Меню

В каком из мостовых выпрямителей ток у нагрузочном резисторе будет меньше

Соотношения между переменными выпрямленными токами и напряжениями для различных схем выпрямления.

Для выпрямления однофазного переменного напряжения применяют три схемы:

2) двухполупериодная мостовая;

3) двухполупериодная трансформаторная (с выводом средней точки).

Однополупериодная схема — в которой ток проходит через вентиль только в течение одного полупериода переменного напряжения источника.

Двухполупериодные схемы — в которых ток проходит через вентильную группу в течение двух полупериодов переменного напряжения источника.

Рассмотрим соотношения параметров в выпрямителях при следующих допущениях:

1) Индуктивное сопротивление рассеяния трансформатора и активное сопротивление его обмоток равны нулю;

2)
Сопротивление вентиля в прямом направлении равно нулю, а в обратном равно бесконечности.

Однополупериодный однофазный выпрямитель приведен на рис.8


Временные диаграммы напряжений и токов данного выпрямителя представлены на рис.9

Определим постоянную составляющую выпрямленного тока:

.

Так как , то

.

Но так как , т.е. , то

.

Постоянная составляющая напряжения, выраженная через максимальное значение:

.

Постоянная составляющая напряжения, выраженная через действующее значение:

Таким образом, в данной схеме максимальное напряжение на диоде

,

т.е. напряжение на диоде в три раза больше, чем на нагрузке.

Среднее значение тока диода в этой схеме .

Величину пульсаций выпрямленного напряжения характеризуют коэффициентом пульсаций

,

где U1m – амплитуда переменной составляющей напряжения, изменяющегося с частотой повторения импульсов, т.е. амплитуда первой гармоники.

Для однополупериодной схемы

, а .

1) большое значение коэффициента пульсаций ;

2) напряжение на нагрузке почти в 3 раза меньше, чем на диоде;

3) постоянная составляющая выпрямленного тока значительно меньше тока во вторичной обмотке трансформатора, что приводит к его недостаточному использованию по току.

Двухполупериодная мостовая схема

I в 2 раза больше, чем в однополупериодной схеме. Поэтому:

;

;

Частота выпрямленного тока в 2 раза больше, чем у сети.

.


Двухполупериодная схема с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора (рис.11):


Временные диаграммы работы выпрямителя (рис. 12):

Это фактически сочетание двух однополупериодных выпрямителей, включенных на нагрузочный резистор Rн в различные фазы.

Соотношения параметров в данной схеме такие же, как и в мостовой схеме.

Преимущества двухполупериодных выпрямителей по сравнению с однополупериодным:

Среднее значение выпрямленных тока и напряжения в 2 раза больше, а пульсации меньше.

Но двухполупериодные выпрямители имеют более сложную конструкцию и стоимость.

Сравнение двухполупериодных схем:

1) Мостовая схема конструктивно проще, ее габариты, масса и стоимость ниже, чем трансформаторной схемы.

2) Максимальное обратное напряжение на закрытых диодах в мостовой схеме в 2 раза меньше (на каждый из двух диодов приходится половина напряжения).

3) Но в мостовой схеме необходимо в 2 раза больше диодов.


При выпрямлении токов I >Iпрmax для одного диода параллельно включают однотипные диоды с добавочными сопротивлениями (рис.13):

Величины токов определяются их сопротивлениями в прямом направлении. Но сопротивления диодов в прямых направлениях Rдпр даже для однотипных диодов различны.

Для выравнивания токов диодов последовательно включают добавочные сопротивления. Причем Rд в 5…10 раз больше Rдпр.


При выпрямлении напряжения, превышающего максимально допустимое для диода Uобр.max, используют последовательное соединение диодов, шунтированных резисторами (рис.14).

При этом обратное напряжение на диодах распределяется в соответствии с их обратными сопротивлениями Rд.обр. Для выравнивания обратных напряжений параллельно диодам включают шунтирующие резисторы Rш, величина которых равна:

Задача 1

Для цепи постоянного тока со смешанным соединением резисторов начертить схему цепи и определить:

1. Эквивалентное сопротивление цепи относительно входных зажимов.

