Site Loader

Содержание

Диодный мост генератора как проверить и заменить

  Автомобильный генератор – важнейшая часть автомашины, обеспечивающая электричеством все основные и вспомогательные узлы транспортного средства. Диодный мост генератора его основная составляющая, важность которой практически невозможно переоценить.

Что такое диодный мост генератора и зачем он нужен?

Диодный мост генератора

 Диодным мостом называется деталь, устанавливаемая на выходе генератора. Запчасть необходима для того, чтобы преобразовывать переменный ток.

 Конструктивно деталь представляет собой диодную сборку (схема очень проста три отрицательных, три положительных, три дополнительных), установленную последовательно. Она пропускает ток только в одну сторону, не выпускает обратно.
 Надо сказать, что диодный мост генератора цена невелика, но от его исправности зависит работоспособность автомобиля.
 Причины выхода из строя выпрямляющего моста.
Замена диодного моста генератора имеет некоторые сложности.

Первоначально нужно выяснить причину, по которой он вышел из строя.

Основные проблемы могут быть в следующем:

  • Перегрев в следствии плохого охлаждения.
  • Чрезмерная тряска, вибрация на бездорожье.
  • Запуск от «прикуривателя» или перепутанные клеммы аккумулятора.
  • Физическое повреждение или коррозия.

Диодный мост генератора неисправности проверка

Основные признаки неисправности диодного моста генератора.

Задуматься о ремонте узла нужно если присутствует:

  •  Низкое напряжение при работающем двигателе на выходе (меньше 13,5 вольт).
  • Аккумулятор быстро разряжается (не заряжается вовсе).
  •  Бортовой компьютер показывает ошибку по электрической сети, вольтметр выдает крайне низкие значения.
  • Гудящий звук от агрегата.
Как проверить состояние диодного моста?

 Перед диагностикой деталь должна быть отсоединена от других элементов. Для качественной проверки работоспособности изделия необходимо иметь на руках автомобильный тестер способный работать в режиме омметра, либо контрольную лампу (не более 5 Ватт, напряжение 12 Вольт). Естественно, что с помощью тестера проверка выйдет быстрее, точнее, но с помощью контрольного провода можно обнаружить неисправность.

 Заменить и купить данную деталь генератора лучше всего в нашей компании. Всегда имеется большое количество различных запасных частей, присутствуют необходимые сертификаты качества, действует длительная гарантия.

Мы выполняем ремонт за 1 час!

Звоните нам по телефону +7 (495) 645-60-46, и Вы быстро почините свой автомобиль.

 

 

 

 

Для чего нужен диодный мост генератора, как его проверить и использовать

Приобрести запчасти очень легко, но как с ними разобраться? Здесь уже нужно звать на помощь тяжелую артиллерию и активировать мозговой штурм. Многие люди не знают, для чего нужна та запчасть, которую они только что купили в магазине. А чтобы исправить эту проблему, можно прочитать короткий гайд, который поможет в будущем.

Что такое диодный мост генератора

Диодным мостом называют устройство, которое было установлено на выходе генератора и способно обеспечить нормальную работоспособность устройства.

В случае, если мост рушится, генератор не имеет возможности функционировать так же, как раньше, вся нагрузка плавно переходит на АКБ. Емкости аккумулятора может хватить на 5-6 часов, после чего транспортное средство не сможет перемещаться самостоятельно.

Очень часто можно услышать, как водители транспортных средств начинают паниковать на СТО. Дело в том, что водители, даже не думая о последствиях отдают большие денежные средства за выполнение процедуры диагностики. На практике в 90% всех случаев проблема скрывается на самой верхушке айсберга. Диодный мост генератора необходимо как можно чаще проверять, в противном случае у вас будут проблемы, которые могут перерасти в нечто большее.

Приобретая диодный мост генератора или другие запчасти, вам нужно убедиться в том, что на них есть гарантия. Это такие детали, которые нуждаются в дополнительной гарантии, так как они в любой момент могут сломаться. К сожалению, большинство деталей не могут похвастаться стопроцентной защитой, и не будут служить вам «конской подковой для удачи». Вам нужно обзавестись гарантией, чтобы понимать, что в случае непредвиденной ситуации у вас будет возможность вернуть свои денежные средства или заменить сломанную деталь.

Для чего используют диодный мост

Принцип действия этого устройства не так уж и легко объяснить. В самом начале необходимо подать переменный ток, полярность которого в бытовой электросети может меняться с частотой пятьдесят герц. Далее диодная сборка начинает срезать небольшую часть синусоиды, а затем к нагрузке подают пульсирующий ток одной полярности. Этот мост можно устанавливать на самом входе цепи питания. По словам опытных специалистов, диодный мост отлично подходит для разных задач и хорошо выполняет свою работу в транспортных средствах.

На первый взгляд может показаться, что с диодным мостом бывают только одни сложности, но это заблуждение. Самое главное, как говорят специалисты, диодный мост обязательно нужно проверять как до использования, так и после. Дело в том, что далеко не все диодные мосты могут похвастаться своей прочностью и надежностью, в любой момент они могут дать сбой.

Проверять диодный мост в корпусе можно мультиметром. Для этого необходимо установить черный щуп мультиметра на контакт, который помечен плюсом, а красным попеременно касаемся контактов минуса. В обоих случаях на экране пользователь будет видеть падение напряжения на прямовключенном рн-переходе, то есть цифры около 600, если с диодом все в порядке. Проверять диодный мост можно и другими способами, но этот является самым популярным и эффективным из всех.

Зачем нужен диодный мост генератора?Прудовое

Если говорить о генераторе, под ним подразумевается достаточно важный узел в машине, который обеспечивает все остальные механизмы необходимым количеством электричества. Диодный мост генератора является одним из основных приспособлений, которое призвано выполнять особую функцию.

Безусловно, далеко не все автомобилисты знают, с какой целью используется в машине данный компонент. Однако на самом деле хочется сказать, что под диодным мостом подразумевается деталь, которая расположена непосредственно на выходе самого генератора. Именно с ее помощью осуществляется преобразование переменного тока.

По конструкционным особенностям данный элемент представлен в виде диодной сборки. В частности, здесь приходится говорить о наличии трех отрицательных, трех положительных и трех дополнительных схем, которые установлены в последовательном порядке. Они в свою очередь используются для пропускания тока в одном направлении, не допуская его выпускания.

На самом деле это сравнительно недорогая деталь, исправность которой напрямую зависит от работоспособности всего транспортного средства. Соответственно она в определенный момент способна выходить из строя, что в свою очередь приведет к определенным проблемам.

Выполнять самостоятельно замену диодного моста мы не рекомендуем, ведь это достаточно сложный процесс, требующий наличия определенных инструментов и знаний. Однако в первую очередь здесь все же важно понять, что именно стало причиной поломки этого приспособления.

Конечно же, существует несколько основных проблем, по которым диодный мост перестает выполнять возложенные функции.

