Однофазный однополупериодный выпрямитель: Выпрямители: Однофазный однополупериодный выпрямитель — Club155.ru — groupnk.ru — Группа НК — комплексные поставки электрооборудования в Москве и регионах

Содержание

Выпрямители: Однофазный однополупериодный выпрямитель — Club155.ru

Простейшим выпрямителем является схема однофазного однополупериодного выпрямителя (рис. 3.4-1а). Графики, поясняющие его работу при синусоидальном входном напряжении $U_{вх} = U_{вх max} \sin{\left( \omega t \right)}$ , представлены на рис. 3.4-1б.

Рис. 3.4-1. Однофазный однополупериодный выпрямитель (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу (б)

На интервале времени $\left[ {0;} T/2 \right]$ полупроводниковый диод выпрямителя смещен в прямом направлении и напряжение, а следовательно, и ток в нагрузочном резисторе повторяют форму входного сигнала. На интервале $\left[ T/2 {;} T \right]$ диод смещен в обратном направлении и напряжение (ток) на нагрузке равно нулю. Таким образом, среднее значение напряжения на нагрузочном резисторе будет равно:

$U_{н ср} = \cfrac{1}{T} {\huge \int \normalsize}_{0}^{T} U_н \operatorname{d}t = \cfrac{1}{T} {\huge \int \normalsize}_{0}^{T/2} U_{вх max} \sin{\left( \omega t \right)} \operatorname{d}t = $

$= — \cfrac{U_{вх max}}{T \omega} \cos{\left( \omega t \right)}{\huge \vert \normalsize}_{0}^{T/2} \approx \cfrac{U_{вх max}}{\pi} = \sqrt{2} \cfrac{U_{вх д}}{\pi}$,

где $U_{вх д}$ — действующее значение переменного напряжения на входе выпрямителя. 2 \operatorname{d} t} = \cfrac{I_{max}}{2} = {0,5} \cdot I_{max} \)

Отношение среднего значения выпрямленного напряжения $U_{н ср}$ к действующему значению входного переменного напряжения $U_{вх д}$ называется коэффициентом выпрямления ($K_{вып}$). Для рассматриваемой схемы $K_{вып} = {0,45}$.

Максимальное обратное напряжение на диоде $U_{обр max} = U_{вх max} = \pi U_{н ср}$ , т.е. более чем в три раза превышает среднее выпрямленное напряжение (это следует учитывать при выборе диода для выпрямителя).

Спектральный состав выпрямленного напряжения имеет вид (разложение в ряд Фурье):

$U_н = \cfrac{1}{\pi} U_{вх max} + \cfrac{1}{2} U_{вх max} \sin{\left( \omega t \right)} — \cfrac{2}{3 \pi} \cos{\left( 2 \omega t \right)} — $

$ — \cfrac{2}{15 \pi} U_{вх max} \cos{\left( 4 \omega t \right)} — {…} $

Коэффициент пульсаций, равный отношению амплитуды низшей (основной) гармоники пульсаций к среднему значению выпрямленного напряжения, для описываемой схемы однополупериодного выпрямителя равен:

$K_п = \cfrac{U_{пульс max 01}}{U_{н ср}} = \cfrac{\pi}{2} = {1,57}$.

Как видно, однополупериодное выпрямление имеет низкую эффективность из-за высокой пульсации выпрямленного напряжения.

Еще один отрицательный аспект однополупериодного выпрямления связан с неэффективным использованием силового трансформатора, с которого берется переменное напряжение. Это обусловлено тем, что в токе вторичной обмотки трансформатора существует постоянная составляющая, равная среднему значению выпрямленного тока. Такая составляющая не трансформируется, т.е.:

$I_1 \cdot w_1 = \left( I_2 – I_{н ср} \right) w_2$ ,

где $I_1$, $I_2$ — токи первичной и вторичной обмоток, а $w_1$, $w_2$ — число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Временнáя диаграмма тока первичной обмотки трансформатора (рис. 3.4-2) подобна диаграмме тока вторичной обмотки, но смещена на величину $I_{н ср} \cfrac{w_2}{w_1}$.

Рис. 3.4-2. Временная диаграмма токов в первичной и вторичной обмотках силового трансформатора, нагруженного на схему однофазного однополупериодного выпрямителя

В сердечнике трансформатора за счет постоянной составляющей тока вторичной обмотки создается постоянный магнитный поток $\Phi_0 = w_2 \cdot I_0$. Это явление принято называть вынужденным намагничиванием сердечника трансформатора

. Оно может вызвать насыщение магнитной системы трансформатора, т.е. увеличение тока холостого хода, действующего значения первичного тока и следовательно, расчетной мощности первичной обмотки трансформатора, что обусловливает увеличение необходимых размеров трансформатора в целом.

Дополнительный минус однополупериодного выпрямления состоит в наличии участка стабильного тока, что также снижает эффективность использования трансформатора по мощности. Максимальный коэффициент использования трансформатора по мощности для такой схемы не превышает $k_{тр P} \approx {0,48}$.

Для снижения уровня пульсаций на выходе выпрямителя включаются разнообразные индуктивно-емкостные фильтры. Наличие конденсаторов и индуктивностей в цепи нагрузки оказывает значительное влияние на работу выпрямителя.

В маломощных выпрямителях обычно применяют простейший емкостный фильтр, который представляет собой конденсатор, включенный параллельно нагрузке (рис. 3.4-3).

Рис. 3.4-3. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу (б)

В установившемся режиме работы, когда напряжение на входе выпрямителя $U_{вх}$ больше напряжения на нагрузке $U_н$ и диод выпрямителя открыт, конденсатор будет подзаряжаться, накапливая энергию, поступающую от внешнего источника. Когда же напряжение на входе выпрямителя упадет ниже уровня открывания диода и он закроется, конденсатор начнет разряжаться через $R_н$, предотвращая при этом быстрое падение уровня напряжения на нагрузке.

Таким образом, результирующее напряжение на выходе выпрямителя (на нагрузке) окажется уже не таким пульсирующим, а будет значительно сглажено, причем тем сильнее, чем большую емкость будет иметь применяемый конденсатор.

Обычно, емкость конденсатора фильтра выбирают такой, чтобы его реактивное сопротивление было намного меньше сопротивления нагрузки ($1/ \omega C \ll R_н$). В этом случае пульсации напряжения на нагрузке малы и допустимо предполагать, что это напряжение постоянно ($U_н \approx {const}$). Примем: $U_н = U_{вх max} \cos{\beta}$, где $\beta$ — некоторая константа, определяющая значение напряжения на нагрузке. Очевидно, что в общем случае $\beta$ зависит от емкости конденсатора, сопротивления нагрузки, частоты входного напряжения и т.п. Физический смысл этой величины можно понять из временных диаграмм, приведенных на рис. 3.4-4. Как видно, $\beta$ отражает длительность временного интервала в одном периоде колебаний внешнего напряжения, когда диод выпрямителя находится в открытом состоянии ($\beta = \omega \cdot t_{откр}/2$).

Угол $ \beta$ принято называть углом отсечки.

Рис. 3.4-4. График зависимости $A(\beta)$

Для тока, протекающего через диод в открытом состоянии, можно записать:

$ I_д = \cfrac{U_{вх} — U_н}{r} $ ,

где $r$ — активное сопротивление, обусловленное сопротивлением диода в открытом состоянии и сопротивлением вторичной обмотки трансформатора (иногда его называют

сопротивлением фазы выпрямителя).

Учитывая, что $U_{вх} = U_{вх max} \sin{\left( \omega t \right)} $:

$I_д = \cfrac{U_{вх max}}{r} \left( \sin{\left( \omega t \right)} — \cos{\left( \beta \right)} \right) = \cfrac{U_{вх max}}{r} \left(\sin{\left(\varphi \right)} — \cos{\left( \beta \right)} \right)$ (3.4.1)

Среднее за период значение выпрямленного тока диода (учитывая, что диод открыт только на участке $\varphi = \left[\pi/2 – \beta ; \pi/2 + \beta \right]$:

$I_{д ср} =\cfrac{1}{2 \pi} {\huge \int \normalsize}_{\frac{\pi}{2} — \beta}^{\frac{\pi}{2} + \beta} \cfrac{U_{вх max}}{r} \left( \sin{ \left( \varphi \right)} — \cos{\left( \beta \right)} \right) \operatorname{d} \varphi =$

$= \cfrac{U_{вх max}}{\pi r} \left( \sin{\left( \beta \right)} — \beta \cos{\left( \beta \right)} \right) $

Поскольку $U_{вх max} = \cfrac{U_н}{\cos{\left( \beta \right)}} $:

$I_{д ср} =\cfrac{U_н}{\pi r} \cdot \cfrac{\sin{\left( \beta \right)} — \beta \cos{\left( \beta \right)}}{\cos{\left( \beta \right)} } = \cfrac{U_н}{\pi r} A \left( \beta \right) $,

где $ A \left( \beta \right) = \cfrac{\sin{\left( \beta \right)} — \beta \cos{\left( \beta \right)}}{\cos{\left( \beta \right)}} = \operatorname{tg} \left( \beta \right) — \beta $ (3. 4.2)

Формула (3.4.2) очень важна при расчете выпрямителя. Ведь угол отсечки $\beta$ не является заранее известным исходным параметром, как правило, его приходится вычислять на основании заданных выходного напряжения ($U_н$), сопротивления ($R_н$) или тока нагрузки ($I_н$), а также параметров применяемого диода и трансформатора (которые определяют сопротивление фазы $r$). Располагая этими данными и учитывая (3.4.2) можно определить значение коэффициента $A$:

$A \left( \beta \right) = \cfrac{I_{д ср} \pi r}{U_н} $

Средний ток через диод $I_{д ср}$ равен среднему току нагрузки $I_{н ср}$, а учитывая, что напряжение на нагрузке предполагается неизменным, то и мгновенное значение тока через нагрузку равно току диода: $I_н = I_{д ср}$. Таким образом:

$A \left( \beta \right) = \cfrac{I_{н} \pi r}{U_н} = \cfrac{\pi r}{R_н} $

Для нахождения угла отсечки $\beta$ при известном коэффициенте $A(\beta)$ на практике обычно пользуются графиком (рис. 3.4-4).

Максимальное значение тока диода достигается при $U_{вх} = U_{вх max}$ в момент времени, когда $\varphi = \pi/2 $, т.е. согласно выражения (3.4.1):

$ I_{д max} = \cfrac{U_{вх max}}{r} \left( 1 — \cos{\left( \beta \right)} \right) = \cfrac{U_н}{r} \cdot \cfrac{\pi \left( 1 — \cos{\left( \beta \right)} \right)}{\cos{\left( \beta \right)}} $

И далее, учитывая (3.4.2) получим:

$ I_{д max} = \cfrac{I_{д ср} \cdot \pi}{A \left( \beta \right)} \cdot \cfrac{1- \cos{\left( \beta \right)}}{\cos{\left( \beta \right)}}$, где $F \left( \beta \right) = \cfrac{\pi \cdot \left( 1 — \cos{\left( \beta \right)} \right)}{\sin{\left( \beta \right)} — \beta \cos{\left( \beta \right)}}$

График функции $F(\beta)$ представлен на рис. 3.4-5. Из него видно, что с уменьшением угла отсечки $\beta$ существенно увеличивается амплитуда тока через вентили.

Рис. 3.4-5. График зависимости $F(\beta)$

Таким образом, емкостный характер нагрузки выпрямителя приводит к тому, что выпрямительный диод оказывается открытым в течение меньшего промежутка времени, а амплитуда тока, проходящего в это время через диод, оказывается больше, чем в аналогичной схеме, работающей на чисто активную нагрузку. Этот факт необходимо учитывать при выборе диода, который должен выдерживать повторяющийся ток соответствующей амплитуды и более того, нормально переносить первоначальный всплеск тока при включении, когда происходит первоначальная зарядка конденсатора.

Указанная закономерность справедлива не только для описываемой схемы однофазного однополупериодного выпрямления. Аналогичным образом будет происходить работа и других рассматриваемых далее схем, имеющих нагрузку емкостного характера.

Требуемый коэффициент пульсаций на выходе однофазного однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром $K_п$ может быть получен при правильном выборе емкости сглаживающего конденсатора. Для ее нахождения используется следующая формула:

$ С = \cfrac{H(\beta)}{r \cdot K_п}$,

где $H(\beta)$ — это еще один вспомогательный коэффициент, значение которого находится по графику (рис. 3.4-6).

Рис. 3.4-6. График зависимости $H(\beta)$

Емкостный фильтр характерен для выпрямителей, рассчитанных на малые токи нагрузки. При больших токах обычно применяют индуктивные фильтры. Такой фильтр представляет собой катушку индуктивности (обычно с ферромагнитным сердечником), включенную последовательно с нагрузкой (рис. 3.4-7). Наличие индуктивности в цепи нагрузки также как и емкость оказывает значительное влияние на режим работы вентилей выпрямителя.

Рис. 3.4-7. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя с индуктивным фильтром (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу (б)

Работа схемы на рис. {- \cfrac{R_н t}{L}} \sin{( \theta )} \right) \),

где $ \theta = \operatorname{arctg} \left( \cfrac{\omega L}{R_н} \right) $

Временная диаграмма, отражающая эту зависимость приведена на рис. 3.4-7(б). По ней хорошо виден физический смысл константы $\theta$. Она представляет собой угол, на который запаздывает основной всплеск тока в нагрузке относительно инициирующего его всплеска напряжения на входе выпрямителя.

Если проанализировать зависимость тока нагрузки $I_н(t)$, можно заметить, что его амплитуда с увеличением индуктивности катушки падает (соответственно падает и его среднее значение). Т.е. среднее значение напряжения на нагрузке оказывается меньшим, чем в случае отсутствия индуктивности, уменьшаются также пульсации выходного напряжения. Сами колебания тока оказываются сдвинутыми относительно колебаний входного напряжения на угол $\theta$. Это является причиной скачкообразного приложения к диоду в момент его запирания отрицательного обратного напряжения величиною до $U_{обр} = U_{вх max}$.

Описанный режим работы вентилей (затягивание тока, уменьшение его амплитуды, скачкообразное приложение обратного напряжения) при наличии индуктивного фильтра характерен для всех схем выпрямителей. Индуктивный фильтр обычно применяют в схемах мощных выпрямителей, поскольку в этом случае требуемая для существенного изменения параметров выходного напряжения индуктивность оказывается незначительной.

Наиболее эффективно сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется с помощью сложных многозвенных фильтров, в состав которых входят и катушки индуктивности и конденсаторы (основой таких фильтров являются т.н. Г- или П-образные звенья).

< Предыдущая		Следующая >

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

Однофазный однополупериодный выпрямитель.

