Site Loader

Содержание

Выпрямитель со средней точкой. Понятие и принцип работы крат…

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.

выпрямитель , схема со средней точкой» src=»/th/25/blogs/id8010/bbfe2d9e3f7508b9aaba3d0e0e4766f7.png» />

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 .

выпрямитель со средней точкой : Верхняя половина вторичной обмотки проводит ток во время положительной полуволны на входе, доставляя положительную полуволну на нагрузку» src=»/th/25/blogs/id8010/1b2e0a1eaec67142cd74228ac49ed9e5.png» />

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

На этом все! Теперь вы знаете все про выпрямитель со средней точкой, Помните, что это теперь будет проще использовать на практике. 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

2.2 Двухполупериодная схема со средней точкой (схема Миткевича)

 Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средним (нулевым) выводом вторичной обмотки трансформатора (рис. 1.3, а) применяют в низковольтных устройствах. Он позволяет уменьшить вдвое число диодов и тем самым понизить потери, но имеет более низкий коэффициент использования трансформатора и, следовательно, большие габариты по сравне­нию с однофазным мостовым выпрямителем, который рассмотрен ниже. Обратное напряжение на диодах выше в этой схеме, чем в мостовой.

 Необходимым элементом данного выпрямителя является трансформатор с двумя вторичными обмотками. Выпрямитель со средней точкой является по существу двухфазным, так как вторичная обмотка трансформатора со средней точкой создает две ЭДС, равные по величине, но противоположные по направлению. Таким образом, схема соединения обмоток такова, что одинаковые по величине напряжения на выводах вторичных обмоток относительно средней точки сдвинуты по фазе на 180º.

 Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу двухполупериодного выпрямителя со средним выводом на активную нагрузку с учетом потерь в трансформаторе и вентилях, представлены на рис.1.3,б.

 

Рис. 1.3. Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой (а) и диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку (б).

 

 Вторичные обмотки трансформатора подключены к анодам вентилей VD1 и VD2. Напряжения на вторичных обмотках трансформатора w21 и w22 находятся в противофазе. Поэтому диоды схемы VD1 и VD2 проводят ток поочередно, каждый в соответствующий полупериод питающего напряжения. В течение первого полупериода положительный потенциал имеет анод диода VD1 и ток ivd1 проходит через него, нагрузку и вторичную полуобмотку w21

 трансформатора. В течение второго полупериода положительный потенциал имеет анод диода VD2, ток ivd2 проходит через него, нагрузку и вторичную полуобмотку w22 трансформатора, причем в цепи нагрузки ток id проходит в том же направлении, что и в первый полупериод.

 Таким образом, в отличие от простейшего однополупериодного выпрямителя в выпрямителе со средней точкой выпрямленный ток проходит через нагрузку в течение обоих полупериодов переменного тока, но каждая из половин вторичной обмотки трансформатора оказывается нагруженной током только в течение полупериода. В результате встречного направления м.д.с. постоянных составляющих токов вторичных обмоток i21 и i22 в сердечнике трансформатора нет вынужденного подмагничивания.

 Рассмотрим расчет коэффи­циента использования трансформатора по мощности для выпрямителя без потерь при активной нагрузке на примере двухполупериодной схемы со средней точкой.

 Выходное напряжение ud снимается в данной схеме между средней (нулевой) точкой трансформатора и общей точкой соединения катодов обоих вентилей. Среднее напряжение на нагрузке

т.е. между средним значением выпрямленного напряжения и действующим значением существует то же соотношение, что связывает среднее и действующее значение синусоидального тока.

Среднее значение тока через нагрузку: Id = U/ 

Rd .

Поскольку ток id протекает через диоды поочередно, средний ток через каждый диод составит: 

Ivd = I/ 2,

Обратное напряжение прикладывается к закрытому диоду, когда проводит ток другой диод. Поскольку к закрытому диоду в этой схеме максимально прикладывается двойное амплитудное напряжение вторичной стороны, то

Величина Ud при расчете выпрямителя является заданной, поэтому находим действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора

Габаритная мощность вторичных обмоток трансформатора

Габаритная мощность первичной обмотки трансформатора

S1 = U/ I1 ;               U1 = U/ n;          I1 = n I2;

 

Коэффициент использования трансформатора по мощности в двухполупериодной схеме со средней точкой

 Таким образом, габаритная мощность трансформатора в двухполупериодной схеме со средней точкой в 1,48 раза превышает мощность в нагрузке.

Трансформаторные источники питания 2

Трансформаторные источники питания часть 1.

Таблица осциллограмм выпрямителей различного типа и с различной нагрузкой

Из представленных в табл. 2.1 схем выпрямителей наиболее неудачной следует считать самую простую из них — однополупериодную. Она характеризуется наименьшим коэффициентом использования трансформатора и высоким коэффициентом пульсаций.

Кроме того, постоянная составляющая тока вторичной обмотки создает дополнительный магнитный поток, насыщающий сердечник трансформатора. В итоге возрастает ток холостого хода, следовательно, необходимо увеличивать сечение провода первичной обмотки. В результате такой «экономии» возрастают габариты и масса силового трансформатора, снижается КПД устройства. В этой связи однополупериодные выпрямители используют довольно редко, для создания маломощных выпрямителей.

Следующим в таблице 2.1 представлен двухполупериодный выпрямитель со средней точкой. Среднее значение выпрямленного тока и напряжения в нем в два раза выше, чем в простейшем выпрямителе. В трансформаторе этого устройства нет вынужденного намагничивания, поскольку в его вторичных полуобмотках постоянные составляющие тока протекают в различных (взаимокомпенсирующих) направлениях.

Еще большие перспективы открываются при использовании мостовых выпрямителей (схема Греца). Вынужденного намагничивания сердечника трансформатора нет, ток в первичной обмотке трансформатора синусоидален. Заметным недостатком такого способа выпрямления является удвоение потерь на диодах в «прямом» направлении. Особенно это заметно при малых выходных напряжениях.

Для сравнения в таблице 2.1 показан и выпрямитель с удвоением выходного напряжения (схема Латура).

Для получения на выходе не одного, а сразу двух напряжений может быть использована одна из схем выпрямителей, показанных на рис. 2.5 или 2.6. В первом варианте на выходе получаются два напряжения одной полярности, отличающихся по величине в 2 раза. Верхняя половина схемы представляет собой с первого взгляда обычный мостовой выпрямитель. Однако средний вывод вторичной обмотки этого устройства не заземлен, напряжение на нем равно половине напряжения, снимаемого с выхода мостового выпрямителя. Это напряжение формируется в результате работы второго выпрямителя, образованного двумя левыми по схеме диодами мостовой схемы, и полуобмотками трансформатора Т1. Интересно, что при изменении тока нагрузки соотношение выходных напряжений двухканального источника питания (рис. 2.5) остается неизменным и равным 1:2.

Сопоставление характеристик различных типов выпрямителей при варьировании сопротивления нагрузки и емкости конденсатора фильтра.

Во втором случае (рис. 2.6) на выходе выпрямителя получаются два одинаковых напряжения, но имеющие разные полярности.

Рис. 2.5 Схема двухканального источника питания с выходными напряжениями Е и Е/2

Рис. 2.6 Схема двухканального источника питания с равными и разнополярными выходными напряжениями

Для того чтобы при сетевом питании получить на выходе источника питания нестабилизированное напряжение переменного или постоянного (с использованием выпрямителя) тока, можно воспользоваться трансформатором с секционированной вторичной обмоткой (рис. 2.7). Он позволяет получить на выходе любое ступенчато изменяемое напряжение переменного тока в диапазоне от 1 до 255 В с шагом в 1 В. Такая особенность объясняется тем, что вторичная обмотка трансформатора разбита на 9 секций, число витков которых, и, следовательно, величина выходного напряжения соотносится как 1:2:4:8:16…

При переключении переключателей SA1 — SА8 (при отключенной нагрузке) может быть получена любая «конфигурация» вторичной обмотки трансформатора, любой заданный пользователем коэффициент трансформации. Условием правильной работы трансформатора является согласное (не встречное!) соединение секций.

Устройство удобно объединить со стабилизатором напряжения переменного тока, например, феррорезонансного типа. Недостатком трансформатора является то, что в обмотках из провода равного сечения максимальный ток нагрузки вне зависимости от величины выходного напряжения одинаков. Использование проводов разного сечения заметно усложняет конструкцию трансформатора.

Рис. 2.7 Схема трансформатора со ступенчато регулируемым выходным напряжением 1…255 В

Другой способ получить на выходе трансформатора ряд напряжений состоит в том, что вторичную (или первичную) обмотку трансформатора выполняют с множеством отводов, так, как это сделано, например, в сетевом адаптере промышленного производства (рис. 2.8).

Рис. 2.7 Схема трансформатора со ступенчато регулируемым выходным напряжением 1…255 В

Адаптер (рис. 2.8) является простейшим источником питания и позволяет получить на выходе ряд нестабилизированных напряжений, изменяемых ступенчато при помощи переключателя SА1. Полярность выходного напряжения изменяется переключателем SА2. Для индикации работы адаптера использован светодиодный индикатор НL1. Такой источник мало пригоден для питания радиоприемников и плейеров, поскольку на его выходе очень заметны пульсации напряжения, которые трудно уменьшить одним конденсатором фильтра С1 даже при заметном увеличении его емкости.

Трехфазный управляемый выпрямитель со средней точкой трансформатора

В отличие от неуправляемого режима режим работы выпрямителя (см. рис. 2.1, а) с углом управления α  0 приводит к задержке вступ­ления в работу очередного тиристора и затягиванию работы предыдущего.  На рис. 4.1, а показаны кривые выпрямленного на­пряжения  ud(жирная кривая) и тока id (за­штрихованные площади) для трех значений углов регулирования при активной нагрузке.

Из рис. 4.3, а следует, что ток в ак­тивной нагрузке непрерывен при α  и носит прерывистый характер при α . Во втором случае ток в предыдущем тири­сторе обрывается раньше, чем включается после­дующий. Значение угла управления       α  является критическим. При нем нет различий, за счет чего выключается тиристор: либо за счет приложенного обратного напряжения (как это бывает в режиме непрерывного тока при α ), либо за счет перехода тока через ноль (как это бывает в режиме прерывистого тока при α ). Регулировочная характери­стика выпрямителя в каждой из указан­ных областей рассчитывается по различным вы­ражениям.

При α, принимая за на­чало отсчета момент перехода фазного напряже­ния через нуль (см. рис. 4.1, а) получим:

                                   (4.1)

где  = 1,17U. В этом случае каждый тиристор работает треть пе­риода.

Во второй зоне α ток через тиристор обрывается при прохождении соот­ветствующего фазного напряжения через нуль (см. рис. 4.1, a, ток через тиристор VS2, подключенный к фазе b). Длительность тока через тиристор равна:

.

Сред­нее значение выпрямленного напряжения находится из соотношения:

.                       (4.2)

Из соотношения (4.2) следует, что для трехфазной нулевой схемы при активной нагрузке пре­дельный угол управления (Ud= 0) равен αм = 150°. Кривая напряжения на тиристоре (рис. 4.1, б) определяется как разность потенциалов анода и катода. Максимальное обратное напряжение имеет ту же величину, что и для неуправляемой схемы.

При нагрузке на обмотку возбуждения машины токи в тиристорах и обмотках трансформатора такие же, как и для случая α = 0 (рис. 4.1, в, токи iVS2, iVS3). Коммута­ция токов в тиристорах происходит в момент подачи управляющих импульсов. Из рисунка 4.1, в следует, что форма кривой выпрямленного напряжения (ud) для α < π/6 не отлича­ется от формы кривой для случая работы выпрямителя на активную нагрузку.

При углах управления α > π / 6 (рис. 4.1, в) в кривой выпрямленного напряжения появляются интервалы, когда оно принимает отрицательные значения. Учитывая, что длительность работы каждого ти­ристора равна 2π/3, среднее выпрямленное напряжение находится по формуле (4.1).

Трансформатор со средней точкой: принцип работы, выпрямитель, подключение

Виды и характеристики сварочного трансформатора

Назначение сварочного трансформатора во многом определяет его конструкцию:

  1. Мощность сварочного трансформатора промышленных моделей достаточна для обеспечения нескольких рабочих мест, это многопостные приборы со сложным устройством.
  2. В быту используются однопостные модели.

Разделение по фазовому регулированию:

  1. Однофазные модели работают только при напряжении 220В. Силы тока на выходе подобных устройств достаточно для бытовых нужд.
  2. Трехфазные сварочные трансформаторы работают при напряжении в сети 380В, они дают на выходе большую силу тока, позволяющую сваривать металл большей толщины. Существуют модели, которые рассчитаны на работу как при напряжении 220В, так и при напряжении 380В.

По конструкции устройства выделяют:

  1. Модели с номинальным магнитным рассеиванием. Они состоят из двух частей: трансформатора и дросселя для регулировки напряжения.
  2. Изделия с увеличенным магнитным рассеиванием имеют более сложную конструкцию из нескольких подвижных обмоток, конденсатора или импульсного стабилизатора и других элементов.
  3. Тиристорные модели – сравнительно новый тип подобных устройств. Они состоят из силового трансформатора и тиристорного фазорегулятора. Тиристорные модели имеют меньший вес по сравнению с другими типами.

Принцип действия

Принцип действия сварочного трансформатора универсален, но сложность конструкции и требования к характеристикам устройства зависят от назначения конкретного прибора.

Трансформатор для точечной сварки должен выдавать на выходе ток силой в 5-10 кА у маломощных моделей и до 500 кА – у мощных моделей, поэтому вторичная обмотка выполняется в одним виток.

Трансформатор для контактной сварки должен обладать высоким коэффициентов преобразования, а прерывающие устройства – надежностью и довольно сложным устройством, в противном случае качество сварки будет страдать.