2. Токи, проходящие через каждый резистор.

3. Составить баланс мощностей.

4. Определить мощность, потребляемую всей цепью за 10 часов работы.

Вариант Номер схемы U, В Сопротивления, Ом
R1, Ом R2 , Ом R3, Ом R4, Ом R5, Ом R6, Ом
R1
R3
R2
R5
R4
R6

В цепи, приведенной на рисунке известны следующие величины: R1=14 Ом, R2= 7 Ом, R3= 12 Ом, R4= 8 Ом, R5= 17 Ом, R6= 12 Ом, U=50 В.

1. Сначала определяем эквивалентное сопротивление цепи. Участки с сопротивлениями R5 и R6 соединены ппоследовательно, и их эквивалентное сопротивление

Участки с сопротивлениями R3, R4, R56 соединены параллельно. Эквивалентное сопротивление находим из формулы:

Резисторы R2 и R3456 соединены последовательно. Их эквивалентное сопротивление определяем по формуле:

Эквивалентное сопротивление цепи с учетом параллельного соединения резисторов R 1 и R23456

2. Ток в неразветвленной части цепи

Ток через резистор R1:

Ток по участку цепи R23456:

Напряжение на участке R3456 определяем по формуле:

Токи участков цепи:

3. Составляем баланс мощностей, для чего найдем мощность подводимую к цепи Р и мощности приемников электрической энергии:

Р=U·I= 50 ·8,06 = 403 Вт

403 Вт = (178,43 +141,75 + 28,46 + 43,06 + 6,96+4,92) Вт

403 Вт ≈403,58 Вт

Баланс мощностей выполнен.

4. Определяем количество энергии потребляемой цепью за 10 часов работы:

W= P· t = 403 · 10 = 4030 Вт·ч = 4,03 кВт·ч.

По данным таблицы 3 начертить схему последовательной электрической цепи синусоидального тока с частотой 50 Гц. Определить следующие параметры цепи (если они не заданы в таблице):

1. Сопротивление реактивных элементов цепи XL, XC.

2. Полное сопротивление цепи Z.

3. Напряжение, приложенное к цепи U

4. Ток, протекающий в цепи I.

5. Активную, реактивную и полную мощность цепи.

6. Угол сдвига фаз φ между током и напряжением (по величине и знаку).

7. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и объяснить ее построение.

№ варианта R1, Ом L1,мГн C1,мкФ R2, Ом L2,мГн C2,мкФ R3, Ом L3,мГн C3,мкФ Дополнительный параметр
15.9 РR1=54 Вт

В цепи, приведенной на рисунке известны следующие величины: R1= 2 Ом, С1=637 мкФ, R2= 6 Ом, R3= 4 Ом, L1=15,9 Гн, РR1=54 Вт.

1. Определяем индуктивное сопротивление катушки L3 :

2.Определяем емкостное сопротивление конденсатора С1:

3. Определяем полное сопротивление цепи:

=12 Ом

4. Определяем ток в цепи:

5. Определяем напряжение, подведенное к цепи:

U=I·Z = 5,20·12 = 62,35 В

6. Определяем угол сдвига фаз между током и напряжением:

7.Определяем активную, реактивную и полную мощности цепи:

P=U·I·cosφ =62,35· 5,20· 1= 324,24 Вт

Q=U·I·sinφ = 62,35· 5,20· 0= 0вар

S =U·I=62,35· 5,20= 324,24 В·А

8.Для построения векторной диаграммы определяем напряжения на элементах цепи:

Задаемся масштабами: MU = 5,20 В/см, MI = 1 А/см

Определив длины векторов тока и напряжений, строим векторную диаграмму, откладывая вектора в порядке, соответствующем подключению элементов цепи:

UR2
I
UC1
UL3
UR3
U
UR1

Рассчитать выпрямитель по заданным в таблице 4 характеристикам нагрузки (выпрямленные значения Uн, Рн), сети переменного тока (Uc, f), схеме выпрямителя (А- однофазная мостовая, Б- однофазная с нулевой точкой, В – однофазная однополупериодная, Г – трехфазная с нулевой точкой, Д – трехфазная мостовая):

1. Выбрать тип диодов при условии работы выпрямителя на заданную активную нагрузку. Основные соотношения для различных схем приведены в таблице 4.