Однополупериодный инвертор. Преобразователи частоты в электроприводе

1. Однофазный однополупериодный выпрямитель

2. вертикально-фазовое управления

Принцип работы данной СУ основан на формировании
управляющих импульсов, следующих синхронно с сетевым
напряжением uАВ и сдвинутых относительно этого
напряжения по фазе на угол α. В выпрямителях с
регулированием по выходному напряжению угол α
обеспечивается таким, чтобы среднее значение
выпрямленного напряжения Ud мало отличалось от заданного
при различных возмущениях, например колебаниях сетевого
напряжения uАВ.
Привязка импульсов к сетевому напряжению осуществляется
входным устройством ВУ. Функции ВУ в данной СУ может
выполнять трансформатор со средней точкой, вторичные
полуобмотки которого создают два синусоидальных напряжения, сдвинутых между собой на угол π. Напряжения с каждой
вторичной полуобмотки ВУ поступают на фазосдвигающие
устройства ФУ1 и ФУ2.

Наиболее просто фазосдвигающие
устройства в данном случае реализуются на принципе
вертикально-фазового управления. В частности, схемы
могут быть выполнены так, чтобы обеспечить формирование
импульсов в моменты равенства напряжений, поступающих от
ВУ и равных u’ву1, и и’ву2 с напряжением ΔUр, поступающим
на ФУ1 и ФУ2 от автоматического регулятора напряжения
АРН
структурная схема АРН состоит из источника опорного
(эталонного) напряжения ИОН, сумматора 1 и усилителя 2,

включающего в себя в общем случае различные звенья
динамической коррекции системы автоматического
регулирования. В рассматриваемом примере последняя
выполнена на принципе использования обратной связи.
Напряжение цепи обратной связи U0,с от датчика напряжения
ДН поступает на сумматор 1, на вход которого подается также
опорное напряжение U0. Разность этих напряжений ε (один из
сигналов поступает на сумматор с обратным знаком) подается
на вход усилителя 2.

Выходной сигнал усилителя поступает на
входы ФУ1 и ФУ2 и далее на формирователи управляющих
импульсов ФИ1 и ФИ2. ΔUр определяет моменты
формирования управляющих импульсов тиристоров, т. е. угол
управления α.
Согласно принципа работы выпрямителя, чем больше угол α,
тем меньше среднее значение выходного напряжения
выпрямителя. Эта зависимость позволяет регулировать
выходное напряжение, в частности осуществлять его
стабилизацию на заданном уровне при различных возмущающих воздействиях. Например, если в результате возрастания
входного напряжения начнет увеличиваться выходное
напряжение выпрямителя, то усиленный сигнал
рассогласования ε будет изменять угол α так, чтобы
восстановить выходное напряжение на заданном уровне. В
результате сигнал ε будет стремиться к нулю, а выходное
напряжение к значению, заданному опорным напряжением U0
и коэффициентом передачи датчика выходного напряжения
ДН.

3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой Ld = 0 α=0

Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой Ld
=0
α=0

4.

Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой Ld=0 α > 0 (см. модель) Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой
Ld=0 α > 0 (см. модель)

5. Однофазный мостовой выпрямитель

6. Трехфазный мостовой выпрямитель (см. модель)

7. Трехфазный двухмостовой выпрямитель с последовательным соединением мостов

8. Однополупериодный инвертор

9. Автономные инверторы

10. Инверторы тока и напряжения

тока
Инверторы
и
напряжения

11. Параллельный инвертор тока

12. Последовательный инвертор тока

13. Способы улучшения выходного напряжения инверторов и преобразователей частоты

14. Ряд Фурье

Любая периодическая функция f(t) с периодом T может быть представлена в виде суммы синусов и косинусов
от аргумента nwt (так называемый ряд Фурье), где n — целое положительное число, t — время, w =2p/T — угловая
частота.
Компоненты ряда Фурье называются гармониками.

Любая четная функция может быть разложена в ряд Фурье,
состоящий из косинусов, а любая нечетная функция раскладывается в ряд из синусов.
Рассмотрим функцию в виде периодически повторяющихся прямоугольных импульсов как показано на
рисунке (где a = b =T/2).. Период функции T= 2p/w. Эта функция раскладывается в ряд:

15. Влияние несинусоидальности напряжения на потребителей

U 2 m U 3m U 4 m …. U nm
k гU
2
U 1m
2
2
k иU
2
U1
U
2

16. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ РЕЗОНАНСНЫЕ ЗВЕНЬЯ

19. Суммирование напряжений одинаковых частот

20. Суммирование напряжений разных частот

21. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

Классификация преобразователей частоты для
регулируемого электропривода переменного тока

22. Режимы работы насоса

Регулирование параметров насоса
дросселированием
В
настоящее
время
самым
распространенным
способом
поддержания необходимого давления в
системах подачи жидкости является
дросселирование.

Достижение
требуемых
параметров (расхода Q2 или напора h3)
производится изменением характеристик
трубопровода
при
неизменной
характеристике насоса путем прикрытия
дросселирующего клапана. Рабочая точка
смещается из позиции 1, с параметрами H
и Q в позицию 2′ по характеристике
насоса, обеспечивая требуемый расход Q2
или
напор
h3.
Насос развивает напор h3′. Между
насосом
и
дросселем
создается
избыточное давление h3′ — h3, на которое
расходуется энергия
N=k * Q2 * (h3′ — h3).
Регулирование изменением частоты
вращения двигателя
Достижение требуемого расхода
производится изменением характеристик
насоса при неизменной характеристике
трубопровода. Рабочая точка смещается
из позиции 1 в позицию 2 по
характеристике
трубопровода,
обеспечивая требуемый расход Q2 или
напор h3.

23. Оценка потребляемой мощности при регулировании частоты вращения

В соответствии с формулами приведения
центробежных насосов и вентиляторов можно оценить
потребляемую
мощность,
при
использовании
регулирования оборотов двигателя:
Q/Q2=n/n2; H/h3=(n/n2)2; N/N2=(n/n2)3;
где:
Q — расход
n — частота вращения
H — напор
N — мощность потребляемая электродвигателем
Определение
экономии
электроэнергии
необходимо производить для каждого отдельного
случая, т.

к. необходимо учитывать следующие
факторы:
— при регулировании расхода дросселированием также
происходит незначительное снижение потребляемой
мощности, причем в разной степени для разной
среды;
— работа насосов со статическим напором несколько
снижает ожидаемую экономию, при регулировании
частоты вращения.
График потребления электроэнергии при
регулировании
расхода
дросселированием
и
изменением частоты вращения двигателя представлен
справа.
Если организовать работу привода насосного
агрегата таким образом, чтобы он при изменении
параметров технологического процесса (расхода в
сети и давления на входе агрегата) изменял частоту
вращения, то в итоге можно без существенных потерь
энергии
стабилизировать
давление
в
сети
потребителей. При таком способе регулирования
исключаются потери напора (нет дроссельных
элементов), а значит, и потери гидравлической
энергии.

24. Изменение КПД насосного агрегата

Способ регулирования давления в сети путём изменения частоты вращения привода насосного агрегата
снижает энергопотребление ещё и по другой причине. Собственно насос как устройство преобразования энергии
имеет свой коэффициент полезного действия — отношение механической энергии, приложенной к валу, к
гидравлической энергии, получаемой в напорном трубопроводе насосного агрегата. Характер изменения
коэффициента полезного действия насоса в зависимости от расхода жидкости Q при различных частотах представлен
на рисунке сверху.
В соответствии с теорией подобия максимум коэффициента полезного действия с уменьшением частоты
вращения несколько снижается и смещается влево. Анализ требуемого изменения частоты насосного агрегата при
изменении расхода в сети показывает, что с уменьшением расхода требуется снижение частоты вращения. Если
рассмотреть работу агрегата для расхода меньше номинального (вертикальные линии А и В), то для этих режимов
рационально работать на пониженной частоте вращения.

В этом случае КПД насоса выше, чем при работе на
номинальной частоте вращения. Таким образом, снижение частоты вращения в соответствии с технологической
нагрузкой позволяет не только экономить потребляемую энергию на исключении гидравлических потерь, но и
получить экономический эффект за счёт повышения коэффициента полезного действия самого насоса преобразования механической энергии в гидравлическую.

25. Частотно регулируемый электропривод

Возможность управления частотой вращения короткозамкнутых асинхронных электродвигателей была
доказана сразу же после их изобретения. Реализовать эту возможность удалось лишь с появлением силовых
полупроводиниковых приборов — сначала тирристоров, а позднее транзисторов IGBT. В настоящее время во
всём мире широко реализуется способ управления асинхронной машиной, которая сегодня рассматривается
не только с точки зрения экономии энергии, но и с точки зрения совершенствования управления
технологическим процессом.

В промышленности и быту применяют двигатели переменного и постоянного тока. Исторически
сложилось, что для регулирования скорости вращения чаще использовали двигатель постоянного тока.
Преобразователь в данном случае регулировал только напряжение, был прост и дешёв. Однако двигатели
постоянного тока имеют сложную конструкцию, критичный в эксплуатации щёточный аппарат и сравнительно
дороги.
Асинхронные двигатели широко распространены, надёжны, имеют относительно
невысокую
стоимость, хорошие эксплуатационные качества, но регуляторы скорости их вращения из-за сложности систем
электронного регулирования частоты питающего напряжения стоили до начала 80-х годов дорого и не
обладали качествами, необходимыми для широкого внедрения в индустрию.
Современный частотно регулируемый электропривод состоит из асинхронного или синхронного
электрического двигателя и преобразователя частоты. Название «частотно регулируемый электропривод»
обусловлено тем, что регулирование скорости вращения двигателя осуществляется изменением частоты
напряжения питания, подаваемого на двигатель от преобразователя частоты.

На протяжении последних 10 –15 лет в мире наблюдается широкое и успешное внедрение частотно
регулируемого электропривода для решения различных технологических задач во многие отрасли экономики.
Это объясняется в первую очередь разработкой и созданием преобразователей частоты на принципиально
новой элементной базе, главным образом на биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT),
рассчитанный на токи до нескольких килоампер, напряжением до нескольких киловольт и имеющих частоту
коммутации 30 кГц и выше.
Существует два основных типа преобразователей частоты: с непосредственной связью и с
промежуточным контуром постоянного тока.

26. Скалярное частотное управление

При скалярном управлении по определенному закону изменяют
амплитуду и частоту приложенного к двигателю напряжения. Изменение частоты
питающего напряжения приводит к отклонению от расчетных значений
максимального и пускового моментов двигателя, к.п.д., коэффициента мощности.

Поэтому для поддержания требуемых рабочих характеристик двигателя
необходимо с изменением частоты одновременно соответственно изменять и
амплитуду напряжения.
В существующих преобразователях частоты при скалярном управлении
чаще всего поддерживается постоянным отношение максимального момента
двигателя к моменту сопротивления на валу. То есть при изменении частоты
амплитуда напряжения изменяется таким образом, что отношение максимального
момента двигателя к текущему моменту нагрузки остается неизменным. Это
отношение называется перегрузочная способность двигателя.
При постоянстве перегрузочной способности номинальные коэффициент
мощности и к.п.д. двигателя на всем диапазоне регулирования частоты вращения
практически не изменяются.
Максимальный
момент,
развиваемый
двигателем,
определяется
следующей зависимостью
Mмах= k * U2 / f2 ,
где
k — постоянный коэффициент.
Поэтому зависимость напряжения питания от частоты определяется
характером нагрузки на валу электрического двигателя.

Для постоянного момента нагрузки поддерживается отношение
U/f=const, и, по сути, обеспечивается постоянство максимального момента
двигателя. Характер зависимости напряжения питания от частоты для случая с
постоянным моментом нагрузки изображен на рис. 2. Угол наклона прямой на
графике зависит от величин момента сопротивления и максимального крутящего
момента двигателя.
Вместе с тем на малых частотах, начиная с некоторого значения частоты,
максимальный момент двигателя начинает падать. Для компенсации этого и для
увеличения пускового момента используется повышение уровня напряжения
питания.
В случае вентиляторной нагрузки реализуется зависимость U/f2 = const.
Характер зависимости напряжения питания от частоты для этого случая показан
на нижнем рисунке. При регулировании в области малых частот максимальный
момент также уменьшается, но для данного типа нагрузки это некритично.
Используя зависимость максимального крутящего момента от напряжения
и частоты, можно построить график U от f для любого типа нагрузки.

Важным достоинством скалярного метода является возможность
одновременного управления группой электродвигателей.

27. Преобразователи с непосредственной связью

Исторически первыми появились преобразователи с
непосредственной связью, в которых силовая часть представляет собой
управляемый выпрямитель и выполнена на не запираемых тиристорах.
Система управления поочередно отпирает группы тиристотров и
подключает статорные обмотки двигателя к питающей сети.
Таким образом, выходное напряжение преобразователя
формируется из «вырезанных» участков синусоид входного напряжения.
На рисунке показан пример формирования выходного напряжения для
одной из фаз нагрузки. На входе преобразователя действует трехфазное
синусоидальное напряжение uа, uв, uс. Выходное напряжение uвых имеет
несинусоидальную «пилообразную» форму, которую условно можно
аппроксимировать синусоидой (утолщенная линия). Из рисунка видно,
что частота выходного напряжения не может быть равна или выше
частоты питающей сети.

Она находится в диапазоне от 0 до 30 Гц. Как
следствие малый диапазон управления частоты вращения двигателя (не
более 1 : 10). Это ограничение не позволяет применять такие
преобразователи в современных частотно регулируемых приводах с
широким диапазоном регулирования технологических параметров.
Использование не запираемых тиристоров требует
относительно сложных систем управления, которые увеличивают
стоимость преобразователя.
«Резаная» синусоида на выходе преобразователя является
источником высших гармоник, которые вызывают дополнительные потери
в электрическом двигателе, перегрев электрической машины, снижение
момента, очень сильные помехи в питающей сети. Применение
компенсирующих устройств приводит к повышению стоимости, массы,
габаритов, понижению к.п.д. системы в целом.
Наряду
с
перечисленными
недостатками
преобразователей с непосредственной связью, они имеют определенные
достоинства. К ним относятся:
практически самый высокий КПД относительно других
преобразователей (98,5% и выше),
способность работать с большими напряжениями и токами, что
делает возможным их использование в мощных высоковольтных
приводах,
относительная дешевизна, несмотря на увеличение абсолютной
стоимости за счет схем управления и дополнительного оборудования.

Подобные схемы преобразователей используются в
старых приводах и новые конструкции их практически не
разрабатываются.

28. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ

29. Преобразователи с явно выраженным звеном постоянного тока на тиристорах

Наиболее широкое применение в современных
частотно
регулируемых
приводах
находят
преобразователи с явно выраженным звеном
постоянного тока. В преобразователях этого класса
используется двойное преобразование электрической
энергии: входное синусоидальное напряжение с
постоянной амплитудой и частотой выпрямляется в
выпрямителе (В), фильтруется фильтром (Ф),
сглаживается,
а
затем
вновь
преобразуется
инвертором (И) в переменное напряжение изменяемой
частоты и амплитуды. Двойное преобразование
энергии приводит к снижению к.п.д. и к некоторому
ухудшению
массогабаритных
показателей
по
отношению к преобразователям с непосредственной
связью.

