже. Кроме того, мы подключили отдельные вольтметры как к каждому источнику, так и к нагрузке.

Итак, из приведенного выше сигнала, что диод D1 проводит, когда фаза R имеет значение напряжения, которое выше, чем значение напряжения двух других фаз, и указанное условие начинается, когда фаза R находится на 30 ⁰ повторяется после каждого полного цикла. Итак, D1 ведет дальше по адресу 390 ⁰ . Точно так же диод D2 начинает проводить в точке 150 ⁰ , когда напряжение в фазе B становится максимальным (по сравнению с двумя другими фазами) в этот момент.Следовательно, каждый диод проводит для 150 ⁰ — 30 ⁰ = 120 ⁰ .

Среднее значение выходного напряжения на резистивной нагрузке равно

.

V _o = (3 / 2π) V _{м по прямой}

Где В _{м по линии} = √6 В _{фаз e}

Действующее значение выходного напряжения может быть равно

.

В _{или действующее значение} = 0,84068 В _{м фаза}

А коэффициент пульсации напряжения равен

V _r / V _o = 0.151 / 0,827 = 0,186 = 18,26%

Таким образом, пульсации напряжения значительны и, следовательно, нежелательны, так как приводят к потере мощности.

КПД , ɳ = (P _o / P _i ) = 0,968 = 96,8%

Даже после повышения эффективности трехфазный полуволновой диодный выпрямитель обычно не используется, поскольку потери мощности здесь более значительны.

Аджай Дирадж

Разработчик технического контента

Нравится:

Нравится Загрузка …

Возможно, вы также захотите увидеть

Разница между полуволновым и полноволновым выпрямителями (со сравнительной таблицей)

Полуволновой и полноволновой выпрямители имеют существенные различия.Выпрямитель преобразует переменного напряжения в пульсирующее постоянного напряжения . Полупериодный выпрямитель — это электронная схема, которая преобразует только половину цикла переменного тока в пульсирующий постоянный ток. Он использует только половину цикла переменного тока для процесса преобразования. С другой стороны, двухполупериодный выпрямитель — это электронная схема, которая преобразует весь цикл переменного тока в пульсирующий постоянный ток.

Полупериодный выпрямитель однонаправленный; это означает, что он позволит проводить только в одном направлении. Вот почему он может преобразовывать либо только положительную, либо отрицательную половину в постоянное напряжение.По этой причине он называется полуволновым выпрямителем . Хотя двухполупериодный выпрямитель является двунаправленным, он проводит как положительную, так и отрицательную половину цикла. Таким образом, он называется двухполупериодным выпрямителем .

Содержимое: полуволновой и полноволновой выпрямитель

1. Таблица сравнения
2. Определение
3. Ключевые отличия
4. Заключение

Таблица сравнения

Определение полуволнового выпрямителя

Half Wave Rectifier Схема состоит из одного диода и понижающего трансформатора, переменный ток высокого напряжения будет преобразован в переменный ток низкого напряжения с помощью понижающего трансформатора.После этого диод, подключенный к цепи, будет смещен в прямом направлении на положительную половину цикла переменного тока и будет иметь обратное смещение в течение отрицательной половины.

Когда диод смещен в прямом направлении, он действует как короткое замыкание, а при обратном смещении — как разомкнутая цепь. Это связано с архитектурой подключения схемы. Вывод P диода соединен с вторичной обмоткой трансформатора, а вывод N диода соединен с нагрузочным резистором.

Таким образом, диод проводит в течение положительной половины цикла переменного тока. Хотя он не будет проводить в течение отрицательной половины цикла переменного тока. Таким образом, падение напряжения на нагрузочном резисторе появится только для положительной половины переменного тока. Во время отрицательной половины цикла переменного тока мы получим нулевое напряжение постоянного тока.

Определение полноволнового выпрямителя

Полнопериодный выпрямитель состоит из двух диодов и одного понижающего трансформатора с центральным ответвлением. P-вывод диодов подключен ко вторичной обмотке трансформатора.N-клеммы обоих диодов подключены к центральной точке ответвления вторичной обмотки, а также к клемме нагрузки.

Когда положительная половина цикла переменного тока проходит через первичную обмотку трансформатора, то из-за взаимной индукции верхняя часть вторичной обмотки становится положительной, а нижняя часть вторичной обмотки становится отрицательной.

Клемма P диода D1 подключена к положительному напряжению, которое заставляет диод работать в области прямого смещения.В то же время диод D2 становится смещенным в обратном направлении из-за отрицательного напряжения внизу вторичной обмотки.

Таким образом, для положительного полупериода переменного тока проводит только диод D1, а диод D2 не проводит. Таким образом, когда отрицательный полупериод переменного тока проходит через первичную обмотку трансформатора, то из-за взаимной индукции верх вторичной обмотки трансформатора становится отрицательным, а нижняя часть вторичных обмоток становится положительной.

Теперь диод D2 будет смещен в прямом направлении, а диод D1 — в обратном.Таким образом, постоянное напряжение будет получено как для положительной половины цикла переменного тока, так и для отрицательной половины цикла переменного тока. Таким образом, это называется полной волной, поскольку она проводится для полного цикла переменного тока.