Трансформатор для сварки проводов, напротив, представляет собой очень компактное и дешевое устройство, заменяющее дорогой сварочный инвертор. Требования к характеристикам будут не самыми жесткими: номинальное напряжение около 9-40В. Подобное устройство может собрать даже любитель.

При изготовлении и покупке такого прибора следует обращать внимание на базовые характеристики:

  • Напряжение сети – от него зависит количество фаз, в которых работает прибор.
  • Номинальный сварочный ток – у бытовых моделей он находится около отметки 100А, профессиональные изделия могут давать до 1000А.
  • Широкие пределы регулирования сварочного тока позволяют использовать электроды разного диаметра. Для бытовых моделей характеры значения около 50-200А.
  • Номинальное рабочее напряжение – напряжение на выходе из устройства. Для дуговой сварки достаточно 30-70В.
  • Номинальный режим работы определяет, сколько прибор может проработать непрерывно.
  • Напряжение холостого хода – важная характеристика для дуговой сварки. По правилам безопасности она не может превышать 80В, но чем ближе напряжение холостого хода к этой границе, тем проще вызвать дугу.
  • Потребляемая мощность и мощность на выходе позволяют рассчитать КПД устройства. Чем он выше, тем эффективнее работает прибор.

Понятие начала и конца обмотки, обозначения по ГОСТ 11677-85

По сфере применения преобразователи напряжения делятся на промежуточные, измерительные, защитные, лабораторные. Электрический ток создает магнитное поле, направление которого зависит от направления тока. Необходимость определять начало и конец обмотки трансформатора возникает, если требуется проверить достоверность маркировки или определить характеристики при ее отсутствии.

Сначала немного теории. Обмотка может быть правая (с витками, расположенными по часовой стрелке) или левая (с витками, расположенными против часовой стрелки). Хотя понятия «начало» и «конец» условные, в процессе эксплуатации и при необходимости в ремонте они имеют значение, так как определяют полярность. Проверки проводятся, если нет данных производителя и паспорта.

Порядок маркировки силового трансформаторного оборудования установлен ГОСТ 1167- 85. В однофазном трансформаторе начало обозначается буквой A (для высокого напряжения), a (для низкого напряжения), конец – буквой X, x. При наличии третьей катушки ее начало Am, конец Xm.

В трехфазных трансформаторах:

  • высокое напряжение – А, В, С; X, Y, Z;
  • среднее напряжение – Аm, Вm, Сm; Хm, Ym, Zm;
  • низкое напряжение – а, b, с; х, у, z.
  • При отводе нейтрали она обозначается как О, Оm и о.

Схема «в звезду» указывается как Y, в треугольник – Δ. При отводе нейтрали соединение определяется знаком Yн. Если обвивка высокого напряжения соединяются «в звезду», низкого – в треугольник, сочетание помечается как Y/Δ.

Как подобрать предохранитель для трансформатора

Рассчитываем ток предохранителя обычным способом:

I – ток, на который рассчитан предохранитель (Ампер), P – габаритная мощность трансформатора (Ватт), U – напряжение сети (

Ближайшее значение – 0,25 Ампер.

определение первичного напряжения трансформатора

Схема измерения тока Холостого Хода (ХХ) трансформатора. Ток ХХ трансформатора обычно замеряют, чтобы исключить наличие короткозамкнутых витков или убедится в правильности подключения первичной обмотки.

При замере тока ХХ, нужно плавно поднимать напряжение питания. При этом ток должен плавно возрастать. Когда напряжение превысит 230 Вольт, ток обычно начинает возрастать более резко. Если ток начинает резко возрастать при напряжении значительно меньшем, чем 220 Вольт, значит, либо Вы неправильно выбрали первичную обмотку, либо она неисправна.

Мощность (Вт)Ток ХХ (мА)
5 — 1010 — 200
10 -5020 — 100
50 — 15050 — 300
150 — 300100 — 500
300 — 1000200 — 1000

Ориентировочные токи ХХ трансформаторов в зависимости от мощности. Нужно добавить, что токи ХХ трансформаторов даже одной и той же габаритной мощности могут очень сильно отличаться. Чем более высокие значения индукции заложены в расчёт, тем больше ток ХХ.

Схема подключения, при определения количества витков на вольт.

Можно подобрать готовый трансформатор из числа унифицированных типа ТН, ТА, ТНА, ТПП и других. А если Вам необходимо намотать или перемотать трансформатор под нужное напряжение, что тогда делать?

Тогда необходимо подобрать подходящий по мощности силовой трансформатор от старого телевизора, к примеру, трансформатор ТС-200 и ему подобные.

Что делаем далее, если неизвестно количество витков на вольт?

Для этого необходим ЛАТР, мультиметр (тестер) и прибор измеряющий переменный ток — амперметр. Наматываем по вашему усмотрению обмотку поверх имеющейся, диаметр провода любой, для удобства можем намотать и просто монтажным проводом в изоляции.

Основные параметры

Главными параметрами при выборе аппарата являются следующие:

  • Номинальное напряжение. Определяется изоляцией обмоток и указывает, в сетях с каким напряжением допускается использовать устройство.
  • Номинальный ток первичной цепи. Это максимальная измеряемая величина, при котором возможна длительная работа.
  • Номинальный ток вторичной цепи. Нагрузка вторичной обмотки при подключенных реле или амперметре.
  • Сопротивление нагрузки. Полное сопротивление амперметра, катушки реле или электросчетчика. Отклонение этого параметра от паспортных данных влияет на точность измерений.
  • Коэффициент трансформации. Определяется соотношением первичного и вторичного токов.

Расчёт параметров изделия

Перед тем как намотать тороидальный трансформатор в домашних условиях понадобится рассчитать его значения. Для этого нужно знать исходные данные. К ним относят: величину напряжения на выходе, внешний и внутренний диаметр сердечника.

Мощность устройства определяется произведением площадей S и Sо, умноженных на коэффициент: P=1,9* S * Sок.

Площадь поперечного сечения рассчитывается по формуле: S=h*(D-d)/2, где:

  • S- площадь сечения;
  • h- высота конструкции;
  • D- наружный диаметр;
  • d — внутренний диаметр.

Для вычисления площади окна используется формула: Sок=3,14*d2/4.

Количество витков во вторичной обмотке равно произведению W2=U2*50/Sок.

Такую методику расчёта можно применить почти для любого вида тороидального трансформатора. Но для расчёта некоторых изделий существует своя методика.

Сварочное устройство

Такой тип трансформатора характеризуется большой силой тока на выходе. В качестве вводных параметров используется максимальная сила тока и напряжение. Например, для устройства с величиной сварочного тока 200 ампер и напряжением 50 вольт расчёт происходит следующим образом:

1. Рассчитывается мощность трансформатора: Р = 200 А * 50 В = 1000 Вт.

2. Вычисляется сечение окна: Sок = π * d2/ 4 = 3,14 * 144 / 4 (см2) ≈ 113 см².

3. Площадь поперечного сечения: Sс=h * Н = 2 см * 30 см = 60 см².

4. Мощность сердечника: Рс = 2,76 * 113 * 60 (Вт) ≈ 18712,8 Вт.

5. Количество витков первичной обмотки: W1 = 40 * 220 / 60 = 147 витков.

6. Количество витков для вторичной обмотки: W2 = 42 * 60 / 60 = 42 витка.

7. Площадь провода вторички находится исходя из наибольшего рабочего тока: Sпр = 200 А /(8 А/мм2) ≈ 25 мм².

8. Вычисляется площадь провода первички: S1 = 43 А /(8 А/мм2) ≈ 5,4 мм².

Такой вариант расчёта применим не только для сварочников, но и с успехом может быть использован для других типов. Как видно, никаких трудностей при расчёте возникнуть не должно.

Токовый трансформаторный прибор

Трансформатор тока своими руками сделать несложно, но перед его изготовлением понадобится выполнить расчёт. Такой расчёт отличаетчя от общепринятого в связи с конструктивными особенностями изделия. Начинается он с необходимой величины тока вторички (единица измерения ампер): Iам = Iпер / Iвт, где:

• Iпер — величина тока первичной обмотки, умноженная на число витков в ней;

• Iвт — количество витков во вторичной обмотке.

Для того чтобы разобраться, как правильно выполнить расчёт, проще рассмотреть практический пример самодельного токового устройства. Пусть на выходе токового устройства необходимо получить 4 вольта, а ток ограничить уровнем 5 ампер.

Поэтапно методика вычисления выглядит так:

  1. Берётся ферритовое кольцо, для примера 20×12х6 из 2000hМ.
  2. Мотается 100 витков провода. Эти витки составляют вторичную обмотку, так как первичная — это просто один виток проволоки, пропущенный через феррит.
  3. Значение тока во вторичке будет равно: I/Kтр = 5 / 100 = 0,05 A. где Ктр — коэффициент трансформации трансформатора (отношение количества первичной обмотки к вторичной).
  4. Величина нагрузочного шунта рассчитывается согласно закону Ома: R = U/I. Получается R= 4/0,05 = 80 Ом.

Таким образом можно выполнить расчёт для любых требуемых параметров. Независимо от формы тока на входе, на выходе токового устройства напряжение всегда двухполярное. В качестве шунта вторичной обмотки используется именно сопротивление, а не диод. Если есть необходимость в диоде, то вначале подключается резистор, а затем диод или диодный мост. Во втором случае сопротивление включается в диагональ моста.

Другие поломки

Существует множество причин, почему не работает ТДКС. Опытные радиолюбители помогут изучить распространенные неисправности.

Если в приборе пробит транзистор, необходимо его достать и замерять коллекторное напряжение без него. При определении слишком высокого показателя, его регулируют до требуемого значения. При невозможности совершения подобной процедуры, нужно поменять в блоке питания стабилитрон. Обязательно нужно установить новый конденсатор.

Рекомендуется проверить пайку на всех разъемах. При необходимости ее усиливают. Если такая проблема определялась на конденсаторах, их выпаивают. Осмотр может выявить почернение. Потребуется приобрести новую деталь. Если прямоугольные конденсаторы раздуты, их также следует заменить. Если видно остатки канифоли, их следует убрать при помощи спирта и щетки.

При постоянном пробивании транзистора в строчной разверстке, следует определить тип неисправности. Пробой может быть тепловым или электрическим. Именно неисправный трансформатор приводит к появлению подобной проблемы.

Интересное видео: Высокое напряжение на ТДКС

Рассмотрев особенности строчных трансформаторов, а также их возможные неисправности, можно самостоятельно произвести ремонтные работы. В этом случае приобретать новую, дорогую технику не потребуется. В некоторых случаях отремонтировать монитор без подобных действий не получится. Далеко не для каждого кинескопа сегодня в продаже представлены приборы ТДКС. Поэтому замена неисправных его частей порой является единственным приемлемым выходом.

Определение принадлежности выводов к одной обмотке

На рисунке 1, а условно изображены обмотки трехфазного электродвигателя, выведенные на зажимы щитка 1. На щитке может не оказаться надписей, например 1Н, 2Н, 3Н (начала) и 1К, 2К и 3К (концы), а если надписи и есть, то, во всяком случае, полезно убедиться в том, что они правильны.

Рисунок 1. Определение выводов обмоток трехфазного двигателя.

Для этого вначале проверяют изоляцию каждого вывода относительно земли (рисунок 1, а), пользуясь мегаомметром 2. Один провод 3 от мегаомметра заземляют (присоединяют к корпусу электродвигателя), другой 4 поочередно присоединяют к каждому из шести зажимов щитка и, вращая рукоятку мегаомметра, убеждаются в исправности изоляции.

Затем провод 3 присоединяют к одному из выводов на щитке, например к выводу 2К (рисунок 1, б), и, вращая рукоятку мегаомметра, поочередно прикасаются к остальным пяти зажимам проводом 4. В нашем примере на зажимах 1Н, 3Н, 1К и 3К мегаомметр покажет «изоляцию» и только в одном случае, а именно при присоединении к зажиму 2Н,– «короткое». Отсюда следует, что зажимы 2К и 2Н принадлежат одной и той же обмотке. Так проверяют каждый вывод относительно всех остальных, и в итоге должны обнаружиться три пары зажимов, принадлежащих соответствующим обмоткам.

Если начала и концы обмоток выводятся на щиток электродвигателя, то расположение зажимов таково, что при установке вертикальных перемычек (рисунок 1, в) получается соединение в треугольник. Если установить перемычки горизонтально (рисунок 1, г), электродвигатель будет соединен в звезду.

Если сопротивление обмоток невелико, то аналогичную проверку можно выполнить с помощью лампочки и батарейки, тестера, звонка, от сети через лампочку и тому подобного.

Предупреждение. Нужно иметь в виду следующее: а) обмотки электрических машин обладают большой индуктивностью, поэтому при испытании их даже от батарейки при ее отсоединении от обмотки может возникнуть импульс в несколько десятков вольт; б) обмотки имеют общий стальной магнитопровод, то есть представляют собой своеобразный трансформатор. Значит, при работе с одной обмоткой не исключено появление напряжения на выводах других обмоток. При испытании постоянным током это будут импульсы, которые возникнут при включении и отключении, при испытании переменным током – напряжение переменного тока. Одним словом, прикасаясь к зажимам, нужно провод держать за изоляцию.

Оцените статью:

Выпрямитель на двух диодах без средней точки

Какие бывают выпрямители?

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

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

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

Однополупериодный выпрямитель.

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

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

Схема проста и не требует большого количества элементов. Это и сказывается на качестве выпрямленного напряжения. При низких частотах переменного напряжения (например, как в электросети — 50 Гц) выпрямленное напряжение получается сильно пульсирующим. А это очень плохо.

Для того чтобы снизить величину пульсации выпрямленного напряжения приходится брать величину конденсатора С1 очень большую, порядка 2000 – 5000 микрофарад, что увеличивает размер блока питания, так как электролиты на 2000 — 5000 мкф имеют довольно большие размеры. Поэтому на низких частотах эта схема практически не используется. Зато однополупериодные выпрямители прекрасно зарекомендовали себя в импульсных блоках питания работающих на частотах 10 – 15 кГц (килогерц). На таких частотах величина ёмкости фильтра может быть очень небольшой, а простота схемы уже не столь сильно влияет на качество выпрямленного напряжения.

