Двухполупериодный выпрямитель: схемы, принцип работы

Содержание:

Кратко об управляемых преобразователях

Нередко требуется управлять напряжением на выходе преобразователя, не изменяя входное. Для этой цели наиболее оптимальным будет применение управляемых вентилей, пример такой реализации показан ниже.

Простой тиристорный преобразователь (на управляемых вентилях)

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Чтобы выпрямить оба полупериода синусоидальной волны, как мы уже говорили ранее, в мостовом выпрямителе используются четыре диода, соединенных вместе в конфигурации «моста». Вторичная обмотка трансформатора подключена с одной стороны диодного моста, а нагрузка — с другой.

На следующем рисунке показана схема мостового выпрямителя.

Во время положительного полупериода переменного напряжения диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении, в то время как диоды D3 и D4 смещены в обратном направлении. Это создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе (обратите внимание на плюс-минус полярности на нагрузочном резисторе).

В течение следующего полупериода полярность переменного напряжения меняется на противоположную. Теперь диоды D3 и D4 смещены в прямом направлении, а диоды D1 и D2 — в обратном. Это также создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе, как и раньше.

Обратите внимание, что независимо от полярности напряжения на входе, полярность на нагрузке постоянная, а ток в нагрузке течет в одном направлении. Таким образом, схема преобразует входное переменное напряжение в пульсирующее постоянное напряжение.

Если вам трудно запомнить правильное расположение диодов в схеме мостового выпрямителя, вы можете обратиться к альтернативному представлению схемы. Это точно такая же схема, за исключением того, что все диоды расположены горизонтально и направлены в одном направлении.

Значение постоянного напряжение выходного сигнала

Здесь формула для расчета среднего значения напряжения такая же, как и для двухполупериодного выпрямителя со средней точкой:

Это уравнение говорит нам, что значение постоянного напряжения составляет около 63,6 процента от пикового значения. Например, если пиковое переменное напряжение составляет 10 В, то постоянное напряжение будет 6,36 В.

Когда вы измеряете напряжение на выходе мостового выпрямителя с помощью вольтметра, показание будет равно среднему значению.

Принцип действия двухполупериодного выпрямителя

В течение первой половины цикла переменного тока верхний конец вторичной обмотки положителен, а нижний конец вторичной обмотки отрицателен. Диод D1 находится в состоянии прямого подключения, а диод D2 находится в состоянии обратного подключения, поскольку средняя точка отрицательна относительно положительной стороны вторичной обмотки и положительна относительно отрицательной стороны вторичной обмотки. Ток протекает от средней точки через сопротивление нагрузки, через D1 к положительной стороне вторичной обмотки. Падение напряжения на сопротивлении RL представляет собой положительную полуволну.

Путь тока через двухполупериодный выпрямитель: D1 находится в состоянии прямого подключения

В течение второй половины цикла переменного тока верхний конец вторичной обмотки отрицателен, а нижний конец вторичной обмотки положителен. Диод D1 находится в состоянии обратного подключения, а диод D2 находится в состоянии прямого подключения. Как изображено на рисунке 3-7, ток протекает от средней точки через сопротивление нагрузки, через D2 к положительной стороне вторичной обмотки. Падение напряжения на сопротивлении RL снова представляет собой положительную полуволну.

Путь тока в двухполупериодном выпрямителе: D2 находится в состоянии прямого подключения

Поскольку ток протекает через сопротивление RL в одном и том же направлении в течение обеих половин цикла входного напряжения, через RL проходят две полуволны в течение каждого полного цикла. Тем не менее, поскольку у этого трансформатора есть средняя точка, падение напряжения на сопротивлении нагрузки представляет собой лишь

половину того, что могло бы быть, если бы нагрузка была соединена ко всей вторичной обмотке. Форма кривой выходного сигнала двухполупериодного выпрямителяЧитайте также Мостовой выпрямитель контур, проводящий ток в течение обеих половин цикла переменного тока Однополупериодный выпрямитель контур, проводящий во время одной половины цикла переменного тока Трансформатор электрическое устройство, передающее энергию переменного тока от одного контура к другому Повторитель напряжения имеет высокое входное сопротивление, низкое выходное сопротивление и коэффициент усиления равный единице Умножитель напряжения контур, способный выдать напряжение, в несколько раз превышающее полученное

Назначение

Основное назначение однофазного двухполупериодного выпрямителя – это преобразование переменного тока в постоянный. Для того чтобы понять принцип действия такого выпрямителя, необходимо разобраться, что такое однополупериодное выпрямление

Однополупериодный выпрямитель представляет собой устройство, которое состоит из трансформатора и одного диода (вентиля), подключенного ко вторичной обмотке трансформатора. Работает устройство следующим образом:

1. Синусоидальный ток представляет собой цикл из 2 периодов: положительного и отрицательного.
2. При протекании по цепи положительного полупериода, диод открывается и пропускает его дальше по цепи.
3. При протекании отрицательного полупериода, диод не открывается и обрезает этот цикл.