2. Определить расчетную мощность и коэффициент трансформации трансформатора. Диоды считать идеальными.

3. Начертить схему выпрямителя , показать токи, напряжения, полярность выходных клемм выпрямителя, тип диодов, мощность, номинальные напряжения трансформатора.

№ варианта Характеристика нагрузки Схема выпрямителя Характеристика сети
Uн, В Рн, Вт Uс, В f, Гц
Д 220 х

1. Определяем ток нагрузки выпрямителя:

2. Определяем ток, проходящий через диод в проводящий период:

3. Определяем максимальное обратное напряжение на диоде в непроводящий период:

4. Для выпрямителя выбираем диод КД202Е с параметрами Iпр доп = 3,5А; Uобр доп = 140 В.

5. Определяем расчетную мощность трансформатора:

6. Определяем напряжение на вторичной обмотке трансформатора:

Схема выпрямителя имеет вид:


Литература

1. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники: Учеб.пособие для студ неэлектротехн. спец.средних учеб. заведений. 4-е изд., пер. – М.: Высш. шк., 2000. – 752 с. ил.

Читайте также:  Начало постоянно бить током

2. Усс Л.В., Красько А.С., Кримович Г.С. Общая электротехника с основами электроники Мн.: Выш. школа, 1990

3. Усс Л.В. Лабораторный практикум по общей электротехнике с основами электроники Мн.: Выш. школа, 1993

4. Евдокимов Ф.Е. Общая электротехника: Учебник для учащ. неэлектротехнич. спец. техникумов.-2-е изд.- М.:Высш.шк., 1990

5. Галкин В.И., Пелевин Е.В. Промышленная электроника и микроэлектроника. Учеб.-Мн.:Беларусь, 2000

6. Диоды. Массовая библиотека радиолюбителя. Справочник.-М.:Радио и связь, 1990

Источник

В каком из мостовых выпрямителей ток у нагрузочном резисторе будет меньше

Компьютерная техника, радиоэлектроника, электрика

  • Главная На главную
  • Электроника Статьи на тему
  • Электрика Статьи на тему
  • Компьютерная техника ПК, сети, комплектующие, обзоры
  • Обзоры устройств Посылки, гаджеты, тесты, видео

Выпрямители тока

Существует два типа выпрямителей:

1. Однополупериодный выпрямитель, показан на рис. 29.1. Диод D1 в схеме на рис. 29.1 (а) проводит ток только в течение положительных полупериодов входного напряжения, обеспечивая формирование на выходе выпрямителя напряжение только положительной полярности. Если изменить полярность включения диода (рис. 29.1(б)), то на выхо­де выпрямителя будут воспроизводиться только отрицательные полу­периоды входного напряжения. Выходное напряжение содержит по­стоянную составляющую (рис. 29.2), уровень которой приблизительно втрое ниже максимального (пикового) уровня напряжения (0,318Vp, где Vp максимальное напряжение).

2. Двухполупериодный выпрямитель, показан на рис. 29.3. В этом слу­чае используется трансформатор с отводом от средней точки вторич­ной обмотки. ЭДС, индуцируемые в каждой из половин вторичной об мотки, в любой момент времени равны по величине и противоположны по знаку.

Однополупериодный выпрямитель с положительной и отрицательной полярностью выходного напряжения

Рис. 29.1. Однополупериодный выпрямитель с положительной (а)

и отрицательной (б) полярностью выходного напряжения.