Примером использования однополупериодного выпрямителя может служить простой зарядник от сотового телефона. Так как зарядник сам по себе маломощный, то в нём применяется однополупериодная схема, причём как во входном сетевом выпрямителе 220V (50Гц), так и в выходном, где требуется выпрямить переменное напряжение высокой частоты со вторичной обмотки импульсного трансформатора.

К несомненным достоинствам такого выпрямителя следует отнести минимум деталей, низкую стоимость и простые схемные решения. В обычных (не импульсных) блоках питания многие десятилетия успешно работают двухполупериодные выпрямители.

Двухполупериодные выпрямители.

Они бывают двух схемных решений: выпрямитель со средней точкой и мостовая схема, известная, как схема Гретца. Выпрямитель со средней точкой требует более сложного в исполнении силового трансформатора, хотя диодов там используется в два раза меньше чем в мостовой схеме. К недостаткам двухполупериодного выпрямителя со средней точкой можно отнести то, что для получения одинакового напряжения, число витков во вторичной обмотке трансформатора должно быть в два раза больше, чем при использовании мостовой схемы. А это уже не совсем экономично с точки зрения расходования медного провода.

Далее на рисунке показана типовая схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой.

Величина пульсаций выпрямленного напряжения меньше чем у однополупериодного выпрямителя и величину конденсатора фильтра так же можно использовать гораздо меньшую. Наглядно увидеть, как работает двухполупериодная схема можно по рисунку.

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

Активно применяется схема выпрямителя со средней точкой в выходных выпрямителях импульсных блоков питания для ПК. Так как во вторичной обмотке высокочастотного трансформатора требуется меньшее число витков медного провода, то гораздо эффективнее применять именно эту схему. Диоды же применяются сдвоенные, т.е. такие, у которых общий корпус и три вывода (два диода внутри). Один из выводов — общий (как правило катод). По виду сдвоенный диод очень похож на транзистор.

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

Можно без преувеличения сказать, что это самая распространённая схема. На практике вы с ней ещё не раз встретитесь. Она содержит четыре полупроводниковых диода, а на выходе, как правило, ставится RC-фильтр или только электролитический конденсатор для сглаживания пульсаций напряжения.

О данной схеме уже рассказывалось на странице про диодный мост. Стоит отметить, что и у мостовой схемы есть недостатки. Как известно, у любого полупроводникового диода есть так называемое прямое падение напряжения (Forward voltage dropVF). Для обычных выпрямительных диодов оно может быть 1 — 1,2 V (зависит от типа диода). Так вот, при использовании мостовой схемы на диодах теряется напряжение, равное 2 x VF, т.е. около 2 вольт. Это происходит потому, что в выпрямлении одной полуволны переменного тока участвуют 2 диода (затем другие 2). Получается, что на диодном мосте теряется часть напряжения, которое мы снимаем со вторичной обмотки трансформатора, а это явные потери. Поэтому в некоторых случаях в составе диодного моста применяются диоды Шоттки, у которых прямое падение напряжения невелико (около 0,5 вольта). Правда, стоит учесть, что диод Шоттки не рассчитан на большое обратное напряжение и очень чувствителен к его превышению.

Большой интерес вызывает выпрямитель с удвоением напряжения.

Выпрямитель с удвоением напряжения.

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

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

Развитием схемы стало создание умножителя на полупроводниковых диодах.

Умножитель напряжения.

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

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

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

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

Трёхфазные выпрямители.

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

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

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

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

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

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

Выпрямители. Как и почему.

Автор:
Опубликовано 01.01.1970

Итак, дорогие мои, мы собрали нашу схемку и пришло время ее проверить, испытать и нарадоваться сему щастью. На очереди у нас — подключение схемы к источнику питания. Приступим. На батарейках, аккумуляторах и прочих прибамбасах питания мы останавливаться не будем, перейдем сразу к сетевым источникам питания. Здесь рассмотрим существующие схемы выпрямления, как они работают и что умеют. Для опытов нам потребуется однофазное (дома из розетки) напряжение и соответствующие детальки. Трехфазные выпрямители используются в промышленности, мы их рассматривать также не будем. Вот электриками вырастете — тогда пжалста.

Источник питания состоит из нескольких самых важных деталей: Сетевой трансформатор — на схеме обозначается похожим как на рисунке,

Выпрямитель — его обозначение может быть различным. Выпрямитель состоит из одного, двух или четырех диодов, смотря какой выпрямитель. Сейчас будем разбираться.

а) — простой диод.
б) — диодный мост. Состоит из четырех диодов, включенных как на рисунке.
в) — тот же диодный мост, только для краткости нарисован попроще. Назначения контактов такие же, как у моста под буквой б).

Конденсатор фильтра. Эта штука неизменна и во времени, и в пространстве, обозначается так:

Обозначений у конденсатора много, столько же, сколько в мире систем обозначений. Но в общем они все похожи. Не запутаемся. И для понятности нарисуем нагрузку, обозначим ее как Rl — сопротивление нагрузки. Это и есть наша схема. Также будем обрисовывать контакты источника питания, к которым эту нагрузку мы будем подключать.

Далее — пара-тройка постулатов.
— Выходное напряжение определяется как Uпост = U*1.41. То есть если на обмотке мы имеем 10вольт переменного напряжения, то на конденсаторе и на нагрузке мы получим 14,1В. Примерно так.
— Под нагрузкой напряжение немного проседает, а насколько — зависит от конструкции трансформатора, его мощности и емкости конденсатора.
— Выпрямительные диоды должны быть на ток в 1,5-2 раза больше необходимого. Для запаса. Если диод предназначен для установки на радиатор (с гайкой или отверстие под болт), то на токе более 2-3А его нужно ставить на радиатор.

Так же напомню, что же такое двуполярное напряжение. Если кто-то подзабыл. Берем две батарейки и соединяем их последовательно. Среднюю точку, то есть точку соединения батареек, назовем общей точкой. В народе она известна так же как масса, земля, корпус, общий провод. Буржуи ее называют GND (ground — земля), часто ее обозначают как 0V (ноль вольт). К этому проводу подключаются вольтметры и осциллографы, относительно нее на схемы подаются входные сигналы и снимаются выходные. Потому и название ее — общий провод. Так вот, если подключим тестер черным проводом в эту точку и будем мерить напряжение на батарейках, то на одной батарейке тестер покажет плюс1,5вольта, а на другой — минус1,5вольта. Вот это напряжение +/-1,5В и называется двуполярным. Обе полярности, то есть и плюс, и минус, обязательно должны быть равными. То есть +/-12, +/-36В, +/-50 и т.д. Признак двуполярного напряжения — если от схемы к блоку питания идут три провода (плюс, общий, минус). Но не всегда так — если мы видим, что схема питается напряжением +12 и -5, то такое питание называется двухуровневым, но проводов к блоку питания будет все равно три. Ну и если на схему идут целых четыре напряжения, например +/-15 и +/-36, то это питание назовем просто — двуполярным двухуровневым.

Ну а теперь к делу.

1. Мостовая схема выпрямления.
Самая распространенная схема. Позволяет получить однополярное напряжение с одной обмотки трансформатора. Схема обладает минимальными пульсациями напряжения и несложная в конструкции.

2. Однополупериодная схема.
Так же, как и мостовая, готовит нам однополярное напряжение с одной обмотки трансформатора. Разница лишь в том, что у этой схемы удвоенные пульсации по сравнению с мостовой, но один диод вместо четырех сильно упрощает схему. Используется при небольших токах нагрузки, и только с трансформатором, много большим мощности нагрузки, т.к. такой выпрямитель вызывает одностороннее перемагничивание трансформатора.

3. Двухполупериодная со средней точкой.
Два диода и две обмотки (или одна обмотка со средней точкой) будут питать нас малопульсирующим напряжением, плюс ко всему мы получим меньшие потери в сравнении с мостовой схемой, потому что у нас 2 диода вместо четырех.

4. Мостовая схема двуполярного выпрямителя.
Для многих — наболевшая тема. У нас есть две обмотки (или одна со средней точкой), мы с них снимаем два одинаковых напряжения. Они будут равны, пульсации будут малыми, так как схема мостовая, напряжения на каждом конденсаторе считается как напряжение на каждой обмотке помножить на корень из двух — всё, как обычно. Провод от средней точки обмоток выравнивает напряжения на конденсаторах, если нагрузки по плюсу и по минусу будут разными.

5. Схема с удвоением напряжения.
Это две однополупериодные схемы, но с диодами, включенными по разному. Применяется, если нам надо получить удвоенное напряжение. Напряжение на каждом конденсаторе будет определяться по нашей формуле, а суммарное напряжение на них будет удвоенным. Как и у однополупериодной схемы, у этой так же большие пульсации. В ней можно усмотреть двуполярный выход — если среднюю точку конденсаторов назвать землей, то получается как в случае с батарейками, присмотритесь. Но много мощности с такой схемы не снять.

6. Получение разнополярного напряжения из двух выпрямителей.
Совсем не обязательно, чтобы это были одинаковые блоки питания — они могут быть как разными по напряжению, так и разными по мощности. Например, если наша схема по +12вольтам потребляет 1А, а по -5вольтам — 0,5А, то нам и нужны два блока питания — +12В 1А и -5В 0,5А. Так же можно соединить два одинаковых выпрямителя, чтобы получить двуполярное напряжение, например, для питания усилителя.

7. Параллельное соединение одинаковых выпрямителей.
Оно нам дает то же самое напряжение, только с удвоенным током. Если мы соединим два выпрямителя, то у нас будет двойное увеличение тока, три — тройное и т.д.

Ну а если вам, дорогие мои, всё понятно, то задам, пожалуй, домашнее задание. Формула для расчета емкости конденсатора фильтра для двухполупериодного выпрямителя:

Для однополупериодного выпрямителя формула несколько отличается:

Двойка в знаменателе — число «тактов» выпрямления. Для трехфазного выпрямителя в знаменателе будет стоять тройка.

Во всех формулах переменные обзываются так:
Cф — емкость конденсатора фильтра, мкФ
Ро — выходная мощность, Вт
U — выходное выпрямленное напряжение, В
f — частота переменного напряжения, Гц
dU — размах пульсаций, В

Для справки — допустимые пульсации:
Микрофонные усилители — 0,001. 0,01%
Цифровая техника — пульсации 0,1. 1%
Усилители мощности — пульсации нагруженного блока питания 1. 10% в зависимости от качества усилителя.

Эти две формулы справедливы для выпрямителей напряжения частотой до 30кГц. На бОльших частотах электролитические конденсаторы теряют свою эффективность, и выпрямитель рассчитывается немного не так. Но это уже другая тема.

В этой статье мы разберем какие бывают выпрямители, для какой цели служат, в чем заключаются особенности того или иного выпрямителя. Если мы решаем собрать какое-либо устройство или просто необходимо запитать готовое, то мы можем использовать питание от гальванических элементов (батареек), либо воспользоваться для этих целей аккумуляторами. Но как быть, если радиоустройство не планируется носить с собой и оно потребляет значительный ток? В таких случаях запитывают устройство от сети 220 вольт.

Фото трансформаторный блок питания

Напрямую запитать от 220 вольт, разумеется, мы не можем, напряжение слишком высокое и ток переменный, а для питания электронных устройств почти всегда необходим постоянный ток и более низкое напряжение. Необходим так называемый сетевой адаптер.

Понизить напряжение мы можем с помощью трансформатора, о нем мы поговорим в одной из следующих статей, пока нам достаточно знать, что с помощью трансформатора мы можем понизить или повысить напряжение при переменном токе. Далее нам необходимо сделать из переменного тока постоянный, для этих целей и служит выпрямитель. Существуют три основных типа выпрямителей.

Однополупериодный выпрямитель


Схема однополупериодный выпрямитель

Этот выпрямитель работает только в течение положительного полупериода синусоиды. Это можно видеть на следующем графике:

Выпрямленный ток после однополупериодного выпрямителя

На выходе после диода мы получаем пульсирующее напряжение, нам нужно сделать из него постоянное, то есть из пульсирующего тока получить постоянный. Для этих целей служит электролитический конденсатор большой емкости, подключенный параллельно выходу питания в соответствии с полярностью. На фотографии ниже можно увидеть внешний вид подобного конденсатора:

Электролитический конденсатор большой емкости

Такой конденсатор благодаря большой емкости разряжается в течении отрицательного полупериода синусоиды. Обычно для фильтрации напряжения в выпрямителях применяют электролитические конденсаторы от 2200 микрофарад. В усилителях и других устройствах, где важно чтобы напряжение не проседало при увеличении мощности нагрузки, ставят конденсаторы на большую емкость, чем 2200 микрофарад. Для устройств питающих бытовую аппаратуру обычно конденсаторов такой емкости бывает достаточно. На следующем графике (выделено красным), мы можем видеть, как конденсатор поддерживает напряжение стабильным во время прохождения отрицательной полуволны.

Выпрямленный ток в однополупериодном выпрямителе после конденсатора

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

Двухполупериодный выпрямитель, мостовая схема


Схема двухполупериодный выпрямитель мостовая схема

И наконец, рассмотрим схему мостового выпрямителя, самую распространенную схему, по которой сделана большая часть всех выпущенных трансформаторных блоков питания. Сейчас объясню принцип работы диодного моста:

Диодный мост рисунок

Ток у нас на выходе с трансформатора переменный, а переменный ток, как известно, в течение периода дважды меняет свое направление. Говоря другими словам, конечно же упрощенно, при переменном токе с частотой 50 герц, ток у нас 100 раз в секунду меняет свое направление. То есть сначала он течет от вывода диодного моста под цифрой один, ко второму, потом в течение другой полуволны он течет от вывода под номером два к первому.