Таким образом по цепи пропускается только ток с высокой пульсацией. Для того чтобы сгладить этот эффект, схема дополняется конденсатором с высокой емкостью. Основной недостаток такой схемы – большая потеря тока и необходимость использования мощных сглаживающих конденсаторов. Подобное устройство применяется, например, для зарядных блоков мобильных телефонов.

Двухполупериодный однофазный выпрямитель построен примерно по схожей схеме. Главное отличие заключается в добавлении 2-х и более полупроводниковых диодов для сглаживания обоих полупериодов. Существуют следующие разновидности подобных элементов:

1. Мостовой.
2. Со средней точкой.

Каждое устройство использует различное количество преобразователей, а значит имеет различный принцип работы.

Свойства двухполупериодного выпрямителя

Основным свойством этих устройств является протекание электрического тока через нагрузку за оба полупериода в одном и том же направлении.

В приборах такого типа используются, в основном, мостовые или полумостовые схемы. В последнем случае однофазный ток выпрямляется с использованием специального трансформатора. В качестве вывода используется средняя точка вторичной обмотки, а количество элементов, выпрямляющих ток – в два раза меньше. В настоящее время полумостовая схема используется довольно редко из-за высокой металлоемкости и высокого активного внутреннего сопротивления, с большими потерями при нагревании трансформаторных обмоток.

Чаще всего используются двухполупериодные устройства, в схемах которых имеется сразу два вентиля. Электрический ток в нагрузке всегда протекает в одном и том же направлении. В результате, выпрямление тока происходит с участием двух полупериодов напряжения. Благодаря высокой частоте пульсаций, фильтрация выпрямляемого напряжения существенно облегчается.

Двухполупериодные выпрямители получили широкое распространение во многих радиоэлектронных устройствах, обеспечивая их нормальное питание. Возможность преобразования постоянного тока из одного напряжения в другое, дает возможность создавать в схемах питания различные напряжения при одном и том же источнике энергии.

Работа мостовой схемы

Разбираемся с электроизмерительными приборами

Устройство состоит из четырех полупроводниковых вентилей, объединенных в мост. В таком случае вторичная обмотка трансформирующего устройства объединяется с противоположными плечами диодного моста. Нагрузочные резисторы подключат посредством других плеч. При этом выходные характеристики значительно выше, чем у двухпериодных, из-за течения через прибор всей волны напряжений переменного тока.

Во время положительной полуволны сигнал движется от отрицательной части вторичной обмотки трансформирующего устройства через вентили и нагрузочный резистор к положительной части совокупности витков трансформирующего устройства. При негативной полуволне процесс происходит в обратном порядке.

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Схема двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Для этой схемы необходим трансформатор, с двумя вторичными обмотками. Напряжение на диодах в два раза выше, чем при включении схемы с однополупериодным выпрямителем или при включении мостовой схемы. В этой схеме попеременно работают оба полупериода. В течении положительного полупериода работает одна часть схемы обозначенная В1, во время отрицательного полупериода работает вторая часть схемы обозначенная В2. Эта схема является менее экономичной, чем мостовая схема, в частности у неё более низкий коэффициент использования трансформатора. В этой схеме после диодов получается также пульсирующее напряжение, но частота пульсаций в два раза выше. Что мы и можем видеть на следующем графике:

График двухполупериодного выпрямителя

Сравнение мостовой схемы и схемы со средней точкой

Относительно мостового выпрямителя двухполупериодный преобразователь со средней точкой имеет удвоенное напряжение вдвое выше. Также в работе задействованы оба полупериода переменного тока. При положительной полуволне работает верхняя часть схемы, при отрицательной – нижняя.

Главным недостатком, по сравнению с выпрямителем на диодном мосту, является низкий КПД применения трансформирующего устройства. Частота колебаний сигнала вдвое выше, чем у мостовой схемы.

Величина выходного напряжения

Поскольку двухполупериодный выпрямитель выдает выходной сигнал в течение обоих полупериодов, он имеет в два раза больше положительных циклов, чем полуволновой выпрямитель. В результате среднее значение напряжения также в два раза больше:

Среднее значение напряжения за один цикл рассчитывается по следующей формуле:

Это уравнение указывает нам на то, что значение постоянного напряжения  составляет около 63,6% от пикового значения. Например, если пиковое напряжение входного сигнала составляет 10 В, напряжение на выходе выпрямителя будет 6,36 В

Когда вы измеряете при помощи вольтметра сигнал с выхода двухполупериодного выпрямителя, показания будут равны среднему значению.

Аппроксимация второго порядка

В действительности мы не получаем идеальное двухполупериодное напряжение на нагрузочном резисторе.

Из-за потенциального барьера, диод не включается, пока напряжение источника не достигнет около 0,7 В. Таким образом, выходное напряжение на 0,7 В ниже идеального пикового выходного напряжения.

Выходная частота

Двухполупериодный выпрямитель инвертирует каждый отрицательный полупериод, удваивая количество положительных полупериодов. Из-за этого у двухполупериодного выпрямителя на выходе есть в два раза больше циклов, чем на входе.

Поэтому частота двухполупериодного сигнала в два раза превышает входную частоту:

Например, если частота источника составляет 50 Гц, выходная частота будет 100 Гц.