Для
формирования
синусоидального
переменного напряжения используются автономные
инверторы напряжения и автономные инверторы тока.
В качестве электронных ключей в инверторах
применяются запираемые тиристоры GTO и их
усовершенствованные модификации GCT, IGCT, SGCT,
и биполярные транзисторы с изолированным затвором
IGBT.
Главным
достоинством
тиристорных
преобразователей частоты, как и в схеме с
непосредственной связью, является способность
работать с большими токами и напряжениями,
выдерживая при этом продолжительную нагрузку и
импульсные воздействия. Они имеют более высокий
КПД (до 98%) по отношению к преобразователям на
IGBT транзисторах (95 – 98%).
Преобразователи частоты на тиристорах в
настоящее время занимают доминирующее положение
в высоковольтном приводе в диапазоне мощностей от
сотен киловатт и до десятков мегаватт с выходным
напряжением 3 — 10 кВ и выше. Однако их цена на один
кВт выходной мощности самая большая в классе
высоковольтных преобразователей.

30. Изменение частоты и амплитуды

В инверторе осуществляется преобразование
постоянного напряжения ud
в трехфазное (или
однофазное) импульсное напряжение uи изменяемой
амплитуды и частоты. По сигналам системы управления
каждая обмотка электрического двигателя подсоединяется
через соответствующие силовые транзисторы инвертора к
положительному и отрицательному полюсам звена
постоянного тока.
Длительность подключения каждой обмотки в
пределах периода следования импульсов модулируется по
синусоидальному закону. Наибольшая ширина импульсов
обеспечивается в середине полупериода, а к началу и
концу полупериода уменьшается. Таким образом, система
управления
обеспечивает
широтно-импульсную
модуляцию (ШИМ) напряжения, прикладываемого к
обмоткам двигателя. Амплитуда и частота напряжения
определяются
параметрами
модулирующей
синусоидальной функции.
При высокой несущей частоте ШИМ (2 … 15 кГц)
обмотки двигателя вследствие их высокой индуктивности
работают как фильтр.

Поэтому в них протекают
практически синусоидальные токи.
В схемах преобразователей с управляемым
выпрямителем изменение амплитуды напряжения uи
может достигаться регулированием величины постоянного
напряжения ud, а изменение частоты – режимом работы
инвертора.
При необходимости на выходе автономного
инвертора устанавливается фильтр для сглаживания
пульсаций тока. В схемах преобразователей на IGBT в
силу низкого уровня высших гармоник в выходном
напряжении
потребность
в
фильтре
практически
отсутствует.
Таким образом, на выходе преобразователя
частоты формируется трехфазное (или однофазное)
переменное
напряжение
изменяемой
частоты
и
амплитуды (Uвых = var, fвых = var).

31. Структура преобразователя частоты

Большинство современных
преобразователей частоты построено
по схеме двойного преобразования.
Они состоят из следующих основных
частей:
— звена постоянного тока
-силового трехфазного импульсного
инвертора
-системы управления
Звено постоянного тока
состоит из неуправляемого
выпрямителя и фильтра.

Переменное напряжение питающей
сети (L1, L2, L3) преобразуется в нем
в напряжение постоянного тока (+, -).
Силовой трехфазный
импульсный инвертор состоит из
шести транзисторных ключей
соединенных по схеме приведенной
выше. Каждая обмотка двигателя
подсоединяется через
соответствующий ключ к
положительному и отрицательному
полюсу звена постоянного тока.
Инвертор осуществляет
преобразование напряжения
постоянного тока в трехфазное
переменное напряжение изменяемой
частоты и амплитуды (U, V, W),
управляющее двигателем.
Система управления
осуществляет управление силовым
инвертором.

32. Двухтрансформаторная схема высоковольтного преобразователя частоты

В схеме преобразователя осуществляется двойная
трансформация напряжения с помощью понижающего (Т1) и
повышающего (Т2) высоковольтных трансформаторов.
Двойная трансформация позволяет использовать для
регулирования частоты относительно дешевый низковольтный
преобразователь частоты, структура которого представлена
на предыдущем сайте.

Преобразователи
отличают
относительная
дешевизна и простота практической реализации. Вследствие
этого они наиболее часто применяются для управления
высоковольтными
электродвигателями
в
диапазоне
мощностей до 1 – 1,5 МВт. При большей мощности
электропривода трансформатор Т2 вносит существенные
искажения в процесс управления электродвигателем.
Основными
недостатками
двухтрансформаторных
преобразователей являются высокие массогабаритные
характеристики, меньшие по отношению к другим схемам КПД
(93 – 96%) и надежность.
Преобразователи, выполненные
по этой схеме,
имеют ограниченный диапазон регулирования частоты
вращения двигателя как сверху, так и снизу от номинальной
частоты.
При снижении частоты на выходе преобразователя
увеличивается насыщение сердечника и нарушается
расчетный режим работы выходного трансформатора Т2.
Поэтому, как показывает практика, диапазон регулирования
ограничен в пределах nном>n>0,5nном.

Для расширения
диапазона регулирования используют трансформаторы с
увеличенным сечением магнитопровода, но это увеличивает
стоимость, массу и габариты.
При увеличении выходной частоты растут потери в
сердечнике трансформатора Т2 на перемагничивание и
вихревые токи.
В приводах мощностью более 1 МВт и напряжении
низковольтной части 0,4 – 0,6 кВ сечение кабеля между
преобразователем частоты и низковольтной обмоткой
трансформаторов должно быть рассчитано на токи до
килоампер, что увеличивает массу преобразователя.

33. Преобразователь частоты высоковольтный многоуровневый «Электротекс»

Для получения высокого коэффициента мощности преобразователя входной трансформатор выполнен по
схеме “треугольник-звезда зигзаг“. Применение столь сложной конструкции трансформатора позволило осуществить
фазовый поворот питающих напряжений ячеек с шагом 10 электрических градусов. Созданная трансформаторная
система позволила создать три группы из шести источников трехфазного напряжения, имеющие фазовые сдвиги минус
25, минус 15, минус 5, плюс 5, плюс 15, плюс 25 электрических градусов по отношению к питающей сети.

Использование трансформатора с фазовращением, в сочетании с синтезированным алгоритмом управления
инверторными ячейками, позволило получить практически синусоидальную форму входного тока преобразователя даже
при использовании шестипульсного входного выпрямителя ячейки. Высокий коэффициент мощности преобразователя
по отношению к питающей сети позволяет использовать в качестве источника энергии автономные генераторы, не
создавая избыточного запаса по реактивной мощности источника.
Питание ячеек осуществляется с помощью многообмоточного трансформатора. При этом каждая ячейка
представляет собой независимый источник переменного управляемого напряжения с возможностью работы с ШИМ.
Полученные источники управляемого переменного напряжения соединяются последовательно в звенья, формируя фазу
выходного напряжения. Построение трехфазной системы питания асинхронного двигателя производится включением
звеньев в “звезду”. Структурная схема преобразователя приведена на рисунке.

34. Распределение напряжений преобразователя частоты высоковольтного многоуровневого Электротекс

Сравнительно низкое напряжение элементарной ячейки преобразователя в комплексе с
комбинированной системой управления, построенной с использованием новейших сигнальных
процессоров, позволяет получить форму напряжения на выходе многоуровневого преобразователя
близкую к синусоиде, значительно снизить коммутационные нагрузки на полупроводниковые
компоненты, улучшить гармонический состав тока, практически исключить коммутационные
перенапряжения на обмотках двигателя.
Улучшение гармонического состава позволит значительно уменьшить потери в электроприводе,
позволит не накладывать ограничения на длину кабеля подключения. Применение сигнальных
процессоров дает возможность построить адаптивный алгоритм управления, что позволит расширить
рамки применения высоковольтного регулируемого асинхронного электропривода.

35. Основные технические данные и характеристики EK-AV6-1,2-AF-I6-УХЛ4

36.

Свойства EK-AV6-XX-ХF-IX —
При использовании преобразователей частоты EK-AV6-XX-ХF-IX:
отсутствуют значительные гармонические помехи в питающей сети;
не нужны силовые фильтры в цепи ПЧ — АД;
длина кабелей от ПЧ к двигателю может достигать 2 км;
коэффициент полезного действия составляет не менее 0,97 при
частоте вращения близкой к номинальной;
возможно динамическое торможение двигателя (подача
постоянного тока в статор) и выбегом;
не требуется подбор специальных двигателей с повышенным
классом изоляции, нагрев двигателя не выходит за рамки
обычного;
возможно восстановление работоспособности ПЧ в короткий срок
без использования специального инструмента (замена ячейки
возможна менее чем за 30 минут).
EK-AV6-XX-ХF-IX выполняется с полностью цифровым
управлением, может применяться в автоматизированном
производстве, управляться и контролироваться системой
управления верхнего уровня.
EK-AV6-XX-ХF-IX обладает полностью модульной
структурой.

Поврежденный модуль может быть легко и быстро
заменен. Вышедшая из строя ячейка автоматически отключается
без вмешательства оператора, при этом отдаваемая мощность
привода падает на 10% (для ПЧ на 6 кВ).
Силовые модули имеют повышенную надежность, так как
в цепи постоянного тока используются полипропиленовые
конденсаторы, которые имеют 100000 часов наработку на отказ
(10-12 лет, при этом электролитические конденсаторы рассчитаны
на 5-7 лет работы). Каждая силовая ячейка имеет три датчика
температуры, которые выводят информацию о температуре всех
модулей в реальном масштабе времени и отключают любой из них
при превышении рабочей температуры выше установленной, а
также оптимизируют работу системы охлаждения, тем самым,
продлевая ресурс вентиляторов.
Таким образом, любой из модулей может быть исключен
из общего ряда формирования фазного напряжения с понижением
нагрузки привода не более 10%. Информация о токах,
напряжениях, формируемой мощности ячейки и данные о
температуре передаются контроллером управления модуля по
оптоволоконному кабелю в шкаф управления.

В каждом силовом
модуле имеется все необходимые защиты, функционирующие
независимо от основной системы управления ЧРП, даже при
обрыве оптоволоконной связи.

37. Структурная схема системы управления ПЧ

38. Широтно-импульсная модуляция напряжения в преобразователях частоты (2)

Если частота переключений
силовых транзисторов в инверторе
будет
существенно больше частоты
среза фазы двигателя, то фаза будет
эффективно
фильтровать
прикладываемое к ней напряжение в
получаемый в фазе ток, как показано на
верхнем рисунке.
Интервал времени нахождения
ключа в проводящем состоянии по
отношению к периоду
широтноимпульсной
модуляции
называют
скважностью
S = TШИМ /tим=1/D
Если скважность ключа
в
каждой
фазе
менять
по
синусоидальному закону, то так же
будет меняться и среднее значение
напряжения фазы на периоде.
Применение инверторов с
широтно-импульсной
модуляцией
напряжения позволяет достигать КПД
преобразователя частоты более 95%,
что
было
бы
невозможно
при
использовании
транзисторов
в
линейном (а не ключевом) режиме.

Исследование однофазных выпрямителей в среде Multisim. Однофазный однополупериодный выпрямитель

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет имени

Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

Кафедра “Конструирования и технологии радиоэлектронных средств”

Лабораторная работа №3

Работу выполнил :

Ст. гр. РЭ-109

Работу принял :

Владимир 2011

Вариант №1

Цель работы: исследование однофазных выпрямителей в среде Multisim.

Опыт №1

Собрать однофазный однополупериодный выпрямитель в среде Multisim.

Вариант №1

U_{н. ср.}=U_2m/π=6,269/3,14=1,996 V

Вывод: В данном опыте мы наблюдаем за однофазным однополупериодным выпрямителем. Исходя из показаний осциллографа трансформатор, в данной цепи, является повышающим и поэтому у нас обмотка высшего напряжения (ВН).

Опыт №2

Собрать однофазный двухполупериодный выпрямитель, состоящий из трансформатора и четырех диодов, собранных по мостовой схеме.

Вариант №1

U_н.ср.=U₂_m*0,636=4,810*0,636=3,06 V

U_н.ср.=0,636* U₂_m=3,06 B R_н=100 Ом I₂=1,11* U_н.ср/ R_н=0,033 А

U_н.ср.=0,636* U₂_m=3,242В R_н=200 Ом I₂=1,11* U_н.ср/ R_н=0,017 А

U_н.ср.=0,636* U₂_m=3,36 В R_н=400 Ом I₂=1,11* U_{н. ср}/ R_н=0,009 А

U_н.ср.=0,636* U₂_m=3,15 В R_н=150 Ом I₂=1,11* U_н.ср/ R_н=0,023 А

Опыт №3

В схему по опыту №2 включить сглаживающий фильтр согласно варианту.

Исследовать сглаживающие фильтры, представленные на рис.4. Выполнить расчет параметров фильтра, так чтобы коэффициенты сглаживания были равны:

1. Ёмкостной фильтр

n=1

C₁=1/(1*2*3,14*50*100)=31,8 мкФ

С₂=5/31400=159,2 мкФ

С₃=10/31400=318,5 мкФ

2. Одноэлементный L-фильтр

L ≥ kcRн /(nω)

L₁=1*100/314=0,318 Гн

L₂=500/314=1,59 Гн

L₃=1000/314=3,18 Гн

3. LC-фильтр

k_c=X_L/X_c=(nω)²LC ; LC=k_c/(nω)2 ; LC=1/98596=10,1*10^-6 ; C=10,1*10^-6Ф ; L=1Гн

4. СRC

R=(0,15…0,25)*R_H=0,20*100=20 Ом

k_c_{= n*ω*R*C*R_H/R+R_H , отсюда C= k_c*(R+ R_H)/n*ω*R* R_H}

C₁=1*(20+100)/1*314*20*100=120/628000=191 мкФ

С₂=5*(20+100)/1*314*20*100=600/628000= 955 мкФ

С₃=10*(20+100)/1*314*20*100=1200/628000= 1910 мкФ

4. П—образный СLС-фильтр

Kc2=5

С₁=С₂=С

k_c₂=5

С=5/(2*п*50*100)=159 мкФ

LC=5/(2*п*50)²=5/98596=50,7

L=0.31 Гн

Вывод : в ходе выполнения данной работы рассчитаны U₂_m для каждой схемы, так же для опыта №2 построен график зависимости тока вторичной обмотки I₂ от R1. Так же сделаны опыты по введению в схему опыта №2 сглаживающих фильтров.

Однополупериодный выпрямитель.

Электроника Однополупериодный выпрямитель.

просмотров — 330

Выпрямители.

Выпрямитель ─ функциональное электронное устройство, предназначенное для преобразования напряжения переменного тока в напряжение импульсного или пульсирующего тока. В соответствии с функциональным назначением основным полупроводниковым компонентом, используемым при построении выпрямителей является диод. Рассмотрим основные разновидности выпрямителей и их работу.

Схема однополупериодного выпрямителя показана на рис.93.

Вторичная обмотка трансформатора включена в электрический контур, состоящий из диода VD и резистора нагрузки Rнаᴦ.

