4.10. Выпрямление переменного тока и напряжения. Выпрямитель тока 4

Выпрямитель тока 4 буквы

4. Выпрямление переменного тока

Для питания электронных устройств требуется постоянное напряжение различных значений. Наиболее распространенным источником электрической энергии является промышленная сеть переменного напряжения частотой 50 Гц. Для преобразования переменного напряжения в постоянное (однополярное) применяют выпрямительные устройства. Существует однополупериодное и двухполупериодное выпрямление переменного тока.

Рис. 9. Схема однополупериодного выпрямителя.

Схема полупроводникового однополупериодного выпрямителя приведена на рис. 9. В этом выпрямителе полупроводниковый диодVDвключен последовательно с нагрузочным резисторомRн и вторичной обмоткой трансформатораT. Первичная обмотка трансформатора питается, как правило, от сети.

Из временных диаграмм (рис. 10) видно, что ток Iнв нагрузке имеет импульсный характер. В течение первого полупериода напряженияUАБ, когда потенциал точкиаположителен по отношению к потенциалу точкиб,диод открыт и через нагрузку протекает ток.

Во второй полупериод полярность напряжений на вторичной обмотке трансформатора изменяется на противоположную и потенциал точки астановится отрицательным по отношению к потенциалу точкиб.При такой полярности диод включен в обратном направлении и ток в нагрузке будет равен нулю.

Рис. 10. Временные диаграммы однополупериодного выпрямителя.

Широкое применение нашли двухполупериодные выпрямители, в которых, в отличие от однополупериодных выпрямителей, используются оба полупериода напряжения сети. Из них наибольшее распространение получил мостовой двухполупериодньгй выпрямитель (рис. 11), состоящий из трансформатора, четырех полупроводниковых диодов VD1 – VD4(включенных по мостовой схеме) и нагрузочного резистора.

Рис. 11. Схема двухполупериодного выпрямителя.

В один из полупериодов напряжения сети, когда точка аимеет положительный по отношению к точкеб потенциал, диодыVD2 иVD3открыты, а диодыVD1 иVD4закрыты. Ток в этот полупериод имеет направление: зажимавторичной обмотки трансформатора, диодVD2, нагрузочный резисторRн, диодVD3и зажимб.В следующий полупериод, когда потенциал точкиастановится отрицательным по отношению к точкеб, открыты диодыVD1иVD4,а диодыVD2иVD3закрыты. Протекающий в схеме ток имеет следующее направление: точкаб, диодVD4, нагрузочный резисторRн, диодVD1и точкаавторичной обмотки трансформатора. Таким образом, в течение всего периода ток в нагрузочном резистореRнимеет одно и то же направление. На рис. 12 представлены временные диаграммы токов и напряжений мостового двухполупериодного выпрямителя.

Рис. 12. Временные диаграммы двухполупериодного выпрямителя.

Мостовой выпрямитель по сравнению с однополупериодным имеет ряд преимуществ. В частности, при одном и том же напряжении вторичной обмотки трансформатора и сопротивлении нагрузки Rн средний выпрямленный ток /н сри напряжениеUн срв мостовом выпрямителе почти в два раза больше, чем в однополупериодном.

Недостатком мостовой схемы выпрямителя является необходимость применения четырех диодов.

Для того, чтобы избежать пульсирующего характера напряжения Uни токаIннагрузки, в выпрямительных устройствах применяются различныесглаживающие фильтры. Простейшим из них является ёмкостной фильтр. Для этого параллельно сопротивлению нагрузки подключается конденсатор.

Рис. 13. Схема однополупериодного выпрямителя со сглаживающим фильтром.

На рис. 13 приведена схема однополупериодного выпрямителя с ёмкостным сглаживающим фильтром, а на рис.14 – диаграммы, иллюстрирующие его работу.

По мере роста напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора UАБконденсаторCзаряжается и напряжение на нём повышается. Во время положительного полупериода диодVDпропускает ток, который заряжает конденсатор (практически до амплитудного значения переменного напряжения) и одновременно питает сопротивление нагрузки. Затем напряжениеUАБуменьшается и, когда оно становится меньше, чем напряжение на конденсаторе, диодVDзапирается, а конденсатор начинает разряжаться на резисторRн. Скорость разряда конденсатора определяется постоянной времениразр=RнС. В дальнейшем описанный процесс периодически повторяется.