Фильтрация постоянного напряжения

Сигнал на выходе, который мы получаем от двухполупериодного мостового выпрямителя, является по сути пульсирующим постоянным напряжением, которое вырастает до максимума, а затем снижается до нуля.

Для того чтобы избавиться от пульсаций, нам необходимо отфильтровать двухволновой сигнал. Один из способов сделать это — подключить сглаживающий конденсатор.

Первоначально конденсатор разряжен. На протяжении первой четверти цикла диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении и из-за этого сглаживающий конденсатор начинает заряжаться. Процесс заряда длится до тех пор, пока напряжение с мостового выпрямителя не достигнет своего пикового значения. В этот момент напряжение на конденсаторе будет равно Vp.

После того, как напряжение с выпрямителя достигает своего пика, оно начинает уменьшаться. Как только напряжение снизиться ниже Vp соответствующая пара диодов (D1 и D2) не будет проводить.

Когда диоды выключены, конденсатор разряжается через нагрузку, пока не будет достигнут следующий пик. Когда наступает следующий пик, конденсатор заряжается уже через диоды D3 и D4  до пикового значения.

Анализ двухполупериодного выпрямителя

Чтобы проанализировать схему двухполупериодного выпрямителя, предположим, что входное напряжение Vi равно

Vi=Vm sin omegat

Ток i1 через нагрузочный резистор RL определяется как

i1=Im sin omegat quadдля quad0 leq omegat leq pi

i1= quad0 quad quad quadдля quad pi leq omegat leq2 pi

куда

im= гидроразрываVmRF+RL

Rf — сопротивление диода в состоянии ВКЛ.

Аналогично, ток i2 , протекающий через диод D2 и нагрузочный резистор RL, определяется как

i2= quad0 quad quad quadдля quad0 leq omegat leq pi

i2=Im sin omegat quadдля quad pi leq omegat leq2 pi

Общий ток, протекающий через RL , является суммой двух токов i1 и i2 , т.е.

I=i1+i2

Среднее значение выходного тока, которое показывает амперметр постоянного тока, определяется как

Idc= frac12 pi int2 pi0i1d left( omegat right)+ frac12 pi int2 pi0i2d left( omegat right)

= frac12 pi int pi0Im sin omegatd left( omegat right)+0+0+

frac12 pi int2 pi0Im sin omegatd left( omegat right)

= fracIm pi+ fracIm pi= frac2Im pi=0. 636Im

Это вдвое превышает значение полуволнового выпрямителя.

Выходное напряжение постоянного тока на нагрузке определяется как

Vdc=Idc timesRL= frac2ImRL pi=0.636ImRL

Таким образом, выходное напряжение постоянного тока в два раза выше, чем у полуволнового выпрямителя.

Среднеквадратичное значение тока определяется как

Irms= left[ frac1 pi int pi0t2d left( omegat right) right] гидроразрыва12

Поскольку ток имеет две одинаковые формы в двух половинах

= left[ fracI2m pi int pi0 sin2 omegatd left( omegat right) right] frac12

= гидроразрываim SQRT2

Эффективность выпрямителя определяется как

ета= гидроразрываР−постоянногоР−ас

Сейчас,

Pdc= left(Vdc right)2/RL= left(2Vm/ pi right)2

А также,

Pac= left(Vrms right)2/RL= left(Vm/ sqrt2 right)2

Следовательно,

eta= fracPdcPac= frac left(2Vm/ pi right)2 left(Vm/ sqrt2 right)2= гидроразрыва8 р2

=0,812=81,2%

Эффективность выпрямителя можно рассчитать следующим образом:

Выходная мощность постоянного тока,

Pdc=I2dcRL= frac4I2m pi2 timesRL

Входная мощность переменного тока,

$$ P_ {ac} = I_ {rms} ^ {2} left (R_f + R_L right) = frac {I_ {m} ^ {2}} {2} left (R_f + R_L right) $ $

Следовательно,

eta= frac4I2mRL/ pi2I2m left(Rf+RL right)/2= frac8 pi2 fracRL left(Rf+RL right)

=  frac {0. 812} { left  {1+  left (R_f / R_L  right)  right }}

Следовательно, процентная эффективность

= frac0.8121+ left(Rf+RL right)

=81.2% quadifRf=0

Таким образом, двухполупериодный выпрямитель имеет эффективность, в два раза превышающую эффективность полуволнового выпрямителя.

Форм-фактор выпрямленного выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя задается

F= гидроразрываIэффIпостоянноготока= гидроразрываim/ SQRT22Im/ р=1,11

Коэффициент пульсации  gamma определяется как (с использованием теории цепей переменного тока)

gamma= left[ left( fracIrmsIdc right)−1 right] frac12= left(F2−1 справа) frac12

= left[ left(1.11 right)2−1 right] frac12=0,48

Это значительное улучшение по сравнению с коэффициентом пульсации полуволнового выпрямителя, равным 1,21.