Ключевые различия между полуволновым и полноволновым выпрямителем

1. Существенным ключевым различием между полуволновым и двухполупериодным выпрямителями является эффективность. Полуполупериодный выпрямитель — это низкоэффективный выпрямитель , а двухполупериодный — высокоэффективный выпрямитель .Таким образом, всегда лучше использовать полную волну, когда мы работаем над высокоэффективным приложением.
2. Центральный ответвитель также отличается полуволновым и двухполупериодным выпрямителями. Полупериодный выпрямитель не требует центрального отвода вторичной обмотки трансформатора, в то время как двухполупериодный требует центрального отвода вторичной обмотки трансформатора.
3. Требования к компонентам различаются для полуволнового и полноволнового выпрямителя. Для полной волны требуется больше электронных компонентов по сравнению с полуволновым.Таким образом, двухполупериодный выпрямитель дороже, чем полуволновой. Для полной волны требуется двойных , количество диодов .
4. Потери из-за насыщения сердечника постоянного тока в полуволновом и двухполупериодном выпрямителях также создают значительную разницу. Полуволна обладает насыщением по постоянному току сердечника, но эту проблему можно преодолеть в двухполупериодной схеме.
5. Двухполупериодная схема не имеет постоянного насыщения сердечника трансформатора, потому что ток во вторичной обмотке течет в двух половинах вторичной обмотки трансформатора и в противоположных направлениях.

Заключение

Выпрямитель — важный компонент в различных электронных схемах. Это связано с тем, что большинство электронных схем работают на постоянном токе низкого напряжения, и экономичен для подачи питания в виде переменного тока. Таким образом, нам нужно устройство, которое может преобразовывать переменный ток в постоянный. Выпрямитель — это устройство, которое преобразует переменное напряжение в пульсирующее постоянное напряжение .

Пульсирующее напряжение постоянного тока состоит из пульсаций переменного тока и постоянного напряжения. Таким образом, это называется пульсирующим постоянным напряжением.Полупериодный выпрямитель преобразует полупериод переменного тока в пульсирующий постоянный ток, а полный цикл преобразует полный цикл в пульсирующий постоянный ток.

Наш выбор полуволнового и двухполупериодного выпрямителей должен основываться на требованиях. Если нам требуется недорогое устройство и если вы можете пойти на компромисс с эффективностью, используйте полуволны. Но если вы работаете над проектированием какой-либо конкретной схемы, которая требует высокоэффективного преобразования переменного тока в постоянный, тогда используйте двухполупериодную форму, учитывая ее сложность и высокую стоимость.

Цепь полуволнового выпрямителя

с фильтром / без фильтра

Процесс преобразования переменного тока в постоянный — это выпрямление . Любой автономный блок питания имеет блок выпрямления, который преобразует либо источник настенной розетки переменного тока в постоянный ток высокого напряжения, либо пониженный источник настенной розетки переменного тока в постоянный ток низкого напряжения. Дальнейшим процессом будет фильтрация, преобразование DC-DC и т. Д. Итак, в этой статье мы собираемся обсудить все операции однополупериодного выпрямителя со схемой .

Напряжение переменного тока имеет синусоидальную форму с частотой 50/60 Гц. Форма волны будет такой, как показано ниже.

Теперь Выпрямление — это процесс удаления отрицательной части переменного тока (AC), тем самым создавая частичный постоянный ток. Этого можно добиться с помощью диодов. Диоды позволяют току течь только в одном направлении. Для понимания мы можем разделить форму волны на положительный полупериод и отрицательный полупериод.Когда указанное выше напряжение подается через диод, проводимость происходит только в течение положительного полупериода. Таким образом, ниже будет форма волны.

Работа полуволнового выпрямителя:

В полуволновом выпрямителе мы удаляем отрицательный полупериод переменного тока с помощью одного диода, а в полнополупериодном выпрямителе мы преобразуем отрицательный полупериод переменного тока в положительный цикл с помощью 4 диодов. Давайте теперь рассмотрим переменное напряжение с меньшей амплитудой 15 В среднеквадратического значения и выпрямим его в постоянное напряжение с помощью одного диода.Диод проводит только в течение положительного полупериода. Но на выходе будет прерывистое импульсное положительное напряжение постоянного тока. Его необходимо дополнительно отфильтровать, чтобы сделать его чистым постоянным током с меньшей пульсацией. Следует иметь в виду, что все напряжение и ток, которые мы измеряем с помощью цифрового мультиметра, по своей природе являются среднеквадратичными. Следовательно, то же самое рассматривается и при моделировании.

Форма выходного сигнала выше, как и ожидалось, представляет собой прерывистый импульсный сигнал постоянного тока. Чтобы сгладить форму волны или сделать ее непрерывной, мы добавляем на выход конденсаторный фильтр.Работа параллельного конденсатора заключается в поддержании постоянного напряжения на выходе. Он определяет количество пульсаций на выходе.

С конденсаторным фильтром 1 мкФ:

Форма волны ниже показывает уменьшение пульсаций в зависимости от значения емкости, т. Е. Емкости накопления заряда.

Формы выходных сигналов: красный — 1 мкФ; Горчично-зеленый — 4,7 мкФ; Синий — 10 мкФ; Темно-зеленый — 47 мкФ

Работа с конденсатором:

Во время положительного полупериода диод смещен в прямом направлении, и конденсатор заряжается, а нагрузка получает питание.Во время отрицательного полупериода диод смещается в обратном направлении, и цепь разомкнута, во время чего конденсатор подает в него запасенную энергию. Чем больше емкость накопления энергии, тем меньше пульсация формы выходного сигнала.

Коэффициент пульсации можно рассчитать теоретически по,

Рассчитаем его для любого номинала конденсатора и сравним с полученными выше осциллограммами.