Объяснение работы диодного моста

Рассмотрим, что происходит с диодным мостом при подаче напряжения, мы видим, на рисунке обозначен красным путь тока, напрямую пройти к выводу диодного моста соединенного с переменным током не позволит диод, который получается у нас включенный в обратном включении, а в обратном включении, как мы помним, диоды не пропускают ток. Току остается только один путь (выделено на рисунке синим), через нагрузку и через диод уйти в провод соединенный с выводом переменного тока. Когда у нас ток меняет свое направление, то вступает в действие вторая часть диодного моста, которая действует аналогично той, что описал выше. В итоге у нас получается на выходе такой же график напряжения, как и у двухполупериодного выпрямителя со средней точкой:

График мостого выпрямителя

При сборке выпрямителя нужно учитывать полярность на выходе диодного моста, если мы подключим электролитический конденсатор неправильно, то рискуем испортить конденсатор и можно считать, что повезло, если этим все ограничится. Поэтому при сборке диодного моста важно помнить одно правило, плюс на выходе с моста всегда будет в точке соединения 2 катодов диодов, а минус в точке соединения анодов. Встречается и такое обозначение на схемах диодного моста:

Еще одно изображение диодного моста

Диодный мост можно собрать как из отдельных диодов, так и взять специальную сборку из 4 диодов, уже соединенных по мостовой схеме, и имеющий 4 вывода. В таком случае остается только подать переменный ток, идущий обычно с вторичной обмотки трансформатора на два вывода моста, а с оставшихся двух выводов снимать плюс и минус. Обычно на самой детали бывает обозначено, где какой вывод у моста. Так выглядит импортный диодный мост:

Фото импортного диодного моста

На фото далее изображен отечественный диодный мост КЦ405.

Фото диодный мост кц405

Трехфазные выпрямители

Существуют и трехфазные трансформаторы. Обычным однофазным диодным мостом с такого трансформатора не получится на выходе постоянный ток. Конечно, если нагрузка небольшая можно подключиться к одной фазе и к нулевому проводу трансформатора, но экономичным такое решение не назовешь.

Фото трехфазного трансформатора

Для трехфазного тока существуют специальные схемы выпрямителей, две таких схемы приведены на рисунках ниже. Первая, известная как схема Миткевича, имеет низкий коэффициент габаритной мощности трансформатора. Эта схема применяется при небольших мощностях нагрузки.

Вторая схема, известная как Схема Ларионова, нашла широкое применение в электротехнике, так как имеет лучшие технико-экономические показатели по сравнению со схемой Миткевича.

Схема Ларионова может использоваться как «звезда-Ларионов” и «треугольник-Ларионов”. Вид подключения зависит от схемы подключения трансформатора, либо генератора, с выходом которого соединен этот выпрямитель. Автор статьи — AKV.

Выпрямитель напряжения двухполупериодный со средней точкой

Во всех каскадах применен двухполупериодный выпрямитель напряжения со средней точкой, вместо классического мостового. Такое решение коммерчески невыгодно, так как необходим более дорогой и сложный в изготовлении силовой трансформатор с дополнительной вторичной обмоткой. Которая даёт возможность — включить диоды (практически забытым в транзисторных изделиях) двухполупериодным выпрямителем со средней точкой, и в итоге достигнуть минимальных синфазных помех, наличие которых снижает комфортность и музыкальность звука.

Классический — мостовой двухполупериодный выпрямитель имеет существенные недостатки, обусловленные повышенным количеством диодов. Больше активных диодов, больше искажений выходного напряжения связанных с работой этих диодов.

При переключении диодов возникают проникающие ВЧ помехи (и их гармоники) от которых невозможно избавится. Шунтирование диодов конденсаторами, шунтирование вторичных обмоток силового трансформатора — все эти схемотехнические ухищрения негативно влияют на скорость переключения диодов и в конечном итоге портят звук. К тому же, незначительная несимметричность обмоток силового трансформатора может добавить дополнительные искажения.

От всех этих недостатков свободен простой двухполупериодный выпрямитель напряжения со средней точкой, так как каждая вторичная обмотка трансформатора работает только с одним диодом, и основная часть ВЧ помех вязнет в индуктивностях силового трансформатора. Следовательно, сохраняется скорость переключения диодов и помехи имеют более низкий порядок, что хорошо маскируется основным звуковым сигналом.

У мостового выпрямителя есть естественное достоинство — маленькое суммарное сопротивление диодов по постоянному току, что есть хорошо для импульсного потребителя, т.е. для двухтактного усилителя мощности работающего в классе «АВ» и «В». Но, для однотактного усилителя мощности класса «А», где потребление тока постоянно — стабильное, важна чистота напряжения питания по высокочастотному спектру.

В наших однотактных усилителях мощности установлены двухполупериодные выпрямители напряжения со средней точкой на быстрых карбид кремниевых диодах шоттки, которые почти не имеют проникающих высокочастотных помех связанных с работой диодов. В результате получаем, чистое постоянное напряжение которое можно поддерживать маленькими ёмкостями плёночных конденсаторов.

В двухполупериодных выпрямителях напряжения со средней точкой применяются диоды шоттки на основе карбида кремния фирм: Cree, Infineon — департамент Siemens.

Лучшее сочетание вакуумных и          полупроводниковых характеристик — однотактный гибридный усилитель звука.

          Мы не создаём иллюзий,
          Мы делаем звук живым!

Двухполупериодный выпрямитель — Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом

процесс преобразования переменного тока ток в постоянный ток ток называется выпрямлением. Исправление может быть достигается за счет использования одного диода или группа диодов. Эти диоды, которые преобразуют переменный ток преобразование тока в постоянный ток называют выпрямителями.

Выпрямители обычно делятся на два типа: половинные волновой выпрямитель и двухполупериодный выпрямитель.

А полуволновой выпрямитель использует только один диод для преобразования переменного тока в округ Колумбия. Так что построить полуволну очень просто. выпрямитель. Однако одиночный диод в полуволновом выпрямителе допускает только положительную половину цикла или отрицательную половину цикл входного сигнала переменного тока и оставшийся полупериод входной сигнал переменного тока заблокирован.В результате большая сумма силы тратится впустую. Кроме того, однополупериодные выпрямители не подходят для приложений, требующих стабильного и плавное постоянное напряжение. Так что полуволновые выпрямители не эффективные преобразователи переменного тока в постоянный.

ср можно легко преодолеть этот недостаток, используя другой тип выпрямитель, известный как двухполупериодный выпрямитель.Полная волна выпрямитель имеет несколько основных преимуществ перед полуволновым выпрямитель. Среднее выходное напряжение постоянного тока, создаваемое двухполупериодный выпрямитель выше, чем однополупериодный. Кроме того, выходной сигнал постоянного тока двухполупериодного выпрямителя имеет меньше пульсаций, чем полуволновой выпрямитель. Как результат, получаем более плавное выходное напряжение постоянного тока.

Let’s взгляните на двухполупериодный выпрямитель ………..

Полная волна выпрямитель определение

А Двухполупериодный выпрямитель — это тип выпрямителя, который преобразует оба полупериода сигнала переменного тока в пульсирующий сигнал постоянного тока.

Как как показано на рисунке выше, двухполупериодный выпрямитель преобразует как положительные, так и отрицательные полупериоды входного переменного тока сигнал в выходной пульсирующий сигнал постоянного тока.

Двухполупериодный выпрямитель подразделяется на два типа: двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением и двухполупериодный мост выпрямитель.

В в этом руководстве двухполупериодный выпрямитель с отводом по центру объяснил.

Раньше переходя на работу двухполупериодного выпрямителя с отводом, Давайте сначала взглянем на трансформатор с центральным ответвлением.Поскольку трансформатор с центральным ответвлением играет ключевую роль в двухполупериодный выпрямитель с отводом по центру.

Центр ответвительный трансформатор

Когда дополнительный провод подключается точно посередине вторичная обмотка трансформатора, она известна как трансформатор с отводом по центру.

провод отрегулирован таким образом, чтобы он попадал точно в средняя точка вторичной обмотки.Итак, провод ровно при нулевом напряжении сигнала переменного тока. Этот провод известен как центральный кран.

трансформатор с ответвлением от центра работает почти так же, как и обычный трансформатор. Как и у обычного трансформатора, в центре отводился трансформатор также увеличивает или снижает напряжение переменного тока. Однако трансформатор с центральным ответвлением имеет еще одно важное характерная черта.Это вторичная обмотка центрального отвода. трансформатор делит входной переменный ток или сигнал переменного тока (В P ) на две части.

верхняя часть вторичной обмотки дает положительный напряжение В 1 и нижняя часть вторичной обмотка выдает отрицательное напряжение 2 В. Когда мы объединяем эти два напряжения при выходной нагрузке, получаем полную Сигнал переменного тока.

Т.е. V Итого = V 1 + V 2

напряжения V 1 и V 2 равны величина, но противоположная по направлению. То есть напряжения (В 1 и V 2 ) производятся верхней частью и нижней часть вторичной обмотки сдвинута по фазе на 180 градусов друг с другом.Однако при использовании двухполупериодного выпрямителя с трансформатором с центральным ответвлением, мы можем производить напряжения которые находятся в фазе друг с другом. Проще говоря, по с использованием двухполупериодного выпрямителя с трансформатором с центральным ответвлением, мы можем производить ток, который течет только в одиночном направление.

Что такое двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом

А Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением — это тип выпрямителя который использует трансформатор с отводом от центра и два диода для преобразовать полный сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока.

Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением состоит из переменного тока. источник, трансформатор с отводами, два диода и нагрузка резистор.

Источник переменного тока подключен к первичной обмотке центра. ответвительный трансформатор. Подключен центральный отвод (дополнительный провод) точно в середине вторичного обмотка делит входное напряжение на две части.

Верхняя часть вторичной обмотки подключена к диод D 1 и нижняя часть вторичной обмотка подключена к диоду D 2 . Оба диода D 1 и диод D 2 подключены к общая нагрузка R L с помощью центрального метчика трансформатор. Центральный кран обычно считается точка заземления или точка отсчета нулевого напряжения.

Как центр двухполупериодный выпрямитель с отводом работает

центр двухполупериодный выпрямитель с ответвлениями использует трансформатор с ответвлениями для преобразования входного переменного напряжения в выходное постоянное напряжение.

Когда подается входное переменное напряжение, вторичная обмотка трансформатор с ответвлениями делит это входное переменное напряжение на две части: положительная и отрицательная.

Во время положительный полупериод входного сигнала переменного тока, клемма A станет положительным, клемма B станет отрицательной и центральный кран заземлен (ноль вольт). Положительный вывод A подключен к p-стороне диода D 1 и отрицательная клемма B подключена к стороне n диода Д 1 .Значит диод D 1 смещен в прямом направлении. во время положительного полупериода и пропускает электрический ток через это.

Вкл. с другой стороны, отрицательный вывод B подключен к Сторона p диода D 2 и положительный вывод А подключен к стороне n диода D 2 . Так диод D 2 имеет обратное смещение во время положительный полупериод и не пропускает электрический ток через это.

диод D 1 подает постоянный ток на нагрузку R L . В Постоянный ток, произведенный на нагрузке R L , вернется ко вторичной обмотке через центральный отвод.

Во время положительный полупериод, ток течет только в верхнем часть схемы, в то время как нижняя часть схемы не переносят ток на нагрузку, потому что диод D 2 имеет обратное смещение.Таким образом, во время положительного полупериода входного сигнала переменного тока только диод D 1 пропускает электрический ток, а диод D 2 не пропускает электрический ток.

Во время отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока, клемма A становится отрицательным, клемма B становится положительной, и центральный кран заземлен (ноль вольт). Отрицательный вывод A подключен к p-стороне диода D 1 и положительный вывод B подключен к стороне n диода Д 1 .Значит диод D 1 имеет обратное смещение. во время отрицательного полупериода и не допускает электрического ток через него.

Вкл. с другой стороны, положительный вывод B подключен к Сторона p диода D 2 и отрицательная клемма А подключен к стороне n диода D 2 . Так диод D 2 смещен в прямом направлении во время отрицательный полупериод и пропускает через него электрический ток.

диод D 2 подает постоянный ток на нагрузку R L . В Постоянный ток, произведенный на нагрузке R L , вернется ко вторичной обмотке через центральный отвод.

Во время отрицательный полупериод, ток течет только в нижнем часть схемы, а верхняя часть схемы не переносят ток на нагрузку, потому что диод D 1 имеет обратное смещение.Таким образом, во время отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока, только диод D 2 пропускает электрический ток, а диод D 1 не допускает пропустить электрический ток.

Таким образом, диод D 1 пропускает электрический ток во время положительный полупериод и диод D 2 позволяет электрическое ток в течение отрицательного полупериода входного переменного тока сигнал.В результате оба полупериода (положительный и отрицательный) входного сигнала переменного тока. Итак, на выходе Напряжение постоянного тока почти равно входному напряжению переменного тока.

А небольшое напряжение теряется на диоде D 1 и диоде D 2 , чтобы заставить их вести себя. Однако это напряжение очень мало по сравнению с напряжением, возникающим на выход.Таким образом, этим напряжением пренебрегают.

диоды D 1 и D 2 обычно подключен к нагрузке R L. Таким образом, ток нагрузки равен сумма токов отдельных диодов.

ср знайте, что диод пропускает электрический ток только в одном направление. Из приведенной выше диаграммы мы видим, что как диоды D 1 и D 2 допускают ток в том же направлении.

ср знайте, что ток, который течет только в одном направлении, называется постоянным током. Таким образом, результирующий ток на выход (нагрузка) — постоянный ток (DC). Однако прямая ток, появившийся на выходе, не является чистым постоянным током но пульсирующий постоянный ток.

значение пульсирующего постоянного тока изменяется в зависимости от ко времени.Это связано с рябью выходного сигнала. Эти колебания можно уменьшить, используя такие фильтры, как конденсатор и индуктор.