Выходное напряжение постоянного тока определяется как

Vdc= frac2ImRL pi= frac2VmRL pi left(Rf+RL right)

= frac2Vm pi left[1− fracRfRf+RL right]= frac2Vm pi−IdcRf

TUF полуволнового выпрямителя составляет 0,287

В выпрямителе с центральным отводом имеются две вторичные обмотки, и, следовательно, TUF двухполупериодного выпрямителя с центральным выводом

left(TUF right)avg= fracPdcVAрейтингofaтрансформатор

= frac left(TUF right)p+ left(TUF right)s+ left(TUF right)s3

= гидроразрыва0,812+0,287+0,2873=0,693

Недостатки двухполупериодного выпрямителя

Одним из недостатков двухполупериодного выпрямителя является необходимость в трансформаторе, имеющий во вторичной обмотке центральный отвод. По этой причине в мощных источниках питания размеры и стоимость таких трансформаторов существенно возрастают. Вот почему использование выпрямителя с центральным отводом оправдана только в устройствах с низким энергопотреблением.

Еще одним недостатком является то, что из-за центрального отвода для выпрямления используется только половина вторичного напряжения.

Чтобы избежать этих недостатков можно использовать мостовой двухполупериодный выпрямитель.

Преобразователь напряжения своими руками

Покупка преобразователя напряжения не всегда выглядит логичной. Стоимость устройства может быть значительной. Поэтому многие предпочитают собирать такие собственноручно. Радиоэлементы извлекаются из блоков питания компьютеров и других приборов. Однако подключать к простейшему элементу чувствительную к перепадам напряжения технику нежелательно.

Схема импульсного преобразователя

Полноволновой выпрямитель с нулевым выводом

Выпрямляющий прибор с двумя диодами конвертирует обе полуволны подающегося на него сигнала в импульсный постоянный ток. Чтобы преобразовать ток, применяется трансформирующий прибор, у которого вторичная обмотка разделяется на две половины. Центральный участок присоединен к земле.

Принцип работы:

1. При положительном полуцикле на одной части витков трансформатора возникает плюс, на второй – минус. Вентиль, который подключают к положительной части, проводит ток. Второй диод закрыт. Проходя через резистор, ток попадает на центральную точку;
2. При отрицательном полуцикле состояние обмоток меняется. Второй диод проводит ток.

В итоге электричество пропускается во время обеих полуволн, и КПД достигает 90%.

Подведем итоги

• Выпрямление – это преобразование переменного напряжения в постоянное.
• Однополупериодный выпрямитель – это схема, которая позволяет только одной половине синусоиды переменного напряжения достичь нагрузки, давая на ней в результате неизменяющуюся полярность. Полученное постоянное напряжение, приложенное к нагрузке, значительно “пульсирует”.
• Двухполупериодный выпрямитель – это схема, которая преобразует обе половины периода синусоиды переменного напряжения в непрерывную последовательность импульсов одной полярности. Полученное постоянное напряжение, приложенное к нагрузке, “пульсирует” не так сильно.
• Многофазное переменное напряжении при выпрямлении дает более “гладкую” форму постоянного напряжения (меньшее напряжение пульсаций) по сравнению с выпрямленным однофазным напряжением.

Предыдущая

РазноеЭлектромагнитное излучение – невидимый убийца.

Следующая

РазноеКак правильно соединить провода между собой

3.3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель

Схема однофазного двухполупериодного выпрямителя представлена на рис. 3.3. Схема представляет собой два однополупериодных выпрямителя, работающих на общую нагрузку.

Рис. 3.3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель

В схеме диоды VD1 иVD2 подключены к двум одинаковым вторичным полуобмоткам, действующее напряжение на которых равноU₂.

Рассмотрим временную диаграмму работы схемы (рис. 3.4). Под действием переменного напряжения вторичной обмотки u₂диодVD1 проводит ток только в нечётные полупериоды, а диодVD2 – только в чётные. В нагрузке получается два полупериода пульсирующего напряжения, частота пульсаций в два раза выше частоты питающей сети. Приведённые выше формулы (3.1)…(3.4) выведены в общем виде, поэтому для рассматриваемой схемы будем записывать только окончательный результат.

Среднее значение выпрямленного напряжения

.

Среднее значение выпрямленного тока .

Среднее значение тока диода .

Максимальное обратное напряжение на диоде достигает удвоенной амплитуды значения напряжения вторичной обмотки

.

Ток вторичной обмотки представляет собой сумму токов каждой из полуобмоток, поэтому подмагничивания сердечника трансформатора нет, что является существенным преимуществом данной схемы.

Однако напряжение на закрытом диоде получается слишком большим, примерно в три раза больше выпрямленного напряжения, поэтому двухполупериодную схему используют при U_d30 В.

Рис. 3.4. Временная диаграмма работы однофазного двухполупериодного выпрямителя

Подробнее рассмотрим режим работы трансформатора. Действующее значение тока вторичной обмотки

.

Следовательно, для рассматриваемой схемы коэффициент формы тока

.

Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора

.

Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора

,

где P_d=U_dI_d– мощность постоянного тока в нагрузке.

Расчетная мощность первичной обмотки

.

Расчетная (типовая) мощность трансформатора

.

Коэффициент использования трансформатора по мощности

.