  1. Во-первых, это может быть связано непосредственно с перегревом, за счет недостаточного охлаждения.
  2. Во-вторых, при регулярной тряске и вибрационных процессах при передвижении по бездорожью.
  3. В-третьих, при необходимости запуска от прикуривателя, а также в случае использования не тех клемм аккумуляторной батареи.
  4. В-четвертых, под воздействием физических нагрузок или же коррозийных процессов диодный мост генератора также теряет свои изначальные свойства раньше положенного срока.

Прежде чем выполнять диагностику такой детали, необходимо вначале отсоединить все компоненты. Кроме этого важно заранее обзавестись автомобильным тестером, способном функционировать в режиме омметра. Также здесь может понадобиться контрольная лампа с определенным напряжением. Безусловно, использование специального тестера существенно ускорит диагностику и позволит получить точную, и быструю проверку.

Если у вас остались вопросы, проконсультируйтесь с опытными специалистами в данном направлении.

энергий | Бесплатный полнотекстовый | Сравнение моделей однофазных диодных мостовых выпрямителей для их использования в исследованиях гармоник со многими устройствами

1. Введение

Гармонические искажения в энергосистеме, особенно на уровне распределения, в значительной степени вызваны совместным вкладом большого количества небольших устройств.

Излучение одного отдельного устройства не представляет большого интереса для сети, но комбинированное излучение многих таких устройств оказывает значительное влияние на сеть низкого напряжения.

Чтобы понять комбинированное излучение, нужно понять излучение от отдельных устройств. Детальное моделирование всех этих устройств на практике невозможно даже для относительно небольших участков сети, таких как распределительный трансформатор с несколькими десятками бытовых потребителей. Проблема становится еще более серьезной из-за сильно меняющегося характера выбросов, требующего использования стохастических методов.
Решение этой задачи требует достаточно простых, но достаточно точных моделей.Рассмотрение всех устройств как фиксированных источников гармонического тока позволяет провести простой расчет, но это может привести к значительному завышению результирующего гармонического напряжения [1] и, в некоторых случаях, к его занижению [2]. Кроме того, искажение напряжения на клеммах устройства оказывает большое влияние на гармоники тока, вызывая изменения рабочей точки устройства за счет нелинейного взаимодействия [3]. Излучение отдельных устройств также зависит от входного комплексного сопротивления устройства [4,5].Учитывая вышеупомянутые зависимости, в нескольких исследованиях были предсказаны характеристики гармоник и рассмотрено, как такие устройства взаимодействуют друг с другом и с сетью [6,7,8,9]. Значительное количество маломощной электроники в низковольтных Оборудование оснащено диодным мостовым выпрямителем с конденсаторным фильтром в качестве входной части преобразователя переменного тока в постоянный. Цифры из недавних исследований показывают, что электронные нагрузки с тем или иным выпрямлением составляют 22–50% от общего потребления электроэнергии [10,11].Сюда входят зарядные устройства для аккумуляторов, лампы и другие развлекательные и офисные устройства. Входной ток этих нагрузок характеризуется импульсной формой волны с гармоническими искажениями полного тока (THDI), как правило, в диапазоне 40–190 % [12, 13,14,15,16,17,18]. Содержание гармоник сильно зависит от нескольких внутренних и внешних факторов, таких как размер конденсатора постоянного тока, импеданс источника и искажение напряжения на клеммах устройства [1, 4, 19]. Исследования по изучению диодных мостовых выпрямителей показывают множество подходов к определение входного тока.В большинстве этих исследований используются численные модели или наблюдения за измерениями для отображения закономерностей или прогнозирования общего поведения. Некоторые примеры экспериментальной характеристики описаны в [20,21,22], а исследования, основанные на численных решениях, представлены в [4,23]. Совсем недавно было показано, что метод, описанный в [24], основанный на итеративном расчете с использованием проводимости Нортона, достаточно точен при оценке входного тока для любой нелинейной нагрузки, включая диодные мостовые выпрямители. В [25] гармоники тока в режиме непрерывной проводимости (CCM) и режиме прерывистой проводимости (DCM) описываются как набор параметров, полученных в результате измерений и моделирования.Исследования [1, 5, 12, 13, 26, 27, 28, 29, 30] дают различные аналитические объяснения того, как ведут себя отдельные гармоники в зависимости, например, от импеданса источника и искажения фонового напряжения. Некоторый анализ, основанный на этих моделях, можно найти в [10,19,31]. Некоторые из этих моделей были первоначально разработаны для изучения излучения гармоник отдельными и совокупными устройствами. Для отдельных устройств в этом больше нет необходимости благодаря наличию точных инструментов моделирования, таких как PSPICE и PSCAD-EMTDC.Потребность в упрощенных моделях остается из-за практической невозможности применения таких инструментов моделирования к большому количеству устройств в стохастических исследованиях. Точные выражения для изучения поведения диодных мостовых выпрямителей слишком сложны для общего анализа, как подчеркивается в [4,22]. ]. Детализированные и точные модели связаны с большим временем расчета, особенно при наличии множества различных устройств. Стохастический характер означает, что такие расчеты необходимо повторять для многих различных комбинаций устройств.Это серьезный барьер при изучении распространения гармоник по сети стохастическим способом [32,33]. Для этого нужны упрощенные, но достаточно точные модели. Вышеупомянутые упрощенные модели, хотя изначально и не разрабатывались для этой цели, могут быть кандидатами для таких приложений. Однако сравнение их точности по-прежнему отсутствует. Таким образом, центральный вопрос в этом исследовании касается точности, преимуществ и недостатков каждой модели в свете гармонических исследований.

В этой статье сравнивается ряд моделей однофазных мостовых диодных выпрямителей по сложности и точности, как они представлены в литературе. Там, где это уместно, производительность также используется как в сценариях CCM, так и в сценариях DCM. Модели были выбраны на основе их оригинальности и способности математически характеризовать входной ток из ограниченного набора параметров, обычно доступных в гармоническом анализе. Модели, основанные на измерениях для характеристики значений компонентов, выходят за рамки данного исследования, поскольку на практике невозможно выполнить такие измерения на большей части устройств.Точность каждой модели сравнивается с эталоном, полученным в результате подробного численного решения.

Кроме того, проводится углубленный анализ, чтобы выделить преимущества и недостатки моделей и наиболее важные факторы, определяющие характеристики гармоник тока. Оценка выполняется при различных фоновых напряжениях и импедансах системы. Компромисс между точностью и сложностью модели был важным фактором при анализе результатов.

В разделе 2 представлены представления диодного мостового выпрямителя, которые могут быть пригодны для гармонического анализа для случаев со многими изучаемыми устройствами и многими комбинациями устройств. Этот раздел также включает в себя рассмотрение основных характеристик моделей. Раздел 3 посвящен описанию структуры оценки. Результаты производительности во временной и частотной областях с акцентом на гармонический анализ представлены в Разделе 4 и Разделе 5 соответственно. В разделе 6 представлен краткий анализ вычислительных затрат, необходимых для различных моделей.В разделе 7 обсуждаются результаты с точки зрения практического применения, и определяются области для дальнейших исследований. Наконец, в заключительном разделе делаются выводы.