Двухполупериодный выпрямитель с использованием трансформатора с отводом от средней точки вторичной обмотки

Рис. 29.3. Двухполупериодный выпрямитель с использованием трансформатора с отводом от средней точки вторичной обмотки.

Уровень постоянной составляющей при двухполупериодном выпря¬млении синусоидального тока

Рис. 29.4. Уровень постоянной составляющей при двухполупериодном выпря­млении синусоидального тока вдвое выше (0,636Vр), чем при однополупериодном выпрямлении.

Для одного полупериода входного напряжения потенциал точки А положителен, а потенциал точки В отрицателен по отноше­нию к среднему выводу вторичной обмотки, для другого полупериода ситуация изменяется на обратную. В первом случае открыт диод di и через этот диод и нагрузку RL протекает ток I1. Во втором случае открыт диод D1 и ток I2 протекает через нагрузку RL в том же на­правлении, что и ток I1. Форма выходного напряжения показана на рис. 29.4. В данном случае уровень постоянной составляющей на выходе выпрямителя вдвое выше, чем при однополупериодном выпрямле­нии тока (0,636Vp, или приблизительно две трети от максимального напряжения).

Мостовой выпрямитель

Еще одна схема, обеспечивающая двухполупериодное выпрямление тока, показана на рис. 29.5. Это так называемый мостовой выпрямитель. В те­чение положительного полупериода входного напряжения (рис. 29.6(а)) потенциал точки А положителен, а потенциал точки В отрицателен. Дио­ды D1и D3 открыты, и ток I1 протекает через нагрузку RLв направлений, указанном стрелкой (сверху вниз на рисунке). В течение отрицательного полупериода (рис. 29.6(б)), напротив, потенциал точки А отрицателен, а потенциал точки В положителен.

Мостовой выпрямитель

Рис. 29.5. Мостовой выпрямитель.

Рисунок 29.6

Рис. 29.6.

Теперь открыты диоды D2 и D4, и ток протекает через нагрузку RLв том же самом направлении.

Для мостового выпрямителя не нужен трансформатор с отводом от средней точки вторичной обмотки. Однако трансформатор может быть использован для изменения уровня переменного напряжения на входе этого выпрямителя.

Для снижения уровня переменных составляющих выпрямленного тока используется накопительный конденсатор С1, включаемый параллельно нагрузке (рис. 29.7). Этот конденсатор заряжается до максимального входного напряжения и затем разряжается через нагрузку RL , предот­вращая быстрый спад напряжения. На рис. 29.8 иллюстрируется влияние накопительного конденсатора на форму выходного напряжения однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей. В обоих случаях выходное напряжение содержит значительную по величине постояннуюсоставляющую, на которую наложены малые пульсации напряжения. Амплитуда этих пульсаций определяется постоянной времени (RC-постоянной) для используемого накопительного конденсатора и нагру зочного резистора.

Источник питания постоянного тока с накопительным конденсатором

Рис. 29.7. Источник питания постоянного тока с накопительным конденсато­ром.

Влияние накопительного конденсатора на форму выпрямленного синусоидального напряжения

Рис. 29.8. Влияние накопительного конденсатора на форму выпрямленного

Поэтому накопительный конденсатор должен иметь значительную емкость – от 100 до 5000 мкФ (и даже больше).

Сравнение двух временных диаграмм, представленных на рис. 29.8, показывает, что двухполупериодное выпрямление тока имеет следующие преимущества:

1. Время разряда накопительного конденсатора меньше, поэтому амплитуда пульсаций выходного напряжения тоже меньше.

2. Частота пульсаций вдвое превышает частоту входного питающего напряжения переменного тока, тогда как при однополупериодном выпрямлении частота пульсаций совпадает с частотой питающего напряжения. Например, если выпрямитель питается от бытовой электросети, то для двухполупериодного выпрямителя частота пульсаций будет равна 2 · 50 = 100 Гц, а для однополупериодного — только 50 Гц. Как будет показано далее, более высокочастотные пульсации отфильтро­вываются легче.