Схема однофазного мостового выпрямителя представлена на рис. 3.5. В данной схеме у трансформатора только одна вторичная обмотка, но в нагрузку поступают два полупериода напряжения вторичной обмотки трансформатора. В нечётные полупериоды ток проходит через диод VD1, нагрузку, диодVD3. В чётные – через диодVD2, нагрузку, диодVD4.

Рис. 3.5. Однофазный мостовой выпрямитель

Временная диаграмма работы однофазного мостового выпрямителя представлена на рис. 3.6. Она практически не отличается от временной диаграммы двухполупериодного выпрямителя, только лишь отмечено прохождение тока через пары диодов VD1,VD3 иVD2,VD4, а также видно, что обратное напряжение на закрытом диодеU_b.maxуменьшилось.

Среднее значение выпрямленного напряжения такое же, как в предыдущей схеме

.

Рис. 3.6. Временная диаграмма работы однофазного мостового выпрямителя

Среднее значение тока диода .

Максимальное обратное напряжение на диоде равно амплитудному значению напряжения вторичной обмотки

.

Подмагничивания сердечника трансформатора нет, что является существенным преимуществом данной схемы. Подробнее рассмотрим режим работы трансформатора. Действующее значение тока вторичной обмотки

.

Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора

.

Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора

,

где P_d=U_dI_d– мощность постоянного тока в нагрузке.

Расчетная мощность первичной обмотки

.

Расчетная (типовая) мощность трансформатора

.

Коэффициент использования трансформатора по мощности

.

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

Таблица 3.1

Основные электрические параметры однофазных выпрямителей

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

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

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

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

внешней характеристикой.

Уравнение внешней характеристики

, (3. 14)

где U_d0– напряжение холостого хода выпрямителя;

r_a– активное сопротивление трансформатора;

r_пр– прямое динамическое сопротивление диодов;

I_d– ток нагрузки.

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

Рис. 3.7. Внешняя характеристика выпрямителя с активной нагрузкой

Более подробные сведения об однофазных выпрямителях приведены в литературе [11, 14, 20].

Контрольные вопросы

1. Для чего применяются выпрямители?

2. Приведите классификацию и перечислите основные параметры выпрямителей.

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

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

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

Работа, типы и схемы

В этой статье мы обсудим работу двухполупериодных выпрямителей с отводом от средней точки и мостового типа. Двухполупериодный выпрямитель преобразует переменное напряжение в постоянное. Он преобразует положительные и отрицательные циклы переменного напряжения в постоянное напряжение. Выпрямитель с центральным отводом и мостовой выпрямитель представляют собой два типа двухполупериодных выпрямителей.

Что такое двухполупериодный выпрямитель?

Двухполупериодный выпрямитель представляет собой схему, которая преобразует сигнал переменной формы в пульсирующий сигнал постоянного тока. Этот процесс называется двухполупериодным выпрямлением, при котором сигнал переменного тока преобразуется в сигнал постоянного тока. Двухполупериодный выпрямитель использует несколько диодов для преобразования входного переменного напряжения в выходное постоянное напряжение.

Выпрямители бывают двух типов: двухполупериодные и двухполупериодные. Как обсуждалось, двухполупериодный выпрямитель обеспечивает пульсирующий сигнал постоянного тока из входного переменного сигнала. Двухполупериодный выпрямитель преобразует полный цикл переменного тока в постоянный. В то время как в случае с однополупериодным выпрямителем мы получаем на выходе только полуволну переменного сигнала. Следовательно, КПД однополупериодного выпрямителя составляет всего около 40%.

Типы двухполупериодных выпрямителей

Существует два типа двухполупериодных выпрямителей.

• Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом
• Мостовой выпрямитель

Как видно на изображении выше, двухполупериодный выпрямитель имеет источник переменного тока, трансформатор (обычно только понижающий) и четыре диода. Здесь используется обычный трансформатор.

Другой тип выпрямителя представляет собой двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом. В нем используется трансформатор с центральным отводом. В трансформаторе с отводом от середины используются только два диода.

Давайте подробно обсудим двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом и двухполупериодный выпрямитель.

Двухполупериодный выпрямитель со средним ответвлением

Двухполупериодный выпрямитель со средним ответвлением состоит из трансформатора со средним ответвлением, двух диодов и нагрузки. Трансформатор с центральным отводом — это не что иное, как обычный трансформатор с проводом, подключенным точно в центре вторичной обмотки. Центральный провод вторичной обмотки имеет нулевой потенциал. Например, трансформатор с отводом посередине рассчитан на 15-0-15 вольт. Здесь центральный отвод находится под нулевым потенциалом, а две другие точки трансформатора меняют свою полярность. Из-за такого типа конструкции мы получаем одновременное переменное напряжение с обеих сторон. Полярность напряжения будет полностью противоположной с обеих сторон.

Работа двухполупериодного выпрямителя

Во время положительного полупериода сигнала переменного тока диод D1 находится в состоянии прямого смещения, в то время как диод D2 находится в состоянии обратного смещения. Итак, диод D1 проводит, а диод D2 не проводит. Таким образом, ток будет течь через D1, а D2 не будет в кадре во время этого цикла.