2. Модели гармонического анализа

На рисунке 1a показано представление схемы, обычно используемое в исследованиях гармоник, с учетом мостового диодного выпрямителя с конденсаторной фильтрацией, подключенного к энергосистеме. Когда величина мгновенного напряжения питания Uth(θ) превышает мгновенное значение конденсатора напряжения, диоды d1 и d4 (или d2 и d3) будут проводить и заряжать конденсатор, характеризуя период заряда (рис. 1б), и уравнения в этом случае таковы:

Uth(θ)=Rtis(θ)+ωLtdis(θ)dθ+uo(θ)is(θ)=ωCduo(θ)dθ+uo(θ)Req

(1)

Когда ток через диоды становится равным нулю, диоды перестают проводить ток, и конденсатор C разряжается через сопротивление нагрузки Req, как показано на рисунке 1c.В этом случае мгновенное выходное напряжение uo(θ) можно найти по формуле:

uo(θ)=uo,maxe−θ/CReq

(2)

Уравнения (1) и (2) работают совместно с определением моментов начала и окончания проведения. В связи с этим разные методы дают разные решения. На основе этого базового представления в данном исследовании анализируются шесть аналитических моделей однофазных двухполупериодных мостовых выпрямителей, приведенных в таблице 1, различающихся по применению и сложности.

Модели описываются алгебраическими уравнениями для оценки входного тока с учетом синусоидального напряжения питания, характеристик переключения идеальных диодов и режимов зарядки/разрядки конденсаторов в зависимости от эквивалентной резистивной нагрузки. Некоторые модели учитывают также искажения источника напряжения, импеданс системы питания, неидеальность диода и возможность включения прерывистого режима проводимости, т. е. когда входной ток характеризуется множественными импульсами в течение одного полупериода.С практической точки зрения все модели имеют применимость в зависимости от требуемой точности и уровня сложности. Однако только модели A и C могут оценить входной ток при искажении источника напряжения и импедансе источника с некоторым реактивным сопротивлением. Модель B также учитывает реактивное сопротивление источника, но пренебрегает искажением напряжения, в то время как модели D, E и F проще, поскольку они предполагают идеальность как импеданса источника, так и напряжения.

2.1. Модель Мансура (Модель А)
Эта модель описана в [5] и является расширением предыдущей версии, рассматривающей источник синусоидального напряжения [1].На основе схемы, показанной на рисунке 1, два дифференциальных уравнения, определенные в (1), решаются с помощью преобразования Лапласа, где Uth(θ) определяется как:

Uth(θ)=(2)En∑nsin(nθ+ϕn)

(3)

Начальный и конечный углы для периода проводимости, θ1 и θ2, определяются из двух граничных условий в установившемся режиме с использованием итерационного численного подхода. Модель дает аналитическое выражение для расчета входного тока во временной области:

is(θ)=∑n=1NC1nes1(θ−θ1)+∑n=1NC2nes2(θ−θ1)+2α2∑n=1NEnC3ncos[n(θ−θ1)]+2α2∑n=1NEnC4nnsin[n(θ−θ1) )]

(4)

где описание констант α2, от C1n до C4n, а также s1 и s2 включены в Приложение A.
2.2. Модель Аррилага (модель E)
Модель, описанная в [26], проще предыдущей модели. Гармоники импульса тока оцениваются с помощью следующего выражения ряда Фурье:

In=8αIπ∑n=1,3,5∞cos(nαπ)1−n2α2π2cos(nωt)

(5)

где I — пиковое значение импульса, а α = θ/T — его продолжительность как доля основного периода цикла T. Выражения для получения I и θ не даны и должны быть предварительно приняты или, альтернативно, оценены посредством измерений или численного моделирования.Несмотря на то, что эти требования затрудняют сравнение с другими методами, представленными в этой статье, этот метод все же полезен для исследования гармоник благодаря его простоте, когда эти две характеристики хорошо известны.
2.3. Модель Мохана (Модель B)
Представленная в [12] модель Мохана и др. разработана на основе подобных дифференциальных уравнений, что и в (1). Заметным отличием от модели Мансура (А) является то, что модель Мохана (В) использует трапециевидное правило интегрирования для решения дифференциальных уравнений.Начальный и конечный углы проводимости θ1 и θ2 получаются итерационным процессом с использованием тех же граничных условий, что и в модели Мансура (A) [5]. Исходя из этого, модель дает аналитическое выражение с учетом комплексного импеданса источника для входного тока.
2.4. Модель с прерывистым режимом проводимости (модель C)

При достаточно высоких искажениях напряжения на клеммах устройства диоды d1 и d4 (или d2 и d3) могут проводить более одного интервала времени в течение одного полупериода.Это известно как режим прерывистой проводимости (DCM).

В то время как модель Мансура (A) учитывает только СКК, Carpinelli et al. [27] воспользовались моделью Мансура (A) при рассмотрении искаженной формы сигнала напряжения и на основе тех же уравнений разработали расширенную модель, включающую DCM. Модель Карпинелли (С) рассматривает МКК как частный случай ДКМ и представляет собой численный метод, основанный на итерационной процедуре получения начального и конечного углов для каждого периода проводимости.
2.5. Модель постоянного напряжения постоянного тока (модель F)
Предполагая, среди прочего, чисто резистивный источник R и постоянное выходное напряжение постоянного тока, Боллен и Гу [13] получили упрощенную модель. Идеализация заключается в предположении, что переменное напряжение является синусоидальным (т. е. Uth=2E1sin(θ)) и что ток на стороне переменного тока мгновенно меняет направление. Хотя напряжение постоянного тока не является полностью постоянным, в действительности, из-за его зависимости от нагрузки постоянного тока, а также от напряжения переменного тока и импеданса источника, в устойчивом состоянии оно считается постоянным и рассчитывается с использованием закона сохранения заряда.Период проводимости рассчитывается путем приравнивания напряжений переменного и постоянного тока, что приводит к следующему алгебраическому уравнению для входного тока:

is(θ)=Uth(θ)−uo(θ1))R

(6)

где uo(θ1)=2E1sinθ1 и θ1=ωt1 — начальный угол проведения и время прекращения проведения, происходящее в момент времени ω(π/ω−t1) (полцикла минус начало проведения). Длительность положительного импульса от t1 до π/ω−t1, которая составляет долю полупериода, получается как:

αc=[t1→πω−t1]=1−2πarcsinuo(θ1)2E1

(7)

2.6. Кусочная модель диода (модель D)
Исследование, представленное в [30] J. Guerra-Pulido, описывает углубленный анализ различных математических выражений, обычно используемых в полуполупериодных и двухполупериодных выпрямителях с фильтрами. Хотя работа имеет образовательную цель, выводы актуальны и для других приложений. Алгебраическое уравнение для входного тока (t) с учетом кусочной модели, подходящей для изучения воздействия диода, определяется следующим образом:

is(t)=Iske-tC1Req+1RD+2E11+(ωReqC)2(ωReqRDC)2+(Req+RD)2sinωt+atan(ωReqC)-atanωReqRDCReq+RD-VTDReq+RD

(8)

где Isk — константа, которую можно найти из условия, что ток диода должен быть равен нулю в момент начала проводимости.
2.7. Численное моделирование (Ref)

Помимо вышеупомянутых методов, существует несколько методов получения is(θ) с использованием численных решений.