Рис. 14. Временные диаграммы двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим фильтром.

При работе такого выпрямителя существенно уменьшаются пульсации выпрямленного напряжения. Однако следует помнить, что в выпрямителе с ёмкостным сглаживающим фильтром наблюдается значительная зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от тока нагрузки.

studfiles.net

4.10. Выпрямление переменного тока и напряжения

Рассмотрим работу нескольких простейших выпрямителей

Работа однополупериодного выпрямителя на r-нагрузку

Пусть дана схема (рис. 4.47), вольтамперная характеристика диода (рис. 4.48) и напряжение источника u(t) = Um sint. Поставим задачу: определить ток в цепи и напряжение на нагрузке. Используем графический метод для расчета тока.

Графические построения просты и понятны (рис. 4.48). При синусоидальном напряжении источника ток в цепи несинусоидален. Видно, что ток однополярен. Если этот ток умножить на сопротивление (r), то получим напряжение на нагрузке. Если пренебречь заштрихованной площадкой то в интервале (p – 2p) ток будет равен нулю (рис. 4.49).

Определим среднее значение выпрямленного тока:

Для сравнения, среднее значение синусоидального тока равно:

Действующее значение выпрямленного тока равно:

Видно, действующее значение выпрямленного тока в раз меньше, чем переменного тока.

С принятыми допущениями КПД этого выпрямителя равен:

где

Тогда окончательно:

Работа однополупериодного выпрямителя на rL-нагрузку

Введем в цепь индуктивность (рис. 4.50) и решим ту же задачу.

Дано: u = Um sinwt, L, r, BAX. Определим ток i., и напряжение ur.

Применим метод кусочно-линейной аппроксимации. Расчет начнем с момента времени t = 0. В этот момент диод открывается и его сопротивление становится равным нулю.

Задача решается так же, как и при расчете переходного процесса.Решение здесь приводить не будем, дадим только конечное выражение для тока:

Первое слагаемое в этом выражении – свободная составляющая, а второе слагаемое – принужденная составляющая, которая считается по схеме замещения (рис. 4.51) комплексно-символическим методом. Постоянную интегрирования А найдем из начальных условий:

Откуда:

Выражение для тока примет вид:

где p = -r/L.

Построим этот ток (рис. 4.52, штриховая линия). Решение для тока справедливо пока ток больше нуля i(t) > 0. При возрастании индуктивности (рис. 4.53) ампер-секундная площадка не изменяется, а только деформируется.

Использование L-элемента в однополупериодном выпрямителе для улучшения качества выпрямленного тока позволяет уменьшить коэффициент амплитуды Ка, но не обеспечивает идеальное выпрямление переменного тока.

Работа однополупериодного выпрямителя на rC-нагрузку

Введем в схему однополупериодного выпрямителя емкость С, включенную параллельно нагрузке (рис. 4.54). Расчет также начнем с момента отпирания диода. Применим метод кусочно-линейной аппроксимации.

Пусть в некоторый момент времени t1 рабочая точка на характеристике диода переходит в первый квадрант, выполняется условие: ja>jк.

Сопротивление диода становится равным нулю: .

Напряжение источника становится равным напряжению на конденсаторе и на нагрузке:

Ток равен:

В цепях с конденсатором при первом включении на напряжение наблюдается некорректная коммутация, которая сопровождается скачками тока больших величин. Если С > 1000 мкФ выпрямитель необходимо защищать от этих скачков.

В момент времени, когда входное напряжение достигает максимальной величины:

потенциал катода становится больше потенциала анода: jк > jа. При этом ключ (диод) размыкается. Разряд конденсатора можно описать уравнением (рис. 4.55):

зряд будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на конденсаторе будет больше входного напряжения: uc(t) > u(t). Влияние величины емкости на скорость разряда конденсатора показано на (рис. 4.56). Использование ёмкостного элемента, включенного к нагрузке однополупериодного выпрямителя, позволяет обеспечить сглаживание выпрямленного напряжения и выполнить поставленную задачу в определенном диапазоне нагрузок.

Схемы однофазных выпрямителей

Рассмотрим наиболее распространенные схемы однофазных выпрямителей.

Двухполупериодный выпрямитель (рис. 4.57).

Дано: напряжение , сопротивление Rн, диоды 1, 2, 3, 4 и их вольтамперные характеристики.