R _{нагрузка} = 1кОм; f = 50 Гц; C _из = 1 мкФ; I _{постоянного тока} = 15 мА

Следовательно,

На приведенной выше форме сигнала пульсация составляет 11 В, что почти одинаково.Разница будет компенсирована при более высоких значениях емкости конденсатора. Кроме того, основной проблемой полуволнового выпрямителя является КПД, который меньше, чем двухполупериодный. Обычно КПД (ƞ) = 40%.

Практическая схема полуволнового выпрямителя на макетной плате:

В схеме полуволнового выпрямителя используются следующие компоненты:

1. Понижающий трансформатор 220В / 15В переменного тока.
2. 1N4007 — Диод
3. Резистор
4. Конденсаторы

Здесь для среднеквадратичного напряжения 15 В пиковое напряжение будет до 21 В.Следовательно, используемые компоненты должны быть рассчитаны на 25 В и выше.

Работа контура:

Понижающий трансформатор:

Понижающий трансформатор состоит из первичной и вторичной обмоток, намотанных на многослойный железный сердечник. Количество витков первичного будет выше, чем вторичного. Каждая обмотка действует как отдельные индукторы. Когда первичная обмотка питается от переменного источника, обмотка возбуждается и создается магнитный поток.На вторичную обмотку воздействует переменный поток, создаваемый первичной обмоткой, который наводит ЭДС во вторичную обмотку. Эта наведенная ЭДС затем протекает через подключенную внешнюю цепь. Соотношение витков и индуктивность обмотки определяют величину потока, генерируемого первичной обмоткой, и ЭДС, индуцированной во вторичной. В трансформаторе используется ниже

Напряжение питания 230 В переменного тока от настенной розетки понижается до 15 В переменного тока (среднеквадратичное значение) с помощью понижающего трансформатора. Затем питание подается на схему выпрямителя, как показано ниже.

Схема полуволнового выпрямителя Без фильтра:

Соответствующее напряжение на нагрузке составляет 6,5 В, потому что среднее выходное напряжение прерывистой формы волны можно увидеть на цифровом мультиметре.

Схема полуволнового выпрямителя с фильтром:

Если добавлен конденсаторный фильтр, как показано ниже,

1. Для C _out = 4,7 мкФ, пульсации уменьшаются, и, следовательно, среднее напряжение увеличивается до 11.9В

2. Для C _out = 10 мкФ, пульсации уменьшаются и, следовательно, среднее напряжение увеличивается до 15,0 В

3. Для C _out = 47 мкФ, пульсации еще больше уменьшаются, и, следовательно, среднее напряжение увеличилось до 18,5 В

4. Для C _{выходной сигнал} = 100 мкФ, поэтому после этого форма волны будет тонко сглажена, и, следовательно, пульсации будут низкими. Среднее напряжение увеличилось до 18.9В

Схема полуволнового выпрямителя

»Электроника

Схема полуволнового выпрямителя работает с использованием диода, предотвращающего прохождение половины формы волны переменного тока. В результате проходит только часть (обычно половина) сигнала и форма сигнала выпрямляется.

Цепи диодного выпрямителя Включают:
Цепи диодного выпрямителя
Полуволновой выпрямитель
Двухполупериодный выпрямитель
Двухдиодный двухполупериодный выпрямитель
Двухполупериодный мостовой выпрямитель
Синхронный выпрямитель

Схема однополупериодного выпрямителя — это простейшая форма выпрямительной схемы, которую можно использовать, и хотя она может не обеспечивать наивысший уровень производительности в некоторых аспектах, тем не менее, она очень широко используется.

Применение полуволнового диодного выпрямителя

Полупериодный диодный выпрямитель используется по-разному и в самых разных схемах.

• Выпрямление мощности: Один из наиболее очевидных способов использования полуволнового диодного выпрямителя — это выпрямитель мощности. Входная мощность линии или сети обычно проходит через трансформатор для преобразования напряжения до необходимого уровня.
• Демодуляция сигнала: Простой полуволновой диодный выпрямитель может использоваться для демодуляции сигналов с амплитудной модуляцией.Процесс выпрямления позволяет восстановить амплитудную модуляцию.
• Детектор пикового сигнала: Простой полуволновой диодный детектор можно использовать в качестве пикового детектора, обнаруживая пики входящей формы волны.

Базовая схема однополупериодного выпрямителя

Основы работы схемы однополупериодного выпрямителя довольно просты. Входящий сигнал проходит через диод. Поскольку он может пропускать ток только в одном направлении, он пропускает только ту часть формы волны, для которой диод смещен в прямом направлении.

Выпрямляющее действие диода
одиночный диод пропускает только половину формы волны

В схеме полуволнового выпрямителя обычно используется единственный диод. Входящий сигнал подключается непосредственно к диоду, а диод, в свою очередь, подключается к нагрузке, как показано на схеме полуволнового выпрямителя ниже.

Базовая схема однополупериодного выпрямителя

Схема полуволнового диода

Хотя в схеме полуволнового диодного выпрямителя в основном используется один диод, существует несколько различий в схемах вокруг диода в зависимости от применения.

• Выпрямитель мощности: При использовании для выпрямления мощности схема полуволнового выпрямителя используется с трансформатором, если он каким-либо образом будет использоваться для питания оборудования. Обычно в этом приложении переменный сигнал на входе подается через трансформатор. Он используется для обеспечения необходимого входного напряжения.
  Однополупериодный выпрямитель с трансформаторным входом
• AM-демодуляция: Когда полуволновой выпрямитель используется для обнаружения амплитудной модуляции, очевидно, что схема требует взаимодействия с другими схемами в радио.Типичная схема может быть такой, как показано ниже.