Напряжение холостого хода

Напряжением холостого хода называют величину выходного напряжений источника питания при нулевом токе нагрузки, т. е. при отключенной нагрузке.

Напряжение холостого хода равно максимальному входному напряжению

Рис. 29.9. Напряжение холостого хода равно максимальному входному напря­жению.

На рис 29.9 показан простой источник питания без нагрузочного резистора. Накопительный конденсатор заряжается, как обычно, до максимального значения входного напряжения. Однако, если нагрузка подключена (noload), этот конденсатор сохраняет свой заряд и обеспечивает тем самым постоянное значение выходного напряжения (равное максимальному входному напряжению) без каких-либо пульсаций. Та­ким образом, напряжение холостого хода Vnl это максимально воз­можное выходное напряжение источника питания. При питании от бы­товой электросети с напряжением Vср.кв. = 240 В (среднеквадратическое значение) напряжение холостого хода

Максимальное обратное напряжение

Важный фактор, который необходимо принимать во внимание при выборе диодов для источников питания постоянного тока, — максимальное на­пряжение, приложенное к диоду в «непроводящем» полупериоде. Эта ве­личина называется максимальным обратным напряжением. Рассмотрим схему на рис. 29.9. Максимальное значение потенциала катода диода Dравно напряжению холостого хода 336 В. Потенциал катода изменяет­ся от положительного максимума +336 В до отрицательного минимума -336 В. Максимальное обратное напряжение, которое должен выдержи­вать диод, достигается, когда потенциал анода отрицателен и максима­лен по абсолютной величине, то есть, равен -336 В. В этом случае на диоде падает напряжение 336 + 336 = 672 В. Таким образом, максималь­ное обратное напряжение вдвое больше напряжения холостого хода, т. е. вдвое больше максимального входного напряжения.

RC -сглаживание

Пульсации напряжения в выходном сигнале выпрямителя могут быть Уменьшены с помощью фильтра нижних частот (сглаживающего филь­ма). Резистор R1 и конденсатор С2 в схеме на рис. 29.10 образуют про­стейший RC-фильтр. Для эффективного ослабления пульсаций постоянная времени R1C2 должна быть очень велика по сравнению с пери­одом пульсаций.

Источник питания с RC-фильтром

Рис. 29.10. Источник питания с RC-фильтром.

При заданной постоянной времени, чем короче период пульсаций (т. е. чем выше их частота), тем эффективнее осуществляется сглаживание. Именно поэтому пульсации на выходе двухполупериодного выпрямителя сглаживаются лучше, чем пульсации на выходе однополупериодного выпрямителя.

Емкость конденсатора C2 сглаживающего фильтра должна быть боль­шой — от 100 до 5000 мкФ, т. е. сравнима с емкостью накопительного кон­денсатора C1. Сопротивление резистора R1, наоборот, должно быть мало, в противном случае ток нагрузки будет создавать на нем большое паде­ние напряжения и выходное напряжение источника питания уменьшится. Номинал этого резистора выбирается в диапазоне 1 – 100 Ом в зависимости от величины тока нагрузки.

LC -сглаживание

Более эффективная схема сглаживания пульсаций показана на рис. 29.11. Катушка индуктивности L1 и конденсатор C2 образуют фильтр нижних частот. Дроссель L1 сглаживающего фильтра имеет большую индуктив­ность (100 мГн — 10 Гн), благодаря чему сглаживаются изменения тока, протекающего через дроссель, и, как следствие, пульсации выходного на­пряжения. Низкое активное сопротивление дросселя — одно из его пре­имуществ, большие габариты — недостаток. Заметим, что в отличие от накопительного конденсатора, который повышает уровень постоянной со­ставляющей выходного напряжения источника питания, сглаживающая цепь оставляет этот уровень практически неизменным. Она только осла­бляет переменную составляющую на выходе источника питания.

Читайте также:  Зарядка акб большими токами

Стабилизация

Увеличение тока, потребляемого от источника питания, приводит к уменьшению его выходного напряжения.