Требуется определить Uн и iн.

Проанализируем цепь методом кусочно-линейной аппроксимации. Расчет начнем с момента времени t = 0.

Приверхний зажим становится положительным. Образуется контур протекания тока. Отпираются диоды 1 и 2. Напряжение на нагрузке равно:

При входное напряжение становится меньше нуля: .Диоды 1 и 2 запираются, а 3 и 4 отпираются. Напряжение на нагрузке становится равным:

В дальнейшем процессы повторяются. Временные диаграммы приведены на (рис. 4.58).

Проанализируем воздействие С – элементов на кривые выходного напряжения (рис. 4.59). При двухполупериодном выпрямлении качество выпрямленного напряжения можно обеспечить меньшими значениями реактивных элементов. Главным недостатком этого выпрямителя является то, что уровень выпрямленного напряжения зависит от входного напряжения.

Этого недостатка нет в схеме (рис. 4.60), так как с помощью трансформатора можно получить любое напряжение на вторичной обмотке изменением коэффициента трансформации.

Коэффициент трансформации равен:

Выбирая КТ, можно сформировать любое U2:

Процессы в схеме (рис. 4.60) полностью аналогичны предыдущей (рис. 4.57), там, где были включенными диоды 1 и 2, здесь будет включен диод 1.

С помощью трансформаторного элемента входная цепь с напряжением U1 гальванически развязывается с выходной цепью с напряжением Uн.

Если какую-то точку выходной цепи соединить с землей, то тогда электромагнитный импульс, поступивший во входную цепь, не приведет к перераспределению потенциалов в выходной цепи. Электромагнитным импульсом может быть грозовой разряд, сварочная дуга, внезапные короткие замыкания в цепи или обрывы.

Электромагнитный импульс распространяется без проводов и наводится в электрическую цепь благодаря реактивным элементам.

Схемы трехфазных выпрямителей

Рассмотрим однополупериодный трехфазный выпрямитель (рис. 4.61). Исходная информация для расчетов задается аналогично.

Дано: входное фазное напряжение , сопротивление нагрузки Rн, диоды 1, 2, 3 и их ВАХ.

Определить напряжение нагрузки uн.

Расчет этого выпрямителя начнем с момента времени . С этого момента при напряжение больше всех остальных напряжений, поэтому напряжение нагрузки равно:

С момента времени напряжение больше всех остальных. Поэтому напряжение нагрузки равно:

Дальнейшие расчеты понятны, а временная диаграмма показана на (рис. 4.62). Кривая выходного напряжения однополярна, она колеблется от амплитудного значения до его половины. Этим напряжением уже можно питать такие нагрузки, как двигатель постоянного тока, у которого наблюдается малая зависимость скорости вращения от коэффициента пульсаций.

Рассмотрим трехфазный двухполупериодный выпрямитель (рис. 4.63, схема Ларионова).

Схема (рис. 4.63) работает аналогично предыдущей (рис. 4.61).

В интервале точек 1 – 2 (рис. 4.64) кривая напряжения uc инвертируется. Поэтому выходное напряжение uн имеет еще меньший коэффициент пульсаций по сравнению со схемой (см. рис. 4.62).

Для большинства общетехнических установок эта кривая удовлетворяет стандартам и не требует дополнительной фильтрации.

Качественные показатели выходного напряжения выпрямителей

Главным показателем качества выходного напряжения является коэффициент пульсаций, который равен отношению разности максимального и минимального значений выходного напряжения к его номинальному значению:

Следующим показателем является коэффициент искажения, который равен отношению действующего значения напряжения первой гармоники к действующему значению напряжения:

Коэффициент гармоник оценивает содержание высших гармоник в напряжении и равен отношению всех высших гармоник к основной гармонике:

Коэффициент полезного действия:

Коэффициент мощности:

Мощность искажения:

electrono.ru

1.4. Неуправляемый выпрямитель трехфазного тока

1.4.1. Общие сведения

Потребители большой мощности питаются выпрямленным трехфазным переменным током. Несколько большая в сравнении с однофазным выпрямителем стоимость трехфазного выпрямителя многократно окупается за счет более простого сглаживания выходного напряжения.

В описанных ниже экспериментах используется источник трехфазного переменного напряжения.