  Однополупериодный выпрямитель с трансформаторным входом

• Детектор пиков: Полуволновая диодная схема часто используется в качестве простого детектора пиков напряжения. Если поместить конденсатор на выходную нагрузку, конденсатор будет заряжаться до пикового напряжения (& sqrt; 2 x среднеквадратичное напряжение синусоидальной волны). При условии, что постоянная времени цепи CR, конденсатора и сопротивления нагрузки намного больше, чем период формы волны или достаточна для захвата пика изменяющейся формы волны, цепь будет удерживать пик напряжения.

Трансформатор обеспечивает изоляцию от сети или сети, а также позволяет входному напряжению на диод быть на требуемом уровне. Обратите внимание, что пиковое напряжение равно & sqrt; 2 или 1,414 раза больше среднеквадратичного значения.

Требования к полуволновому выпрямительному диоду

При разработке схемы однополупериодного выпрямителя необходимо убедиться, что диод способен обеспечить требуемые характеристики. Несмотря на то, что существует очень много параметров, определяющих отдельные диоды, и их, возможно, необходимо учитывать для данной конструкции, некоторые из основных параметров подробно описаны ниже:

Меры предосторожности в цепи однополупериодного выпрямителя

При проектировании схемы однополупериодного выпрямителя необходимо убедиться, что в цепи присутствует возврат постоянного тока.Часто при использовании диодного выпрямителя для обнаружения сигнала или пика легко пропустить возврат постоянного тока. Он должен быть включен либо как резистор, либо как часть трансформатора или дросселя. Примеры приведены ниже.

Возврат постоянного тока, включенный в полуволновой диодный выпрямитель

Цепь полуволнового выпрямителя часто может быть полезной. В качестве выпрямителя мощности он обрабатывает только половину формы волны, что впоследствии приводит к сглаживанию проблемы. В результате для выпрямления мощности обычно используется двухполупериодная система.Полуволновой выпрямитель часто используется для обнаружения сигналов и пиков.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Конструкция транзистора
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
Схемы на полевых транзисторах
Условные обозначения схем

Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

Что такое выпрямитель? Типы выпрямителей, работа и применение

Различные типы выпрямителей — работа и применение

В электронике схема выпрямителя является наиболее часто используемой схемой, потому что почти каждое электронное устройство работает от постоянного тока (постоянного тока) , но доступность из источников постоянного тока ограничены, например, электрические розетки в наших домах обеспечивают переменного тока (переменного тока) .Выпрямитель — идеальный кандидат для этой работы в промышленности и дома, чтобы преобразовать переменного тока в постоянный ток . Даже в наших зарядных устройствах для сотовых телефонов используются выпрямители для преобразования AC из домашних розеток в DC . Различные типы выпрямителей используются для определенных приложений.

В основном у нас есть два типа напряжения, которые широко используются в наши дни. Они бывают переменного и постоянного напряжения. Эти типы напряжения могут быть преобразованы из одного типа в другой с помощью специальных схем, разработанных для этого конкретного преобразования.Эти преобразования происходят повсюду.

Наши основные источники питания, которые мы получаем от электросетей, имеют переменный характер, и бытовые приборы, которые мы используем в своих домах, обычно требуют небольшого постоянного напряжения. Этот процесс преобразования переменного тока в постоянный получил название выпрямления. Преобразованию переменного тока в постоянный предшествует дальнейший процесс, который может включать в себя фильтрацию, преобразование постоянного тока в постоянный и так далее. Одна из самых распространенных частей электронного блока питания — мостовой выпрямитель.

Для многих электронных схем требуется выпрямленный источник постоянного тока для питания различных основных электронных компонентов от доступной сети переменного тока.Простой мостовой выпрямитель используется в различных электронных силовых устройствах переменного тока.

Другой способ взглянуть на схему выпрямителя состоит в том, что можно сказать, что она преобразует токи, а не напряжения. Это имеет более интуитивный смысл, потому что мы больше привыкли использовать ток для определения природы компонента. Вкратце, выпрямитель принимает ток, который имеет как отрицательную, так и положительную составляющие, и выпрямляет его так, чтобы осталась только положительная составляющая тока.

Мостовые выпрямители широко используются в источниках питания, которые обеспечивают необходимое постоянное напряжение для электронного компонента или устройств.Наиболее эффективными коммутационными аппаратами, характеристики которых известны полностью, являются диоды. Теоретически вместо диодов можно использовать любой твердотельный переключатель, которым можно управлять или которым нельзя управлять.

Обычно выпрямители типа классифицируются на основе их мощности. В этой статье мы обсудим многие типы выпрямителей, такие как:

• Однофазные выпрямители
• Трехфазные выпрямители
• Управляемые выпрямители
• Неуправляемые выпрямители
• Полуполупериодные выпрямители
• Полноволновые выпрямители
• Мостовые выпрямители
• Center -Tapped Rectifiers

Что такое выпрямитель?

Выпрямитель — это электрическое устройство, состоящее из одного или более чем одного диода, которое преобразует переменного тока ( AC ) в постоянного тока ( DC ).Он используется для исправления, где процесс ниже показывает, как он преобразовывает переменный ток в постоянный.

Что такое выпрямление?

Выпрямление — это процесс преобразования переменного тока (который периодически меняет направление) в постоянный ток (поток в одном направлении).