Обычно численные решения используют интерактивную процедуру для получения решения в пределах заранее определенных допусков. Различия между численными решениями в основном зависят от способа описания схемы и выполнения численного интегрирования.

В исследованиях гармоник и анализе цепей обычно используются программы для выполнения численного моделирования, такие как Программа электромагнитных переходных процессов (EMTP) и SPICE [34].EMTP использует узловой анализ с интеграцией трапецеидального правила для решения электромагнитных переходных процессов, в то время как SPICE использует зубчатые и/или трапециевидные методы интегрирования. В частности, в SPICE алгоритмы сначала формируют набор узловых уравнений, основанных на законе тока Кирхгофа (KCL) для схемы. Затем уравнения преобразуются в матричную форму и выполняется исключение Гаусса для формирования верхней треугольной матрицы, которая решается с использованием обратной подстановки. Исходя из этого, SPICE пытается итеративно решить матрицу узловых напряжений, удовлетворяющих KCL, путем формирования уравнения вида [G][V]=[I].

По сравнению с аналитическими методами численные методы требуют больше вычислительных ресурсов. Точность зависит от правильного описания компонента и допусков моделирования. Тем не менее, его результаты по-прежнему предпочтительнее с точки зрения измерений в качестве эталона, поскольку устраняется неопределенность значений компонентов и процесса измерения.

3. Структура оценки модели

Для оценки производительности моделей была рассмотрена тестовая структура, учитывающая параметры схемы, перечисленные в Таблице 2 и Таблице 3.

Общее сопротивление Rt = 1 Ом рассматривалось при условии сочетания слабой сети и дополнительного сопротивления, создаваемого кабелями и компонентами защиты, обычно используемыми в низковольтных установках.

Использовались четыре характеристики напряжения, описанные в таблице 4: чистая синусоидальная (SI), заостренная (PT), плоская 1 (FT1) и плоская 2 (FT2). PT и FT1 были взяты из [35], в то время как FT2 был определен для проверки работы в режиме прерывистой проводимости с соблюдением пределов гармоник напряжения, указанных в [36].

4. Анализ во временной области

На рис. 2 показаны формы сигналов напряжения и тока, полученные пятью различными методами для синусоидального напряжения (SI) и резистивного импеданса источника (Z1). Метод E опущен из-за зависимости от априорных входных данных, как обсуждалось в разделе 2. Мы рассматривали параметры схемы, перечисленные в таблице 2. Результаты моделей сравнивались с численным решением с использованием PSpice [37], обозначенным как Ref. Для моделирования были рассмотрены диоды Шоттки 1N5820 и стандартные параметры моделирования программы PSpice.На рисунке 2 мы наблюдаем несколько различий в форме сигналов напряжения и тока, в основном в начальных и конечных фазовых углах и максимальном значении импульса тока. Принимая за эталон пиковый ток, полученный из численного решения (синий), который составляет приблизительно 2,32 А, пиковый ток, полученный из аналитических моделей, больше в диапазоне от 6,06% (т.е. модель B) до 7,35% (т.е. , для модели D). Одна из гипотез, объясняющая разницу, заключается в том, что численный метод имеет более точный период проводимости, влияющий непосредственно на пик тока (т.е., симуляция имеет более низкий допуск на сходимость решения по сравнению с решениями аналитической модели). Рассматривая более реалистичный сценарий с искажением источника напряжения и индуктивным импедансом источника, на рисунке 3 показаны формы сигналов тока и напряжения, полученные из моделей A и C для плоских верхние 2 источника напряжения (FT2) и сопротивление индуктивной сети (Z3). Используя те же параметры, на нижнем графике показаны результирующие формы сигналов тока и напряжения с использованием численного решения (Ref). Как видно на рисунке 3, ток, полученный с использованием модели A, представляет собой колебание с обратной проводимостью, что нереально.Ток, полученный с использованием модели C, правильно приводит к прерывистой проводимости, что подтверждается численным решением. Обратите внимание, что модель C аналогична модели A для периодов проводимости, поскольку модель C использует одно и то же аналитическое выражение для каждого из двух состояний. Для сравнения различных моделей в таблице 5 перечислены некоторые индексы во временной области для тока и напряжения для различных полное сопротивление системы. Для всех оцененных импедансов сети существуют различия в максимальном значении тока и углах проводимости.В целом, численное решение представляет более низкий пиковый ток по сравнению с результатами аналитических моделей. Это происходит потому, что время проводимости, определяемое Δθ из численного решения, больше, чем Δθ из аналитических моделей. Это происходит потому, что входной ток продолжается после того, как входное напряжение достигает своего пика. Более подробное объяснение этого явления можно найти в [30]. В табл. 6 приведены результаты для искаженного источника напряжения. Поскольку формы сигналов с плоской и заостренной вершиной не могут создать какой-либо разрыв в токе, результаты для моделей A и C одинаковы.Однако сигнал с плоской вершиной FT2 приводит к прерывистой проводимости, что видно по наличию двух периодов проводимости. Основные различия в полученных значениях возникают для выходного постоянного напряжения и углов проводимости.

5. Анализ в частотной области

На рис. 4 показаны гармоники тока, полученные из различных моделей с учетом источника чисто синусоидального напряжения (SI) и эквивалентного импеданса системы Z3. Значения даны в процентах с использованием основной гармоники тока в качестве эталона.

Большинство моделей имеют хорошую точность, и результаты немного превышают эталонные значения для всего диапазона гармоник.

Максимальная ошибка THDI, заданная моделями A, B, C и D, составляет 2,74 %, в то время как ошибка отдельной гармоники увеличивается с порядком гармоники. Например, для гармоник до 13-го порядка погрешность составляет менее 6,58 %, а для гармоник выше 35-го порядка она может превышать 25 %.

Модель F (модель с постоянным током) имеет самую большую ошибку, особенно для высших порядков гармоник.Гармонический ток имеет тенденцию оставаться выше эталонного до 21-го гармонического порядка. После этого порядка гармоники становятся ниже опорного. Например, для третьего гармонического порядка ошибка составляет всего 0,70 %, а для 13-го порядка она увеличивается до 18,55 %.

Когда влияние искажения источника напряжения имеет значение, модель Карпинелли (C) является более точной, чем модель Мансура (A), как видно на рисунке 5.

Для всего диапазона гармоник модель C дает небольшую ошибку THDI по сравнению с ссылка.Ошибка THDI модели C составляет всего 0,65%, тогда как модель D дает ошибку, равную 12,67%. Погрешность для отдельных гармоник, полученная по модели С, составляет менее 2,82 % для гармоник ниже 15-го порядка, в то время как в том же диапазоне модель А дает погрешность более 22 %.