Источник питания постоянного тока с LC-фильтром

Рис. 29.11. Источник питания постоянного тока с LC-фильтром.

Нагрузочная характеристика нестабилизированного источника питания

Рис. 29.12. Нагрузочная характеристика нестабилизированного источника пи­тания.

Это связано с тем, что источник питания имеет свое внутреннее сопротивление, представляющее собой сумму сопротивлений обмотки трансформатора, выпрямительных диодов и резистора или дросселя сглаживающего фильтра. Рисунок 29.12 иллю­стрирует изменение напряжения на выходе источника питания при из­менении тока нагрузки. Представленная кривая называется нагрузочной характеристикой (кривой). Выходное напряжение максимально, когда ток нагрузки равен нулю, т. е. при холостом ходе. Напряжение на выходе источника питания, которое он обеспечивает при установленной полной нагрузке или номинальном (полном) токе нагрузки (fullload), называется номинальным выходным напряжением источника питания Vfl.

Изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки от нуля до номинального значения задается в процентах и определяется как

Напряжение холостого хода — Номинальное напряжение VnlVfl

Номинальное напряжение Vfl

В этом видео рассказывается о выпрямительных схемах:

Источник

Тема: Расчет двухполупериодного выпрямителя

Цель: Формирование у студента компетенции ПК-18, ПК-45

Теоретическая часть

Двухполупериодный выпрямитель. Двухполупериодные выпрямители бывают двух типов: мостовыми и с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора. Эти выпрямители являются более мощными, чем однополупериодные, так как с их помощью нагрузочные устройства используют для своего питания оба полупериода напряжения сети. Они свободны от недостатков, свойственных однополупериодным выпрямителям. Однако это достигается за счет усложнения схем двухполупериодных выпрямителей.

Наибольшее распространение получил двухполупериодный мостовой выпрямитель (рисунок 3.1а).Он состоит из трансформатора и четырех диодов, подключенных к вторичной обмотке трансформатора по мостовой схеме. К одной из диагоналей моста подсоединяется вторичная обмотка трансформатора, а к другой – нагрузочный резистор . Каждая пара диодов VD1, VD4 и VD2, VD3 работает поочередно.

Диоды VD1, VD4 открыты в первый полупериод напряжения вторичной обмотки трансформатора (интервал времени 0 – Т/2). При этом в нагрузочном резисторе появляется ток . В этом интервале диоды VD2, VD3 закрыты.

В следующий полупериод напряжения вторичной обмотки (интервал времени Т/2 – Т) диоды VD2, VD3 открыты, а диоды VD1, VD4 закрыты. В оба полупериода через нагрузочный резистор протекает ток, имеющий одно и то же направление.

Анализ временных диаграмм позволяет получить выражения для средних значений выпрямленных напряжений и токов:

Средний ток каждого диода:

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора:

Максимальное обратное напряжение на диодах

Максимальный прямой ток диода

Коэффициент пульсаций можно получить из разложения в ряд Фурье выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя:

Частота основной гармоники .

Анализ приведенных соотношений показывает, что при одинаковых значениях параметров трансформаторов и сопротивления мостовой выпрямитель по сравнению с однополупериодным имеет следующие пре­имущества: средние значения выпрямленных тока и напряжения , в 2 раза больше, а пульсации значительно меньше.

В то же время максимальное обратное напряжение на каждом из за­крытых диодов, которые по отношению к зажимам вторичной обмотки вклю­чены параллельно, имеет такое же значение, что и в однополупериодном выпрямителе, т.е. . Все эти преимущества достигнуты за счет увеличения числа диодов в 4 раза, что является основным недостатком мостового выпрямителя.

Промышленность выпускает полупроводниковые выпрямительные блоки, в которых диоды соединены по мостовой схеме.

Задачи

1. Какое напряжение покажет вольтметр магнитоэлектрической системы (рисунок 3.2), если В.