Типы выпрямителей

В основном есть два типа выпрямителей:

1. Неконтролируемый выпрямитель
2. Управляемый выпрямитель

Мостовые выпрямители бывают многих типов, и оснований для классификации может быть много, чтобы назвать несколько, тип питания, конфигурации мостовой схемы, возможности управления и т. д.Мостовые выпрямители можно в целом разделить на одно- и трехфазные выпрямители в зависимости от типа входа, на котором они работают. Оба эти типа включают следующие дополнительные классификации, которые можно разделить на одно- и трехфазные выпрямители.

Дальнейшая классификация основана на коммутационных устройствах, которые использует выпрямитель, и типы: неуправляемые, полууправляемые и полностью управляемые выпрямители. Некоторые типы выпрямителей обсуждаются ниже.

В зависимости от типа выпрямительной цепи выпрямители делятся на две категории.

• Полупериодный выпрямитель
• Двухполупериодный выпрямитель

Полупериодный выпрямитель преобразует только половину волны переменного тока в сигнал постоянного тока, тогда как двухполупериодный выпрямитель преобразует полный сигнал переменного тока в постоянный.

Мостовой выпрямитель — это наиболее часто используемый выпрямитель в электронике, и в этом отчете мы рассмотрим его работу и изготовление. Схема простого мостового выпрямителя — самый популярный метод двухполупериодного выпрямления.

Мы подробно обсудим как управляемые, так и неуправляемые (полуволновые и полнополупериодные мостовые) выпрямители со схемами и принципами работы, как показано ниже.

Неуправляемый выпрямитель:

Тип выпрямителя, выходное напряжение которого не может контролироваться , называется неуправляемым выпрямителем .

Выпрямитель использует переключатели для работы. Переключатели могут быть различных типов, в широком смысле, управляемые переключатели и неуправляемые переключатели. Диод — это однонаправленное устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Работа диода не контролируется, так как он будет работать до тех пор, пока он смещен в прямом направлении.

При конфигурации диодов в любом конкретном выпрямителе выпрямитель не полностью находится под контролем оператора, поэтому выпрямители такого типа называются неуправляемыми выпрямителями. Это не позволяет изменять мощность в зависимости от требований к нагрузке. Таким образом, этот тип выпрямителя обычно используется в источниках постоянного или фиксированного питания.

В неуправляемом выпрямителе используются только диоды, и они дают фиксированное выходное напряжение, зависящее только от входа AC .

Типы неуправляемых выпрямителей:

Неконтролируемые выпрямители подразделяются на два типа:

Полуволновый выпрямитель
2. Полноволновый выпрямитель

Полуволновый выпрямитель:

A Тип только выпрямителя, который преобразует полупериод переменного тока (AC) в постоянный (DC) известен как полуволновой выпрямитель.

• Выпрямитель положительной полуволны:

Выпрямитель полуволны, который преобразует только положительный полупериод и блокирует отрицательный полупериод.

• Выпрямитель отрицательной полуволны:

Выпрямитель отрицательной полуволны преобразует только отрицательный полупериод переменного тока в постоянный.

Во всех типах выпрямителей однополупериодный выпрямитель — это простейших из всех, так как он состоит только из одиночного диода .

Диод пропускает ток только в одном направлении, известном как вперед смещение . Нагрузочный резистор RL включен последовательно с диодом.

Положительный полупериод:

Во время положительного полупериода вывод диода , анод станет положительным, а катод станет отрицательным, так называемое прямое смещение . И это позволит протекать положительному циклу.

Отрицательный полупериод:

Во время отрицательного полупериода анод станет отрицательным, а катод станет положительным, что известно как обратное смещение . Таким образом, диод заблокирует отрицательный цикл.

Таким образом, когда источник переменного тока подключен к однополупериодному выпрямителю, через него будет проходить только полупериод , как показано на рисунке ниже.

Выход этого выпрямителя снимается через нагрузочный резистор RL .Если мы посмотрим на график вход-выход , он показывает пульсирующий положительный полупериод входа.

На выходе полуволнового выпрямителя слишком много пульсаций , и использовать этот выход в качестве источника постоянного тока не очень практично. Чтобы сгладил этот пульсирующий выход, через резистор вводится конденсатор . Конденсатор будет заряжаться во время положительного цикла и разряжаться во время отрицательного цикла, чтобы выдать плавный выходной сигнал.

Такие типы выпрямителей тратят впустую мощность полупериода входа переменного тока.

Двухполупериодный выпрямитель:

Двухполупериодный выпрямитель преобразует положительных и отрицательных полупериодов переменного (переменного тока) в постоянный (постоянный ток). Он обеспечивает двойное выходное напряжение по сравнению с полуволновым выпрямителем

Двухполупериодный выпрямитель состоит из более чем одного диода.

Существует два типа двухполупериодных выпрямителей.

1. Мостовой выпрямитель
2. Выпрямитель с центральным отводом

Мостовой выпрямитель

Мостовой выпрямитель использует четыре диода для преобразования обоих полупериодов входного переменного тока в постоянный выходной.

В этом типе выпрямителя диоды подключаются в особой форме, как указано ниже.

Положительный полупериод:

Во время положительного полупериода входа диод D1 и D2 становится прямым смещением, а D3 и D4 становится обратным смещением.Диод D1 и D2 образуют замкнутый контур, который обеспечивает положительное выходное напряжение на нагрузочном резисторе RL .

Отрицательный полупериод:

Во время отрицательного полупериода диод D3 и D4 становится прямым смещением, а D1 и D2 становится обратным смещением. Но полярность нагрузочного резистора RL остается прежней и обеспечивает положительный выходной сигнал на нагрузке.