6. Вычислительная сложность

Помимо характеристик точности моделей, решающее значение имеет их вычислительная сложность, так как она определяет необходимое время и выполнимость гармонического анализа. Простой эталон сложности моделей можно оценить по необходимому времени, необходимому для обработки результатов при заданном фоновом напряжении, как показано в таблице 7. Результаты из таблицы 7 подтверждают, что аналитические модели намного быстрее, чем численное решение. Модели B и F обеспечивают лучшую вычислительную производительность по сравнению с другими моделями. Требуемое вычислительное время увеличивается в зависимости от формы волны напряжения. Для более искаженной формы волны напряжения (например, FT2) требуется больше вычислительного времени, достигающего около 72% времени, необходимого для получения численного решения.

7. Обсуждение

7.1. Применимость моделей

Это исследование показывает, что большинство аналитических моделей обеспечивают достаточную точность описания входного тока в установившемся режиме по сравнению с численным решением.Ни одна из моделей не дает совершенно неверных результатов при умеренных искажениях фонового напряжения, но все модели имеют некоторые ограничения в их применимости.

Модель постоянного напряжения постоянного тока (F) имеет наибольшую ошибку. Однако, несмотря на свою простоту, она единственная не требует численного решения. Это обеспечивает самое быстрое решение при сохранении точности, которой может быть достаточно для некоторых приложений. Для крупных стохастических исследований (например, при рассмотрении нескольких десятков потребителей с несколькими и отдельными однофазными мостовыми выпрямителями) это может быть единственно возможной моделью для быстрой оценки гармонических искажений.

Для стохастических исследований среднего размера также могут быть возможны модели A, B, C и D. Результаты для этих четырех моделей очень похожи, как показано на рисунке 4. Отклонение от эталонной модели примерно одинаково для всех них. Дополнительная сложность, вносимая в некоторые модели, не окупается для исследований средней сложности. В этом контексте выбор должен основываться на том, следует ли учитывать искажение фонового напряжения и DCM. Если эти два фактора не имеют значения, модель B дает самое простое решение.Все модели учитывают влияние искажения напряжения из-за самого устройства или аналогичных устройств поблизости, но только некоторые из моделей (например, A и C) учитывают влияние искажения напряжения из-за внешних источников («искажение фонового напряжения»). . Как показано на рисунке 5, именно здесь результаты модели C ближе к эталонной модели (Ref), чем результаты модели A. Разница относительно велика. При включении искажения фонового напряжения обычно требуются довольно точные результаты.Это означает, что стохастические исследования или подробные исследования со многими компонентами по-прежнему невозможны. Что касается масштаба системы, итеративный численный подход, необходимый для большинства аналитических моделей, создаст дополнительную сложность для сходимости решения потока мощности. В этом отношении простые модели, такие как модель F, имеют значительные преимущества, поскольку производительность в меньшей степени зависит от решения для потока мощности. В энергосистеме аналитические модели, использующие итерационные численные подходы, такие как модели A, B, C и D, будут иметь другое поведение по сравнению с отдельными характеристиками.Время вычислений, указанное в таблице 7, допустимо только в качестве справочного значения в установившемся режиме. Есть проблемы с агрегированием, и система может не сходиться в нескольких аналитических моделях.
7.2. Аналитическая модель и численное решение

Численные методы по-прежнему являются лучшим выбором, если речь идет о точности. Однако, даже принимая во внимание простую схему однофазного мостового выпрямителя, вычислительные затраты являются серьезным ограничением, особенно если система содержит несколько устройств.Рассмотрение искажения фонового напряжения в целом еще больше усложняет итеративному процессу достижение сходимости.

Модели, основанные на аналитических выражениях, часто намного быстрее дают результаты по сравнению с численными методами. Кроме того, эти модели сразу же дают стационарное решение, что желательно при изучении гармоник. Мы также можем заметить, что все модели имели определенные отличия и ограничения по сравнению с численными решениями. По мере увеличения элементов в математических выражениях (т.д., лучшие модели диодов, искажение фонового напряжения и т. д.), точность улучшится, но возрастет сложность.

Методы, основанные на аналитических выражениях, в большинстве случаев зависят от решения трансцендентных уравнений, из чего следует, что решение может быть получено только численным методом. Однако эти методы легко достигают сходимости и, как правило, быстрее, чем численное решение с учетом всех деталей схемы.

7.3. Прерывистый и непрерывный режим
В исследовании Карпинелли [27] упоминается, что при нормальной работе редко можно получить более трех интервалов проводимости.Наиболее частым сценарием был только один интервал проведения, а в некоторых случаях два или три. Этот вывод был сделан почти два десятилетия назад на основе ограниченного набора измерений в гармоническом диапазоне. При быстром включении нелинейных нагрузок этот сценарий может перестать быть репрезентативным. Хотя наиболее распространенным сценарием является только один интервал проводимости (CCM), при определенном фоновом напряжении и импедансе системы может произойти срабатывание DCM, что повлияет на производительность устройств. Например, исследование, представленное в [38], показало, что ДКМ возникает на частотах выше 2 кГц, влияя на интенсивность света светодиодных ламп.

Когда выпрямленная нагрузка подвергается искажению напряжения с плоской вершиной, более вероятно создание прерывистой проводимости, поскольку плоский интервал остается ближе к напряжению постоянного тока в течение более длительного периода цикла. В данном конкретном случае высшие гармоники создают колебания в области, где близки переменное и постоянное напряжения. В результате импульс тока искажается повторяющейся частичной зарядкой и разрядкой конденсатора. Вероятность DCM дополнительно увеличивается, если фаза гармоники помещает пик гармоники близко к области пересечения нуля.Кроме того, динамическая нагрузка постоянного тока также может создавать DCM, а не только тот факт, что источник напряжения искажается. Например, зарядное устройство изменяет эквивалентное сопротивление в процессе зарядки. ДКМ может возникать на разных стадиях процесса зарядки.

Таким образом, исследования гармоник особенно интересны для случаев с высокими искажениями, где более вероятно возникновение ДКМ. В этом отношении модель С была бы подходящим кандидатом для стохастических исследований, несмотря на то, что она имеет наиболее сложную структуру среди оцениваемых моделей.

7.4. Ограничения доступных методов
В целом, методы, оцененные в этом исследовании, демонстрируют различия в начальных и конечных фазовых углах по сравнению с эталоном; это приводит к небольшим отклонениям, особенно в представлении во временной области. Кроме того, в большинстве методов не учитываются искажения фонового напряжения, что является обычной реальностью для большинства приложений и может привести к нелинейному взаимодействию [3]. Как показано в разделах 4 и 5, модели, учитывающие искажения фонового напряжения, обладают большей точностью.Кроме того, некоторые модели не учитывают индуктивность в импедансе системы, что еще больше ограничивает их практическое применение.