2. В двухполупериодном выпрямителе напряжение на вторичной обмотке трансформатора В, сопротивление нагрузки =130 Ом. Определить и , а также параметры необходимых диодов.

3. Определить ток нагрузочного резистора =120 Оммостового выпрямителя, если напряжение вторичной обмотки =50 В, а прямое сопротивление каждого полупроводникового диода = 10 Ом.

4. Для схемы двухполупериодного выпрямителя с индуктивным сглаживающим фильтром определить коэффициент сглаживания, если известно, что амплитуда напряжения вторичной обмотки трансформатора В, выпрямленный ток, проходящий через нагрузку равен 200 мА, частота сети f = 50 Гц, индуктивность дросселя Lф = 10 Гн.

5. Для мостовой схемы выпрямителя (диоды считать идеальными) известно сопротивление нагрузки = 600 Ом и ток через этот резистор = 300 мА. Напряжение В. Требуется выбрать диоды и рассчитать коэффициент трансформации.

6. Для питания постоянным током потребителя мощностью 800 Вт при напряжении Ud = 100 В необходимо собрать схему двухполупериодного выпрямителя с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора, подобрав диоды из справочника. Указать допустимые параметры выбранных диодов.

Вопросы к практическому занятию

1. Из чего состоит двухполупериодный выпрямитель?

2. Приведите соотношения между входным напряжением выпрямителя и средним его значением.

3. Поясните связь между действующим значением тока выпрямителя и его постоянной составляющей.

4. Чему равен коэффициент пульсаций для двухполупериодного выпрямителя?

5. Как определяется частота пульсаций для двухполупериодного выпрямителя?

6. Перечислите достоинства двухполупериодного выпрямителя в сравнении с однополупериодным?

7. Как отразится на работе мостового выпрямителя обрыв одного из диодов?

8. Каковы различия между входным и выходным сигналами однополупериодного выпрямителя?

9. Поясните принцип действия однополупериодного выпрямителя.

Практическое занятие 4

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Источник



Типы выпрямителей переменного тока

Какие бывают выпрямители?

Ещё в начале ХХ века имел место очень принципиальный спор между корифеями электротехники. Какой ток выгоднее передавать потребителю на большие расстояния: постоянный или переменный? Научный спор выиграли сторонники передачи переменного тока по проводам высоковольтных линий от подстанции к потребителю. Эта система принята во всём мире и успешно эксплуатируется до сих пор.

Но большинство электронной техники и не только бытовой, но и промышленной питается постоянными напряжениями и это привело к созданию целой отрасли электрики – преобразование (выпрямление) переменного тока. После того как электронная лампа была забыта, главным элементом любого выпрямителя стал полупроводниковый диод.

Схемотехника выпрямителей весьма обширна, но самым простым является однополупериодный выпрямитель.

Однополупериодный выпрямитель.

Напряжение с вторичной обмотки силового трансформатора подаётся на один единственный диод. Вот схема.

Типовая схема однополупериодного выпрямителя

Поэтому выпрямитель и назван однополупериодным. Выпрямляется только один полупериод и на выходе получается импульсное напряжение. Форма его показана на рисунке.

Однополупериодное выпрямление

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.

Читайте также:  Какая сила тока не отпускающая

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.

Печатная плата простейшего зарядника сотового телефона

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.

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. Наглядно увидеть, как работает двухполупериодная схема можно по рисунку.

Двуполупериодное выпрямление

Как видим, на выходе выпрямителя уже в два раза меньше «провалов» напряжения — тех самых пульсаций.

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.

Внешний вид сдвоенного диода

Наибольшую популярность приобрела в бытовой и промышленной аппаратуре мостовая схема. Взгляните.

Типовая схема мостового выпрямителя (схема Гретца)

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.

Мостовой выпрямитель с фильтром на плате компьютерного блока питания

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 dropVF). 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 VF, 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.

Большой интерес вызывает выпрямитель с удвоением напряжения.

Выпрямитель с удвоением напряжения.