Выход двухполупериодного выпрямителя имеет низкие пульсации по сравнению с однополупериодным выпрямителем, но, тем не менее, он не является плавным и устойчивым.

Чтобы сделать выходное напряжение плавным и устойчивым, на выходе помещается конденсатор , как показано на рисунке ниже.

Заряд и разряд конденсатора, которые обеспечивают плавные переходы между полупериодами.

Работа схемы мостового выпрямителя

Из принципиальной схемы видно, что диоды подключены определенным образом. Это уникальное расположение и дало название конвертеру.В мостовом выпрямителе напряжение на входе может быть от любого источника. Это может быть трансформатор, который используется для повышения или понижения напряжения, или сеть нашего домашнего источника питания. В этой статье мы используем трансформатор с ответвлениями 6-0-6 для обеспечения переменного напряжения.

В первой фазе работы выпрямителя, во время положительного полупериода, диоды D3-D2 смещены в прямом направлении и проводят ток. Диоды D1-D4 имеют обратное смещение и не проводят в этом полупериоде, действуя как разомкнутые переключатели.Таким образом, мы получаем на выходе положительный полупериод. И наоборот, в отрицательном полупериоде диоды D1-D4 смещаются в прямом направлении и начинают проводить, тогда как диоды D3-D2 имеют обратное смещение и не проводят в этом полупериоде.

Опять же, на выходе получаем положительный полупериод. В конце процесса выпрямления отрицательная часть переменного тока преобразуется в положительный цикл. Выходной сигнал выпрямителя — это два полуположительных импульса с той же частотой и величиной, что и входной.

В отличие от работы полуволнового выпрямителя, полный мостовой выпрямитель имеет другую ветвь, которая позволяет ему проводить отрицательную половину формы волны напряжения, которую полумостовой выпрямитель не имел возможности сделать. Таким образом, среднее напряжение на выходе полного мостового выпрямителя вдвое больше, чем у полумостового выпрямителя.

Хотя мы используем четыре отдельных силовых диода для создания двухполупериодного мостового выпрямителя, готовые компоненты мостового выпрямителя доступны в готовом виде в диапазоне различных значений напряжения и тока, которые могут использоваться непосредственно для обеспечения работоспособности. цепь.

Форма волны выходного напряжения после выпрямления не соответствует правильному постоянному току, поэтому мы можем попытаться преобразовать ее в форму волны постоянного тока, используя конденсатор для фильтрации. Сглаживающие или накопительные конденсаторы, которые подключены параллельно нагрузке на выходе схемы двухполупериодного мостового выпрямителя, увеличивают средний выходной уровень постоянного тока до требуемого среднего напряжения постоянного тока на выходе, поскольку конденсатор действует не только как фильтрующий компонент, но и также периодически заряжается и разряжается, эффективно увеличивая выходное напряжение.

Конденсатор заряжается до тех пор, пока форма сигнала не достигнет своего пика, и равномерно разряжается в цепи нагрузки, когда форма сигнала начинает снижаться. Таким образом, когда выходной сигнал становится низким, конденсатор поддерживает правильное напряжение в цепи нагрузки, создавая постоянный ток.

Преимущества мостового выпрямителя:

1. Низкие пульсации в выходном сигнале постоянного тока
2. Высокий КПД выпрямителя
3. Низкие потери мощности

Недостатки мостового выпрямителя:

1. Мостовой выпрямитель сложнее, чем мостовой выпрямитель. однополупериодный выпрямитель
2. Больше потерь мощности по сравнению с двухполупериодным выпрямителем с центральным ответвлением.

Выпрямитель с центральным отводом

Этот тип двухполупериодного выпрямителя использует трансформатор с центральным отводом и два диода.

Трансформатор с центральным ответвлением — это трансформатор с двойным напряжением, который имеет два входа ( I1 и I2 ) и три выходных клеммы ( T1, T2, T3 ). Т2 терминал подключен к центру выходной катушки, который действует в качестве опорного грунта ( вольт о эталонных ).Клемма T1 выдает положительного напряжения , а клемма T3 создает отрицательное напряжение по сравнению с T2 .

Конструкция выпрямителя с центральным отводом приведена ниже:

Положительный полупериод:

Во время положительного полупериода входа T1 будет давать положительный сигнал, а T2 — отрицательный вольтаж. Диод D1 станет прямым смещением, а диод D2 станет обратным смещением.Это делает закрытый путь от T1 к T2 через нагрузочный резистор RL , как показано ниже.

Отрицательный полупериод:

Теперь во время входного отрицательного полупериода T1 будет генерировать отрицательный цикл, а T2 будет генерировать положительный цикл. Это переведет диод D1 в обратное смещение, а диод D2 в прямое смещение. Но полярность на нагрузочном резисторе RL остается такой же, поскольку ток проходит по пути от T3 к T1 , как показано на рисунке ниже.

Выходной сигнал DC выпрямителя с центральным отводом также имеет пульсации, и он не является плавным и устойчивым DC . Конденсатор на выходе устранит пульсации и обеспечит стабильный выход DC .

Управляемый выпрямитель:

Тип выпрямителя, выходное напряжение которого может изменяться или , называется управляемый выпрямитель .

Потребность в управляемом выпрямителе становится очевидной, если мы рассмотрим недостатки неуправляемого мостового выпрямителя.Чтобы превратить неуправляемый выпрямитель в управляемый, мы используем твердотельные устройства с управляемым током, такие как SCR, MOSFET и IGBT. У нас есть полный контроль, когда SCR включаются или выключаются в зависимости от импульсов затвора, которые мы применяем к нему. Они обычно более предпочтительны, чем их неконтролируемые аналоги.