Теперь во время отрицательного положительного полупериода сигнала переменного тока диод D2 будет смещен в прямом направлении, а диод D2 будет смещен в обратном направлении. Таким образом, D2 будет проводить, а D1 не будет проводить. Таким образом, ток будет течь через D2, а D1 не будет в кадре во время этого цикла.

На приведенном ниже рисунке показана форма выходного сигнала двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки.

Схема, которую мы использовали здесь, производит пульсирующую форму волны постоянного тока. На практике эта пульсирующая форма волны постоянного тока бесполезна. Итак, чтобы сделать его гладким, используется фильтр с двухполупериодным выпрямителем с центральным отводом, который мы обсуждали. В этой схеме используются конденсатор и резистор для фильтрации пульсирующего постоянного тока. Фильтр работает следующим образом: когда диод D1 смещен в прямом направлении, конденсатор заряжается через диод D1.

Когда напряжение достигает пика, конденсатор полностью заряжен. Теперь, когда напряжение начинает уменьшаться, конденсатор начинает подавать напряжение на нагрузку. Теперь напряжение на конденсаторе также будет постепенно уменьшаться, но процесс разрядки несколько медленнее, чем заряд конденсатора. Таким образом, до того, как конденсатор разрядится, диод D2 будет находиться в прямом смещении. Этот диод D2 снова зарядит конденсатор. Таким образом, этот процесс зарядки и разрядки будет продолжаться, и мы получим плавную волну постоянного тока.

Цепь фильтра двухполупериодного мостового выпрямителя с отводом от средней точки

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Двухполупериодный мостовой выпрямитель состоит из обычного трансформатора по сравнению с трансформатором с отводом от средней точки, используемым в двухполупериодном двухполупериодном выпрямителе с отводом от средней точки. выпрямитель. Следовательно, используемая схема также меняется. Схема двухполупериодного мостового выпрямителя состоит из четырех диодов и подключенной к нему нагрузки.

Работа двухполупериодного мостового выпрямителя

Мы можем понять работу двухполупериодного выпрямителя с помощью его принципиальной схемы. Как видно из схемы двухполупериодного мостового выпрямителя, в нем четыре диода, то есть D1, D2, D3 и D4. Во время положительного цикла переменного сигнала диоды D1 и D3 смещены в прямом направлении. В это время диоды D2 и D4 находятся в обратном смещении. Таким образом, сигнал/напряжение будет поступать от диодов D1 и D3, а диоды D2 и D4 не будут проводящими.

Теперь во время отрицательного цикла переменного сигнала диоды D2 и D4 будут смещены в прямом направлении. В это время диоды D1 и D3 будут находиться в обратном смещении. Таким образом, сигнал/напряжение будет поступать от диодов D2 и D4, а диоды D1 и D3 не будут проводящими. Комбинация выходного сигнала обоих этих случаев дает нам двухполупериодный выпрямленный сигнал, но с пульсирующим выходным сигналом.

Выходной сигнал двухполупериодного мостового выпрямителя

Выходной сигнал двухполупериодного мостового выпрямителя показан на рисунке

Схема фильтра двухполупериодного мостового выпрямителя 9000 2 Вот и сделать выходной пульсирующий постоянный ток в гладкую форму выходного сигнала, мы используем схему фильтра. Схема фильтра такая же, как мы использовали в полноволновом усилителе с отводом от середины.

Теперь давайте посмотрим на различные формулы, используемые для двухполупериодных мостовых выпрямителей

Коэффициент пульсации двухполупериодного мостового выпрямителя (γ или r)

Как мы видели, двухполупериодный мостовой выпрямитель имеет схему фильтра для преобразования пульсирующего постоянного тока на выходе в плавный постоянный ток. В этом процессе преобразования некоторые компоненты переменного тока все еще существуют на выходе. Эта нежелательная составляющая переменного тока на выходе называется пульсацией. Теперь, чтобы сделать его числовым или счетным числом, мы используем термин, называемый коэффициентом пульсаций, обозначаемый γ или r.

Формула для коэффициента пульсации равно

В приведенной выше формуле V _rms — среднеквадратичное значение переменного входа, а Vdc — выходное постоянное напряжение. Идеальный коэффициент пульсаций для двухполупериодного мостового выпрямителя с отводом от средней точки составляет 0,48

КПД двухполупериодного мостового выпрямителя

КПД двухполупериодного мостового выпрямителя представляет собой отношение выходной мощности постоянного тока к входной мощности переменного тока. . Обозначается η.

КПД двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки составляет около 81,2%.

Форм-фактор двухполупериодного мостового выпрямителя

Форм-фактор двухполупериодного мостового выпрямителя представляет собой отношение среднеквадратичного значения к среднему значению.

Форм-фактор двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки равен 1,11

Преимущества двухполупериодного выпрямителя

1. Эффективность двухполупериодного выпрямителя выше, чем у однополупериодного выпрямителя.
2. Однополупериодный выпрямитель будет иметь высокие пульсации, если используется схема фильтра. В случае двухполупериодного выпрямителя форма волны будет намного лучше с низкими потерями мощности.