Рассмотрим работу схемы в соответствии с временной диаграммой, приведенной на рис. 94. На диаграмме показано изменение напряжения на вторичной обмотке Uаб и на сопротивлении нагрузки U Rнаᴦ.

При положительной полуволне напряжения на аноде диода имеем положительный потенциал относительно катода, что приводит к прямому смещению p-n перехода и диод находится в проводящем состоянии. По контуру протекает ток, который на резисторе нагрузки выделяет напряжение равное Uаб-Uvd = Urнаг, где Uvd — падение напряжения на диоде.

При отрицательной полуволне напряжения на вторичной обмотке трансформатора на аноде диода имеем отрицательный потенциал относительно катода, который смещает p-n переход в обратном направлении, диод закрыт и по контуру протекает только тепловой ток. Величина теплового тока настолько мала, что выделяемое им напряжение на резисторе нагрузки практически равно нулю. В целом на нагрузке имеем импульсное напряжение, и добиться нормальной работы нагрузки при таком питании будет невозможно.

При этом если параллельно нагрузке включить конденсатор работа схемы существенно измениться, что показано на рис. 94.

Как видно из рисунка напряжение на нагрузке Urнаг изменило свой вид, появилось минимальное Urmin и максимальное Urmax напряжение. Следовательно, имеется и постоянная составляющая напряжения.

Работа схемы состоит в следующем. В положительном полупериоде при возрастании напряжения происходит заряд накопительной емкости до максимального напряжения Urmax.. При уменьшении напряжения в положительном полупериоде, как только напряжение на вторичной обмотке становится равным напряжению на нагрузке в момент времени t1 ток через диод становится равным нулю, следовательно, p-n переход получает обратное смещение. С этого момента нагрузка получает ток от накопительного конденсатора за счет его разряда. Разряд проходит экспоненциально, и в момент времени t2 напряжение на нагрузке становится равным возрастающему напряжению на вторичной обмотке, только уже в следующем периоде, при этом p-n переход получает прямое смещение и начинается новый цикл заряда накопительной емкости. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, напряжение на нагрузке при наличии накопительного конденсатора Сна не становится меньше Urmin. Вводится новое понятие — напряжение пульсации (пульсации) ∆Ur наг = Ur max – Ur min. Чем меньше будет напряжение пульсаций, тем лучшие условия для работы нагрузки. Следовательно, крайне важно стремиться к минимальным пульсациям.

Для определения величины емкости накопительного конденсатора воспользуемся уравнением определяющим изменение напряжения на конденсаторе при протекании через него тока на интервале времени dt Uc = 1/C∫i_Cdt. В этом выражении С — величина конденсатора и i_C — ток протекающий через конденсатор. Изменение напряжения это и есть пульсация, а при переходе к конечным изменениям dt = t2 — t1 = ∆t. Для оценки величины конденсатора сделаем допущение, что разряд осуществляется неизменным током. Тогда уравнение преобразуется к виду Uc C = i_C*∆t, откуда будем иметь C = i_C*∆t/Uc. В этом выражении не определено ∆t. Для определения интервала времени возьмем ближайшее большее определяемое, учитывая, что эта оценка приведет к завышению определяемого С. Для однополупериодного выпрямителя за значение ∆t можно использовать период T. Так при напряжении пульсаций ∆Urнаг = 1В, токе нагрузки i_C = 0,5А и Т = 20мсек величина емкости будет равна 10 мФ или 10000 мкФ. Необходимо отметить, что в полупроводниковых источниках питания электронной аппаратуры накопительные конденсаторы используют в качестве функционального блока Ф2, фильтра уменьшающего пульсации напряжения.

При проектировании или ремонте источников питания диоды крайне важно выбирать в соответствии с требованиями выдвигаемыми выпрямительными схемами. По этой причине нужно определить какие требования предъявляет схема к диодам. Максимально допустимый ток диода должен быть не меньше тока нагрузки. В отрицательном полупериоде напряжения на вторичной обмотке трансформатора диод находится в непроводящем состоянии и если учесть напряжение заряда конденсатора, то напряжение смещающее p-n переход в обратном направлении будет близким к удвоенному амплитудному значению напряжения на вторичной обмотке. Следовательно, максимально допустимое напряжение диода должно быть не менее удвоенного амплитудного напряжения вторичной обмотки.

Недостаток данной схемы выпрямителя состоит в том, что для уменьшения пульсаций требуется большая величина накопительной емкости. Для уменьшения величины емкости крайне важно уменьшать время разряда конденсатора, что возможно, если использовать оба полупериода

Что используют в качестве выпрямителя. Что получается после выпрямления

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.

Для упрощения понимания работы схем выпрямления будем исходить из расчета, что выпрямитель работает на активную нагрузку.

На рисунке 1 представлена простейшая схема выпрямления. Схема содержит один выпрямительный диод, включенный между вторичной обмоткой трансформатора и нагрузкой.

Рисунок 1 — Однофазный однополупериодный выпрямитель: а) схема — диод открыт, б) схема — диод закрыт, в) временные диаграммы работы

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 (рис. 1, а). При обратной полярности напряжения u2 диод закрыт, ток в нагрузке не протекает, но к диоду прикладывается обратное напряжение Uобр (рис. 1, б).

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 (рис. 1, в). 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 (рис. 2). Общая точка катодов диодов VD2, VD4 является положительным полюсом выпрямителя, общая точка анодов диодов VD1, VD3 — отрицательным полюсом.

Рисунок 2 — Однофазный мостовой выпрямитель: а) схема — выпрямление положительной полуволны, б) выпрямление отрицательной полуволны, в) временные диаграммы работы

Полярность напряжения во вторичной обмотке меняется с частотой питающей сети. Диоды в этой схеме работают парами поочередно. В положительный полупериод напряжения u2 проводят ток диоды VD2, VD3, а к диодам VD1, VD4 прикладывается обратное напряжение, и они закрыты. В отрицательный полупериод напряжения u2 ток протекает через диоды VD1, VD4, а диоды VD2, VD3 закрыты. Ток в нагрузке проходит все время в одном направлении.

Схема является двухполупериодной (двухтактной), т.к. на нагрузке выделяется оба полупериода сетевого напряжения Uн = 0,9U2, коэффициент пульсаций — 0,67.

спользования мостовой схемы включения диодов позволяет для выпрямления двух полупериодов использовать однофазный трансформатор. Кроме того, обратное напряжение, прикладываемое к диоду в 2 раза меньше.

Питание постоянным током потребителей средней и большой мощности производится от , применение которых снижает загрузку диодов по току и уменьшает коэффициент пульсаций.

Схема состоит из шести диодов, которые разделены на две группы (рис. 2.61, а): катодную — диоды VD1, VD3, VD5 и анодную VD2, VD4, VD6. Нагрузка подключается между точками соединения катодов и анодов диодов, т.е. к диагонали выпрямленного моста. Схема подключается к трехфазной сети.

Рисунок 3 — Трехфазный мостовой выпрямитель: а) схема, б) временные диаграммы работы

В каждый момент времени ток нагрузки протекает через два диода. В катодной группе в течение каждой трети периода работает диод с наиболее высоким потенциалом анода (рис. 3, б). В анодной группе в данную часть периода работает тот диод, у которого катод имеет наиболее отрицательный потенциал. Каждый из диодов работает в течение одной трети периода. Коэффициент пульсаций данной схемы составляет всего 0,057.

Управляемыми выпрямителями — выпрямители, которые совместно с выпрямление переменного напряжения (тока) обеспечивают регулирование величины выпрямленного напряжения (тока).

Управляемые выпрямители применяют для регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока, яркости свечения ламп накаливания, при зарядке аккумуляторных батарей и т.п.

Схемы управляемых выпрямителей строятся на тиристорах и основаны на управлении моментом открытия тиристоров.

На рисунке 4,а представлена схема однофазного управляемого выпрямителя. Для возможности выпрямления двух полуволн сетевого напряжения используется трансформатор с двухфазной вторичной обмоткой, в которой формируется два напряжения с противоположными фазами. В каждую фазу включается тиристор. Положительный полупериод напряжения U2 выпрямляет тиристор VS1, отрицательный – VS2.

Схема управления СУ формирует импульсы для открывания тиристоров. Время подачи открывающих импульсов определяет, какая часть полуволны выделяется на нагрузке. Тиристор отпирается при наличии положительного напряжения на аноде и открывающего импульса на управляющем электроде.

Если импульс приходит в момент времени t0 (рис. 4,б) тиристор открыт в течении всего полупериода и на нагрузке максимальное напряжение, если в моменты времени t1, t2, t3, то только часть сетевого напряжения выделяется в нагрузке.

Рисунок 4 — Однофазный выпрямитель: а) схема, б) временные диаграммы работы

Угол задержки, отсчитываемый от момента естественного отпирания тиристора, выраженный в градусах, называется углом управления или регулирования и обозначается буквой α. Изменяя угол α (сдвиг по фазе управляющих импульсов относительно напряжения на анодах тиристоров), мы изменяться время открытого состояния тиристоров и соответственно выпрямленное напряжение на нагрузке.

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 диодVD включен последовательно с нагрузочным резисторомR н и вторичной обмоткой трансформатораT . Первичная обмотка трансформатора питается, как правило, от сети.

Из временных диаграмм (рис. 10) видно, что ток I н в нагрузке имеет импульсный характер. В течение первого полупериода напряженияU АБ , когда потенциал точкиа положителен 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 а становится 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 VD 1 – VD 4 (включенных по мостовой схеме) и нагрузочного резистора.

Рис. 11. Схема двухполупериодного выпрямителя.

В один из полупериодов напряжения сети, когда точка а имеет положительный по отношению к точкеб потенциал, диодыVD2 иVD 3 открыты, а диодыVD 1 иVD4 закрыты. Ток в этот полупериод имеет направление: зажима вторичной обмотки трансформатора, диодVD2 , нагрузочный резисторR н , диодVD3 и зажимб . В следующий полупериод, когда потенциал точкиа становится отрицательным по отношению к точкеб , открыты диодыVD1 иVD4, а диодыVD2 иVD3 закрыты. Протекающий в схеме ток имеет следующее направление: точкаб , диодVD4 , нагрузочный резисторR н , диодVD1 и точкаа вторичной обмотки трансформатора. Таким образом, в течение всего периода ток в нагрузочном резистореR н имеет 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 R н средний выпрямленный ток / н ср и напряжениеU н ср в 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 U н и токаI н нагрузки, 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 U АБ конденсаторC заряжается и напряжение на нём повышается. Во время положительного полупериода диодVD пропускает ток, который заряжает конденсатор (практически до амплитудного значения переменного напряжения) и одновременно питает сопротивление нагрузки. Затем напряжениеU АБ уменьшается и, когда оно становится меньше, чем напряжение на конденсаторе, диодVD запирается, а конденсатор начинает разряжаться на резисторR н . Скорость разряда конденсатора определяется постоянной времени разр =R н 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.

Выпрямитель тока

преобразователь электрического тока переменного направления в ток постоянного направления. Большинство мощных источников электрической энергии вырабатывают ток переменного направления (см. Переменный ток). Однако многие электрические устройства на городском и железнодорожном транспорте, в химической и радиотехнической промышленности, в цветной металлургии и др. работают на токе постоянного направления (см. Постоянный ток) различного напряжения. В простейшем случае переменный ток выпрямляется вентилем электрическим (См. Вентиль электрический), пропускающим ток (например, синусоидальный) только или преимущественно в одном направлении. По видам применяемых вентилей В. т. подразделяют на электроконтактные, кенотронные, газотронные, тиратронные, ртутные, полупроводниковые и тиристорные.

Различают схемы В. т. однополупериодные, двухполупериодные с нулевым выводом и мостовые. На рис. 1 , а приведена однополупериодная схема выпрямителя однофазного тока. Основные элементы В. т.: трансформатор Тр, вентиль В и сглаживающий фильтр С . Напряжение U 1 , обычно синусоидальное, от источника переменного тока через трансформатор Тр подаётся на вентиль В. Ток J в нагрузке R н течёт только при положительной полярности подводимого напряжения, т. е. при открытом состоянии В . Конденсатор С заряжается положительными полуволнами пульсирующего тока, а в паузах, соответствующих по времени отрицательным полуволнам, разряжается на нагрузку. Таким образом, пульсирующий ток сглаживается, усредняется.

Однополупериодные однофазные схемы В. т. применяют главным образом в маломощных устройствах с ёмкостным или индуктивным сглаживающим фильтром. Основное преимущество — простота и малое число вентилей; недостатки — большие пульсации выпрямленного напряжения и высокое обратное напряжение на вентилях (при ёмкостном фильтре).

В двухполупериодной схеме В. т. (рис. 1 , б) применяют трансформатор со средней точкой во вторичной обмотке. Благодаря такому соединению обмотки с вентилями выпрямленный ток формируется из обеих полуволн тока. Частота пульсаций выпрямленного тока при этом возрастает в два раза по сравнению с однополупериодным В. т. (так, если U 1 — напряжение промышленной частоты 50 гц , то частота пульсации тока на нагрузке будет 100 гц ), что облегчает сглаживание. Мостовая схема В. т. (рис. 1 , в) также двухполупериодная, но вторичная обмотка трансформатора выполнена без средней точки и имеет в два раза меньшее количество витков по сравнению со вторичной обмоткой трансформатора на рис. 1 , б. Дополнительное сглаживание выпрямленного тока в этих схемах обеспечивается индуктивно-ёмкостными либо резистивно-ёмкостными фильтрами (см. Электрический фильтр). Указанные схемы В. т. применяют обычно в системах питания устройств, у которых потребляемая мощность не превышает нескольких квт (радиоприёмники, телевизоры, некоторые устройства автоматики и телемеханики и др.), и лишь в отдельных случаях для питания мощных (до тысячи квт ) устройств (например, двигателей электровозов). Существуют В. т., в которых наряду с выпрямлением тока осуществляется умножение выпрямленного напряжения. Схемы с умножением обычно применяют в высоковольтных установках, предназначенных для испытания электрической изоляции, а также в рентгеновских установках, электронных осциллографах и т.п.

В трёхфазных цепях (См. Трёхфазная цепь) для питания мощных промышленных установок, во избежание несимметричности нагрузки на сеть электроснабжения, применяют схемы трёхфазных В. т. Первичная обмотка трансформатора в таких В. т. соединяется в звезду или треугольник. В зависимости от числа вторичных обмоток трансформатора различают 3-, 6-, 12-, 18-фазные и т.д. однополупериодные и мостовые выпрямители трёхфазного тока. На рис. 2, а приведена трёхфазная однополупериодная схема. Первичная обмотка трансформатора соединена треугольником, а вторичная — звездой. Фазные токи i 1 , i 2 , i 3 выпрямляются и суммируются, образуя выпрямленный выходной ток J . В мостовой трёхфазной схеме (рис. 2 , б) обе обмотки трансформатора соединены звездой. Основные преимущества её такие же, как и у однофазных схем В. т.

Лит.: Каганов И. Л., Электронные и ионные преобразователи, ч. 1-3, М. — Л., 1950-56.