Другим ограничением является предположение об идеальных диодах, за исключением модели D. Для уровня источника высокого напряжения постоянным падением напряжения, создаваемым диодами, VTD, можно пренебречь, но по мере уменьшения входного напряжения важность рассмотрения более точной модели диода увеличивается, поскольку VTD будет влиять на пик тока и период проводимости.

Внутреннее сопротивление диода RD также имеет большое значение, особенно в мощных сетях.Предполагая, что общее сопротивление, видимое устройством, будет состоять из сопротивления сети и локальной системы плюс внутреннее сопротивление диодов (т. е. Rt=Rth+R1+2×RD, так как два проводящих диода всегда включены последовательно), соотношение между сопротивлением имеет значение. Например, если мы рассмотрим системную сеть с Rth+R1=0,4 Ом и диоды с RD=0,1 Ом (т. е. обычное значение, используемое в исследованиях моделирования), внутреннее сопротивление диодов будет составлять одну треть от общего сопротивления. .

Последнее замечание следует также сделать относительно эквивалентной нагрузки постоянного тока.Все модели, представленные в этом исследовании, предполагают резистивную нагрузку на основе характеристик напряжения и тока внутренних цепей (например, преобразователей постоянного тока и ККМ). Хотя по этому предположению существует общее согласие, неясно, как нагрузки с набором индуктивных и емкостных характеристик могут повлиять на результаты.

7.5. Будущая работа

На основе результатов, представленных в этом исследовании, авторы предлагают провести дальнейшие исследования в следующих областях:

  • Агрегация похожих, но не совсем одинаковых устройств, т.е.например, различные диодные мостовые выпрямители, например, с конденсаторами разной емкости.

  • Аналогичные упрощенные модели для других типов устройств, например, трехфазных выпрямителей и устройств с автоматическим регулятором коэффициента мощности (APFC).

  • Подходящие, но упрощенные модели для случаев с высоким искажением.

  • Применение моделей в стохастических моделях для сравнения стохастических результатов для простых и точных моделей.

  • Применение моделей в гармонических исследованиях с учетом распределительных сетей с различными характеристиками.

  • Модели, в которых учитываются более подробные нагрузки постоянного тока, т. е. включая индуктивные и емкостные характеристики, а также нелинейные нагрузки постоянного тока.

8. Выводы

В данной статье проводится сравнение различных аналитических моделей однофазных диодных мостовых выпрямителей. Модели оценивались и сравнивались с численным решением при различных искажениях фонового напряжения и эквивалентном импедансе системы.

Точность большинства аналитических моделей достаточна для того, чтобы сделать их альтернативой численному решению с низкими вычислительными затратами.

Результаты показывают, что в целом аналитические модели дают разумное представление входного тока во временной и частотной области для непрерывного режима проводимости. Наибольшая ошибка наблюдается на высших порядках гармоник. Для искажения высокого фонового напряжения, приводящего к прерывистому режиму проводимости, подходит только одна модель. Также было обнаружено, что все модели имеют различия и ограничения по сравнению с эталонной моделью.

Компромисс включает в себя точность и сложность, и для всех моделей найдутся приложения.От самых простых до самых подробных моделей применимы для стохастических исследований со многими компонентами до исследований, где требуется точное моделирование высоковольтных искажений.

Необходима дальнейшая работа по применению моделей и разработке дополнительных моделей, особенно для случаев с большими искажениями.

Диодный мост — Электрово Инжиниринговые Услуги

При использовании в наиболее распространенном применении для преобразования входного переменного тока (AC) в выходной постоянный ток (DC) он известен как мостовой выпрямитель .Мостовой выпрямитель обеспечивает двухполупериодное выпрямление от двухпроводного входа переменного тока, что приводит к меньшей стоимости и весу по сравнению с выпрямителем с трехпроводным входом от трансформатора с вторичной обмоткой с отводом от середины.
Существенной особенностью диодного моста является то, что полярность на выходе одинакова независимо от полярности на входе. Схема диодного моста была изобретена польским электротехником Каролем Поллаком и запатентована 14 января 1896 года под номером DRP 96564. Позже она была опубликована в Elektronische Zeitung, vol.25 в 1897 г. с пометкой, что этим вопросом в то время занимался также немецкий физик Лео Грец. Сегодня схема все еще часто упоминается как схема Graetz или мост Graetz .

Деталь диодного моста на 1000 вольт, 4 ампера

Самодельный диодный мост. Широкая серебряная полоса на диодах указывает на катодную сторону диода.

 

  1. Основная операция
  2. Сглаживание вывода
  3. Многофазные диодные мосты
  4. Каталожные номера

1 Основная операция

Согласно общепринятой модели протекания тока (первоначально установленной Бенджамином Франклином и до сих пор используемой большинством инженеров), ток определяется как положительный, когда он течет по электрическим проводникам от положительного полюса к отрицательному полюсу .В действительности свободные электроны в проводнике почти всегда текут от отрицательного к положительному полюсу. Однако в подавляющем большинстве приложений фактическое направление тока не имеет значения. Поэтому при обсуждении ниже традиционная модель сохраняется.
На приведенных ниже схемах, когда вход, подключенный к левому углу ромба, имеет положительный , а вход, подключенный к правому углу, отрицательный , ток течет от верхней клеммы питания вправо вдоль красный (положительный) путь к выходу и возвращается к нижней клемме питания через синий (отрицательный) путь .

 

Когда вход, подключенный к левому углу, отрицательный , а вход, подключенный к правому углу, положительный , ток течет от нижней клеммы питания вправо по красному (положительному) пути к выходу. , и возвращается к верхней клемме питания по синему (минусовому) пути .

В каждом случае верхний правый выход остается положительным, а нижний правый выход отрицательным.Поскольку это верно независимо от того, является ли вход переменным или постоянным, эта схема не только создает выход постоянного тока из входа переменного тока, но также может обеспечивать то, что иногда называют «защитой от обратной полярности». То есть он обеспечивает нормальное функционирование оборудования с питанием от постоянного тока, когда батареи были установлены в обратном порядке или когда выводы (провода) от источника питания постоянного тока были перепутаны, и защищает оборудование от потенциального повреждения, вызванного обратной полярностью.

AC, полуволновые и двухполупериодные выпрямленные сигналы.

До появления интегральных схем мостовой выпрямитель строился из «дискретных компонентов», т. е. отдельных диодов. Примерно с 1950 года одиночный четырехконтактный компонент, содержащий четыре диода, соединенных по мостовой схеме, стал стандартным коммерческим компонентом и теперь доступен с различными номиналами напряжения и тока.