Недостатки двухполупериодного выпрямителя

1. Стоимость двухполупериодного выпрямителя выше, чем у однополупериодного выпрямителя.
2. Двухполупериодный выпрямитель требует больше места по сравнению с двухполупериодным выпрямителем.

Читать далее

Похожие сообщения:

Пожалуйста, подпишитесь на нас и поставьте лайк:

Двухполупериодный выпрямитель — принципиальная схема и принцип работы » ElectroDuino

14 апреля 2021 19 апреля 2021 г. admin 0 Комментарии Переменный ток, Переменный ток, Двухполупериодный выпрямитель с отводом от средней точки, Постоянный ток, Постоянный ток, Двухполупериодный выпрямитель, PN-диод, Выпрямитель

Привет, друзья! Добро пожаловать в ElectroDuino. Этот блог основан на Full Wave Rectifier . Здесь мы обсудим, что такое двухполупериодный выпрямитель, принцип работы, принципиальная схема, формы волны, формула, преимущества и недостатки.

Содержание

Что такое выпрямитель?

Выпрямитель представляет собой простую электронную схему, состоящую из одного диода или нескольких диодов с p-n переходом, которая преобразует переменный ток (AC) в постоянный ток (DC). Процесс преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC) называется Rectification .

Что такое выпрямитель

Выпрямители в основном делятся на две категории: полупериодный выпрямитель , и двухполупериодный выпрямитель . Здесь мы в основном обсуждаем двухполупериодный выпрямитель.

Что такое двухполупериодный выпрямитель

Двухполупериодный выпрямитель — это форма выпрямителя, которая пропускает как положительный полупериод, так и отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока (AC) для преобразования напряжения переменного тока в пульсирующее постоянное напряжение.

Схема однополупериодного выпрямителя пропускает либо положительный полупериод, либо отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока и блокирует оставшийся полупериод. Следовательно, значительное количество энергии тратится впустую, а выходное напряжение не является ровным и устойчивым постоянным напряжением (ток), поэтому мы не можем использовать его для всех устройств постоянного тока. Но в двухполупериодном выпрямителе через него проходят оба полупериода (положительный и отрицательный). Вот почему он производит более высокое выходное напряжение постоянного тока, а на выходе постоянное напряжение постоянного тока (ток). По этой причине двухполупериодные выпрямители предпочтительнее однополупериодных в устройствах постоянного тока.

Мы можем далее классифицировать двухполупериодные выпрямители на два типа:

• Двухполупериодный выпрямитель с отводом от средней точки
• Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Здесь мы в основном обсуждаем двухполупериодный выпрямитель с отводом от средней точки.

См. также Полупроводниковый материал – свойства, типы, примеры, применение 0 Полупериодный выпрямитель — принципиальная схема и принцип работы Полноволновый мостовой выпрямитель — принципиальная схема и принцип работы

Что такое двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом

Выпрямитель схема, в которой используется трансформатор с центральным отводом и 2 диода для преобразования полного сигнала переменного тока (AC) в сигнал постоянного тока (DC), известный как двухполупериодный выпрямитель с отводом от средней точки .

Конструкция и принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки

Полная схема двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки состоит из четырех основных частей: трансформатора с отводом от средней точки, двух диодов, резистивной нагрузки, а также источника переменного напряжения. На следующем рисунке показана принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки.

Первичная обмотка трансформатора с отводом от средней точки соединена с источником переменного напряжения. Вывод -А вторичной обмотки соединяется с Анодом или плюсом (+) 9Клемма 0006 диода D1 и клемма -В вторичной обмотки подключается к Анодной или положительной (+) клемме диода D2 . Катод или отрицательный (-) вывод обоих диодов (D1 и D2) подключены к одной стороне нагрузочного резистора (RL) . Другая сторона нагрузочного резистора (RL) подключена к общей клемме (CT) вторичной обмотки.

Трансформатор с центральным отводом

Когда дополнительный провод подключается точно к середине вторичной обмотки трансформатора, он называется трансформатором с отводом от средней точки .

Трансформатор с центральным отводом Символ

Трансформатор с центральным отводом обеспечивает двухфазное трехпроводное питание. Вторичная обмотка трансформатора с центральным отводом разделена на две части: верхнюю часть (UP) и нижнюю часть (LP) . Таким образом, трансформатор с отводом от средней точки делит входной сигнал переменного тока (VP) на два равных, но противоположных вторичных напряжения (Va и Vb). Вторичная обмотка трансформатора с отводом от средней точки имеет три вывода. 9Клемма 0005-A подключена к верхней части, а клемма -B подключена к нижней части вторичной обмотки. Дополнительный провод подключается точно посередине вторичной обмотки (вторичной катушки), эта точка известна как точка отвода . Этот провод или точка отвода находится точно при нулевом напряжении сигнала переменного тока и обеспечивает общее соединение (Общая клемма (CT)) для двух клемм (A и B).