М. М. Гельман.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое «Выпрямитель тока» в других словарях:

ВЫПРЯМИТЕЛЬ ТОКА — устройство для преобразования переменного электрического тока в постоянный; действие всех выпрямителей основано на том, что внутри них создаются условия, при которых электрические заряды определённого знака могут проходить только в одном… … Большая политехническая энциклопедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Выпрямитель (значения) … Википедия

Прибор для преобразования тока переменного в ток постоянного направления (выпрямленный ток). Это преобразование достигается двояким способом: 1) задерживают импульсы одного направления; в этом случае от В. получается ток прерывистый, состоящий из … Технический железнодорожный словарь

Выпрямитель: Выпрямитель устройство для преобразования входного переменного напряжения и тока в выходное постоянное напряжение и ток. Выпрямитель НДС в экономике, методика сбора налогов. Выпрямитель (в парикмахерском деле) устройство … Википедия

Устройство, преобразующее переменный ток в постоянный. В современных ИБП выпрямитель также выполняет функцию коррекции входного коэффициента мощности источник бесперебойного питания. EN rectifier… …

Современная энциклопедия

выпрямитель — выпрямитель Преобразователь электрической энергии, который преобразует систему переменных токов в ток одного направления [ОСТ 45.55 99] выпрямитель Устройство, преобразующее переменный ток в постоянный с использованием… … Справочник технического переводчика

Выпрямитель — электрический, преобразователь переменного электрического тока в постоянный, выполненный обычно на основе электрического вентиля. Применяется в устройствах автоматики и телемеханики, измерительной техники и радиотехники (однофазный выпрямитель),… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Преобразователь переменного электрического тока в постоянный. Обычно выпрямление тока осуществляется электрическим вентилем, по типу которого различают выпрямители электрические: вакуумные, газоразрядные, полупроводниковые, электроконтактные.… … Большой Энциклопедический словарь

выпрямитель с неизменным напряжением, питающийся от сети переменного тока — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN ac line fixed voltage rectifier … Справочник технического переводчика

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.

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

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.

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.

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 .

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

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.

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:)

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.

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.

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.

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

Ртутный выпрямитель

Выпрямители классифицируют по следующим признакам:

Применение

Выпрямление электрического тока

Выпрямители обычно используются там, где нужно преобразовать переменный ток в постоянный ток. Применение выпрямителей для преобразования переменного тока в постоянный вызвало понятие среднего значения тока по модулю (т. е. без учета знака ординаты) за период. При двухполупериодном выпрямлении среднее значение по модулю определяется как среднеарифметическое значение всех ординат обеих полуволн за целый период без учета их знаков (т. е. полагая все ординаты за период положительными, что и имеет место при двухполупериодном идеальном выпрямлении).

Приемниками электроэнергии с нелинейными характеристиками являются в первую очередь всевозможные преобразовательные установки переменного тока в постоянный, использующие различные вентили.

Сюда относятся выпрямительные установки для:

железнодорожной тяги
городского электротранспорта
электролиза (производство алюминия, хлора, едкого натра и др.)
питания приводов прокатных станов
возбуждения генераторов электростанций

В качестве вентилей до последнего времени использовались в основном ртутные выпрямители (неуправляемые и управляемые). В настоящее время широкое применение находят преимущественно кремниевые полупроводниковые выпрямители. Внедряются тиристорные выпрямители.

Обычно выпрямительные установки выполняются большой мощности и присоединяются через специальные трансформаторы к питающей сети на напряжении 6 — 10 кВ. Выпрямительные установки небольшой мощности выполняются по трехфазной схеме с нулевым выводом.

Блоки питания аппаратуры

Преобразователи бортового электроснабжения постоянного тока автономных транспортных средств: автотракторной, железнодорожной, водной, авиационной и другой техники.

Генерация электроэнергии на транспортном средстве обычно производится генератором переменного тока, но для питания бортовой аппаратуры необходим постоянный ток. Например, в легковых автомобилях применяются электромеханические или полупроводниковые выпрямители.

Сварочные аппараты

В сварочных аппаратах постоянного тока применяются чаще всего мостовые схемы на мощных кремниевых выпрямительных диодах — вентилях, с целью получения постоянного сварочного напряжения и тока. Он отличается от переменного тем, что при использовании его сильнее нагревается область дуги около положительного (+) её полюса, что позволяет либо осуществлять щадящую сварку свариваемых деталей преимущественно плавящимся сварочным электродом, либо экономить электроды, осуществляя резку металла электродуговой сваркой.

Вентильные блоки преобразовательных подстанций систем энергоснабжения

Для питания главных двигателей постоянного тока прокатных станов, кранов и другой техники

Энергоснабжение заводов осуществляется электросетью переменного тока, но для приводов прокатных станов и других агрегатов выгоднее использовать двигатели постоянного тока по той же причине, что и для двигателей транспортных средств.

Для гальванических ванн (электролизёров) для получения цветных металлов и стали , нанесения металлических покрытий и гальванопластики.

Установки электростатической очистки промышленных газов (электростатический фильтр)

Установки очистки и обессоливания воды

Для электроснабжения контактных сетей электротранспорта постоянного тока (трамвай , троллейбус , электровоз , метро)

Выпрямители высокочастотных колебаний

в перспективных системах сбора энергии окружающих шумовых электромагнитных сигналов.
в перспективных системах беспроводной передачи электроэнергии .

Детектирование высокочастотного сигнала

Допущения: нагрузка чисто активная, вентиль — идеальный электрический ключ.

Напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт, всё падение напряжения происходит на вентиле, а напряжение на нагрузке Uн равно нулю.

Эта величина вдвое меньше, чем в полномостовом.

Большая величина пульсаций
Сильная нагрузка на вентиль (требуется диод с большим средним выпрямленным током)
Низкий коэффициент использования габаритной мощности трансформатора (около 0,45) (не путать с КПД, который зависит от потерь в меди и потерь в стали и в однополупериодном выпрямителе почти такой же, как и в двухполупериодном).

Преимущество: экономия на количестве вентилей.

Полумост

На двух диодах и двух конденсаторах, широко известный как «с удвоением напряжения» или «удвоитель Латура — Делона — Гренашера».

Известна также схема с удвоением тока: параллельно единственной вторичной обмотке трансформатора включаются два последовательно соединённых дросселя, средняя точка соединения между которыми используется как средняя точка в «двухполупериодном выпрямителе со средней точкой».

Полный мост (Гретца)

На четырёх диодах, широко известный как «двухполупериодный», изобретён немецким физиком Лео Гретцем .

Средняя ЭДС равна то есть вдвое больше, чем в четвертьмостовом.

Эквивалентное внутреннее активое сопротивление равно .

Ток в нагрузке равен

Мощность в нагрузке равна

Наибольшее мгновенное значение напряжения на диодах —

Двухфазные выпрямители со сдвигом фаз 180°

Два четвертьмоста параллельно («двухполупериодный со средней точкой»)

Широко известный как «двухполупериодный со средней точкой». Предложил в 1901 г. профессор Миткевич В. Ф. . В этом выпрямителе две противофазных обмотки создают двухфазный переменный ток со сдвигом между фазами 180 угловых градусов. Двухфазный переменный ток выпрямляется двумя однополупериодными четвертьмостовыми выпрямителями, включенными параллельно и работающими на одну общую нагрузку. Является почти аналогом полномостового выпрямителя Гретца , но имеет почти вдвое большее эквивалентное внутреннее активное сопротивление, вдвое меньше диодов и средний ток через один диод почти вдвое больше, чем в полномостовом, при амплитуде выпрямляемого напряжения сопоставимой с падением напряжения на переходе твердотельного диода обладает значительно лучшим КПД по сравнению с мостовой схемой. Применялась, когда медь была дешевле диодов. В одной из работ отмечается, что в этом выпрямителе выпрямленные полупериоды имеют колоколообразную форму, то есть форму близкую к функции .

Площадь под интегральной кривой равна:

Средняя ЭДС равна:

Относительное эквивалентное активное внутреннее сопротивление равно , то есть вдвое больше, чем в однофазном полномостовом, следовательно больше потери энергии на нагрев меди обмоток трансформатора (или расход меди).

Ток в нагрузке равен

Мощность в нагрузке равна

Частота пульсаций равна , где — частота сети.

Два полных моста параллельно

Позволяет применять диоды со средним током почти вдвое меньшим, чем в однофазном полномостовом.

Двухфазные выпрямители со сдвигом фаз 90°

Два полных моста параллельно

На двух параллельных полных мостах.

Площадь под интегральной кривой равна:

Средняя ЭДС равна: то есть в раз больше, чем в однофазном полномостовом.

В режиме холостого хода и близких к нему ЭДС в мосту с наибольшей на данном отрезке периода ЭДС обратносмещает (закрывает) диоды моста с меньшей на данном отрезке периода ЭДС. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно При увеличении нагрузки (уменьшении ) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых оба моста работают параллельно на общую нагрузку, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода равно В режиме короткого замыкания оба моста работают параллельно на нагрузку на всём периоде, но полезная мощность в этом режиме равна нулю.

Два полных моста последовательно

На двух последовательных полных мостах.

Площадь под интегральной кривой равна:

Средняя ЭДС равна: то есть вдвое больше, чем в однофазном полномостовом.

Относительное эквивалентное внутреннее активное сопротивление равно

Ток в нагрузке равен

Мощность в нагрузке равна

Частота пульсаций равна

Трёхфазные выпрямители

Является почти аналогом выпрямителя «три полных моста параллельно» и имеет почти такие же свойства, как и выпрямитель «три полных моста параллельно», но эквивалентное внутреннее активное сопротивление почти вдвое больше, число диодов вдвое меньше, средний ток через один диод почти вдвое больший.

Площадь под интегральной кривой равна:

Три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича последовательно (6 диодов)

Является почти аналогом выпрямителя «три полных моста последовательно» и имеет почти такие же свойства, но эквивалентное внутреннее активное сопротивление почти вдвое больше, число диодов вдвое меньше, средний ток через один диод почти вдвое больше.

Три полных моста параллельно (12 диодов)

Менее известны полномостовые трёхфазные выпрямители по схеме «три параллельных моста» (на двенадцати диодах), «три последовательных моста» (на двенадцати диодах), и др., которые по многим параметрам превосходят выпрямитель Ларионова А.Н.

По схемам выпрямителей можно видеть, что выпрямитель Миткевича В. Ф. является «недостроенным» выпрямителем Ларионова А.Н., а выпрямитель Ларионова А.Н. является «недостроенным» выпрямителем «три параллельных моста».

Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной).

Площадь под интегральной кривой равна:

Средняя ЭДС равна: , то есть такая же, как и в схеме «треугольник-Ларионов» и в раз меньше, чем в схеме «звезда-Ларионов».

В режиме холостого хода ЭДС в мосту с наибольшей на данном отрезке большого периода ЭДС обратносмещает (закрывает) диоды в мостах с меньшими на данном отрезке большого периода ЭДС. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно сопротивлению одного моста При увеличении нагрузки (уменьшении ) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых два моста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода при этом равно сопротивлению двух параллельных мостов При дальнейшем увеличении нагрузки появляются и увеличиваются отрезки периода на которых все три моста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода равно сопротивлению трёх параллельных мостов В режиме короткого замыкания все три параллельных моста работают на нагрузку, но полезная мощность в этом режиме равна нулю.

Выпрямитель «три параллельных полных моста» на холостом ходу имеет такую же среднюю ЭДС, как в выпрямителе «треугольник-Ларионов» и такие же сопротивления обмоток, но, так как у него схема с независимыми от соседних фаз диодами, то моменты переключения диодов отличаются от моментов переключения диодов в схеме «треугольник-Ларионов». Нагрузочные характеристики этих двух выпрямителей получаются разными.

Частота пульсаций равна , где — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна .

Относительная амплитуда пульсаций равна .

Три полных моста последовательно (12 диодов)

Площадь под интегральной кривой равна:

Средняя ЭДС равна: , то есть вдвое больше, чем в схеме «треугольник-Ларионов».

Эквивалентное внутреннее активное сопротивление равно сопротивлению трёх последовательно включенных мостов с сопротивлением 3*r каждый, то есть .

Ток в нагрузке равен

Мощность в нагрузке равна

Частота пульсаций равна , где — частота сети.

Полупериодный выпрямитель

— обзор

В этом подразделе характеристики упомянутых выше выпрямителей будут оцениваться по следующим параметрам.

10.2.3.1 Взаимосвязь напряжений

Среднее значение напряжения нагрузки В _L составляет В _{постоянного тока} и определяется как

(10,1) В постоянного тока = 1T∫0TvL (т) dt

В случае однополупериодного выпрямителя на рис. 10.2 показано, что напряжение нагрузки В _L ( t ) = 0 для отрицательного полупериода.Обратите внимание, что угловая частота источника ω = 2 π = T , и уравнение. (10.1) можно переписать как

(10.2) Vdc = 12π∫0Tvmsin ω t d (ωt)

Следовательно,

(10.3) Полуволна Vdc = Vmπ = 0,318 Вм

В случае двухполупериодный выпрямитель, рис. 10.4 и 10.6 показывают, что v _L ( t ) = V _m | sin ωt | как для положительного, так и для отрицательного полупериода. Следовательно, уравнение. (10.1) можно переписать как

(10.4) Vdc = 1π∫0πVmsinωt d (ω t)

Следовательно,

(10,5) Двухполупериодный Vdc = 2Vmπ = 0,636Vm

Среднеквадратичное значение напряжения нагрузки v _L, составляет В _L , что определяется как

(10,6) VL = [1T∫0πvL2 (t) dt] 1/2

В случае полуволнового выпрямителя В _L ( t ) = 0 для отрицательного полупериода, поэтому уравнение. (10.6) можно переписать как

(10.7) VL = 12π∫0π (Vmsin ω t) 2d (ωt)

или

(10,8) Полуволновое VL = Vm2 = 0,5 Вм

В случае двухполупериодного выпрямителя В _L ( т ) = V _м | sin ω t | как для положительного, так и для отрицательного полупериода. Следовательно, уравнение. (10.6) можно переписать как

(10.9) VL = 1π∫0π (Vmsin ω t) 2d (ωt)

или

(10.10) Двухполупериодная VL = Vm2 = 0,707 Vm

Результат Уравнение (10.10) соответствует ожидаемому, потому что действующее значение двухполупериодного выпрямленного напряжения должно быть равно значению исходного переменного напряжения.