среднее выходное постоянное напряжение на нагрузочном резисторе в два раза больше схема однополупериодного выпрямителя.

Выход формы сигналов двухполупериодного выпрямителя

Формы выходных сигналов двухполупериодного выпрямителя показаны на рисунок ниже.

Первый сигнал представляет входной сигнал переменного тока. Вторая форма волны и третья форма волны представляет собой сигналы постоянного тока или постоянный ток, создаваемый диодом D 1 и диод D 2 . Последний сигнал представляет общий выходной постоянный ток, создаваемый диодами D 1 и Д 2 . Из приведенных выше осциллограмм мы можем сделать вывод что выходной ток, создаваемый на нагрузочном резисторе, не чистый постоянный ток, но пульсирующий постоянный ток.

Характеристики двухполупериодного выпрямителя

Пульсация фактор

коэффициент пульсации используется для измерения количества ряби присутствует в выходном сигнале постоянного тока. Высокий коэффициент пульсации указывает на высокий пульсирующий сигнал постоянного тока, в то время как низкий уровень пульсации коэффициент указывает на слабый пульсирующий сигнал постоянного тока.

Пульсация коэффициент определяется как отношение напряжения пульсаций к чистому Напряжение постоянного тока

коэффициент пульсации равен

Наконец, получаем

γ = 0.48

выпрямитель эффективность

Выпрямитель КПД показывает, насколько эффективно выпрямитель преобразует Переменный ток в постоянный. Высокий процент КПД выпрямителя указывает на исправный выпрямитель, в то время как низкий процент КПД выпрямителя указывает на неэффективный выпрямитель.

Выпрямитель КПД определяется как отношение выходной мощности постоянного тока к Входная мощность переменного тока.

Это математически можно записать как

η = выход P DC / вход P AC

выпрямитель КПД двухполупериодного выпрямителя составляет 81,2%.

выпрямитель КПД двухполупериодного выпрямителя вдвое выше, чем у однополупериодный выпрямитель.Таким образом, двухполупериодный выпрямитель больше КПД полуволнового выпрямителя

Пик инверсный напряжение (PIV)

Пиковое обратное напряжение или пиковое обратное напряжение является максимальным напряжение, которое диод может выдержать в условиях обратного смещения. Если приложенное напряжение больше пикового обратного напряжение, диод будет безвозвратно разрушен.

пиковое обратное напряжение (PIV) = 2 В smax

выход постоянного тока текущий

в выходной резистор нагрузки R L , оба диода D 1 и в диоде D 2 токи текут в одном направлении. Таким образом, выходной ток представляет собой сумму D 1 и D 2 . токи.

ток, вырабатываемый D 1 , составляет I max / π, а ток, производимый D 2 , равен I max / π.

Итак, на выходе ток I DC = 2I макс. / π
Где,
I макс = максимальный постоянный ток нагрузки

выход постоянного тока напряжение

Появившееся выходное постоянное напряжение на нагрузочном резисторе R L задано как

. В постоянный ток = 2 В макс / π
Где,
В макс = максимальное вторичное напряжение

Среднее значение квадрат (RMS) значение тока нагрузки I

RMS

среднеквадратичное значение тока нагрузки в полной волне выпрямитель


Среднее значение квадратное (RMS) значение выходного напряжения нагрузки В

RMS

среднеквадратичное значение выходного напряжения нагрузки в двухполупериодный выпрямитель

Форм-фактор

Форма Фактор — это отношение действующего значения тока к выходному постоянному току. текущий

Это математически можно записать как

Ф.F = действующее значение тока / выходного постоянного тока

форм-фактор двухполупериодного выпрямителя

F.F = 1.11

Преимущества двухполупериодного выпрямителя с центральным отводным трансформатором

Высокая КПД выпрямителя

Полный волновой выпрямитель имеет высокий КПД выпрямителя, чем половина волновой выпрямитель.Это означает, что двухполупериодный выпрямитель преобразует Переменный ток в постоянный более эффективно, чем однополупериодный выпрямитель.

Низкий потеря мощности

В полупериодный выпрямитель, только полупериод (положительный или отрицательный полупериод) разрешен, а оставшийся полупериод заблокирован. В результате больше половины напряжения потрачено. Но в двухполупериодном выпрямителе оба полупериода (положительные и отрицательные полупериоды) разрешены одновременно. время.Таким образом, двухполупериодный выпрямитель не теряет сигнал.

Низкий рябь

выходной сигнал постоянного тока в двухполупериодном выпрямителе имеет меньше пульсаций чем полуволновой выпрямитель.

Недостатки двухполупериодного выпрямителя с центральным отводным трансформатором

Высокая стоимость

Трансформаторы с центральным ответвлением дороги и занимают много места. космос.


«Это статья касается только двухполупериодного выпрямителя с отводом по центру. Если вы хотите прочитать о полной волне с отводом по центру выпрямитель с посещением фильтра: полный волновой выпрямитель с фильтром »

Трехимпульсный преобразователь средней точки | Осциллограммы напряжения и тока

Трехимпульсный преобразователь средней точки:

Это в основном трехфазные преобразователи, которые очень популярны, потому что легко доступно трехфазное питание.Трехфазные преобразователи обладают большей мощностью, чем однофазные преобразователи. С помощью этих преобразователей количество импульсов выходного напряжения, накладывающегося на среднее постоянное напряжение, может быть увеличено с помощью подходящих трансформаторных соединений. Увеличение количества импульсов улучшает характеристики преобразователя в отношении амплитуды постоянного напряжения, а также величины пульсаций. Напряжение постоянного тока трехимпульсного преобразователя средней точки больше, с уменьшенным содержанием пульсаций. Кроме того, сглаживающая индуктивность становится небольшой.

Трехимпульсный преобразователь средней точки — это простейшая форма трехфазного преобразователя. Это показано на рис. 3.27. Из рисунка видно, что нейтраль вторичной обмотки трансформатора преобразователя должна служить обратным путем для тока. Преобразователь также называется преобразователем звезды . Выходное напряжение можно плавно изменять, изменяя угол включения тиристора. Тиристор, на который подается прямое напряжение, может начать проводить, если он получит пусковой импульс.Напряжения фаз V s1 , V s2 и V s3 показаны на рис. 3.28. По рисунку можно определить естественную точку срабатывания тиристора. Это момент, в который диоды начали бы проводить, если бы преобразователь не управлялся, и является точкой пересечения напряжений. Этот момент, когда тиристор смещен в прямом направлении, наступает через 30 ° после того, как его напряжение пересекает ноль. Тиристор всегда может перейти в режим проводимости, если он получает пусковой импульс

.

, когда его фазное напряжение больше, чем выходное.Отсюда отсчитывается угол стрельбы. Фазное напряжение, имеющее наибольшее мгновенное значение, может появляться только на нагрузке. Если включение зажигания происходит в момент естественного зажигания, среднее напряжение на выходных клеммах будет максимальным. Осциллограммы напряжения и тока для нескольких углов включения показаны на рис. 3.29. Каждый тиристор ведет на 120 ° и блокирует на 240 °.

Максимальное обратное напряжение на тиристоре — это межфазное напряжение, которое равно √3-кратному фазному напряжению.

Средний ток тиристора

Действующее значение тока тиристора = 0,23 В R

Среднее выходное постоянное напряжение при любом угле зажигания равно

.

при условии мгновенного переключения. Это уравнение справедливо для непрерывной проводимости тока нагрузки, то есть ток не должен становиться равным нулю при нулевом напряжении, как это происходит в резистивной нагрузке или нагрузке с противоэдс. При достаточной индуктивности в цепи нагрузки ток нагрузки протекает даже при отрицательном напряжении.

При увеличении угла зажигания α от 0 до 90 ° выходное напряжение очень плавно падает с максимального 1,17 В до нуля. Поток мощности происходит от переменного тока к постоянному, и преобразователь находится в режиме выпрямления. Если угол открытия увеличивается или замедляется, выходное напряжение имеет обратную полярность. Поток мощности может происходить от постоянного тока к переменному только при наличии источника постоянного напряжения, например нагрузка противо-ЭДС, такая как нагрузка двигателя постоянного тока, сможет сделать это во время регенерации. Преобразователь находится в инвертирующем режиме.Выходное напряжение постепенно увеличивается в отрицательном направлении, достигая 180 °. Следовательно, для углов 0 <α <90 ° преобразователь находится в режиме выпрямления, а для 90 ° <α <180 ° он находится в режиме инвертирования. Обычно обратное напряжение должно существовать на тиристоре в течение времени, превышающего время его выключения, чтобы он успешно перешел в состояние прямой блокировки. Время выключения тиристора составляет от 100 мкс до 300 мкс. Когда α = 180 °, токопроводящий тиристор никогда не может быть заблокирован, так как у него совсем нет времени, чтобы вернуться в состояние блокировки.Время, в течение которого на тиристоре существует обратное напряжение, должно быть больше, чем ωt q .

Кроме того, отрицательное напряжение, возникающее на тиристоре, должно сохраняться даже после того, как тиристоры прошли коммутацию в течение определенного времени t q . Для успешной коммутации должен быть предельный угол поворота, а α = 180 ° не может быть реализовано. На рисунке 3.30 показано изменение выходного напряжения при увеличении угла зажигания от 0 до 180 °. (Управляющая характеристика преобразователя, показанная на рис.3.30 также показывает предел инвертора.)

Конечный угол перекрытия из-за реактивных сопротивлений на стороне линии преобразователя также влияет на максимальный угол зажигания для работы преобразователя. Принимая во внимание эти факторы, максимальный угол стрельбы α max зафиксирован на уровне 150 °.

Иногда происходит сбой коммутации, если приложенное напряжение мало. Это увеличивает перекрытие, которое влияет на предел инвертора, делая угол упора при стрельбе меньше суммы перекрытия и угла поворота.Проблемы с коммутацией обычно возникают, если выключение цепи меньше времени выключения тиристора. Для успешной коммутации должен быть предельный угол закалки.

В идеальных условиях сглаживания постоянного тока нагрузки напряжение V diα падает на сопротивлении и наложенные пульсации на индуктивности нагрузки.

Тщательное изучение первичного и вторичного токов трансформаторов показывает, что нет баланса mmf из-за постоянной составляющей тока во вторичной обмотке.MMF постоянного тока предварительно намагничивает сердечник. Каждая ножка трансформатора несет магнитный поток, проходящий в основном через воздух. Трансформатору требуется сильный ток намагничивания. Кроме того, когда первичная обмотка соединена звездой, помимо потока постоянного тока существует поток третьей гармоники. Это приводит к дополнительным потерям и последующему нагреву трансформатора. Он также вызывает дополнительные напряжения в обмотках трансформатора. Этот гармонический поток не существует в Δ-соединении.

Этот постоянный ток и поток в сердечнике третьей гармоники можно полностью устранить, используя зигзагообразное соединение, как показано на рис.3.31. В связи с этим ток тиристора пропускается через обмотки на разных ветвях, так что намагничивание постоянного тока и поток третьей гармоники нейтрализуются. Однако номинал этого трансформатора на 8% выше, чем у трансформатора с нормальным подключением.

Даже если основная величина тока определяет мощность, потребляемую на стороне постоянного тока, номинальные параметры трансформатора должны определяться с использованием полного или фактического тока, протекающего через обмотку.

Действующее значение вторичного тока I d ∕ √3.

Номинал вторичной обмотки

Перекрытие: Коммутация тока от одного тиристора к другому никогда не бывает мгновенной. Входящий и выходной тиристоры во время коммутации работают одновременно. Период одновременного проведения называется , перекрытие . Угол перекрытия зависит от реактивного сопротивления рассеяния трансформатора, реактивного сопротивления линии и любых других индуктивностей в цепи, которые ограничивают di / dt тиристора.Перекрытие зависит от тока нагрузки и угла зажигания. Зависимость перекрытия от угла стрельбы можно понять из следующего уравнения

, где u o — угол перекрытия при α = 0, а u — угол перекрытия при α. Влияние общего реактивного сопротивления (X k ) и общего сопротивления цепи R k , которое пренебрежимо мало на напряжение на клеммах, можно в общем случае вычислить. Из-за перекрытия происходит снижение напряжения на клеммах.Это может быть связано с падением напряжения на реактивных сопротивлениях при изменении тока. Регулирование напряжения и соответствующие уравнения могут быть определены с использованием уравнений, приведенных для однофазных соединений.

Падение напряжения из-за перекрытия

Падение сопротивления и падение устройства в прямом направлении также способствуют стабилизации напряжения.

Следовательно, напряжение на клеммах

Управляющая характеристика с учетом регулирования показана в

.

Рис.3.30.

На среднее постоянное напряжение преобразователя накладывается несинусоидальное переменное напряжение. Его пульсация в три раза превышает частоту питающей сети. Действующее значение r-й гармоники, относящееся к V di , составляет

.

, когда перекрытие считается

Определяя содержание пульсаций как отношение действующего значения наложенного переменного напряжения к идеальному постоянному напряжению (W u ), мы имеем

Для трехимпульсного преобразователя средней точки W u равно 18.3% для α = 0 и 65,5% для α = 90 °.

Как уже говорилось, индуктивность L d сглаживает содержание пульсаций в токе нагрузки и помогает сделать его непрерывным. При идеальном сглаживании напряжение нагрузки падает на сопротивление, а пульсирующее напряжение — на L d . L d обычно определяется таким образом, чтобы избежать прерывистой проводимости. Для трехимпульсного преобразователя

, где α — угол зажигания, а I d — значение, при котором ток становится непрерывным

Входной ток трехимпульсного преобразователя средней точки также содержит гармоники.Эффективное значение r-й гармоники

.