Он состоит из одного или нескольких SCR ( Silicon Controlled Rectifier ).

SCR , также известный как тиристор — трехконтактный диод.Этими клеммами являются анод , катод и управляющий вход, известный как Gate .

Подобно простому диоду, SCR проводит при прямом смещении и блокирует ток при обратном смещении, но он запускает прямую проводимость только при наличии импульса на входе затвора . Таким образом, выходным напряжением можно управлять с помощью входа затвора.

Типы управляемого выпрямителя

Есть два типа управляемого выпрямителя.

Полупериодный управляемый выпрямитель

Полуволновой управляемый выпрямитель состоит из одного тиристора (выпрямителя с кремниевым управлением).

Полупериодный управляемый выпрямитель имеет ту же конструкцию, что и полуволновой неуправляемый выпрямитель, за исключением того, что мы заменили диод на SCR , как показано на рисунке ниже.

SCR не проводит обратное смещение, поэтому он блокирует отрицательный полупериод.

Во время положительного полупериода SCR будет проводить ток при одном условии, когда на вход затвора подается импульс. Вход затвора — это, конечно, периодический импульсный сигнал, который предназначен для активации SCR в каждом положительном полупериоде.

Таким образом, мы можем управлять выходным напряжением этого выпрямителя.

Выходной сигнал SCR также является пульсирующим напряжением / током постоянного тока . Эти импульсы удаляются с помощью конденсатора , параллельного нагрузочному резистору RL .

Полноволновой управляемый выпрямитель

Тип выпрямителя, который преобразует как положительный, так и отрицательный полупериод переменного тока в постоянный, а также регулирует выходную амплитуду известен как двухполупериодный управляемый выпрямитель.

Как и неуправляемый выпрямитель, управляемый двухполупериодный выпрямитель бывает двух типов.

Управляемый мостовой выпрямитель

В этом выпрямителе диодный мост заменен мостом SCR ( Thyristor ) с такой же конфигурацией, как показано на рисунке ниже.

Положительный полупериод:

Во время положительного цикла SCR (тиристор) T1 и T2 будет проводить при подаче импульса затвора. T3 и T4 будут иметь обратное смещение, поэтому они будут блокировать ток. Выходное напряжение будет установлено на нагрузочном резисторе RL , как показано ниже.

Отрицательный полупериод:

Во время отрицательного полупериода тиристор T3 и T4 будет иметь прямое смещение с учетом входного импульса затвора, а T1 и T2 станут обратным смещением.Выходное напряжение появится на нагрузочном резисторе RL .

В конце вывода используется конденсатор для удаления пульсаций и обеспечения стабильного и плавного вывода.

Управляемый Выпрямитель с центральным отводом:

Как и неуправляемый выпрямитель с центральным отводом, в этой конструкции используются два SCR , заменяющие два диода.

Оба эти переключения SCR будут синхронизированы по-разному в зависимости от входной частоты AC .

Его работа такая же, как и у неуправляемого выпрямителя, и его схематическая конструкция приведена ниже.

Однофазные и трехфазные выпрямители

Эта классификация основана на типе входа, на котором работает выпрямитель. Именование довольно простое. Когда вход однофазный, выпрямитель называется однофазным выпрямителем, а когда вход трехфазный, он называется трехфазным выпрямителем.

Однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, тогда как трехфазный выпрямитель использует шесть диодов, расположенных определенным образом для получения желаемого выхода.Это могут быть управляемые или неуправляемые выпрямители в зависимости от компонентов переключения, используемых в каждом выпрямителе, таких как диоды, тиристоры и т. Д.

Сравнение выпрямителей

В следующей таблице показано соответствие между различными типами выпрямителей, такими как однополупериодный выпрямитель, двухполупериодный выпрямитель и выпрямитель с центральным ответвлением.

Применение выпрямителей

В основном почти все электронные схемы работают от постоянного напряжения.Основная цель использования выпрямителя — выпрямление, что означает преобразование переменного напряжения в постоянное. То есть выпрямители используются практически во всех выпрямительных и электронных устройствах.

Ниже приведен список общих применений и использования различных выпрямителей.

• Выпрямление, то есть преобразование постоянного напряжения в переменное.
• Выпрямители используются в электросварке для обеспечения поляризованного напряжения.
• Применяется также в тяговых двигателях, подвижном составе и трехфазных тяговых двигателях, используемых для движения поездов.
• Полуволновые выпрямители используются в средствах от комаров и паяльниках.
• Полуволновой выпрямитель также используется в AM Radio в качестве детектора и детектора пикового сигнала.
• Выпрямители также используются в умножителях модуляции, демодуляции и напряжения.

Похожие сообщения:

Эксперимент 1: Однофазный полуволновой управляемый выпрямитель с R — нагрузкой для положительного полупериода — Учебники по силовой электронике

Цель

для создания однофазного полуволнового управляемого выпрямителя с R-нагрузкой для положительного полупериода с использованием SCR и TMS320F28027F .

Схема

Принципиальная схема

Рис. 5.3) Принципиальная схема однофазного полуволнового управляемого выпрямителя с R-LOAD для положительного полупериода

Схема подключения

Рис. 5.4) Схема подключения однофазного полуволнового управляемого выпрямителя с R-LOAD для положительного полупериода

Процедура однофазного полуволнового управляемого выпрямителя для положительного цикла для R-LOAD

1.Схема преобразователя мощности должна быть спроектирована, а моделирование проверено в Matlab, как показано на рисунке ниже.