Работа центрального ответвительного трансформатора

Напряжения Va и Vb равны по величине, но противоположны по направлению. Если на клемме-А вторичной обмотки возникает положительное напряжение (+Va), то на клемме-В вторичной обмотки будет создаваться отрицательное напряжение (-Vb). Когда мы объединяем эти два напряжения (+Va и -Vb) на выходной нагрузке, мы получаем полный сигнал переменного тока.

Т.е. Vp = Va + Vb

Вот почему они на 180 электрических градусов не совпадают по фазе друг с другом.

Рабочий /Рабочий двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки (теория)

Когда мы подаем сигнал напряжения переменного тока на вход первичной обмотки трансформатора. В течение положительного полупериода сигнала переменного напряжения, клемма-А вторичной обмотки трансформатора будет положительной (+) по отношению к общей клемме (ТТ), а клемма-В вторичной обмотки будет минус (-) по отношению к общей клемме (CT). В этом состоянии диод D1 — это с прямым смещением , а диод D2 — это с обратным смещением . Таким образом, диод D1 работает как закрытый переключатель , который позволяет току течь через него, а диод D2 работает как открытый переключатель , который блокирует протекание тока через него. Следовательно, только положительное выходное напряжение клеммы А проходит через диод D1 и появляется на нагрузочном резисторе.

Выход отрицательных двухполупериодных выпрямителей для положительного полупериода

В течение отрицательный полупериод сигнала переменного напряжения, клемма-В вторичной обмотки будет положительной (+) по отношению к общей клемме С, а клемма-А вторичной обмотки трансформатора будет отрицательным (-) относительно общей клеммы C. В этом состоянии диод D2 имеет прямое смещение , а диод D1 имеет обратное смещение . Итак, диод Д2 работает как замкнутый ключ , который позволяет току течь через него, а диод D1 работает как открытый переключатель , который блокирует ток, протекающий через него. Следовательно, только положительное выходное напряжение клеммы-B проходит через диод D2 и появляется на нагрузочном резисторе.

Выход отрицательных двухполупериодных выпрямителей для отрицательного полупериода

В результате во время положительного полупериода входного переменного напряжения диод D1 проводит, а во время отрицательного полупериода входного переменного напряжения проводит диод D2. Таким образом, ток появляется через нагрузочный резистор в течение обоих полупериодов (положительного и отрицательного) входного переменного напряжения, и мы получаем Выходное напряжение постоянного тока на нагрузочном резисторе. На следующем рисунке показана форма выходного напряжения постоянного тока на нагрузочном резисторе:

Двухполупериодный выпрямитель с конденсаторным фильтром

Наблюдая за формой выходного сигнала двухполупериодного выпрямителя, мы можем легко понять, что выходной сигнал двухполупериодного выпрямителя не является чистым напряжением постоянного тока. Это пульсирующее постоянное напряжение с множеством пульсаций, которое увеличивается до максимума, а затем уменьшается до нуля. Этот тип пульсирующего постоянного напряжения не имеет практического применения. Итак, нам нужно преобразовать пульсирующее постоянное напряжение в чистое постоянное напряжение. Мы можем использовать фильтр для преобразования пульсирующего постоянного тока в постоянный постоянный ток. Мы можем использовать фильтр для преобразования пульсирующего постоянного тока в постоянный постоянный ток. Здесь мы используем конденсаторный фильтр (С1) , который параллельно подключен к нагрузочному резистору.

 

Первоначально конденсатор не заряжен. В течение первого положительного полупериода диод D1 смещен в прямом направлении, в то же время начинает заряжаться конденсатор. Зарядка конденсатора продолжается до тех пор, пока вход не достигнет пикового значения (Vp). В этот момент входное напряжение равно напряжению конденсатора. После того, как входное напряжение достигает своего пикового значения, оно начинает уменьшаться. Когда входное напряжение меньше Vp, в то же время конденсатор начинает разряжаться через нагрузочный резистор и подает ток нагрузки, пока не наступит следующий пик.

Во время отрицательного полупериода приходит следующий пик, на этот раз диод D2 открыт, и конденсатор снова начинает заряжаться до тех пор, пока вход не достигнет своего пикового значения (Vp). Когда входное напряжение меньше, чем Vp, конденсатор снова начинает разряжаться через нагрузочный резистор и обеспечивает ток нагрузки, пока не наступит следующий пик.

Этот процесс повторяется снова и снова. В результате мы получаем плавное выходное напряжение постоянного тока на нагрузочном резисторе.

Преимущества и Недостатки двухполупериодного выпрямителя

Преимущества

• Высокий КПД выпрямителя : Эффективность выпрямления двухполупериодных выпрямителей (81,2%) составляет двойных однополупериодных выпрямителей (40,6%). Таким образом, этот выпрямитель может преобразовывать входное напряжение переменного тока в выходное напряжение постоянного тока более эффективно, чем однополупериодный выпрямитель.
• Нет Потери мощности : Эта схема выпрямителя допускает как положительный полупериод, так и отрицательный полупериод входного переменного тока. Поэтому никакой сигнал напряжения не теряется.
• Низкие пульсации : На выходе двухполупериодного выпрямителя пульсации меньше, чем у однополупериодного выпрямителя. Таким образом, он производит более плавный выход постоянного тока, чем однополупериодный выпрямитель.