1.4.2. Экспериментальная часть Порядок выполнения эксперимента

Соберите цепь трехфазного выпрямителя с нулевым выводом согласно схеме (рис.1.4.1) и подайте на ее вход переменное трехфазное напряжение 7 В, 50 Гц. На схеме V0 и V1 — входы коннектора. При сборке схемы обратите внимание на полярность электролитического конденсатора. В первом опыте С=0 (конденсатор отсутствует).

Рис.1.4.1

Включите виртуальные приборы V0 и V1 и осциллограф. Подключите два любых входа осциллографа к каналам V0 и V1. Установите развертку 5 мС/дел.
Перенесите на график (рис. 1.4.2) осциллограммы входного и выходного напряжений.
Сделайте измерения и запишите в табл. 1.4.1. значения: UВХ — действующее, Ud — среднее, ,m = fпульс / fвх.
Рассчитайте и запишите в табл. 1.4.1 коэффициенты Ud / UВХ и kпульс.
Параллельно нагрузочному резистору RН подключите сглаживающие конденсаторы C с емкостями, указанными в табл. 1.4.1, повторите измерения и дорисуйте графики выпрямленного напряжения на рис.1.4.2.

Рис. 1.4.2

Таблица 1.4.1

C, мкФ	0	1	10	100
UВХ, В
Ud, B
, В
m
Ud / UВХ
kпульс

Теперь соберите цепь трехфазного мостового выпрямителя согласно схеме (рис. 1.4.3) и повторите все измерения, выполненные для трехфазного выпрямителя с нулевым входом. Результаты представьте в табл. 1.4.1. и на рис. 1.4.4.

Рис. 1.4.3

Рис. 1.4.4

Примечание: в стенде без компьютера все измерения можно проделать с помощью мультиметров и электронного осциллографа.

Контрольные вопросы

1. Как называется напряжение, при котором диод становится проводящим?

2. Почему максимальное значение выпрямленного напряжения Udmax не совпадает с амплитудой входного напряжения?

3. Почему максимальное значение выпрямленного напряжения Udmax не совпадает с амплитудой входного напряжения?

4. Что произойдет при изменении полярности диода в цепи (рис. 1.2.2)?

5. Каково обратное напряжение диода в схеме со сглаживающим конденсатором?

6. Какое действие оказывает сглаживающий конденсатор на амплитуду пульсаций напряжения?

7. Почему максимальное значение выпрямленного напряжения Udmax не совпадает с амплитудой входного напряжения?

8. Что произойдет при изменении полярности диода в цепи (рис. 1.3.2)?

9. Каково обратное напряжение диода в схеме с ёмкостным фильтром?

10. Какое действие оказывает сглаживающий конденсатор на амплитуду пульсаций напряжения?

11. Какова частота пульсаций выходного напряжения uВЫХ трехфазного выпрямителя с нулевым выводом?

12. Каково отношение выходного напряжения постоянного тока UВЫХ к действующему значению входного напряжения переменного тока UВХ в трехфазном выпрямителе с нулевым выводом?

13. Какова частота пульсаций выходного напряжения uПУЛЬС в трехфазном мостовом выпрямителе?

14. Каково отношение напряжения постоянного тока UВЫХ к действующему значению входного напряжения переменного тока UВХ в трехфазном мостовом выпрямителе?

studfiles.net

4. Выпрямление переменного тока

Рис. 9. Схема однополупериодного выпрямителя.

Рис. 10. Временные диаграммы однополупериодного выпрямителя.

Рис. 11. Схема двухполупериодного выпрямителя.

Рис. 12. Временные диаграммы двухполупериодного выпрямителя.

Недостатком мостовой схемы выпрямителя является необходимость применения четырех диодов.

Рис. 13. Схема однополупериодного выпрямителя со сглаживающим фильтром.

Рис. 14. Временные диаграммы двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим фильтром.

studfiles.net

4. Выпрямление переменного тока

Рис. 9. Схема однополупериодного выпрямителя.

Рис. 10. Временные диаграммы однополупериодного выпрямителя.

Рис. 11. Схема двухполупериодного выпрямителя.

Рис. 12. Временные диаграммы двухполупериодного выпрямителя.

Недостатком мостовой схемы выпрямителя является необходимость применения четырех диодов.

Рис. 13. Схема однополупериодного выпрямителя со сглаживающим фильтром.

