Выпрямитель со средней точкой. Понятие и принцип…

Привет, Вы узнаете про выпрямитель со средней точкой, Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое выпрямитель со средней точкой, выпрямитель , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.

Если нужно выпрямить питание переменным напряжением, чтобы получить полное использование обоих полупериодов синусоидального напряжения, то необходимо использовать другие схемы выпрямителей. Т

акие схемы называются двухполупериодными выпрямителями.

Один из типов двухполупериодных выпрямителей, называемый выпрямителем со средней точкой, использует трансформатор со средней точкой во вторичной обмотке и два диода.

Рисунок 1 Двухполупериодный выпрямитель, схема со средней точкой

Рассмотрим принцип работы

Рассмотрим как работает схема в разных половинах периода синусоидального наприяжения.

В первой половине периода, когда полярность напряжения источника положительна (+) наверху и отрицательна внизу.

В это время ток проводит только верхний диод, нижний диод блокирует протекание тока, а нагрузка «видит» первую половину синусоиды, положительную наверху и отрицательную внизу.

Во время первой половины периода ток протекает только через верхнюю половину вторичной обмотки трансформатора .

Рисунок 2 Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой: Верхняя половина вторичной обмотки проводит ток во время положительной полуволны на входе, доставляя положительную полуволну на нагрузку (стрелками показано направление движения потока электронов)

В течение следующего полупериода полярность переменного напряжения меняется на противоположную . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Теперь другой диод и другая половина вторичной обмотки трансформатора проводят ток, а часть схемы, проводившая ток во время предыдущего полупериода, находится в ожидании. Нагрузка по-прежнему «видит» половину синусоиды, той же полярности, что и раньше: положнительная сверху и отрицательная снизу (рисунок ниже).

Рисунок 3 Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой: Во время отрицательной полуволны на входе ток проводит нижняя половина вторичной обмотки, доставляя положительную полуволну на нагрузку (стрелками показано направление движения потока электронов)

Одним из недостатков этой схемы двухполупериодного выпрямителя является необходимость трансформатора со средней точкой во вторичной обмотке. Особенно сильно этот недостаток проявляется, если для схемы имеют значение высокая выходная мощность; размер и стоимость подходящего трансформатора становятся весомым. а значит, схема выпрямителя со средней точкой применяется только в приложениях с низким энергопотреблением.

Полярность на нагрузке двухполупериодного выпрямителя со средней точкой может быть изменена путем изменения направления диодов. Так же, перевернутые диоды могут подключены параллельно с существующим выпрямителем с положительным выходом.

Таким образом синтезирутся двуполярный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, показанный на рисунке ниже.

Обратите внимание, что соединение диодов между собой аналогично схеме моста.

Рисунок 4 Двуполярный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Подитожим изученное

Рисунок 6

Надеюсь, эта статья об выпрямитель со средней точкой, была вам интересна и не так слона для восприятия как могло показаться, удачи в ваших начинаниях! Надеюсь, что теперь ты понял что такое выпрямитель со средней точкой, выпрямитель и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Из статьи мы узнали кратко, но емко про выпрямитель со средней точкой

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

Двухполупериодный выпрямитель

– принципиальная схема и принцип работы » ElectroDuino Выпрямитель, PN диод, выпрямитель

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

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 представляет собой форму 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 0041 Полупериодный выпрямитель — принципиальная схема и принцип работы Полноволновый мостовой выпрямитель — принципиальная схема и принцип работы

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 0014 диода D1 и клемма В- вторичной обмотки соединяется с Анодной или положительной (+) клеммой 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 0013-A подключается к верхней части, а клемма -B подключается к нижней части вторичной обмотки. Дополнительный провод подключается точно в средней точке 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 положительная (+) по отношению к общей клемме С, а клемма-А вторичной обмотки трансформатора будет отрицательным (-) по отношению к общей клемме C. В этом состоянии диод D2 имеет прямое смещение , а диод D1 имеет обратное смещение . Итак, диод Д2 работает как замкнутый выключатель , 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 представлена ​​форма выходного напряжения постоянного тока на нагрузочном резисторе:

Двухполупериодный выпрямитель с конденсаторным фильтром 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 : КПД двухполупериодного выпрямителя (81,2 %). Таким образом, этот выпрямитель может преобразовывать входное напряжение переменного тока в выходное напряжение постоянного тока более эффективно, чем однополупериодный выпрямитель.
• Нет Потеря 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.