2 Сглаживание выхода

 

Для многих приложений, особенно с однофазным переменным током, где двухполупериодный мост служит для преобразования входного переменного тока в выходной постоянный, может потребоваться добавление конденсатора, поскольку мост сам по себе обеспечивает выход импульсного постоянного тока (см. схему справа). ).
Функция этого конденсатора, называемого накопительным конденсатором (или сглаживающим конденсатором), заключается в уменьшении вариаций (или «сглаживании») формы волны выпрямленного выходного напряжения переменного тока от моста. Есть еще некоторая вариация, известная как пульсация. Одним из объяснений «сглаживания» является то, что конденсатор обеспечивает путь с низким импедансом к составляющей переменного тока на выходе, уменьшая переменное напряжение и переменный ток через резистивную нагрузку. Говоря менее техническими терминами, любое падение выходного напряжения и тока моста компенсируется потерей заряда конденсатора.Этот заряд вытекает в виде дополнительного тока через нагрузку. Таким образом, изменение тока нагрузки и напряжения уменьшается по сравнению с тем, что произошло бы без конденсатора. Повышение напряжения, соответственно, накапливает избыточный заряд в конденсаторе, тем самым сдерживая изменение выходного напряжения/тока.
Показанная упрощенная схема имеет заслуженную репутацию опасной, поскольку в некоторых приложениях конденсатор может сохранять смертельный заряд после отключения источника питания переменного тока.При подаче опасного напряжения практическая схема должна включать надежный способ безопасного разряда конденсатора. Если нормальная нагрузка не может гарантировать выполнение этой функции, возможно, из-за того, что она может быть отключена, цепь должна включать в себя стабилизирующий резистор, подключенный как можно ближе к конденсатору. Этот резистор должен потреблять достаточно большой ток, чтобы разрядить конденсатор за разумное время, но достаточно малый, чтобы свести к минимуму ненужные потери мощности.
Конденсатор и сопротивление нагрузки имеют типичную постоянную времени τ = RC , где C и R — емкость и сопротивление нагрузки соответственно.Пока нагрузочный резистор достаточно большой, так что эта постоянная времени намного больше, чем время одного цикла пульсации, приведенная выше конфигурация будет создавать сглаженное постоянное напряжение на нагрузке.
Когда конденсатор подключен непосредственно к мосту, как показано, ток протекает только в небольшой части каждого цикла, что может быть нежелательно. Диоды трансформатора и моста должны быть рассчитаны на то, чтобы выдерживать бросок тока, возникающий при включении питания на пике переменного напряжения и полностью разряженном конденсаторе.Иногда перед конденсатором включается небольшой последовательный резистор, чтобы ограничить этот ток, хотя в большинстве случаев сопротивления трансформатора источника питания уже достаточно. Добавление резистора или, что еще лучше, катушки индуктивности между мостом и конденсатором может гарантировать, что ток будет потребляться в течение большей части каждого цикла, и не произойдет большого скачка тока.
За конденсатором могут следовать дополнительные фильтрующие элементы (конденсаторы плюс резисторы и катушки индуктивности) для дальнейшего уменьшения пульсаций.Когда индуктор используется таким образом, его часто называют дросселем. Дроссель имеет тенденцию поддерживать ток (а не напряжение) более постоянным. Хотя катушка индуктивности дает наилучшие характеристики, обычно резистор выбирают из соображений стоимости.
Из-за растущей доступности микросхем стабилизаторов напряжения пассивные фильтры используются реже. Микросхемы могут компенсировать изменения входного напряжения и тока нагрузки, чего не делает пассивный фильтр, и в значительной степени устранять пульсации.
Идеализированные формы сигналов, показанные выше, видны как для напряжения, так и для тока, когда нагрузка на мост является резистивной.Когда нагрузка включает в себя сглаживающий конденсатор, формы сигналов напряжения и тока будут сильно изменены. Пока напряжение сглажено, как описано выше, ток будет протекать через мост только в то время, когда входное напряжение больше напряжения на конденсаторе. Например, если нагрузка потребляет средний ток n ампер, а диоды проводят ток в течение 10 % времени, средний ток диода во время проводимости должен составлять 10 n ампер. Этот несинусоидальный ток приводит к гармоническим искажениям и плохому коэффициенту мощности в сети переменного тока.
Некоторые ранние консольные радиоприемники создавали постоянное поле громкоговорителя током от источника питания высокого напряжения («B+»), который затем направлялся на потребляющие цепи (постоянные магниты тогда были слишком слабыми для хорошей работы) для создания постоянного поля динамика. магнитное поле. Таким образом, катушка возбуждения динамика выполняла две функции в одной: она действовала как дроссель, фильтруя источник питания, и создавала магнитное поле для работы динамика.

3 Многофазные диодные мосты

Диодный мост можно использовать для выпрямления многофазных входов переменного тока.Например, для трехфазного входа переменного тока однополупериодный выпрямитель состоит из трех диодов , а двухполупериодный выпрямитель моста состоит из шести диодов .
Однополупериодный выпрямитель можно рассматривать как соединение звездой (соединение звездой) , поскольку оно возвращает ток через центральный (нейтральный) провод. Полноволновое соединение больше похоже на соединение треугольником , хотя его можно подключить к трехфазному источнику либо звезда , либо треугольник , и он не использует центральный (нейтральный) провод.

Трехфазный двухполупериодный мостовой выпрямитель.

Трехфазный входной сигнал переменного тока (вверху), полупериодный выпрямленный сигнал (в центре) и двухполупериодный выпрямленный сигнал (внизу).

Трехфазный мостовой выпрямитель для ветряной турбины.

4 Каталожные номера

  1. Горовиц, Пол; Хилл, Уинфилд (1989). Искусство электроники (второе изд.). Издательство Кембриджского университета. стр. 44–47. ISBN 0-521-37095-7.
  2.   Британский патент 24398
  3.   «Д.Р.П. и Д.Р.Г.М.». Архивировано из оригинала 17 августа 2013 г.
  4. См.:
  5. Strzelecki, R.  Силовая электроника в интеллектуальных электрических сетях . Спрингер, 2008, с. 5
  6. «Контур регулирования расхода по Гретцу». Архивировано из оригинала 04 ноября 2013 г.
  7. Штутц, Майкл ([email protected]), «Обычный поток против электронного потока», All About Circuits , Vol. 1, Глава 1, 2000.
  8. Сирс, Фрэнсис В., Марк В. Земански и Хью Д.Young, University Physics , шестое изд., Addison-Wesely Publishing Co., Inc., 1982, с. 685.
  9. «Выпрямитель», Краткая энциклопедия науки и техники , третье издание, Сибил П. Паркер, изд. McGraw-Hill, Inc., 1994, с. 1589.

Диодный мост

Три мостовых выпрямителя. Размер обычно связан с текущими возможностями обработки. Диоды. Внизу диодный мост. Деталь диодного моста на 1000 вольт x 4 ампера Диодный мост своими руками.Толстая серебряная полоса на диодах указывает на катодную сторону диода.

Диодный мост представляет собой компоновку из четырех (или более) диодов в конфигурации мостовой схемы, которая обеспечивает одинаковую полярность выхода для любой полярности входа. При использовании в наиболее распространенном приложении для преобразования входного переменного тока (AC) в выходной постоянный ток (DC) он известен как мостовой выпрямитель. Мостовой выпрямитель обеспечивает двухполупериодное выпрямление от двухпроводного входа переменного тока, что приводит к меньшей стоимости и весу по сравнению с выпрямителем с трехпроводным входом от трансформатора с вторичной обмоткой с отводом от середины. [1]

Существенной особенностью диодного моста является то, что полярность на выходе одинакова независимо от полярности на входе. Схема диодного моста также известна как схема Греца в честь ее изобретателя, физика Лео Греца.