Рис. 14. Временные диаграммы двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим фильтром.

studfiles.net

4.10. Выпрямление переменного тока и напряжения

Рассмотрим работу нескольких простейших выпрямителей

Работа однополупериодного выпрямителя на r-нагрузку

Определим среднее значение выпрямленного тока:

Для сравнения, среднее значение синусоидального тока равно:

Действующее значение выпрямленного тока равно:

Видно, действующее значение выпрямленного тока в раз меньше, чем переменного тока.

С принятыми допущениями КПД этого выпрямителя равен:

где

Тогда окончательно:

Работа однополупериодного выпрямителя на rL-нагрузку

Введем в цепь индуктивность (рис. 4.50) и решим ту же задачу.

Дано: u = Um sinwt, L, r, BAX. Определим ток i., и напряжение ur.

Откуда:

Выражение для тока примет вид:

где p = -r/L.

Работа однополупериодного выпрямителя на rC-нагрузку

Сопротивление диода становится равным нулю: .

Напряжение источника становится равным напряжению на конденсаторе и на нагрузке:

Ток равен:

В момент времени, когда входное напряжение достигает максимальной величины:

Схемы однофазных выпрямителей

Рассмотрим наиболее распространенные схемы однофазных выпрямителей.

Двухполупериодный выпрямитель (рис. 4.57).

Дано: напряжение , сопротивление Rн, диоды 1, 2, 3, 4 и их вольтамперные характеристики.

Требуется определить Uн и iн.

Проанализируем цепь методом кусочно-линейной аппроксимации. Расчет начнем с момента времени t = 0.

В дальнейшем процессы повторяются. Временные диаграммы приведены на (рис. 4.58).

Коэффициент трансформации равен:

Выбирая КТ, можно сформировать любое U2:

Схемы трехфазных выпрямителей

Дано: входное фазное напряжение , сопротивление нагрузки Rн, диоды 1, 2, 3 и их ВАХ.

Определить напряжение нагрузки uн.

С момента времени напряжение больше всех остальных. Поэтому напряжение нагрузки равно:

Рассмотрим трехфазный двухполупериодный выпрямитель (рис. 4.63, схема Ларионова).

Схема (рис. 4.63) работает аналогично предыдущей (рис. 4.61).

Качественные показатели выходного напряжения выпрямителей

Коэффициент полезного действия:

Коэффициент мощности:

Мощность искажения:

electrono.ru

<<	<	Ноябрь 2013			>	>>
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
				1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30

4.10. Выпрямление переменного тока и напряжения. Выпрямитель тока 4

Выпрямитель тока 4 буквы

Похожие ответы в сканвордах

4. Выпрямление переменного тока

4.10. Выпрямление переменного тока и напряжения

Работа однополупериодного выпрямителя на r-нагрузку

Работа однополупериодного выпрямителя на rL-нагрузку

Работа однополупериодного выпрямителя на rC-нагрузку

Схемы однофазных выпрямителей

Схемы трехфазных выпрямителей

Качественные показатели выходного напряжения выпрямителей

1.4. Неуправляемый выпрямитель трехфазного тока

1.4.1. Общие сведения

1.4.2. Экспериментальная часть Порядок выполнения эксперимента

4. Выпрямление переменного тока

4. Выпрямление переменного тока

4.10. Выпрямление переменного тока и напряжения

Работа однополупериодного выпрямителя на r-нагрузку

Работа однополупериодного выпрямителя на rL-нагрузку

Работа однополупериодного выпрямителя на rC-нагрузку

Схемы однофазных выпрямителей

Схемы трехфазных выпрямителей

Качественные показатели выходного напряжения выпрямителей

Видеоматериалы

Опыт пилотных регионов, где соцнормы на электроэнергию уже введены, показывает: граждане платить стали меньше

Соответствует ли вода и воздух установленным нормативам?

С начала года из ветхого и аварийного жилья в республике были переселены десятки семей

Столичный Водоканал готовится к зиме

Более 10-ти миллионов рублей направлено на капитальный ремонт многоквартирных домов в Лескенском районе

Актуальные темы

Формирование энергосберегающего поведения граждан

Предложения организаций, осуществляющих регулируемую деятельность о размере подлежащих государственному регулированию цен (тарифов) на 2013 год

НАУЧИМСЯ ЭКОНОМИТЬ В БЫТУ

Рубрикатор

Пользователю

Доп.информация