Недостатки

• Сложная схема : Для проектирования и создания этой схемы используется больше компонентов. Итак, схема двухполупериодного выпрямителя сложнее схемы однополупериодного выпрямителя.
• Высокая стоимость : Трансформатор с центральным ответвлением используется в схеме, которая является дорогостоящей и занимает много места. Таким образом, стоимость строительства схемы высока.

Полупериодный и двухполупериодный выпрямитель | Принцип работы | Схема

Хотите создать сайт? Найдите бесплатные темы и плагины WordPress.

Выпрямитель — это устройство для преобразования переменного тока в постоянный. За исключением батарей , которые являются небольшими источниками постоянного тока или перезаряжаемых аккумуляторов, в большинстве бытовых устройств, работающих от постоянного тока, используются выпрямители.

На промышленном уровне существуют отрасли, которым требуется электричество постоянного тока для запуска двигателей постоянного тока или процессов, которые могут работать только на постоянном токе; они либо должны иметь свои собственные генераторы, либо должны получать постоянный ток от источников переменного тока с помощью выпрямителей.

Как однофазный, так и трехфазный переменный ток можно преобразовать в постоянный. Для бытовых продуктов и небольших приложений достаточно однофазных выпрямителей, но для больших нагрузок на промышленном уровне, таких как гальваническое покрытие, электролитическое рафинирование металлов и высоковольтная передача постоянного тока (HVDC) и более мелкие, такие как приводы двигателей постоянного тока, три используются фазовые преобразователи.

Преобразователь — это термин, который используется как для выпрямителя, так и для инвертора (инвертор выполняет противоположную работу по преобразованию переменного тока в постоянный).

В простейшей форме выпрямитель состоит из диодов , поэтому его можно назвать диодным выпрямителем. Диодные выпрямители проще, чем другие типы, в которых используются переключающие устройства. Наиболее распространенным и широко используемым однофазным выпрямителем является мостовой выпрямитель , но также можно использовать двухполупериодные выпрямители и двухполупериодные выпрямители .

Мостовой выпрямитель: Двухполупериодный выпрямитель переменного тока с четырьмя диодами (для одной фазы) или шестью диодами (для трех фаз) для получения постоянного тока из переменного тока.

Двухполупериодный выпрямитель:  Выпрямитель, в котором оба полупериода формы волны переменного тока выпрямляются и подаются на выход в виде постоянного тока, в отличие от однополупериодного выпрямителя, в котором только одна половина каждого периода достигает выхода.

Однополупериодный выпрямитель: Простейший тип выпрямителя переменного тока, состоящий только из одного диода (для однофазного) и трех диодов (для трехфазного), которые блокируют отрицательный полупериод переменного тока, так что только положительный на выходе проходят полупериоды.

Однополупериодный выпрямитель

На рис. 1 показана схема однополупериодного выпрямителя, который является самым простым и некачественным типом выпрямителя. Но он демонстрирует принцип работы выпрямителей.

Он состоит только из одного диода, включенного в цепь переменного тока. В результате для каждого полного цикла переменного тока диод проводит только половину периода, но блокирует ток на протяжении другой половины. Результат показан на Рисунок 1c , который представляет собой напряжение постоянного тока, видимое нагрузкой.

Характеристики однополупериодного выпрямителя очень плохие, а напряжение постоянного тока сильно варьируется. Постоянное напряжение здесь представляет собой, по сути, серию полусинусоидальных импульсов (импульс — это кратковременный сигнал постоянного тока). Это изменение уровня напряжения, называемое пульсацией , можно в некоторой степени сгладить с помощью фильтра.

Обратите внимание, что изменение напряжения отражается на нагрузке в зависимости от того, из чего она состоит. Если не указано иное, нагрузкой для этого выпрямителя является все, что подключено к цепи и обозначается цифрой 9.0321 R  в  Рисунок 1 .

