Меню

Чему равняется постоянная составляющая выпрямленного напряжения мостового выпрямителя

Однофазный мостовой выпрямитель

Однофазный мостовой выпрямитель (рис. 4.5) состоит из трансформатора и четырех диодов, подключенных ко вторичной обмотке трансформатора. Параметры такие же, как и двухполупериодного выпрямителя с выводом от средней точки, кроме обратного напряжения (оно в два раза меньше). Положительная полуволна (с верхнего по схеме вывода трансформатора) проходит через диод VD 1, затем через нагрузку, затем через VD 2 ко второму выводу трансформатора. При смене направления тока работают диоды VD 3, VD 4. Т.о. в каждый полупериод открыта пара диодов, расположенных в противоположных плечах моста (рис. 4.6). Максимальное напряжение на диоде в этой схеме равно амплитудному значению напряжения U 2, т.е. в два раза меньше, чем в схеме с выводом от средней точки.

Среднее значение выпрямленного напряжения

Откуда действующее напряжение вторичной обмотки

.

Среднее значение выпрямленного тока

.

Средний выпрямленный ток каждого диода

.

Действующее значение тока нагрузки

Масса и стоимость трансформатора мостового выпрямителя меньше трансформатора выпрямителя с выводом от средней точки, мощность выше вследствие более рационального использования трансформатора, частота пульсаций вдвое больше частоты сети.

Сравнивая две схемы двухполупериодных выпрямителей, можно видеть, что они имеют одинаковые параметры выпрямительного напряжения, однако мостовая схема предпочтительнее. Так, в схеме с выводом от средней точки трансформатор имеет большие массу и габариты, так как содержит две вторичные обмотки, которые хотя и могут выполняться из более тонкого провода, имеют больший объем, чем вторичная обмотка в мостовой схеме.

Выходное напряжение выпрямителей имеет большие пульсации. Величина пульсаций характеризуется коэффициентом пульсаций, равным отношению амплитуды основной гармоники выходного напряжения к постоянной составляющей (среднему значению)

Для однополупериодного выпрямителя р=1,57, для двухполупериодного р=0,67. Такая величина пульсаций неприемлема для многих применений. В этом случае на выходе выпрямителя устанавливают сглаживающий фильтр. Эффективность сглаживания пульсаций фильтром характеризуется коэффициентом сглаживания.

S= U 1

= ,

где U 1 и U 2 – средние значения напряжения на входе и выходе фильтра соответственно;

– значения пульсаций напряжений на входе и выходе фильтра соответственно.

На рис. 4.7, а изображён простейший емкостной фильтр – конденсатор фильтра включён параллельно нагрузке. Его действие основано на существенных различиях между постоянными времени заряда и разряда конденсатора. Конденсатор заряжается через малое внутреннее сопротивление выпрямителя и разряжается через нагрузку.

Простейший емкостной фильтр применяется, если не требуется обеспечить большого коэффициента сглаживания. Более эффективными являются LC-фильтры. В маломощных источниках питания нередко применяются RC-фильтры. На рис. 4.7, б и 4.7, в изображены Г-образный и П-образный LC-фильтры. Принцип действия LC-фильтра основан на различной реакции сопротивлений индуктивности и ёмкости на изменение частоты. Индуктивное сопротивление прямо пропорционально частоте, а емкостное обратно пропорционально.

Очевидно, что постоянный ток свободно проходит через катушку индуктивности фильтра, в то время как сопротивление катушки индуктивности переменному току увеличивается с ростом частоты. Конденсатор фильтра, наоборот, не пропускает постоянный ток, а его сопротивление переменному току падает с увеличением частоты. Таким образом, в Г-образном LC-фильтре переменная составляющая выходного напряжения падает на катушке индуктивности, и к нагрузке прикладывается значительно меньшее переменное напряжение. П-образный LC-фильтр ещё более эффективен, поскольку представляет собой сочетание простого емкостного и Г-образного C-фильтров. В случае необходимости увеличения коэффициента сглаживания можно применять 2-х звенные фильтры, соединяя их последовательно.

Читайте также:  Амплитудное значение напряжения трехфазной сети

Рассмотрим принцип работы выпрямителей с простейшим емкостным фильтром.

Источник



Выпрямители: разновидности, схемы, формулы и функции расчета

Содержание

  1. Параметры выпрямителей
  2. Однофазный однополупериодный выпрямитель
  3. Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой
  4. Однофазный мостовой выпрямитель
  5. Схема трехфазного выпрямителя с нулевым выводом
  6. Схема трехфазного мостового выпрямителя (схема Ларионова)

В маломощных источниках питания (до нескольких сотен ватт) обычно используют однофазные выпрямители. В мощных источниках целесообразно применять трехфазные выпрямители.