, что составляет 50%, 25% и 20% от фундаментального значения для r = 2, 4 и 5 соответственно. Действующее значение линейного тока

Эффект перекрытия iS для уменьшения содержания гармоник

Преобразователю требуется реактивная мощность для управления фазой, а также для коммутации. Эта реактивная мощность подается от линий и влияет на коэффициент мощности входного тока. Гармоники в форме волны тока вносят вклад в реактивную мощность.Коэффициент смещения основной гармоники — это косинус угла между основной гармоникой входного тока и напряжения. Этот ток и основной ток вносят вклад в активную мощность. На общий коэффициент мощности влияют гармоники. Следовательно, для получения этого измененного коэффициента мощности необходимо правильно скорректировать основной коэффициент смещения. Близкий . Изучение форм сигналов напряжения и тока показывает, что основной коэффициент смещения — это не что иное, как косинус угла включения тиристоров.При α = 0 напряжение фазы вторичной обмотки и ток основной гармоники совпадают по фазе, а коэффициент смещения равен единице. По мере увеличения α этот коэффициент уменьшается. Влияние гармоник на величину реактивной мощности можно учесть, приняв во внимание их влияние на коэффициенты мощности. Коэффициент искажения g определяется как эффективное значение основной гармоники по отношению к действующему значению полного тока (I 1 I). Общий коэффициент входной мощности = g cosα. Для трехимпульсного преобразователя средней точки это 0.827. Поскольку g всегда меньше единицы, искажение снижает общий коэффициент мощности.

Реактивную мощность, обусловленную коммутацией, можно определить с помощью следующего уравнения.

Полная реактивная мощность может быть определена как отношение мощности постоянного тока при любом угле управления, используя

Основной коэффициент смещения с учетом перекрытия составляет приблизительно cos (α + u / 2) или cos (α + 2u / 3) в зависимости от 60 <α <90 ° или 0 <α <30 °.

Следовательно, общий коэффициент мощности = gcos (α + u / 2) (3,42)

Использование трансформатора в управляемых выпрямителях: Выражения токов устройств в обсуждаемых преобразователях средней точки подчеркивают, что использование устройств, а также трансформаторов уменьшается с увеличением количества фаз или импульсов. Угол проводимости уменьшается, что отрицательно сказывается на потерях и номинальном токе устройств. Отношение среднеквадратичного значения тока к среднему увеличивается, что увеличивает потери в меди трансформатора.Полезность трансформатора может быть удобно определена отношением выходной мощности постоянного тока от выпрямителя к эффективным вольт-амперам трансформатора или расчетным номиналом трансформатора, который представляет собой среднее значение первичной и вторичной обмоток. В идеальных условиях это может быть единица, но обычно меньше 1.

В случае управляемых выпрямителей коэффициент использования трансформатора уменьшается при пониженных напряжениях в той же пропорции, что и коэффициент мощности. Это видно по осциллограммам напряжения и тока.Мы видим, что изменение угла зажигания вносит фазовый сдвиг в импульсы тока по сравнению с неконтролируемым случаем. Это не влияет на гармоники, но изменяет входной коэффициент смещения. Значение a также не влияет на значение входного переменного тока относительно выходного постоянного тока. Снижение коэффициента мощности соответствует снижению выходного напряжения, и, таким образом, сохраняется необходимый баланс мощности. Следовательно, при пониженном напряжении коэффициент использования трансформатора уменьшается в той же пропорции, что и коэффициент мощности.

Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом

Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом — это тип двухполупериодного выпрямителя, в котором используются два диода, подключенные к вторичной обмотке трансформатора с центральным отводом, как показано на рисунке (a). Входное напряжение передается через трансформатор на вторичную обмотку с центральным отводом. Половина общего вторичного напряжения появляется между центральным выводом и каждым концом вторичной обмотки, как показано.

Рисунок (a): Положительный цикл пути тока полнополупериодного выпрямителя Рисунок (b): Отрицательный цикл пути тока полнополупериодного выпрямителя

Для положительного полупериода входного напряжения полярности вторичных напряжений такие, как показано на Рисунок (а).Это условие приводит к прямому смещению диода D1 и обратному смещению диода D2. Путь тока проходит через D1 и нагрузочный резистор RL, как показано. Для отрицательного полупериода входного напряжения полярность напряжения на вторичной обмотке такая, как показано на рисунке (b). Это условие приводит к обратному смещению D1 и прямому смещению D2. Текущий путь проходит через D2 и RL, как указано. Поскольку выходной ток во время как положительной, так и отрицательной частей входного цикла проходит через нагрузку в одном направлении, выходное напряжение, развиваемое на нагрузочном резисторе, представляет собой двухполупериодное выпрямленное напряжение постоянного тока, как показано.

Влияние отношения витков на выходное напряжение

Если коэффициент трансформации трансформатора равен 1, пиковое значение выпрямленного выходного напряжения равно половине пикового значения первичного входного напряжения за вычетом барьерного потенциала, как показано на рисунке (9). Это связано с тем, что половина первичного напряжения появляется на каждой половине вторичной обмотки V p (sec) = V p (pri) . Мы начнем называть прямое напряжение из-за барьерного потенциала диодным падением.

Чтобы получить выходное напряжение с пиком, равным пику на входе (за вычетом падения на диоде), необходимо использовать повышающий трансформатор с отношением витков n = 2, как показано на рисунке (c). В этом случае общее вторичное напряжение (V sec ) в два раза больше первичного напряжения (2Vpri), поэтому напряжение на каждой половине вторичной обмотки равно V pri .

В любом случае выходное напряжение двухполупериодного выпрямителя с центральным ответвлением всегда составляет половину от общего вторичного напряжения за вычетом падения на диоде, независимо от того, какова передаточная способность.

В выход = (В сек /2) — 0,7 В

Рисунок (c): Коэффициент поворота полнополупериодного выпрямителя Рисунок (d): Коэффициент поворота полнополупериодного выпрямителя

Пиковое обратное напряжение

Каждый диод двухполупериодного выпрямителя попеременно смещен в прямом направлении, а затем в обратном. Максимальное обратное напряжение, которое должен выдерживать каждый диод, — это пиковое вторичное напряжение Vp (сек). Это показано на рисунке (d), где предполагается, что D2 имеет обратное смещение.

Рисунок (d): Пиковое обратное напряжение двухполупериодного выпрямителя

Когда полное вторичное напряжение имеет указанную полярность, максимальное анодное напряжение D1 составляет + Vp (сек) / 2, а максимальное анодное напряжение D2 составляет –Vp (сек ) / 2. Поскольку предполагается, что D1 имеет прямое смещение, его катод находится под тем же напряжением, что и его анод, за вычетом падения на диоде: это также напряжение на катоде D2. Пиковое обратное напряжение на D2 составляет

P1V = V p (сек) — 0,7 В

Так как V p (out) = (V p (sec) /2) — 0.7 В, затем, умножив каждый член на 2 и транспонируя,

В p (сек) = 2 В p (выход) + 1,4 В

Следовательно, при замене пиковое обратное напряжение на любом диоде в двухполупериодном выпрямителе с центральным ответвлением равно

.

PIV = 2 В p (сек) + 0,7 В

Различия между полноволновым мостом и полноволновым выпрямителем с центральным ответвлением

Одно из самых популярных применений диода — выпрямление.Выпрямитель — это устройство, преобразующее переменный ток (AC) в пульсирующий постоянный ток (DC). Этот пульсирующий постоянный ток имеет некоторую рябь, которую можно устранить с помощью сглаживающего конденсатора. Ниже приведены различные типы выпрямителей: В этой статье обсуждается «Почему двухполупериодный выпрямитель лучше, чем двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением». В двухполупериодном мостовом выпрямителе используется вся входная форма волны по сравнению с полуволновым выпрямителем. Тогда как в однополупериодных выпрямителях используется только полуволна. Двухполупериодный выпрямитель можно построить двумя способами.Один из них представляет собой двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением, состоящий из двух диодов и одного трансформатора вторичной обмотки с центральным ответвлением, а второй — мостовой выпрямитель, состоящий из четырех подключенных диодов, а именно D1, D2, D3, D4.

Типы выпрямителей

Работа полноволнового мостового выпрямителя

Мостовой выпрямитель построен с использованием 4 диодов в виде моста Уитстона, который питается от понижающего трансформатора. Когда через мост подается пониженный источник переменного тока, видно, что во время положительного полупериода вторичного питания диоды D1 и D3 (показаны на рисунке ниже) смещены в прямом направлении.А диоды D2 и D4 проводить не буду. Таким образом, ток будет проходить через диод D1, нагрузку (R) и диод D3. И наоборот во время отрицательного полупериода вторичного ввода. Как правило, вход переменного тока имеет форму синусоидального сигнала (sin (wt)). Форма выходного сигнала и принципиальная схема показаны ниже.


Работа мостового выпрямителя

Работа двухполупериодного выпрямителя с центральным ответвлением

Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением состоит из трансформатора с центральным ответвлением и двух диодов D1 и D2, подключенных, как показано на рисунке ниже.Когда источник питания переменного тока включен, напряжение появляется на клеммах AB стороны клемм вторичной обмотки трансформатора. Во время положительного полупериода диод D1 находится в прямом смещении, а диод D2 — в обратном, он не проводит. Таким образом, ток будет проходить через диод D1 и нагрузку (R). Во время отрицательного цикла вторичного цикла будет проводить только диод D2, и ток будет проходить через диод D2 и нагрузку (R).

Работа полноволнового выпрямителя с центральным отводом

Почему полноволновый мостовой выпрямитель лучше, чем полноволновый выпрямитель с центральным отводом?

Мостовой выпрямитель не требует громоздкого трансформатора с центральным ответвлением, в настоящее время трансформаторы с центральным ответвлением дороже диодов и понижающего трансформатора, что снижает размер и стоимость.

Номинальное значение PIV (пиковое обратное напряжение) диодов в мостовом выпрямителе вдвое меньше, чем в двухполупериодных выпрямителях с центральным ответвлением. Диод, используемый в мостовом выпрямителе, способен выдерживать высокое пиковое обратное напряжение. В то время как в выпрямителях с центральным ответвлением пиковое обратное напряжение, приходящее на каждый диод, в два раза больше максимального напряжения на половине вторичной обмотки.

Коэффициент использования трансформатора (TUF) также больше у мостового выпрямителя по сравнению с двухполупериодным выпрямителем с центральным ответвлением, что делает его более выгодным.


PIV (пиковое обратное напряжение) мостового выпрямителя

PIV: Для выпрямителей пиковое обратное напряжение (PIV) или пиковое обратное напряжение (PRV) может быть определено как максимальное значение обратного напряжения диода, которое происходит на пике входного цикла, когда диод находится в обратном смещении.

PIV мостового выпрямителя

Когда вторичное напряжение достигает пикового положительного значения, а клемма A — положительная, а клемма B — отрицательная, как показано выше. Таким образом, в этот момент диоды D1 и D3 смещены в прямом направлении, а D2 и D4 — в обратном, они не проводят ток, но только диоды D1 и D3 будут проводить через них ток.Следовательно, между клеммами M-L или A’-B ’получается то же напряжение, что и на клеммах A-B.

Следовательно, PIV мостовых выпрямителей составляет

PIV диода D1 и D3 = Vm

Аналогично PIV диода D2 и D4 = Vm

PIV (пиковое обратное напряжение) полноволнового трансформатора с центральным ответвлением

В течение первой половины цикл источника питания переменного тока, то есть когда верхняя часть вторичной обмотки трансформатора является положительной, диод D1 проводит и обеспечивает почти нулевое сопротивление.Таким образом, все напряжение Vm max верхней половины обмотки создается на нагрузке (RL). Теперь напряжение на непроводящем диоде D2 представляет собой сумму напряжения на нижней половине вторичной обмотки трансформатора и напряжения на нагрузке (RL).

PIV центрального отвода

Таким образом, PIV диода, D2 = Vm + Vm

PIV диода, D2 = 2 Vm

Аналогично, PIV диода D1 = 2 Vm

Коэффициент использования трансформатора (TUF)

TUF равен определяется как отношение мощности постоянного тока, подаваемой на нагрузку, к номинальному входному переменному току вторичной обмотки трансформатора.

TUF = Poutput.dc / Pinput.ac

Коэффициент использования трансформатора (TUF) двухполупериодного выпрямителя с центральным ответвлением

Pdc = VL (dc) * IL (dc) => VLM / π * VLM / RL

=> VLM2 / πRL

=> Vsm2 / πRL (если пренебречь падением R0)

Теперь номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора равно Vsm / √2, но фактический ток, протекающий через вторичную обмотку, равен IL = ILM / 2 (не ILM / √2), так как это ток полуволнового выпрямителя.

Pac.rated => Vsm / √2 * ILM / 2

=> Vsm / √2 * VLM / 2RL

=> Vsm / 2√2RL

Его значение определяется с учетом первичной и вторичной обмотки трансформатор отдельно.Его значение составляет 0,693.

Коэффициент использования трансформатора мостового выпрямителя

Pdc => VL (dc) .IL (dc)

=> VLM / π * VLM / RL => VLM2 / πRL

=> Vsm2 / πRL (если падение превышает R0 не учитывается)

Теперь номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора составляет Vsm / √2, но фактический ток, протекающий через вторичную обмотку, равен IL = ILM / 2 (не ILM / √2), поскольку это ток полуволнового выпрямителя.

Pac = Vsm / √2 * ILM / 2

=> Vsm / √2 * VLM / 2RL

=> Vsm / 2√2RL

Его значение определяется путем раздельного рассмотрения первичной и вторичной обмоток трансформатора. .Его значение составляет 0,812

Различия между двухполупериодным выпрямителем с центральным отводом и мостовым выпрямителем

9 9069 9069 В 9069 2 9069 В (без нагрузки) м / π 9077
Параметры Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением Мостовой выпрямитель
2 4
Максимальный КПД 81,2% 81,2%
Пиковое обратное напряжение 2 В м В м
2V м / π
Коэффициент использования трансформатора 0.693 0,812
Коэффициент пульсации 0,48 0,48
Форм-фактор 1,11 1,11
Пиковый фактор
Средний ток I dc /2 I dc /2
Выходная частота 2f 2f

Таким образом, разница между полной волной примерно равна мостовой выпрямитель и двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением.Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, любые вопросы относительно этой концепции или узнать больше о тиристоре или SCR. Пожалуйста, оставьте свой отзыв, оставив комментарий в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, какова функция мостового выпрямителя?