10.2.3.2 Текущие отношения

Среднее значение тока нагрузки i _L равно I _dc , а поскольку нагрузка R является чисто резистивной, его можно найти как

(10.11) Idc = VdcR

Действующее значение тока нагрузки i _L составляет I _L , и его можно найти как

(10,12) IL = VLR

В случае полуволнового выпрямителя из уравнения. (10,3)

(10.13) Полуволна Idc = 0,318 VmR

и из уравнения. (10,8)

(10,14) Полупериодный IL = 0,5 ВмР

В случае двухполупериодного выпрямителя из уравнения. (10,5)

(10,15) Двухполупериодный Idc = 0,636 VmR

и из уравнения. (10,10)

(10,16) Двухполупериодный IL = 0,707 VmR

10.2.3.3 Коэффициент выпрямления

Коэффициент выпрямления, который является показателем качества для сравнения эффективности исправления, определяется как

(10,17) σ = PdcPL = VdcTdcVLIL

В случае полуволнового диодного выпрямителя коэффициент выпрямления можно определить, подставив уравнения(10.3), (10.13), (10.8) и (10.14) в уравнение. (10.17).

(10,18) Полуволна σ = (0,318 Вм) 2 (0,5 Вм) 2 = 40,5%

В случае двухполупериодного выпрямителя коэффициент выпрямления получается заменой уравнений. (10.5), (10.15), (10.10) и (10.16) в уравнение. (10.17).

(10,19) Двухполупериодный σ = (0,318 Вм) 2 (0,707 Вм) 2 = 81%

10.2.3.4 Форм-фактор

Форм-фактор (FF) определяется как отношение среднеквадратичного значение (нагревательная составляющая) напряжения или тока до его среднего значения,

(10.20) FF = VLVdc или ILIdc

В случае полуволнового выпрямителя, FF можно найти, подставив уравнения (10.8) и (10.3) в уравнение. (10.20).

(10.21) Полупериодный FF = 0,5 Vm0,318 Vm = 1,57

В случае двухполупериодного выпрямителя FF можно найти, подставив уравнения (10.16) и (10.15) в уравнение. (10.20).

(10,22) Полноволновой FF = 0,707 Вм 0,636 Вм = 1,11

10.2.3.5 Коэффициент пульсаций

Коэффициент пульсаций (RF), который является мерой содержания пульсаций, определяется как

(10.23) RF = VacVdc

, где V _ac — эффективное (среднеквадратичное) значение переменной составляющей напряжения нагрузки v _L.

Подставляя уравнение. (10.24) в уравнение. (10.23) RF может быть выражен как

(10.25) RF = (VLVdc) 2-1 = FF2-1

В случае полуволнового выпрямителя

(10.26) Полупериодный RF = 1,572- 1 = 1,21

В случае двухполупериодного выпрямителя

(10,27) Двухполупериодный RF = 1,112-1 = 0,482

10.2.3.6 Коэффициент использования трансформатора

Коэффициент использования трансформатора (TUF), который является мерой качества выпрямительной цепи, определяется как отношение выходной мощности постоянного тока к номинальной мощности трансформатора, требуемой в соответствии с требованиями вторичная обмотка,

(10,28) TUF = PdcVsIs = VdcIdcVsIs

, где В _с и I _с — это номинальные значения действующего напряжения и действующего тока вторичного трансформатора.

Действующее значение вторичного тока трансформатора I _с такое же, как у тока нагрузки I _L .Для однополупериодного выпрямителя I _s можно найти из уравнения. (10.14).

(10.30) Полупериодное Is = 0,5 ВмР

Для двухполупериодного выпрямителя I _с находится из уравнения. (10.16).

(10.31) Двухполупериодный Is = 0,707 ВмР

Следовательно, TUF полуволнового выпрямителя можно получить, подставив уравнения (10.3), (10.13), (10.29) и (10.30) в уравнение. (10.28).

(10,32) Полуволновое значение TUF = 0,31820,707 × 0,5 = 0,286

Плохое значение TUF полуволнового выпрямителя означает, что используемый трансформатор должен иметь коэффициент 3.Номинальная мощность 496 (1 / 0,286) ВА для обеспечения выходной мощности 1 Вт постоянного тока на нагрузку. Кроме того, вторичная обмотка трансформатора должна пропускать постоянный ток, который может вызвать насыщение магнитопровода. В результате однополупериодные выпрямители используются только тогда, когда потребность в токе невелика.

В случае двухполупериодного выпрямителя с трансформатором с центральным отводом, схему можно рассматривать как два полуволновых выпрямителя, работающих вместе. Следовательно, номинальная мощность вторичной обмотки трансформатора, В _с I _с , вдвое больше, чем у полуволнового выпрямителя, но выходная мощность постоянного тока увеличивается в четыре раза из-за более высокого коэффициента выпрямления, как показано Уравнения.(10.5) и (10.15). Следовательно, TUF двухполупериодного выпрямителя с трансформатором с центральным отводом можно найти из уравнения. (10,32)

(10,33) Full-wavw TUF = 4 × 0,31822 × 0,707 × 0,5 = 0,572

В случае мостового выпрямителя он имеет самый высокий TUF в схемах однофазного выпрямителя, потому что токи, протекающие в обоих первичная и вторичная обмотки представляют собой сплошные синусоиды. Подставляя уравнения. (10.5), (10.15), (10.29) и (10.31) в уравнение. (10.28) можно найти TUF мостового выпрямителя.

(10,34) Мост TUF = 0,6362 (0,707) 2 = 0,81

Номинальная мощность двухполупериодного выпрямителя в первичной обмотке трансформатора равна номинальной мощности мостового выпрямителя, поскольку ток, протекающий в первичной обмотке, также является непрерывным синусоидальным колебанием.

Однофазный полуволновой управляемый выпрямитель

, как следует из названия, представляет собой схему выпрямителя, которая преобразует входной переменный ток в выход постоянного тока только в течение положительного полупериода входного питания переменного тока. Слово «управляемый» означает, что мы можем изменить начальную точку тока нагрузки, контролируя угол зажигания SCR.Эти слова могут показаться слишком техническими. Но срабатывание SCR просто означает, что SCR включается в определенный момент времени, когда он смещен вперед.

Однофазная полуволновая схема управляемого выпрямителя:

Схема однофазного полуволнового управляемого выпрямителя состоит из тиристора / тиристора, источника переменного напряжения и нагрузки. Нагрузка может быть чисто резистивной, индуктивной или сочетанием сопротивления и индуктивности. Для простоты будем рассматривать резистивную нагрузку. Простая принципиальная схема однофазного полуволнового управляемого выпрямителя показана на рисунке ниже.

В ₀ = Выходное напряжение нагрузки

i ₀ = Ток нагрузки

В _T = Напряжение на тиристоре T

При обсуждении управляемого выпрямителя необходимо учитывать следующие моменты:

Необходимым условием для включения SCR является то, что он должен быть смещен в прямом направлении и должен быть подан стробирующий сигнал. Другими словами, SCR будет включаться только тогда, когда он смещен вперед и запускается или закрывается.
SCR отключается только тогда, когда ток через него достигает значения ниже удерживающего тока, а обратное напряжение применяется в течение периода времени, превышающего время выключения SCR.

Что ж, давайте продолжим, имея в виду вышеизложенное. Предположим, что тиристор Т срабатывает при угле зажигания α. Это означает, что когда wt = α, сигнал затвора будет подан и тиристор начнет проводить. См. Рисунок ниже.

Тиристор Т смещен в прямом направлении на положительный полупериод напряжения питания. Выходное напряжение нагрузки равно нулю до срабатывания тринистора. Как только SCR запускается под углом α, SCR начинает проводить. Но как только напряжение питания станет равным нулю при ωt = π, ток нагрузки станет равным нулю, а после ωt = π SCR будет смещен в обратном направлении.Таким образом, тиристор T выключится при ωt = π и останется в выключенном состоянии до тех пор, пока он снова не сработает при ωt = (2π + α).

Следовательно, выходное напряжение и ток нагрузки для одного полного цикла входного напряжения питания можно записать как

v ₀ = V _м Sinωt для α≤ωt≤ π

i ₀ = V _м Sinωt / R для α≤ωt≤ π

Расчет среднего выходного напряжения нагрузки:

Как известно, среднее значение любой функции f (x) cab можно вычислить по формуле

Давайте теперь вычислим среднее значение выходного напряжения для однофазного полуволнового управляемого выпрямителя.

Из выражения среднего выходного напряжения видно, что, изменяя угол зажигания α, мы можем изменить среднее выходное напряжение. Среднее выходное напряжение является максимальным при нулевом угле зажигания и минимальным при угле зажигания α = π. По этой причине он называется выпрямителем с фазовым управлением.

Средний ток нагрузки для однофазного полуволнового выпрямителя можно легко рассчитать, разделив среднее выходное напряжение нагрузки на сопротивление нагрузки R.

Теперь вычислим среднеквадратичное значение напряжения нагрузки.

Действующее значение тока нагрузки можно рассчитать, разделив действующее значение напряжения нагрузки на сопротивление R. Это означает, что

RMS ток нагрузки I _0rms = RMS напряжение нагрузки / R

Входной вольт-ампер можно рассчитать как

Входной вольт-ампер

= действующее значение напряжения питания x действующее значение тока нагрузки

= V _с xI _{0 среднекв.}

Однофазный полуволновой выпрямитель

— принципиальная схема, теория и применение

Выпрямитель — это устройство, преобразующее переменный ток (AC) в постоянный (DC).Переменный ток периодически меняет свое направление, тогда как постоянный ток периодически не меняет свое направление.

Полупериодный выпрямитель пропускает один полупериод переменного тока и блокирует другой полупериод. Таким образом, в одном полном цикле формы волны переменного тока проходит полупериод. В полуволновом выпрямителе для преобразования переменного тока используется только один диод. в DC.

Основной частью полуволнового выпрямителя является диод. Диод проводит, если анодное напряжение больше, чем напряжение включения диода.Напряжение включения кремниевого и германиевого диодов составляет 0,7 и 0,3 В соответственно. Если анодное напряжение превышает 0,7 В, диод начинает проводить ток. В силовой электронике обычно используются кремниевые диоды, поскольку они имеют низкое значение прямого сопротивления, которое делает их пригодными для передачи высокого прямого тока.

Схема однополупериодного выпрямителя состоит из трех основных частей.

Напряжение подается на первичную обмотку трансформатора. Низкое напряжение индуцируется во вторичной обмотке трансформатора в соответствии с соотношением витков трансформатора.Напряжение снижается, чтобы получить желаемое постоянное напряжение. Упрощенная эквивалентная вторичная цепь выпрямителя показана ниже.

Во время положительного полупериода сигнала переменного тока напряжение на аноде диода больше, чем его напряжение включения, и диод становится смещенным в прямом направлении и начинает проводить. Таким образом, в положительном полупериоде диод остается в проводящем состоянии, и ток течет через диод. Диод имеет очень низкое прямое сопротивление в состоянии прямого смещения, и его можно рассматривать как короткое замыкание, учитывая нулевое прямое сопротивление.

Диод перестает проводить, когда форма волны переменного тока пересекает ноль и приближается к отрицательному полупериоду. Во время отрицательного полупериода диод смещен в обратном направлении, и ток через диод не протекает. Во время отрицательного полупериода диод разомкнут, а эквивалентная схема выпрямителя приведена ниже.

Во время отрицательного полупериода обратное сопротивление диода очень велико, и он действует как разомкнутая цепь, и диод не пропускает ток через него.

Формулы однофазного полуволнового выпрямителя

Теперь мы обсудим различные формулы однополупериодного выпрямителя для оценки его характеристик.

Среднее значение или значение постоянного тока однофазного полуволнового выпрямителя

Средний или эффективный выход постоянного тока полуволнового выпрямителя можно определить, взяв среднее значение выходного напряжения постоянного тока. Мгновенное значение тока на выходе выпрямителя i = I _м Sinωt. Средний ток нагрузки через сопротивление нагрузки равен:

Среднеквадратичное значение полуволнового выпрямителя

Для однополупериодного выпрямителя действующий ток нагрузки (Irms) равен среднему току (IDC), кратному π / 2.Следовательно, действующее значение тока нагрузки (Irms) для полуволнового выпрямителя составляет:

Коэффициент пульсации полуволнового выпрямителя

Коэффициент пульсации показывает эффективность выпрямления. На выходе выпрямленного постоянного тока также есть переменная составляющая. Переменная составляющая нежелательна на выходе выпрямленного постоянного тока, а переменная составляющая, имеющаяся в выпрямленном постоянном токе, называется пульсацией. Практически невозможно устранить составляющую переменного тока на выходе выпрямленного постоянного тока.Однако меньшая пульсация выпрямленного сигнала делает выходной постоянный ток более плавным.

Коэффициент пульсаций определяется как отношение имеющейся составляющей переменного тока на выходе выпрямителя к среднему значению на выходе постоянного тока.

Коэффициент пульсации полуволнового выпрямителя можно выразить следующим математическим выражением.

Коэффициент пульсаций полуволнового выпрямителя составляет 1,21. Коэффициент пульсации можно снизить, установив конденсатор и индуктор в качестве цепи фильтра.

Форм-фактор полуволнового выпрямителя

Отношение среднеквадратичного значения и среднего значения известно как форм-фактор.

КПД полуволнового выпрямителя

Соотношение между выходной мощностью постоянного тока и входной мощностью переменного тока называется эффективностью выпрямителя. Формула КПД равна:

КПД однополупериодного выпрямителя равен 40,6%.

Пиковое обратное напряжение полуволнового выпрямителя

Пиковое обратное напряжение диода — это максимальное напряжение, которое диод может выдержать в условиях обратного смещения.Если приложено напряжение выше пикового обратного напряжения (PIV), диод может выйти из строя.

Применение полуволнового диодного выпрямителя

Выпрямление мощности: Полупериодный выпрямитель используется для выпрямления переменного тока и получения постоянного напряжения.
Демодуляция сигнала: В процессе демодуляции сигнал восстанавливается. Полуволновой выпрямитель широко используется для демодуляции модулированных сигналов.
Детектор пикового сигнала: Простой полуволновой диодный детектор может использоваться в качестве пикового детектора, обнаруживающего пик входящей формы волны.

Преимущества полуволнового выпрямителя

Полупериодный выпрямитель очень прост по конструкции. Полупериодный выпрямитель состоит из очень небольшого количества компонентов.

Нижнее количество деталей
Дешевле

Недостатки полуволнового выпрямителя

Недостатками однополупериодного выпрямителя являются:

Выпрямляется только полуволна переменного тока, а другой полупериод теряется.Поэтому его КПД очень низкий (40%).
Низкое выходное напряжение постоянного тока.
Выходной постоянный ток содержит больше пульсаций, и поэтому выходной сигнал не является чисто постоянным током.

Решенные проблемы однофазного полуволнового выпрямителя

Входная мощность, подаваемая на однополупериодный выпрямитель, составляет 200 Вт. Выходная мощность постоянного тока выпрямителя составляет 80 Вт. Каков КПД выпрямителя?

Эффективность выпрямления = Pout / Pin x 100
= 80/200 x100
= 40%

Источник переменного тока v = 60 Sin ω3 однополупериодный выпрямитель.Внутреннее сопротивление диода ( r _f ) составляет 20 Ом , а сопротивление нагрузки составляет 600 Ом. Рассчитать — (1) Входная мощность переменного тока (2) Выходная мощность постоянного тока (3) Эффективность выпрямления

Источник переменного тока 230 В подается на понижающий трансформатор 230/15 В, вторичная обмотка которого подключена к однополупериодному выпрямителю.Найдите (1) выходное напряжение постоянного тока (2) PIV диода.