Основная операция

В соответствии с традиционной моделью протекания тока, первоначально установленной Бенджамином Франклином и до сих пор используемой большинством инженеров, ток предполагается, что течет по электрическим проводникам от положительного к отрицательному полюсу. [2] В действительности свободные электроны в проводнике почти всегда текут от отрицательного к положительному полюсу. Однако в подавляющем большинстве приложений фактическое направление тока не имеет значения. Поэтому при обсуждении ниже традиционная модель сохраняется.

На приведенных ниже схемах, когда вход, подключенный к левому углу ромба, имеет положительный , а вход, подключенный к правому углу, имеет отрицательный , ток течет от верхней клеммы питания к прямо по красному (положительному) пути к выходу и возвращается к нижней клемме питания по синему (отрицательному) пути .

Когда вход, подключенный к левому углу , является отрицательным , а вход, подключенный к правому углу , имеет положительный , ток течет от верхней клеммы питания вправо вдоль красного (положительного). ) к выходу и возвращается к нижней клемме питания по синему (отрицательному) пути . [3]

В каждом случае верхний правый выход остается положительным, а нижний правый выход отрицательным.Поскольку это верно независимо от того, является ли вход переменным или постоянным, эта схема не только создает выход постоянного тока из входа переменного тока, но также может обеспечивать то, что иногда называют «защитой от обратной полярности». То есть он обеспечивает нормальное функционирование оборудования с питанием от постоянного тока, когда батареи были установлены в обратном порядке или когда выводы (провода) от источника питания постоянного тока были перепутаны, и защищает оборудование от потенциального повреждения, вызванного обратной полярностью.

До появления интегральных схем мостовой выпрямитель строился из «дискретных компонентов», т.е.д., отдельные диоды. Примерно с 1950 года одиночный четырехконтактный компонент, содержащий четыре диода, соединенных по мостовой схеме, стал стандартным коммерческим компонентом и теперь доступен с различными номиналами напряжения и тока.

Сглаживание вывода

Для многих приложений, особенно с однофазным переменным током, где двухполупериодный мост служит для преобразования входного переменного тока в выходной постоянный, может потребоваться добавление конденсатора, поскольку мост сам по себе обеспечивает выход импульсного постоянного тока (см. схему справа). ). [1] [4]

Функция этого конденсатора, известного как накопительный конденсатор (или сглаживающий конденсатор), заключается в уменьшении вариаций (или «сглаживании») формы волны выпрямленного выходного напряжения переменного тока от моста. Есть еще некоторая вариация, известная как «пульсация». Одним из объяснений «сглаживания» является то, что конденсатор обеспечивает путь с низким импедансом к составляющей переменного тока на выходе, уменьшая переменное напряжение и переменный ток через резистивную нагрузку. Говоря менее техническими терминами, любое падение выходного напряжения и тока моста компенсируется потерей заряда конденсатора.Этот заряд вытекает в виде дополнительного тока через нагрузку. Таким образом, изменение тока нагрузки и напряжения уменьшается по сравнению с тем, что произошло бы без конденсатора. Повышение напряжения, соответственно, накапливает избыточный заряд в конденсаторе, тем самым сдерживая изменение выходного напряжения/тока.

Показанная упрощенная схема имеет заслуженную репутацию опасной, поскольку в некоторых приложениях конденсатор может сохранять смертельный заряд после отключения источника питания переменного тока.При подаче опасного напряжения практическая схема должна включать надежный способ безопасного разряда конденсатора. Если нормальная нагрузка не может гарантировать выполнение этой функции, возможно, из-за того, что она может быть отключена, цепь должна включать в себя стабилизирующий резистор, подключенный как можно ближе к конденсатору. Этот резистор должен потреблять достаточно большой ток, чтобы разрядить конденсатор за разумное время, но достаточно малый, чтобы свести к минимуму ненужные потери мощности.

Конденсатор и сопротивление нагрузки имеют типичную постоянную времени τ = RC , где C и R — емкость и сопротивление нагрузки соответственно.Пока нагрузочный резистор достаточно большой, так что эта постоянная времени намного больше, чем время одного цикла пульсации, приведенная выше конфигурация будет создавать сглаженное постоянное напряжение на нагрузке.

Когда конденсатор подключен непосредственно к мосту, как показано, ток протекает только в небольшой части каждого цикла, что может быть нежелательно. Диоды трансформатора и моста должны быть рассчитаны на то, чтобы выдерживать бросок тока, возникающий при включении питания на пике переменного напряжения и полностью разряженном конденсаторе.Иногда перед конденсатором включается небольшой последовательный резистор, чтобы ограничить этот ток, хотя в большинстве случаев сопротивления трансформатора источника питания уже достаточно. Добавление резистора или, что еще лучше, катушки индуктивности между мостом и конденсатором может гарантировать, что ток будет потребляться в течение большей части каждого цикла, и не произойдет большого скачка тока.

Затем сглаживание можно улучшить, добавив дополнительные каскады из пар конденсатор-резистор, что часто делается только для дополнительных источников питания в критических цепях с высоким коэффициентом усиления, которые имеют тенденцию быть чувствительными к шуму напряжения питания.Выходной сигнал также можно сгладить с помощью дросселя и второго конденсатора. Дроссель имеет тенденцию поддерживать ток (а не напряжение) более постоянным. Хотя катушка индуктивности дает наилучшие характеристики, обычно резистор выбирают из соображений стоимости.

В настоящее время, при широкой доступности микросхем стабилизаторов напряжения, пассивные фильтры используются реже. Микросхемы могут компенсировать изменения входного напряжения и тока нагрузки, чего не делает пассивный фильтр, и в значительной степени устраняют пульсации. Некоторые из этих чипов имеют довольно впечатляющую мощность; если этого недостаточно, их можно комбинировать с силовым транзистором.

Идеализированные формы сигналов, показанные выше, видны как для напряжения, так и для тока, когда нагрузка на мост является резистивной. Когда нагрузка включает в себя сглаживающий конденсатор, формы сигналов напряжения и тока будут сильно изменены. Пока напряжение сглажено, как описано выше, ток будет протекать через мост только в то время, когда входное напряжение больше напряжения на конденсаторе. Например, если нагрузка потребляет средний ток n ампер, а диоды проводят ток в течение 10 % времени, средний ток диода во время проводимости должен составлять 10 n ампер.Этот несинусоидальный ток приводит к гармоническим искажениям и плохому коэффициенту мощности в сети переменного тока.

Некоторые ранние консольные радиоприемники создавали постоянное поле динамика с помощью тока от источника питания высокого напряжения («B+»), который затем направлялся на потребляющие цепи (постоянные магниты тогда были слишком слабыми для хорошей работы) для создания постоянное магнитное поле.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.