Принципиальная схема, типы, работа и применение

Схема выпрямителя используется для преобразования переменного (переменного тока) в постоянный (постоянный ток). Выпрямители в основном подразделяются на три типа: полуволновые, двухполупериодные и мостовые выпрямители.Основная функция всех этих выпрямителей такая же, как преобразование тока, но они неэффективно преобразовывают ток из переменного в постоянный. Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением и мостовой выпрямитель эффективно преобразуют. Схема мостового выпрямителя — обычная часть электронных источников питания. Для многих электронных схем требуется выпрямленный источник питания постоянного тока для питания различных основных электронных компонентов от доступной сети переменного тока. Мы можем найти этот выпрямитель в широком спектре электронных устройств питания переменного тока, таких как бытовая техника, контроллеры двигателей, процессы модуляции, сварочные аппараты и т. Д.В этой статье обсуждается обзор мостового выпрямителя и его работы.

Что такое мостовой выпрямитель?

Мостовой выпрямитель — это преобразователь переменного тока в постоянный (DC), который выпрямляет входной переменный ток сети в выход постоянного тока. Мостовые выпрямители широко используются в источниках питания, которые обеспечивают необходимое постоянное напряжение для электронных компонентов или устройств. Они могут быть сконструированы с четырьмя или более диодами или любыми другими управляемыми твердотельными переключателями.


Мостовой выпрямитель

В зависимости от требований тока нагрузки выбирается соответствующий мостовой выпрямитель.Номинальные характеристики и характеристики компонентов, напряжение пробоя, диапазоны температур, номинальный переходный ток, номинальный прямой ток, требования к установке и другие соображения принимаются во внимание при выборе источника питания выпрямителя для соответствующей области применения электронной схемы.

Конструкция

Конструкция мостового выпрямителя показана ниже. Эта схема может быть спроектирована с четырьмя диодами, а именно D1, D2, D3 и D4, а также с нагрузочным резистором (RL). Подключение этих диодов может быть выполнено по схеме с обратной связью для эффективного преобразования переменного (переменного тока) в постоянный (постоянный ток).Основное преимущество такой конструкции — отсутствие эксклюзивного трансформатора с центральным отводом. Таким образом, размер, как и стоимость, уменьшится.

Как только входной сигнал подается на два терминала, такие как A и B, сигнал постоянного тока может быть получен через RL. Здесь нагрузочный резистор подключен между двумя клеммами, такими как C и D. Расположение двух диодов может быть выполнено таким образом, что электричество будет проводиться двумя диодами в течение каждого полупериода. Пары диодов, такие как D1 и D3, будут проводить электрический ток в течение положительного полупериода.Точно так же диоды D2 и D4 будут проводить электрический ток в течение отрицательного полупериода. Схема мостового выпрямителя

Основным преимуществом мостового выпрямителя является то, что он выдает почти вдвое большее выходное напряжение, чем в случае двухполупериодного выпрямителя, использующего трансформатор с центральным отводом. Но этой схеме не нужен трансформатор с центральным отводом, поэтому она напоминает недорогой выпрямитель.

Схема мостового выпрямителя состоит из различных каскадов устройств, таких как трансформатор, диодный мост, фильтрация и регуляторы.Как правило, комбинация всех этих блоков называется регулируемым источником постоянного тока, питающим различные электронные устройства.

Первым каскадом схемы является трансформатор понижающего типа, который изменяет амплитуду входного напряжения. В большинстве электронных проектов используется трансформатор 230/12 В для понижения напряжения сети переменного тока с 230 В до 12 В переменного тока. Схема мостового выпрямителя

Следующим этапом является диодно-мостовой выпрямитель, в котором используются четыре или более диодов в зависимости от типа мостового выпрямителя.При выборе конкретного диода или любого другого переключающего устройства для соответствующего выпрямителя необходимо учитывать некоторые особенности устройства, такие как пиковое обратное напряжение (PIV), прямой ток If, номинальное напряжение и т. Д. Оно отвечает за создание однонаправленного или постоянного тока на нагрузке путем проведения набор диодов для каждого полупериода входного сигнала.

Так как выход после диодных мостовых выпрямителей имеет пульсирующий характер, и для его создания как чистого постоянного тока необходима фильтрация. Фильтрация обычно выполняется с одним или несколькими конденсаторами, подключенными к нагрузке, как вы можете видеть на рисунке ниже, где выполняется сглаживание волны.Этот номинал конденсатора также зависит от выходного напряжения.

Последней ступенью этого стабилизированного источника постоянного тока является регулятор напряжения, который поддерживает выходное напряжение на постоянном уровне. Предположим, микроконтроллер работает при 5 В постоянного тока, но выход после мостового выпрямителя составляет около 16 В, поэтому для снижения этого напряжения и поддержания постоянного уровня — независимо от изменений напряжения на входе — необходим регулятор напряжения.

Работа мостового выпрямителя

Как мы обсуждали выше, однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, и эта конфигурация подключается через нагрузку.Чтобы понять принцип работы мостового выпрямителя, мы должны рассмотреть приведенную ниже схему в демонстрационных целях.

Во время положительного полупериода входных диодов переменного тока D1 и D2 смещены в прямом направлении, а D3 и D4 — в обратном. Когда напряжение, превышающее пороговый уровень диодов D1 и D2, начинает проводить — ток нагрузки начинает течь через него, как показано на пути красной линии на диаграмме ниже.

Работа схемы

Во время отрицательного полупериода входного сигнала переменного тока диоды D3 и D4 смещены в прямом направлении, а D1 и D2 — в обратном направлении.Ток нагрузки начинает течь через диоды D3 и D4, когда эти диоды начинают проводить, как показано на рисунке.

Мы можем заметить, что в обоих случаях направление тока нагрузки одинаковое, то есть вверх-вниз, как показано на рисунке — так однонаправлено, что означает постоянный ток. Таким образом, с помощью мостового выпрямителя входной переменный ток преобразуется в постоянный. Выход на нагрузке с этим мостовым выпрямителем имеет пульсирующий характер, но для получения чистого постоянного тока требуется дополнительный фильтр, такой как конденсатор.Такая же операция применима для разных мостовых выпрямителей, но в случае управляемых выпрямителей срабатывание тиристоров необходимо для подачи тока на нагрузку.

Типы мостовых выпрямителей

Параллельные выпрямители подразделяются на несколько типов в зависимости от следующих факторов: тип источника питания, возможности управления, конфигурация промежуточной цепи и т. Д. Мостовые выпрямители в основном подразделяются на однофазные и трехфазные. Оба эти типа далее подразделяются на неуправляемые, полууправляемые и полностью управляемые выпрямители.Некоторые из этих типов выпрямителей описаны ниже.

Однофазные и трехфазные выпрямители

Тип питания, то есть однофазное или трехфазное питание, определяет эти выпрямители. Однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов для преобразования переменного тока в постоянный, тогда как трехфазный выпрямитель использует шесть диодов, как показано на рисунке. Это могут быть неуправляемые или управляемые выпрямители, в зависимости от компонентов схемы, таких как диоды, тиристоры и т. Д.

Однофазные и трехфазные выпрямители

Неуправляемые мостовые выпрямители

В этом мостовом выпрямителе используются диоды для выпрямления входа, как показано на рисунке. Поскольку диод — это однонаправленное устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Такая конфигурация диодов в выпрямителе не позволяет мощности изменяться в зависимости от требований к нагрузке. Таким образом, этот тип выпрямителя используется в постоянных или фиксированных источниках питания.

Неуправляемые мостовые выпрямители

Управляемые мостовые выпрямители

В выпрямителях этого типа, преобразователях переменного / постоянного тока или выпрямителях вместо неуправляемых диодов используются управляемые твердотельные устройства, такие как тиристоры, полевые МОП-транзисторы, БТИЗ и т. Д.используются для изменения выходной мощности при разных напряжениях. Посредством срабатывания этих устройств в различные моменты времени выходная мощность на нагрузке изменяется соответствующим образом.

Управляемый мостовой выпрямитель

Мостовой выпрямитель IC

Мостовой выпрямитель, такой как конфигурация выводов IC RB-156, обсуждается ниже.

Контакт-1 (фаза / линия): Это входной контакт переменного тока, где можно подключить фазный провод от источника переменного тока к этому фазовому контакту.

Контакт 2 (нейтраль): Это контакт входа переменного тока, на котором можно подключить нейтральный провод от источника переменного тока к этому нейтральному контакту.

Контакт 3 (положительный): Это выходной контакт постоянного тока, на котором положительное напряжение постоянного тока выпрямителя получается с этого положительного контакта.

Контакт 4 (отрицательный / заземляющий): Это выходной контакт постоянного тока где напряжение земли выпрямителя получается с этого отрицательного вывода.

Технические характеристики

Подкатегории этого мостового выпрямителя RB-15 варьируются от RB15 до RB158. Из этих выпрямителей наиболее часто используется RB156.Технические характеристики мостового выпрямителя РБ-156 включают следующее.

  • Выходной постоянный ток составляет 1,5 А
  • Максимальное пиковое обратное напряжение составляет 800 В
  • Выходное напряжение: (√2 × VRMS) — 2 В
  • Максимальное входное напряжение составляет 560 В
  • Падение напряжения для каждого моста составляет 1 В при 1 А
  • Импульсный ток составляет 50 А

Этот RB-156 является наиболее часто используемым компактным, недорогим однофазным мостовым выпрямителем. Эта ИС имеет самое высокое напряжение переменного тока i / p, например 560 В, поэтому ее можно использовать для однофазной сети питания во всех странах.Максимальный постоянный ток этого выпрямителя — 1,5 А. Эта микросхема — лучший выбор в проектах для преобразования переменного тока в постоянный и обеспечивает до 1,5 А.

Мостовой выпрямитель Характеристики

Характеристики мостового выпрямителя включают следующие: называется фактором пульсации.Здесь плавный сигнал постоянного тока можно рассматривать как сигнал постоянного тока o / p, включающий небольшое количество пульсаций, тогда как сигнал постоянного тока с высокой пульсацией можно рассматривать как сигнал постоянного тока с высокой частотой, включающий высокие пульсации. Математически его можно определить как долю пульсационного напряжения и чистого постоянного напряжения.

Для мостового выпрямителя коэффициент пульсаций может быть задан как

Γ = √ (Vrms2 / VDC) -1

Значение коэффициента пульсаций мостового выпрямителя составляет 0,48

PIV (пиковое обратное напряжение)

Пиковое обратное напряжение или PIV может быть определено как максимальное значение напряжения, которое исходит от диода, когда он подключен в состоянии обратного смещения в течение отрицательного полупериода.Мостовая схема включает четыре диода типа D1, D2, D3 и D4.

В положительном полупериоде два диода, такие как D1 и D3, находятся в проводящем положении, тогда как оба диода D2 и D4 находятся в непроводящем положении. Аналогично, в отрицательном полупериоде диоды, подобные D2 и D4, находятся в проводящем положении, тогда как диоды, подобные D1 и D3, находятся в непроводящем положении.

КПД

КПД выпрямителя в основном определяет, насколько правильно выпрямитель преобразует переменный ток (переменный ток) в постоянный (постоянный ток).КПД выпрямителя можно определить как; это соотношение мощности постоянного тока и мощности переменного тока. Максимальный КПД мостового выпрямителя составляет 81,2%.

η = DC o / p Power / AC i / p Power

Форма волны мостового выпрямителя

Из принципиальной схемы мостового выпрямителя мы можем сделать вывод, что ток через нагрузочный резистор одинаков на всем положительном и отрицательном полюсах. отрицательные полупериоды. Полярность сигнала постоянного тока o / p может быть либо полностью положительной, либо отрицательной.В данном случае это абсолютно положительно. Когда направление диода меняется на противоположное, может быть достигнуто полное отрицательное напряжение постоянного тока.

Таким образом, этот выпрямитель позволяет протекать току в течение как положительных, так и отрицательных циклов сигнала переменного тока i / p. Формы выходных сигналов мостового выпрямителя показаны ниже.

Почему он называется мостовым выпрямителем?

По сравнению с другими выпрямителями, это наиболее эффективный тип выпрямительной схемы. Это тип двухполупериодного выпрямителя, как следует из названия, в этом выпрямителе используются четыре диода, которые соединены в виде моста.Поэтому такой выпрямитель называется мостовым выпрямителем.

Почему мы используем 4 диода в мостовом выпрямителе?

В мостовом выпрямителе четыре диода используются для создания схемы, которая обеспечивает двухполупериодное выпрямление без использования трансформатора с центральным отводом. Этот выпрямитель в основном используется для обеспечения двухполупериодного выпрямления в большинстве приложений.

Расположение четырех диодов может быть выполнено в замкнутом контуре для эффективного преобразования переменного тока в постоянный. Основным преимуществом такой схемы является отсутствие трансформатора с центральным отводом, поэтому размер и стоимость будут уменьшены.

Преимущества

К преимуществам мостового выпрямителя можно отнести следующее.

  • Эффективность выпрямления двухполупериодного выпрямителя вдвое выше, чем у полуволнового выпрямителя.
  • Более высокое выходное напряжение, более высокая выходная мощность и более высокий коэффициент использования трансформатора в случае двухполупериодного выпрямителя.
  • Пульсации напряжения низки и имеют более высокую частоту, в случае двухполупериодного выпрямителя требуется простая схема фильтрации
  • Во вторичной обмотке трансформатора не требуется центральный отвод, поэтому в случае мостового выпрямителя требуется более простой трансформатор .Если повышение или понижение напряжения не требуется, можно даже отказаться от трансформатора.
  • Для заданной выходной мощности в случае мостового выпрямителя можно использовать силовой трансформатор меньшего размера, поскольку ток как в первичной, так и во вторичной обмотке трансформатора питания протекает в течение всего цикла переменного тока.
  • Эффективность выпрямления вдвое больше по сравнению с однополупериодным выпрямителем
  • Использует простые схемы фильтрации для высокой частоты и низкого напряжения пульсаций
  • TUF выше по сравнению с выпрямителем с центральным отводом
  • Трансформатор с центральным ответвлением не требуется

Недостатки

К недостаткам мостового выпрямителя можно отнести следующее.