Принцип удвоителя напряжения Латура-Делона-Гренашера основан на поочерёдном заряде-разряде конденсаторов С1 и С2 разными по полярности полуволнами входного напряжения. В результате между катодом одного диода и анодом второго диода возникает напряжение в два раза превышающее входное. Схема в студию:)

Типовая схема выпрямителя с удвоением

Стоит отметить, что данная схема применяется в блоках питания нечасто. Но её можно смело использовать, если необходимо вдвое увеличить напряжение, которое снимается со вторичной обмотки трансформатора. Это будет более логичным и правильным решением, чем перематывать вторичную обмотку трансформатора с целью увеличить выходное напряжение вторичной обмотки в 2 раза (ведь при этом придётся наматывать вторичную обмотку с вдвое большим числом витков). Так что, если не удалось найти подходящий трансформатор — смело применяем данную схему.

Развитием схемы стало создание умножителя на полупроводниковых диодах.

Умножитель напряжения.

Каждый диод и конденсатор образуют «звено» и эти звенья можно соединять последовательно до получения напряжения в несколько десятков киловольт. Конечно, для этого входное напряжение тоже должно быть достаточно большим.

Типовая схема умножителя напряжения

На рисунке изображён четырёхзвенный умножитель и на выходе мы получаем напряжение в четыре раза превышающее входное (U). Эти выпрямители получили большое распространение там, где нужно получить высокое напряжение при достаточно малом токе. Например, по такой схеме были выполнены источники высокого напряжения в старых телевизорах и осциллографах для питания анода электронно-лучевой трубки.

Сейчас такие источники питания используются в научных лабораториях, в детекторах элементарных частиц, в медицинской аппаратуре (люстра Чижевского) и в оружии самообороны (электрошокер). При повторении подобных конструкций и подборе деталей, следует учитывать рабочее напряжение, как диодов, так и конденсаторов исходя из напряжения, которое вы хотите получить. Весь умножитель, как правило, заливается специальным компаундом или эпоксидной смолой во избежание высоковольтных пробоев между элементами схемы.

Для нормальной работы некоторых устройств как, например, люстры Чижевского необходимы достаточно высокие напряжения. Как считают специалисты, излучатель отрицательных аэроионов, эффективен только при напряжении не менее 60 киловольт.

Трёхфазные выпрямители.

Устройства, которые используются для получения постоянного тока из переменного трёхфазного тока, называются трёхфазными выпрямителями. Трёхфазные выпрямители в бытовой технике, конечно, не используются. Единственный прибор, который может использоваться в быту это сварочный аппарат. В качестве трёхфазных выпрямителей используются наработки двух известных электротехников Миткевича и Ларионова. Самая простая схема Миткевича называется «три четверти моста параллельно», что означает три силовых диода включенных параллельно через вторичные обмотки трёхфазного трансформатора. Схема.

Типовая схема простейшего трёхфазного выпрямителя

Коэффициент пульсаций на нагрузке очень мал, что позволяет использовать конденсаторы фильтра небольшой ёмкости и малых габаритов.

Более сложной является схема Ларионова, которая называется «три полумоста параллельно», что это такое хорошо видно из рисунка.

Схема трёхфазного выпрямителя

В схеме используется уже шесть диодов и немного другая схема включения. Вообще схем трёхфазных выпрямителей достаточно много и наиболее совершенной, хотя редко употребляемой является схема «шесть мостов параллельно», а это уже 24 диода! Зато эта схема может выдавать высокое напряжение при большой мощности.

Трёхфазные мощные выпрямители используются в электровозах, городском электротранспорте (трамвай, троллейбус, метро), в промышленных установках для электролиза. Так же промышленные системы очистки газовых смесей, буровое и сварочное оборудование используют трёхфазные выпрямители.

Теперь вы знаете, какие бывают выпрямители переменного тока и сможете легко обнаружить их на принципиальной схеме или печатной плате любого прибора. А для тех, кто хочет знать больше, рекомендуем ознакомиться с книгой «Полупроводниковые выпрямители».

Источник