Пульсация:  Колебания выпрямленной формы волны переменного тока. Быстрые колебания электрического значения, такого как напряжение, которое должно быть постоянным.

Рисунок 1 Однополупериодный выпрямитель. (а) Цепь переменного тока. (b) Напряжение переменного тока на резисторе без диода. (c) Напряжение на резисторе, когда в цепь добавлен диод.

Рисунок 2 Принципиальная схема однополупериодного выпрямителя и влияние фильтра на выходное напряжение.

Самый распространенный фильтр представляет собой один или несколько конденсаторов, включенных поперек положительного и отрицательного полюсов постоянного напряжения, то есть параллельно нагрузке.

Однополупериодные выпрямители используются только в приложениях, для которых приемлемо грубое постоянное напряжение, например зарядка аккумуляторов.

Однополупериодный выпрямитель с фильтром и его выход на нагрузку (фильтрованный выход) показаны на рис. 2 . Как видно, из-за конденсатора (фильтра) выходное напряжение не такое, как раньше, а это означает, что напряжение не колеблется между нулем и пиковым значением переменного тока. Он варьируется между минимумом и максимумом.

Изменение напряжения на отфильтрованном выходе находится между пиковым значением и ненулевым положительным значением. Среднее значение DC в этом случае больше, чем в нефильтрованном случае.

Чем больше конденсатор, тем больше минимальное значение и меньше разница между минимумом и максимумом (пульсация). В результате среднее значение DC выше.

В однополупериодном выпрямителе амплитуда пульсаций достаточно высока. Частота пульсаций такая же, как частота входного сигнала переменного тока.

Для преобразования постоянного тока в переменный однополупериодный выпрямитель устраняет отрицательную половину в каждом цикле переменного тока.

Двухполупериодный выпрямитель

Однополупериодный выпрямитель использует только полупериод формы волны переменного тока. Двухполупериодный выпрямитель имеет два диода, и на его выходе используются обе половины сигнала переменного тока.

В течение периода, когда один диод блокирует протекание тока, другой диод проводит и пропускает ток.

Принципиальная схема (схема) двухполупериодного выпрямителя приведена на Рисунок 3 , где также показано нефильтрованное выходное напряжение. Источник переменного тока показан как трансформатор . Такова реальность многих выпрямителей. Сначала напряжение понижается (или повышается) до нужного значения, а затем подается на выпрямитель.

Рисунок 3 Принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя и его выходное напряжение

Как видно из Рисунок 3 сторону груза.

Другая сторона (нагрузки) подключается к центральной точке вторичной обмотки трансформатора. Это подразумевает, что трансформатор должен иметь центральный отвод и требуется доступ к этой точке.

Кроме того, в двухполупериодном выпрямителе полученное постоянное напряжение соответствует только половине подаваемого напряжения. Таким образом, для прямого преобразования сетевого напряжения 120 В в постоянное требуется трансформатор 1:2 с отводом посередине. Это один из недостатков двухполупериодного выпрямителя.

Среднее значение нефильтрованного постоянного напряжения, полученного таким образом, составляет всего 45 процентов от эффективного напряжения вторичной обмотки трансформатора. В этом смысле, если пиковое напряжение во вторичной обмотке трансформатора Рисунок 3 составляет, например, 240 В, среднее значение выпрямленного (постоянного) напряжения составляет

$D{{C}_{AV}} =0,45*{{V}_{Eff}}=0,45*240=108V$

На практике это среднее значение не столь полезно, за исключением простых и дешевых зарядных устройств. Это связано с тем, что в большинстве случаев на практике для уменьшения пульсаций используется конденсатор (или другой фильтр).

Среднее значение постоянного тока на выходе двухполупериодного выпрямителя в два раза больше, чем у сравнимого (имеющего такое же пиковое значение выпрямленного импульса) однополупериодного выпрямителя, поскольку он имеет в два раза больше импульсов. Частота его ряби тоже вдвое больше.

Отфильтрованный выход имеет гораздо меньше пульсаций, чем у однополупериодного выпрямителя. Частота пульсаций в 2 раза больше частоты сети.