2. Моделирование в Matlab

Рис. 5.5) Файл Simulink однофазного полуволнового управляемого выпрямителя с R-LOAD для положительного полупериода

3.Симуляторы сигналов

Рис. 5.6) Формы выходных сигналов Simulink однофазного полуволнового управляемого выпрямителя с R-LOAD для положительного полупериода

4.После завершения проверки симуляции необходимо отсоединить схему генерации пускового импульса, чтобы сгенерировать код для LaunchPad TMS320F28027F .

5. Теперь выполните шаги в НАСТРОЙКИ КОНФИГУРАЦИИ ДЛЯ ИНТЕРФЕЙСА TMS320F28027F С MATLAB .

6. Как показано ниже, используйте только секцию генерации запускающего импульса, заменив порты ввода и вывода на блоки GPIO.

7. Создание кода для TMS320F28027F LaunchPad с использованием Matlab

Рис 5.7) Генерация кода с использованием Matlab для однофазного полуволнового управляемого выпрямителя с R-LOAD для положительного полупериода

8. Убедитесь, что все питание обучающего комплекта отключено.

9. Поместите LaunchPad TMS320F28027F в слот платы, как показано на Рис. 2.5.

10. Включите LaunchPad с помощью кабеля USB, подключенного к ПК / ноутбуку

11. Выполните действия, указанные в разделе ПРОГРАММИРОВАНИЕ LAUNCHPAD TMS320F28027F ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ CODE COMPOSER STUDIO.

12. После программирования LaunchPad готов к генерации импульса. Один раз нажмите сброс.

13. Теперь подключите блок изолирующего трансформатора через 14-контактный кабель к плате, как показано на рис. 2.11.

14. Теперь убедитесь, что выключатель питания на плате находится в состоянии ВЫКЛ., И включите блок развязывающего трансформатора. Сравните ZCD и сгенерированный импульс от LaunchPad с помощью осциллографа.

Рис. 5.8) Контрольные точки от ZCD и импульсы от LaunchPad

15.Ниже на снимке экрана показано сравнение генерируемого импульса с ZCD.

16. Теперь проверьте импульсы на (G1, K1).

Рис. 5.10) Контрольные точки G1 и K1 для проверки в DSO

17. На снимке экрана ниже показаны импульсы, приложенные к SCR для запуска

.

Рис. 5.11) Форма импульсов, подаваемых на SCR, захваченных в DSO

18. Теперь подключите силовую цепь в соответствии со схемой, показанной на (Рис. 5.3) или согласно схеме подключения, показанной на (рис. 5.4). Проверьте соединение.

19. Убедитесь, что предохранитель F1 соответствует номиналу (230 В / 1 А).

20. Теперь включите главный выключатель питания на тренажере.

21. Проанализируйте формы выходных сигналов и сигналов тока для различных углов открытия, нажав кнопку (S3) на LaunchPad TMS320F28027F , и сведите результаты в таблицу.

22. Для сигналов в DSO

Рис 5.12) Однофазный полуволновой управляемый выпрямитель с R-LOAD для положительного полупериода

23. Формы сигналов аппаратного выхода

Рис. 5.13) Формы сигналов модели аппаратного выхода для однофазного полуволнового управляемого выпрямителя с R-LOAD для положительного полупериода

Подробности собраны

T _ВКЛ. = время включения тиристора по форме выходного напряжения с использованием DSO в мс.

T _ВЫКЛ. = время отключения тиристора по форме сигнала выходного напряжения с использованием DSO в мс.

Alpha α = Расчетное значение по формуле в градусах.

Vo = измеренное выходное напряжение с помощью мультиметра и расчетное выходное напряжение в вольтах.

В _pk = Входное напряжение переменного тока в вольтах

Таблица

Таблица 5.1) Таблица для однофазного полуволнового управляемого выпрямителя для положительного полупериода для R-LOAD:

Расчет модели

2.Выходное напряжение

Vo = ( _Vpk / 2p) * (1 + cosa)

Где,

В _pk = входное переменное напряжение в вольтах.

a = угол открытия в градусах

(Например 🙂

Заключение

Таким образом, однофазный полуволновой управляемый выпрямитель с R-нагрузкой для положительного полупериода с использованием TMS320F28027F был выполнен успешно, были проанализированы и проверены формы выходных и входных сигналов для различных углов включения.

Дополнительное упражнение

☞ На скриншоте ниже показано, как настроить постоянный угол стрельбы.

Рис. 5.14) Фиксированный угол зажигания в Matlab для однофазного полуволнового управляемого выпрямителя для положительного полупериода для R-LOAD

☞Чтобы изменить угол открытия с помощью клавиш (S3) в LaunchPad TMS320F28027F , выполните шаги, показанные ниже.

☞ Откройте If Action Subsystem1 .

Рис 5.15) Ключевой функциональный блок в Matlab для однофазного полуволнового управляемого выпрямителя для положительного цикла для R-LOAD

Рис. 5.16) Измените приращение шага угла зажигания для ключа в Matlab для однофазного полуволнового управляемого выпрямителя для положительного цикла для R-LOAD

Измените значение, открыв частота3 на любое значение шага приращения, например. как 5 и Ok . Нажатие кнопки увеличивает угол открытия на 5 градусов.

Рис. 5.17) Ввод постоянного значения в блок параметров в Matlab для однофазного полуволнового управляемого выпрямителя для положительного цикла для R-LOAD

.