Похожие сообщения

Microsoft Word — РУКОВОДСТВО ПО ЛАБОРАТОРИИ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ.doc
% PDF-1.5 % 1 0 объект > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 obj > эндобдж 5 0 obj > транслировать конечный поток эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > эндобдж 21 0 объект > эндобдж 22 0 объект > эндобдж 23 0 объект > эндобдж 24 0 объект > эндобдж 25 0 объект > эндобдж 26 0 объект > эндобдж 27 0 объект > эндобдж 28 0 объект > эндобдж 29 0 объект > эндобдж 30 0 объект > эндобдж 31 0 объект > эндобдж 32 0 объект > эндобдж 33 0 объект > эндобдж 34 0 объект > эндобдж 35 0 объект > эндобдж 36 0 объект > эндобдж 37 0 объект > эндобдж 38 0 объект > эндобдж 39 0 объект > эндобдж 40 0 объект > эндобдж 41 0 объект > эндобдж 42 0 объект > эндобдж 43 0 объект > эндобдж 44 0 объект > эндобдж 45 0 объект > эндобдж 46 0 объект > эндобдж 47 0 объект > эндобдж 48 0 объект > эндобдж 49 0 объект > эндобдж 50 0 объект > эндобдж 51 0 объект > эндобдж 52 0 объект > эндобдж 53 0 объект > эндобдж 54 0 объект > эндобдж 55 0 объект > эндобдж 56 0 объект > эндобдж 57 0 объект > эндобдж 58 0 объект > эндобдж 59 0 объект > эндобдж 60 0 объект > эндобдж 61 0 объект > эндобдж 62 0 объект > эндобдж 63 0 объект > эндобдж 64 0 объект > эндобдж 65 0 объект > эндобдж 66 0 объект > эндобдж 67 0 объект > эндобдж 68 0 объект > эндобдж 69 0 объект > эндобдж 70 0 объект > эндобдж 71 0 объект > эндобдж 72 0 объект > эндобдж 73 0 объект > эндобдж 74 0 объект > эндобдж 75 0 объект > эндобдж 76 0 объект > эндобдж 77 0 объект > эндобдж 78 0 объект > эндобдж 79 0 объект > эндобдж 80 0 объект > эндобдж 81 0 объект > эндобдж 82 0 объект > эндобдж 83 0 объект > эндобдж 84 0 объект > эндобдж 85 0 объект > эндобдж 86 0 объект > эндобдж 87 0 объект > эндобдж 88 0 объект > эндобдж 89 0 объект > эндобдж 90 0 объект > эндобдж 91 0 объект > эндобдж 92 0 объект > эндобдж 93 0 объект > эндобдж 94 0 объект > эндобдж 95 0 объект > эндобдж 96 0 объект > эндобдж 97 0 объект > эндобдж 98 0 объект > эндобдж 99 0 объект > эндобдж 100 0 объект > эндобдж 101 0 объект > эндобдж 102 0 объект > эндобдж 103 0 объект > эндобдж 104 0 объект > эндобдж 105 0 объект > эндобдж 106 0 объект > эндобдж 107 0 объект > эндобдж 108 0 объект > эндобдж 109 0 объект > эндобдж 110 0 объект > эндобдж 111 0 объект > эндобдж 112 0 объект > эндобдж 113 0 объект > эндобдж 114 0 объект > эндобдж 115 0 объект > эндобдж 116 0 объект > эндобдж 117 0 объект > эндобдж 118 0 объект > эндобдж 119 0 объект > эндобдж 120 0 объект > эндобдж 121 0 объект > эндобдж 122 0 объект > эндобдж 123 0 объект > эндобдж 124 0 объект > эндобдж 125 0 объект > эндобдж 126 0 объект > эндобдж 127 0 объект > эндобдж 128 0 объект > эндобдж 129 0 объект > эндобдж 130 0 объект > эндобдж 131 0 объект > эндобдж 132 0 объект > эндобдж 133 0 объект > эндобдж 134 0 объект > эндобдж 135 0 объект > эндобдж 136 0 объект > эндобдж 137 0 объект > эндобдж 138 0 объект > эндобдж 139 0 объект > эндобдж 140 0 объект > эндобдж 141 0 объект > эндобдж 142 0 объект > эндобдж 143 0 объект > эндобдж 144 0 объект > эндобдж 145 0 объект > эндобдж 146 0 объект > эндобдж 147 0 объект > эндобдж 148 0 объект > эндобдж 149 0 объект > эндобдж 150 0 объект > эндобдж 151 0 объект > эндобдж 152 0 объект > эндобдж 153 0 объект > эндобдж 154 0 объект > эндобдж 155 0 объект > эндобдж 156 0 объект > эндобдж 157 0 объект > эндобдж 158 0 объект > эндобдж 159 0 объект > эндобдж 160 0 объект > эндобдж 161 0 объект > эндобдж 162 0 объект > эндобдж 163 0 объект > эндобдж 164 0 объект > эндобдж 165 0 объект > эндобдж 166 0 объект > эндобдж 167 0 объект > эндобдж 168 0 объект > эндобдж 169 0 объект > эндобдж 170 0 объект > эндобдж 171 0 объект > эндобдж 172 0 объект > эндобдж 173 0 объект > эндобдж 174 0 объект > эндобдж 175 0 объект > эндобдж 176 0 объект > эндобдж 177 0 объект > эндобдж 178 0 объект > эндобдж 179 0 объект > эндобдж 180 0 объект > эндобдж 181 0 объект > эндобдж 182 0 объект > эндобдж 183 0 объект > эндобдж 184 0 объект > эндобдж 185 0 объект > эндобдж 186 0 объект > эндобдж 187 0 объект > эндобдж 188 0 объект > эндобдж 189 0 объект > эндобдж 190 0 объект > эндобдж 191 0 объект > эндобдж 192 0 объект > эндобдж 193 0 объект > эндобдж 194 0 объект > эндобдж 195 0 объект > эндобдж 196 0 объект > эндобдж 197 0 объект > эндобдж 198 0 объект > эндобдж 199 0 объект > эндобдж 200 0 объект > эндобдж 201 0 объект > эндобдж 202 0 объект > эндобдж 203 0 объект > эндобдж 204 0 объект > эндобдж 205 0 объект > эндобдж 206 0 объект > эндобдж 207 0 объект > эндобдж 208 0 объект > эндобдж 209 0 объект > эндобдж 210 0 объект > эндобдж 211 0 объект > эндобдж 212 0 объект > эндобдж 213 0 объект > эндобдж 214 0 объект > эндобдж 215 0 объект > эндобдж 216 0 объект > эндобдж 217 0 объект > эндобдж 218 0 объект > эндобдж 219 0 объект > эндобдж 220 0 объект > эндобдж 221 0 объект > эндобдж 222 0 объект > эндобдж 223 0 объект > эндобдж 224 0 объект > эндобдж 225 0 объект > эндобдж 226 0 объект > эндобдж 227 0 объект > эндобдж 228 0 объект > эндобдж 229 0 объект > эндобдж 230 0 объект > эндобдж 231 0 объект > эндобдж 232 0 объект > эндобдж 233 0 объект > эндобдж 234 0 объект > эндобдж 235 0 объект > эндобдж 236 0 объект > эндобдж 237 0 объект > эндобдж 238 0 объект > эндобдж 239 0 объект > эндобдж 240 0 объект > эндобдж 241 0 объект > эндобдж 242 0 объект > эндобдж 243 0 объект > эндобдж 244 0 объект > эндобдж 245 0 объект > эндобдж 246 0 объект > эндобдж 247 0 объект > эндобдж 248 0 объект > транслировать
Microsoft Word — РУКОВОДСТВО ПО ЛАБОРАТОРИИ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ.> D; & ҍ # 7 \ e ~ W9 yU? ۧ & ɡ0 {4 «ێ EQ5v ٜˆ yV0W» $? 1
Полуволновой управляемый выпрямитель — с резистивной, индуктивной нагрузкой и обратным диодом
Управляемые выпрямители или преобразователи, как обычно называемые, широко классифицируются на полностью контролируемые и полууправляемые типы. Полностью управляемый или двухквадрантный тип использует тиристоры в качестве выпрямительных устройств. Постоянный ток является однонаправленным, но постоянное напряжение может иметь любую полярность. При одной полярности поток энергии идет от источника переменного тока к нагрузке постоянного тока, это называется выпрямлением.При изменении напряжения постоянного тока нагрузкой поток энергии идет от источника постоянного тока к источнику переменного тока; этот процесс называется инверсией. В этой статье мы обсудим полуволновые управляемые выпрямители.
Выпрямители с полуволновым управлением
с резистивной нагрузкой
На рис. 1 (а) показана схема полуволнового управляемого выпрямителя с резистивной нагрузкой. Во время положительного полупериода напряжения питания тиристор смещен в прямом направлении и будет проводить, если на затвор будет подан триггер.Если SCR включается в момент t _ω, течет ток нагрузки, и выходное напряжение В, _O будет таким же, как входное напряжение. В момент времени t = π ток естественным образом падает до нуля, поскольку тиристор имеет обратное смещение. Во время отрицательного полупериода тиристор блокирует прохождение тока, и на нагрузку не подается напряжение. SCR остается выключенным до тех пор, пока стробирующий сигнал не будет снова применен в ( t _O + 2π ). Период от 0 до t _O на Рисунке 1 (b) представляет время в положительном полупериоде, когда SCR выключен.Этот угол (измеряемый в градусах) называется углом открытия или углом задержки (α). SCR проводит от т _O до π ; этот угол называется углом проводимости (θ).
Среднее или постоянное значение напряжения нагрузки равно
.
В _{O (средн.)} = (В _м (1 + cos α)) / 2π ………….. Уравнение 1
Рисунок 1: Полупериодный управляемый выпрямитель (a), схема (b), формы сигналов напряжения и тока
Где
В _м = максимальное значение напряжения источника переменного тока =
.
В _S = действующее значение напряжения источника переменного тока
Аналогично, средний выходной ток
Эти уравнения говорят нам, что величина выходного напряжения контролируется углом зажигания. Увеличение α путем срабатывания тринистора позже в цикле снижает напряжение, и наоборот. Максимальное выходное напряжение, В _до = В _м/ π , возникает, когда α = 0 ^O _. Это то же напряжение, что и для схемы на полуволновом диоде. Следовательно, если SCR срабатывает при α = 0 ^O , схема действует как диодный выпрямитель.
Нормальное среднее напряжение
В _n как функция от α известна как характеристика управления выпрямителя и показана на рисунке 2.
Управляющая характеристика для однополупериодного выпрямителя
С индуктивной ( R _L ) нагрузкой
Однополупериодный выпрямитель с нагрузкой, состоящей из R и L, показан на рисунке 3 (а).если SCR срабатывает при угле включения α, ток нагрузки увеличивается медленно, поскольку индуктивность в нагрузке заставляет ток отставать от напряжения. Напряжение на нагрузке ( В, _,, ) положительное, а индуктор, накапливающий энергию, имеет обратное смещение. Однако энергия, запасенная в магнитном поле индуктора, возвращается и поддерживает ток прямого затухания через нагрузку. Ток продолжает течь до β (называемого углом опережения), когда SCR выключится.
Рис. 3. Полупериодный выпрямитель с нагрузкой RL (a), схема (b), формы сигналов для напряжения и тока
Напряжение на катушке индуктивности затем меняет полярность, и напряжение на нагрузке становится отрицательным. В результате среднее выходное напряжение становится меньше, чем было бы при чисто резистивной нагрузке. Формы сигналов для выходного напряжения и тока показаны на рисунке 3 (b), они содержат значительное количество пульсаций.
.
Среднее напряжение нагрузки равно
В _{O (средн.)} = (В _м (cos α — cos β)) / 2π
с диодом свободного хода
Чтобы отсечь отрицательную часть мгновенного выходного напряжения и сгладить пульсации выходного тока, используется диод свободного хода, как показано на рисунке 4.Когда напряжение нагрузки стремится к обратному, FWD смещается в прямом направлении и включается. Затем SCR становится смещенным в обратном направлении и выключается. Следовательно, ток, который протекал от источника к нагрузке через тиристор, теперь свободно течет между нагрузкой и диодом.
Рис. 4. Нагрузка RL со схемой FWD (a) (b), формы сигналов
Обратите внимание, что ток продолжает течь в нагрузке после выключения SCR из-за энергии, накопленной в катушке индуктивности. Выходное напряжение такое же, как в цепи с резистивной нагрузкой.Среднее значение выходного напряжения снова дается уравнением 1.
Проект схемы полуволнового выпрямителя [однофазный]
Привет. Я надеюсь, вы хорошо проводите время. В этом посте я собираюсь поделиться своими знаниями о том, как спроектировать схему полуволнового выпрямителя. Схема выпрямителя однофазная и неуправляемая, то есть на диодной основе.
Я не собираюсь вдаваться в общую теорию, я расскажу, как ее спроектировать, как увидеть форму волны на входе и выходе с точки зрения теоремы Фурье, как рассчитать нагрузку, как выбрать правильный диод, каково фактическое значение КПД выпрямителя.В общем, много интересного для изучения.
Надеюсь, вам это понравится, и вы дойдете до конца.
Схема полуволнового выпрямителя
Многие люди думают, что схема выпрямителя преобразует переменный ток в постоянный, и это правильно. Но я лично считаю, что любой разнонаправленный сигнал с большей вероятностью превратится в однонаправленный.
Например, в случае преобразования переменного тока в постоянный, переменный ток является двухсторонним, т.е. он имеет положительный пик, а также отрицательный пик, выпрямитель удаляет положительную или отрицательную часть, делая его однонаправленным сигналом, называемым пульсирующим постоянным током (положительным или отрицательным). .
Итак, в общем, мы можем согласиться с изложенным мной определением. И, пожалуйста, не ограничивайте переменный ток только синусоидальной формой волны, он может быть треугольным или квадратным в зависимости от приложения.
Теперь посмотрим, как выглядит схема однополупериодного выпрямителя, и попробуем узнать о ней побольше.
Видите ли, это очень простая схема. В нем есть диод, конденсатор, действующий как фильтр, и резистор, представляющий вашу нагрузку. Не обращая внимания на фильтр, мы оставили две конфигурации диода, либо у нас может быть контакт анода диода, подключенный к входу переменного тока, либо к нагрузке.В первом случае у нас будет заблокирован отрицательный пик, в то время как во втором случае у нас будет заблокирован положительный пик.
На изображении выше я использую анод диода, подключенный к источнику переменного тока, и блокирую отрицательную часть. И когда вы переворачиваете диод, выход становится инвертированным. Очень здорово попробовать самому. Кстати, для этого поста я использую Multisim Student Edition. Мне нравится Multisim, но вы можете попробовать его в любом программном обеспечении для моделирования.
Схема полуволнового выпрямителя
Проектирование схемы означает не только то, что вы должны знать, как рассчитать значения каждого компонента.Проектирование начинается, когда вы получаете уверенность в том, что эта схема, которую вы собираетесь спроектировать, является правильным вариантом для настоящего приложения. Таким образом, среди многих других вопросов вам необходимо ответить, насколько эффективен дизайн для моего текущего приложения?
Говоря об эффективности, вы можете ясно видеть, что она должна быть ниже 50%, так как половина отрицательной части заблокирована. Вычитая потери самого выпрямителя, схема полуволнового выпрямителя дает КПД 40,6%, что, по моему мнению, не очень хорошо.
Но схема слишком проста и рентабельна, чтобы использовать ее во многих приложениях, особенно в игрушках, для связи в качестве пикового детектора, радиоприемников, триммеров для бороды и припоев для железа.
Теперь займемся дизайном. Это очень простая схема и увлекательная в дизайне. Подождите, думаю, я могу добавить сюда еще кое-что. Вы видите, что выходное напряжение однонаправлено, но вы не можете сказать, какое это значение постоянного тока. DC обычно является постоянным значением, что неверно в нашем случае. Чтобы решить эту проблему, мы воспользуемся средним значением постоянного тока.
Сфокусируйтесь на следующем изображении (Источник: electric4u)
Для вычисления среднего значения постоянного тока мы будем использовать ряд Фурье. Забудьте о терминах cos и sin, просто сфокусировавшись на его термине DC. Выходное напряжение представляет собой синусоидальную волну с периодом времени 2Pi. С этой информацией позвольте решить это с помощью ряда Фурье.
Последнее уравнение показывает среднее выходное напряжение. Vo — пиковое напряжение переменного тока на входе диода.Интегральное значение устанавливается от 0 до Pi, потому что от периода Pi до 2Pi сигнал равен нулю, что означает, что нет необходимости его вычислять.
Аналогично, выходной ток находится в фазе с напряжением и может быть вычислен путем деления выходного напряжения на сопротивление нагрузки.
У нас есть выходная мощность постоянного тока и входная мощность переменного тока, почему бы не рассчитать ее эффективность. Эффективность выпрямителя — это отношение выходной мощности постоянного тока к входной мощности переменного тока.
Думаю, я поделился тем, что знаю по этой теме, давайте перейдем к этапу разработки полуволнового выпрямителя.
Шаг 1: Расчет нагрузки
Первое и самое важное — это оценить вашу нагрузку, то есть для какого типа нагрузки вы должны спроектировать полуволновой выпрямитель. Это можно сделать следующим образом.
Используя закон Ома, вы знаете, какое рабочее напряжение и ток имеет ваше устройство, и рассчитайте значение сопротивления. Это значение сопротивления является вашим расчетным напряжением.
Если вам дана мощность в ваттах и напряжении, то, используя следующее уравнение мощности, вы можете рассчитать необходимое значение сопротивления.
Если вам дана мощность в ваттах и токе, то, используя следующее уравнение мощности, вы можете рассчитать необходимое значение сопротивления.
Иногда, если невозможно теоретически рассчитать вашу нагрузку, может оказаться полезным приблизительное, но обучающее предположение. Но это очень редкий случай, когда закон Ома работает почти в любой ситуации.
Шаг 2: Выбор правильного диода
Обычно люди ограничивают схему однополупериодного выпрямителя только линейным источником питания, что не является хорошей идеей.В указанном источнике питания частота меньше 100 Гц, но в импульсном источнике питания вы используете ту же схему, но на этот раз вы имеете дело с частотой в килогерцах.
Я хочу прояснить, что обработка частоты должна быть первым, на что вы должны обращать внимание при выборе правильного диода для своей схемы.
Следующее — это мощность. Всегда выбирайте диод, совместимый с требуемой номинальной мощностью.
Позвольте мне рассказать вам кое-что интересное: на диоде всегда будет определенное падение напряжения i.е в случае кремниевого диода — 0,7 В. Итак, найдите ток в таблице и сравните его с током нагрузки. Этот ток должен быть как минимум на 20% больше тока нагрузки.
Далее идет пиковое обратное напряжение, номинальные значения PIV. Вы знаете, что падение напряжения не является проблемой, когда диод имеет прямое смещение, а ток. Но при обратном смещении обратное напряжение имеет значение.
Наилучшая практика заключается в том, что значение пикового обратного напряжения диода, указанное в таблице, должно как минимум на 20% превышать ожидаемое обратное напряжение в цепи через него.
Шаг 3. Фильтр выходного конденсатора
Формируйте Pi, чтобы на периоде 2Pi не было выходного напряжения, что равносильно отключению подключенного к нему устройства. Иногда это хорошо, но не всегда требуется. Ситуация, когда это не подходит, — это, конечно, блок питания. Чтобы восполнить этот пробел, вводится конденсатор.
Емкость конденсатора не должна быть намного выше или намного меньше, она должна быть промежуточной величиной. Большое значение приводит к медленной зарядке и разрядке и, наоборот, к небольшому значению.
Номинальное напряжение должно быть как минимум на 20% больше, чем пиковое выходное напряжение.
Шаг 4: Тестирование расчетной схемы
Когда вы закончите процесс проектирования, пришло время протестировать вашу схему. Это можно сделать с помощью мультиметра или осциллографа. Я выберу осциллографы, потому что они дают вам возможность провести более глубокий анализ. Вы можете подтвердить свой результат с помощью мультиметра, но для анализа неисправностей вам понадобится осциллограф.
Теперь, когда вы теоретически рассчитали среднее значение постоянного тока, подключите мультиметр к выходным клеммам схемы.Посмотрите, дает ли мультиметр точное значение с допуском от 1 до 5%, поздравляю, вы просто сделали отличный дизайн.
Если допуск больше указанного, попробуйте оптимизировать номинал конденсатора или, возможно, вы сделали что-то не так. И позвольте мне сказать, вы будете делать ошибки, но это очень хорошо. Я тоже на своем пути сделал много ошибок. Итак, ошибки — это часть обучения, получайте удовольствие, извлекайте уроки из этого.
Пример конструкции схемы полуволнового выпрямителя
Нам дана нагрузка мощностью 0 ватт.2 Вт и номинальное напряжение 5 В. Постановка проблемы заключается в том, что нам нужно разработать полуволновой выпрямитель для питания устройства от сети переменного тока, то есть 220 В.
Решение:
Расчет нагрузки
Рассчитайте нагрузку по следующей формуле:
это 125 Ом, что является очень низким сопротивлением.
Выбор диода
Входное напряжение переменного тока составляет 220 В при 50 Гц, которое необходимо понизить до 6 В переменного тока с помощью трансформатора.Напряжение вторичной обмотки трансформатора составляет 6 В среднеквадратического значения с пиковым значением 8,5 В. Таким образом, PIV необходимого диода должен быть не менее 12 В.
Мы можем работать с любым прямым напряжением, просто нужно знать ток, который будет проходить через него во включенном состоянии. Этот ток и ток нагрузки одинаковы, поэтому по заданным параметрам нагрузки легко рассчитать прямой ток диода, используя следующее уравнение.
R составляет 125 Ом, а мощность — 0,2 Вт. Выполнив простые вычисления, мы получим текущее значение 40 мА.Теперь у нас есть все необходимое для правильного выбора диода. Следующее, что нужно сделать, это зайти на любой веб-сайт поставщика электроники, такой как Digikey, и поискать стандартный выпрямительный диод. Используя фильтры, вы получите идеальное решение.
Расчет фильтра конденсатора
Это может быть сложно, и нужно попробовать и потерпеть неудачу. Иногда вы выбираете значение, которое работает с некоторыми нагрузками, но не работает с другими нагрузками или когда параметр нагрузки изменяется в зависимости от температуры или других возможных условий.Старайтесь не выбирать очень большое значение, потому что это будет очень дорого, а также опасно, если вы новичок в электронике.
Используйте следующую формулу, чтобы определить номинал конденсатора.
В нашем случае Io составляет 40 мА, а Vo — 5 В. Используя простую математику, мы получили бы емкость конденсатора 2,547E-5. Ближайшее стандартное значение составляет 0,22 мкФ, поэтому мы будем использовать указанное стандартное значение. Всегда придерживайтесь стандартных значений, так как почти каждая производственная компания производит конденсаторы с такими характеристиками, и они легко доступны в местных магазинах электроники или в Интернете.
Заключительные слова о схемах однополупериодного выпрямителя
A Выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный. Есть два типа выпрямителей: полуволновые и полнополупериодные. Первая, интересующая нас тема, разрешает только одну часть входного переменного тока и блокирует другую.
В этом посте представлена процедура проектирования, с помощью которой вы сможете спроектировать схему однополупериодного выпрямителя.
Когда вы закончили расчет компонентов. Самая сложная часть заключается в том, что такого значения почти не существует, т.е.Вы рассчитали емкость конденсатора, но в итоге получается нестандартное значение. Это происходит часто, поэтому не волнуйтесь, выбирайте компонент с точным приближением.
Да, это все, что у меня есть для вас о конструкции схемы однополупериодного выпрямителя. Надеюсь, вы кое-что узнали.
Большое спасибо за чтение и хорошей жизни.
Прочие полезные сообщения
Полуволновой выпрямитель и приложения
Выпрямитель может быть простым диодом или группой диодов, которые преобразуют 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, мы можем сказать, что он преобразует положительный полупериод синусоидальной волны на входе в пульсирующий выходной сигнал постоянного тока, хотя преобразование положительного или отрицательного цикла 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. 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, на вторичной обмотке получается низкое напряжение, которое подается на диод.
Диод будет в режиме прямого смещения в течение положительного полупериода переменного напряжения, поэтому 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.