Выпрямители имеют следующие основные параметры: а) среднее значение выходного напряжения u вых

где Т − период напряжения сети (для промышленной сети − 20 мс);

  • среднее значение выходного тока i выx и I ср= 1/T· T ∫ 0i выхdt
  • коэффициент пульсаций выходного напряжения ε = U m/ U ср, где U m — амплитуда низшей (основной) гармоники выходного напряжения. Часто коэффициент пульсаций измеряют в процентах.

Обозначим его через ε %: ε % = U m/U ср · 100%

Указанные параметры являются наиболее важными при использовании выпрямителя.

Параметры выпрямителей

При проектировании выпрямителя широко применяются также следующие параметры, характеризующие его внутренние особенности:

  1. действующее значение U вх входного напряжения выпрямителя;
  2. максимальное обратное напряжение U обр.макс на отдельном диоде или тиристоре (т. е. на вентиле). Это напряжение принято выражать через напряжение U ср;
  3. среднее значение I д.ср тока отдельного вентиля;
  4. максимальное (амплитудное) значение I д.макс тока отдельного вентиля.

Токи I д.ср и I д.макс принято выражать через I ср. Значение U обр.макс используется для выбора вентиля по напряжению. Значения

I д.сри I д.макс используются для выбора вентиля по току. Здесь следует иметь в виду, что вследствие малой тепловой инерционности полупроводникового вентиля он может выйти из строя даже в том случае, когда его средний ток I д.срм мал, но велик максимальный ток I д.макс.

Однофазный однополупериодный выпрямитель

Он является простейшим и имеет схему, изображенную на рис. 2.73, а. В таком выпрямителе ток через нагрузку протекает лишь в течение полупериода сетевого напряжения (рис. 2.73, б).

Исходя из приведенных выше определений, получим основные параметры:

U ср= √2 / π · U вх вх≈ 2,22 · U ср

I ср= U ср R н ε= π/ 2 = 1,57

Васильев Дмитрий Петрович Профессор электротехники СПбГПУ

Такой выпрямитель находит ограниченное применение в маломощных устройствах. Кроме прочего, характерной отрицательной чертой однополупериодного выпрямителя является протекание постоянной составляющей тока во входной цепи. Если выпрямитель питается через трансформатор, как показано на рис. 2.73, в, то наличие указанной постоянной составляющей тока вызывает подмагничивание сердечника трансформатора, что приводит к необходимости увеличивать его габаритные размеры.

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Представляет собой параллельное соединение двух однополупериодных выпрямителей. Рассматриваемый выпрямитель может использоваться только с трансформатором, имеющим вывод от середины вторичной обмотки (рис. 2.74, а).

Читайте также:  Что такое действующее значение напряжения сигнала

Диоды схемы проводят ток поочередно, каждый в течение полупериода (рис. 2.74, б).

Основные параметры такого выпрямителя получим аналогично тому, как это делалось ранее:

U ср= 2 · √2 · U 2/ π≈ 0,9 · U 2

U обр.макс= 2 · √2 · U 2= π · U ср

I д.макс= √2 · U 2/ R н= π· I ср / 2

где U 2 — действующее значение напряжения каждой половины вторичной обмотки.

Рассматриваемый выпрямитель характеризуется довольно высокими технико-экономическими показателями и широко используется на практике. При его проектировании полезно помнить о сравнительно большом обратном напряжении на диодах.

Однофазный мостовой выпрямитель

(рис. 2.75, а) можно считать пределом совершенства тех однофазных выпрямителей, которые могут использоваться без трансформатора.

Не известна другая однофазная схема без трансформатора, в которой бы так рационально использовались диоды. Диоды в рассматриваемой схеме включаются и выключаются парами. Одна пара — это диоды D 1 и D 2, а другая — D 3 и D 4. Таким образом, к примеру, диоды D 1 и D 2 или оба включены и проводят ток, или оба выключены (рис. 2.75, б).

Абрамян Евгений Павлович Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Если не забывать мысленно заменять каждый включенный диод закороткой, а каждый выключенный — разрывом цепи, то анализ работы этой схемы оказывается совсем нетрудным.

Основные параметры усилителя следующие:

U ср = 2 · √2 / π· U вх ≈ 0,9 · U вх

U обр.макс= √2 · U вх= π/2 · U ср

I д.макс= √2 · U вх/ R н= π/2 · I ср

Такой выпрямитель характеризуется высокими технико-экономическими показателями и широко используется на практике. Часто все четыре диода выпрямителя помещают в один корпус.

Схема трехфазного выпрямителя с нулевым выводом

Его временные диаграммы работы приведены на рис. 2.76.

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения составляет 0,25, в то время как для двухполупериодного однофазного выпрямителя коэффициент пульсаций равен 0,67. частота пульсаций в трехфазном выпрямителе в три раза выше частоты питающей сети.

Схема трехфазного мостового выпрямителя (схема Ларионова)

Приведена на рис. 2.77.

Используемые в данной схеме 6 диодов выпрямляют как положительные, так и отрицательные полуволны трехфазного напряжения. Этот выпрямитель является аналогом однофазного мостового выпрямителя.