Пульсация – это быстрые колебания напряжения постоянного тока, полученного из выпрямленного переменного тока.

Мостовой выпрямитель

Мостовой выпрямитель аналогичен соединению двух двухполупериодных выпрямителей для получения на выходе полного напряжения источника вместо половины.

В дополнение к соотношению напряжений другим преимуществом является отсутствие необходимости в центральной точке ответвления. В нем используются четыре диода, как показано на рис. 4 .

Обратите внимание на способ соединения четырех диодов и на схему. В каждом полупериоде два диода проводят ток, а два из них блокируют ток. Результирующая форма выпрямленного сигнала с точки зрения нагрузки аналогична форме, показанной для двухполупериодного выпрямителя, за исключением того, что напряжение на этот раз вдвое больше, чем у двухполупериодного выпрямителя, при всех одинаковых условиях.

На рис. 4

показано направление тока для полупериода. Обратите внимание, что мы использовали обычный способ отображения электронных схем; таким образом, текущий путь завершается через землю.

Ток через нагрузку, подключенную к двухполупериодному выпрямителю или мостовому выпрямителю, течет только в одном направлении, как если бы все отрицательные полупериоды переменного тока преобразуются в положительные.

Если вы проследите течение тока, то заметите, что независимо от того, какая сторона трансформатора находится под более высоким напряжением, ток через нагрузку всегда протекает в одном направлении. То есть это постоянный ток.

Обычно для фильтрации пульсаций используется конденсатор. Всегда для всех выпрямителей чем выше емкость этого конденсатора, тем лучше эффект фильтрации. Среднее напряжение нефильтрованного постоянного напряжения можно определить из

\[\begin{matrix}   {{V}_{AN}}=\frac{2{{V}_{peak}}}{\pi }= \frac{2\sqrt{2}{{V}_{Eff}}}{\pi }=0,90{{V}_{Eff}} & {} & \left( 1 \right)  \\\end{ matrix}\]

Таким образом, для эффективного переменного напряжения 120 В среднее нефильтрованное выходное постоянное напряжение равно 90 процентов от 120 В, то есть 108 В.

Тем не менее, после вставки конденсатора это напряжение может возрасти. Для чисто резистивной нагрузки отфильтрованное постоянное напряжение после подключения конденсатора параллельно нагрузке составляет

_{DC}}={{V}_{пик}}\left( 1-\frac{1}{2fRC} \right) & {} & \left( 2 \right)  \\\end{matrix}$

Где R сопротивление нагрузки, C — емкость фильтра, а f — частота пульсаций. Это уравнение показывает, что больший конденсатор или большая нагрузка дают гораздо более плавное напряжение постоянного тока; это также указывает на то, что при одном и том же конденсаторе лучший результат получается, если частота пульсаций выше

Влияние фильтров лучше видно из рис. 5  и 6 , которые показывают сравнение отфильтрованного и нефильтрованное напряжение для конкретного случая. Эти цифры соответствуют действующему напряжению 14 В переменного тока (полная амплитуда 40 В), показанному на осциллограф.

Показание слева — это эффективное значение пульсаций, а показание справа — среднее значение постоянного тока. (Обратите внимание, что на диодах всегда падает некоторый процент напряжения.)

На рис. 6 показана та же форма выпрямленного сигнала. Напряжение пульсаций упало до 0,4 В, тогда как постоянное напряжение составляет 7 В при тех же условиях нагрузки.

Рисунок 5  Нефильтрованный выход мостового выпрямителя.

Рисунок 6  Отфильтрованный вывод постоянного тока, показанный на Рисунок 5 . Рисунок 7 Влияние повышенной нагрузки на напряжение постоянного тока, показанное на рисунке 6 ток в цепи) и фильтр (емкость конденсатора), как можно определить из  Уравнение 2 . Рисунок 7  изображает эффект увеличения всей резистивной нагрузки (увеличение тока) для того же случая . Рисунок 6 .

• Мостовой выпрямитель является практически самым распространенным и наиболее часто используемым выпрямителем для однофазного переменного тока.