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 однополупериодного 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 у нас все еще остается некоторая составляющая переменного тока, которая пульсирует форму волны постоянного тока.Этот нежелательный компонент переменного тока называется пульсацией.

Коэффициент пульсации

(обозначенный знаком «») используется для количественной оценки качества преобразования переменного напряжения в постоянное. Коэффициент пульсаций 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 _{постоянного тока}) ² — 1]

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

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

КПД полуволнового выпрямителя

КПД 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%)

Среднеквадратичное значение полуволнового выпрямителя

Чтобы найти действующее 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 _m sinwt = (I _m / 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 _{постоянного тока}, умноженному на π / 2. Таким образом, I _rms = I _m/4

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

Пиковое обратное напряжение полуволнового выпрямителя

Это максимальное напряжение, которое диод может выдержать в условиях обратного смещения. Если приложить напряжение больше PIV, диод выйдет из строя.

Форм-фактор полуволнового выпрямителя

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

F.F = среднеквадратичное значение / среднее значение

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

Выходное напряжение постоянного тока

Выходное напряжение (_{В постоянного тока,}) 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 синусоидального входного сигнала, заданного ему, 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 он все еще содержит много пульсаций (то есть 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 тратится впустую, а на выходе пульсирует постоянный ток, что приводит к чрезмерной пульсации.

Некоторые из применений 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 преобразовать источник питания переменного тока в постоянный.Мостовые выпрямители широко используются в крупных бытовых приборах, 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 цепях запуска 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 полуволновой (диодный) выпрямитель используется для преобразования трехфазного переменного тока в постоянный. Поскольку диоды здесь используются в качестве переключателей, следовательно, они являются неконтролируемыми переключателями, это 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 приведенной выше формы волны, 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 при 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 выражено как

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

А коэффициент пульсации напряжения равен

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

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

Однофазный однополупериодный выпрямитель: Выпрямители: Однофазный однополупериодный выпрямитель — Club155.ru

Выпрямители: Однофазный однополупериодный выпрямитель — Club155.ru

принцип работы, схемы и т.д.

Принцип действия однополупериодного выпрямителя

Однофазный однополупериодный выпрямитель.

1. Однофазный однополупериодный выпрямитель

2. вертикально-фазовое управления

3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой Ld = 0 α=0

4.

5. Однофазный мостовой выпрямитель

6. Трехфазный мостовой выпрямитель (см. модель)

7. Трехфазный двухмостовой выпрямитель с последовательным соединением мостов

8. Однополупериодный инвертор

9. Автономные инверторы

10. Инверторы тока и напряжения

11. Параллельный инвертор тока

12. Последовательный инвертор тока

13. Способы улучшения выходного напряжения инверторов и преобразователей частоты

14. Ряд Фурье

15. Влияние несинусоидальности напряжения на потребителей

16. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ РЕЗОНАНСНЫЕ ЗВЕНЬЯ

19. Суммирование напряжений одинаковых частот

20. Суммирование напряжений разных частот

21. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

22. Режимы работы насоса

23. Оценка потребляемой мощности при регулировании частоты вращения

24. Изменение КПД насосного агрегата

25. Частотно регулируемый электропривод

26. Скалярное частотное управление

27. Преобразователи с непосредственной связью

28. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ

29. Преобразователи с явно выраженным звеном постоянного тока на тиристорах

30. Изменение частоты и амплитуды

31. Структура преобразователя частоты

32. Двухтрансформаторная схема высоковольтного преобразователя частоты

33. Преобразователь частоты высоковольтный многоуровневый «Электротекс»

34. Распределение напряжений преобразователя частоты высоковольтного многоуровневого Электротекс

35. Основные технические данные и характеристики EK-AV6-1,2-AF-I6-УХЛ4

36.

37. Структурная схема системы управления ПЧ

38. Широтно-импульсная модуляция напряжения в преобразователях частоты (2)

Исследование однофазных выпрямителей в среде Multisim. Однофазный однополупериодный выпрямитель

Однополупериодный выпрямитель.

Электроника Однополупериодный выпрямитель.

Читайте также

Что используют в качестве выпрямителя. Что получается после выпрямления

Смотреть что такое «Выпрямитель тока» в других словарях:

Однополупериодный выпрямитель.

Двухполупериодные выпрямители.

Выпрямитель с удвоением напряжения.

Умножитель напряжения.

Трёхфазные выпрямители.

Применение

Выпрямление электрического тока

Блоки питания аппаратуры

Сварочные аппараты

Вентильные блоки преобразовательных подстанций систем энергоснабжения

Выпрямители высокочастотных колебаний

Детектирование высокочастотного сигнала

Полумост

Полный мост (Гретца)

Двухфазные выпрямители со сдвигом фаз 180°

Два четвертьмоста параллельно («двухполупериодный со средней точкой»)

Два полных моста параллельно

Двухфазные выпрямители со сдвигом фаз 90°

Два полных моста параллельно

Два полных моста последовательно

Трёхфазные выпрямители

Три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича последовательно (6 диодов)

Три полных моста параллельно (12 диодов)

Три полных моста последовательно (12 диодов)

— обзор

10.2.3.1 Взаимосвязь напряжений

10.2.3.2 Текущие отношения

10.2.3.3 Коэффициент выпрямления

10.2.3.4 Форм-фактор

10.2.3.5 Коэффициент пульсаций

10.2.3.6 Коэффициент использования трансформатора

Однофазный полуволновой управляемый выпрямитель

— принципиальная схема, теория и применение