Васильев Дмитрий Петрович Профессор электротехники СПбГПУ

Рассматриваемый выпрямитель характеризуется высокими технико-экономическими показателями и очень широко используется на практике. Коэффициент пульсаций схемы очень мал (ε = 0,057), а частота пульсаций в шесть раз выше частоты сети. Все это позволяет в некоторых случаях не использовать выходной фильтр. Анализ работы рассматриваемой схемы сложнее, чем анализ работы однофазного мостового выпрямителя, однако не сопряжен с какими-либо принципиальными затруднениями.

Источник

Однофазный мостовой выпрямитель

date image2014-02-02
views image32908

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Схема однофазного мостового выпрямителя представлена на рис. 3.5. В данной схеме у трансформатора только одна вторичная обмотка, но в нагрузку поступают два полупериода напряжения вторичной обмотки трансформатора. В нечётные полупериоды ток проходит через диод VD1, нагрузку, диод VD3. В чётные – через диод VD2, нагрузку, диод VD4.

Рис. 3.5. Однофазный мостовой выпрямитель

Временная диаграмма работы однофазного мостового выпрямителя представлена на рис. 3.6. Она практически не отличается от временной диаграммы двухполупериодного выпрямителя, только лишь отмечено прохождение тока через пары диодов VD1, VD3 и VD2, VD4, а также видно, что обратное напряжение на закрытом диоде Ub.max уменьшилось.

Читайте также:  Стабилизатор напряжения прогресс 20000

Среднее значение выпрямленного напряжения такое же, как в предыдущей схеме:

Рис. 3.6. Временная диаграмма работы однофазного мостового выпрямителя

Среднее значение тока диода .

Максимальное обратное напряжение на диоде равно амплитудному значению напряжения вторичной обмотки:

Подмагничивания сердечника трансформатора нет, что является существенным преимуществом данной схемы. Подробнее рассмотрим режим работы трансформатора.

Действующее значение тока вторичной обмотки:

Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора:

Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора:

Расчетная мощность первичной обмотки:

Расчетная (типовая) мощность трансформатора:

Коэффициент использования трансформатора по мощности:

Для удобства сравнения различных схем выпрямителей составим таблицу основных электрических параметров.

Основные электрические параметры однофазных выпрямителей

Схема выпрямителя Трансформатор Диоды Нагрузка КП(1)
Ud/U2 I2/Id I1/nId S1/Pd S2/Pd ST/Pd Ub.max Ud Ia/Id
Однофазная однополупериодная 0,45 1,57 1,21 2,69 3,49 3,09 1,57 1,57
Однофазная двухполупериодная 0,9 0,79 1,11 1,23 1,73 1,48 3,14 0,5 0,667
Однофазная мостовая 0,9 1,11 1,11 1,23 1,23 1,23 1,57 0,5 0,667

Проведённый анализ работы схем выпрямителей не учитывал влияние на выходное напряжение выпрямителя внутреннего сопротивления трансформатора и сопротивления диодов, а также потерь из-за прямого падения напряжения на открытых диодах.

На холостом ходу выпрямителя выходное напряжение будет меньше расчётного на величину прямого падения напряжения на открытых диодах. Для однополупериодной и двухполупериодной схемы последовательно с нагрузкой включён только один диод, а в мостовой схеме – два. Поэтому мостовая схема для малых выходных напряжений не применяется, так как падение напряжения на двух диодах существенно снижает коэффициент полезного действия схемы. Предположим, выходное напряжение выпрямителя равно 3 В. На каждом из диодов мостовой схемы прямое падение напряжения составит около 1 В, итого 2 В. То есть трансформатор должен иметь на вторичной обмотке запас по напряжению в 40% из-за потерь в диодах.

Под нагрузкой выходное напряжение выпрямителя начнёт уменьшаться из-за потерь напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора и диодов. Зависимость выходного напряжения выпрямителя от тока нагрузки называется внешней характеристикой.

Уравнение внешней характеристики:

где Ud0 – напряжение холостого хода выпрямителя;

ra – активное сопротивление трансформатора;

rпр – прямое динамическое сопротивление диодов;

Как следует из выражения (3.14) внешняя характеристика выпрямителя, работающего на активную нагрузку, представляет собой прямую линию. Примерный вид внешней характеристики представлен на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Внешняя характеристика выпрямителя с активной нагрузкой

Контрольные вопросы

1. Для чего применяются выпрямители?

2. Приведите классификацию и перечислите основные параметры выпрямителей.

3. Нарисуйте схему однополупериодного однофазного выпрямителя с активной нагрузкой и его временную диаграмму работы.

4. Нарисуйте схему двухполупериодного однофазного выпрямителя с активной нагрузкой и его временную диаграмму работы.

5. Нарисуйте схему мостового однофазного выпрямителя с активной нагрузкой и его временную диаграмму работы.

Источник