  • Требуется четыре диода.
  • Использование двух дополнительных диодов вызывает дополнительное падение напряжения, что снижает выходное напряжение.
  • Для этого выпрямителя требуется четыре диода, поэтому стоимость выпрямителя будет высокой.
  • Схема не подходит, если необходимо выпрямить небольшое напряжение, потому что соединение двух диодов может быть выполнено последовательно и обеспечивает двойное падение напряжения из-за их внутреннего сопротивления.
  • Эти схемы очень сложные.
  • По сравнению с выпрямителем с центральным отводом, мостовой выпрямитель имеет большие потери мощности.

Приложение — преобразование переменного тока в постоянный с помощью мостового выпрямителя

Регулируемый источник питания постоянного тока часто требуется для многих электронных приложений. Один из самых надежных и удобных способов — преобразовать имеющийся источник питания переменного тока в источник постоянного тока. Это преобразование сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока выполняется с помощью выпрямителя, который представляет собой систему диодов. Это может быть однополупериодный выпрямитель, который выпрямляет только половину сигнала переменного тока, или двухполупериодный выпрямитель, выпрямляющий оба цикла сигнала переменного тока.Двухполупериодный выпрямитель может быть выпрямителем с центральным отводом, состоящим из двух диодов, или мостовым выпрямителем, состоящим из 4 диодов.

Здесь демонстрируется мостовой выпрямитель. Устройство состоит из 4 диодов, расположенных так, что аноды двух соседних диодов соединены для обеспечения положительного питания на выходе, а катоды двух других соседних диодов соединены для подачи отрицательного питания на выход. Анод и катод двух других соседних диодов подключены к плюсу источника переменного тока, тогда как анод и катод двух других соседних диодов подключены к минусу источника переменного тока.Таким образом, 4 диода расположены в виде моста, так что в каждом полупериоде два чередующихся диода проводят ток, создавая постоянное напряжение с отталкиванием.

Данная схема состоит из мостового выпрямителя, чей нерегулируемый выход постоянного тока подается на электролитический конденсатор через токоограничивающий резистор. Напряжение на конденсаторе контролируется с помощью вольтметра и продолжает увеличиваться по мере заряда конденсатора, пока не будет достигнут предел напряжения. Когда нагрузка подключается к конденсатору, конденсатор разряжается, чтобы обеспечить необходимый входной ток для нагрузки.В этом случае в качестве нагрузки подключается лампа.

A Регулируемый источник питания постоянного тока

Регулируемый источник постоянного тока состоит из следующих компонентов:

  • Понижающий трансформатор для преобразования переменного тока высокого напряжения в переменный ток низкого напряжения.
  • Мостовой выпрямитель для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный ток.
  • Схема фильтра, состоящая из конденсатора для удаления пульсаций переменного тока.
  • Регулятор IC 7805 для получения регулируемого постоянного напряжения 5 В.

Понижающий трансформатор преобразует сетевое питание переменного тока 230 В в 12 В переменного тока.Это 12 В переменного тока подается на схему мостового выпрямителя, так что чередующиеся диоды проводят каждый полупериод, создавая пульсирующее напряжение постоянного тока, состоящее из пульсаций переменного тока. Конденсатор, подключенный к выходу, позволяет сигналу переменного тока проходить через него и блокирует сигнал постоянного тока, тем самым действуя как фильтр верхних частот. Таким образом, выходной сигнал через конденсатор представляет собой нерегулируемый фильтрованный сигнал постоянного тока. Этот выход может использоваться для управления электрическими компонентами, такими как реле, двигатели и т. Д. Регулятор IC 7805 подключен к выходу фильтра.Он дает постоянный регулируемый выход 5 В, который можно использовать для ввода многих электронных схем и устройств, таких как транзисторы, микроконтроллеры и т. Д. Здесь 5 В используется для смещения светодиода через резистор.

Это все о теории мостовых выпрямителей, их типах, схемах и принципах работы. Мы надеемся, что этот полезный материал по этой теме будет полезен при разработке студентами электронных или электрических проектов, а также при наблюдении за различными электронными устройствами или приборами.Благодарим вас за внимание и сосредоточенность на этой статье. И поэтому, пожалуйста, напишите нам для выбора требуемых характеристик компонентов в этом мостовом выпрямителе для вашего приложения и для любых других технических рекомендаций.

Теперь мы надеемся, что вы получили представление о концепции мостового выпрямителя и его применениях, если какие-либо дополнительные вопросы по этой теме или концепции электрических и электронных проектов оставляют комментарии в разделе ниже.

Фото:

Трехфазные выпрямители — Техническая информация — Новости

Трехфазные выпрямители

Однофазные выпрямители обычно используются в источниках питания для бытового оборудования.Однако для большинства промышленных и мощных применений схемы трехфазного выпрямителя являются нормой. Как и однофазные выпрямители, трехфазные выпрямители могут иметь форму полуволновой схемы, двухполупериодной схемы с использованием трансформатора с центральным отводом или двухполупериодной мостовой схемы.

Тиристоры обычно используются вместо диодов для создания схемы, которая может регулировать выходное напряжение. Многие устройства, которые обеспечивают постоянный ток , вырабатывают трехфазного переменного тока. Например, автомобильный генератор переменного тока содержит шесть диодов, которые работают как двухполупериодный выпрямитель для зарядки аккумулятора.

Трехфазная полуволновая схема

Управляемая трехфазная полуволновая схема выпрямителя с тиристорами в качестве переключающих элементов без учета индуктивности питания

Неуправляемая трехфазная полуволновая средняя цепь требует трех диодов, по одному к каждой фазе. Это простейший тип трехфазного выпрямителя, но он страдает от относительно высоких гармонических искажений как на соединениях переменного, так и на постоянном токе. Считается, что этот тип выпрямителя имеет количество импульсов три, поскольку выходное напряжение на стороне постоянного тока содержит три отдельных импульса на цикл частоты сети: из среднеквадратичного значения {\ displaystyle V _ {\ mathrm {LN}}} входного фазного напряжения (напряжение между фазой и нейтралью, 120 В в Северной Америке, 230 В в Европе при работе от сети): {\ displaystyle V _ {\ mathrm { пик}} = {\ sqrt {2}} \ cdot V _ {\ mathrm {LN}}}.Среднее выходное напряжение холостого хода получается из интеграла под графиком положительной полуволны с длительностью периода (от 30 ° до 150 °):

Трехфазная двухполупериодная схема с использованием трансформатора с центральным отводом

Управляемая трехфазная двухполупериодная схема выпрямителя, использующая тиристоры в качестве переключающих элементов, с трансформатором с центральным ответвлением, без учета индуктивности питания

Если питание переменного тока подается через трансформатор с центральным ответвлением, схема выпрямителя с улучшенным могут быть получены гармонические характеристики.Для этого выпрямителя теперь требуется шесть диодов, по одному на каждом конце каждой вторичной обмотки трансформатора. Эта схема имеет шесть импульсов и, по сути, может рассматриваться как шестифазная полуволновая схема.

До того, как стали доступны твердотельные устройства, полуволновая схема и двухполупериодная схема с использованием трансформатора с центральным отводом очень часто использовались в промышленных выпрямителях с ртутно-дуговыми клапанами. [4] Это произошло потому, что три или шесть входов источника питания переменного тока можно было подавать на соответствующее количество анодных электродов на одном резервуаре с общим катодом.

С появлением диодов и тиристоров эти схемы стали менее популярными, а трехфазная мостовая схема стала наиболее распространенной схемой.

Трехфазный мостовой выпрямитель неуправляемый

Автомобильный генератор в разобранном виде с шестью диодами, составляющими двухполупериодный трехфазный мостовой выпрямитель.

Для неуправляемого трехфазного мостового выпрямителя используются шесть диодов, и схема снова имеет количество импульсов шесть. По этой причине его также обычно называют шестипульсным мостом.В упрощенном виде схему B6 можно рассматривать как последовательное соединение двух трехпульсных центральных цепей.

Для приложений с низким энергопотреблением двойные диоды, соединенные последовательно, с анодом первого диода, соединенным с катодом второго, изготавливаются для этой цели как единый компонент. Некоторые имеющиеся в продаже двойные диоды имеют все четыре клеммы, поэтому пользователь может настроить их для использования с однофазным разделенным питанием, полумостом или трехфазным выпрямителем.

Для приложений с более высокой мощностью обычно используется одно дискретное устройство для каждого из шести плеч моста.Для самых высоких мощностей каждое плечо моста может состоять из десятков или сотен отдельных устройств, включенных параллельно (где требуется очень большой ток, например, при выплавке алюминия) или последовательно (где требуются очень высокие напряжения, например, в высоковольтная передача электроэнергии постоянного тока).

Управляемая трехфазная двухполупериодная мостовая схема выпрямителя (B6C) с использованием тиристоров в качестве переключающих элементов без учета индуктивности питания

Пульсирующее напряжение постоянного тока возникает из разницы мгновенных положительных и отрицательных фазных напряжений {\ displaystyle V_ { \ mathrm {LN}}}, сдвинут по фазе на 30 °:

Идеальное среднее выходное напряжение без нагрузки цепи B6 получается из интеграла под графиком импульса напряжения постоянного тока с длительностью периода ( от 60 ° до 120 °) с пиковым значением {\ displaystyle {\ hat {v}} _ {\ mathrm {DC}} = {\ sqrt {3}} \ cdot V _ {\ mathrm {peak}}}:

Трехфазный вход переменного тока, полуволна и двухполупериодный выпрямленный выходной сигнал постоянного тока

Если трехфазный мостовой выпрямитель работает симметрично (как положительное и отрицательное напряжение питания), центральная точка выпрямителя на выходе сторона (или так называемый изолированный опорный потенциал) напротив центральной точки транс бывший (или нейтральный проводник) имеет разность потенциалов в виде треугольного синфазного напряжения.По этой причине два центра никогда не должны быть соединены друг с другом, иначе могут протекать токи короткого замыкания. Таким образом, заземление трехфазного мостового выпрямителя при симметричном режиме работы развязано от нейтрального проводника или заземления сетевого напряжения. При питании от трансформатора возможно заземление центральной точки моста при условии, что вторичная обмотка трансформатора электрически изолирована от напряжения сети и точка звезды вторичной обмотки не находится на земле.Однако в этом случае (пренебрежимо малые) токи утечки протекают по обмоткам трансформатора.

Синфазное напряжение формируется из соответствующих средних значений разницы между положительным и отрицательным фазными напряжениями, которые образуют пульсирующее напряжение постоянного тока. Пиковое значение дельта-напряжения составляет пикового значения фазного входного напряжения и рассчитывается с минус половиной напряжения постоянного тока при 60 ° периода:

Среднеквадратичное значение синфазного напряжения рассчитывается из форм-фактор для треугольных колебаний:

  • Если схема работает асимметрично (как простое напряжение питания только с одним положительным полюсом), как положительный, так и отрицательный полюса (или изолированный опорный потенциал) пульсируют напротив центра (или земли ) входного напряжения аналогично положительной и отрицательной осциллограммам фазных напряжений.Однако разница в фазных напряжениях приводит к шестиимпульсному постоянному напряжению (в течение периода). Строгое отделение центра трансформатора от отрицательного полюса (в противном случае будут протекать токи короткого замыкания) или возможное заземление отрицательного полюса при питании от изолирующего трансформатора применимы, соответственно, к симметричной работе.
Трехфазный мостовой выпрямитель, управляемый

Управляемый трехфазный мостовой выпрямитель использует тиристоры вместо диодов.Выходное напряжение уменьшается на коэффициент cos (α):

  • Или, выраженный через линейное входное напряжение: [5]

    Где:

  • V LLpeak , пиковое значение линейных входных напряжений,

  • В пиковое , пиковое значение фазных (фаза-нейтраль) входных напряжений,

  • α, угол включения тиристора (0, если диоды используются для выполнения выпрямления)

Приведенные выше уравнения действительны только в том случае, если ток не поступает от источника переменного тока или в теоретическом случае, когда соединения источника переменного тока не имеют индуктивности.На практике индуктивность источника питания вызывает уменьшение выходного напряжения постоянного тока с увеличением нагрузки, обычно в диапазоне 10–20% при полной нагрузке.

Влияние индуктивности питания заключается в замедлении процесса переключения (называемого коммутацией) от одной фазы к другой. В результате при каждом переходе между парой устройств существует период перекрытия, в течение которого три (а не два) устройства в мосте проводят одновременно. Угол перекрытия обычно обозначается символом μ (или u) и может составлять 20–30 ° при полной нагрузке.

С учетом индуктивности питания выходное напряжение выпрямителя уменьшается до:

Где:

Трехфазный мостовой выпрямитель Гретца при альфа = 0 ° без перекрытия

Трехфазный мостовой выпрямитель Гретца при альфа = 0 ° с углом перекрытия 20 °

Трехфазный мостовой выпрямитель Гретца с альфа = 20 ° и углом перекрытия 20 °

Трехфазный мостовой выпрямитель Гретца с альфа = 40 ° и углом перекрытия 20 °

Двенадцатипульсный мост [править]

Двенадцатиимпульсный мостовой выпрямитель с тиристорами в качестве переключающих элементов

Хотя схемы шестипульсного выпрямителя лучше, чем однофазные или трехфазные полуволновые выпрямители, они все же производят значительные гармонические искажения. соединения переменного и постоянного тока.Для выпрямителей очень большой мощности обычно используется двенадцатипульсное мостовое соединение. Двенадцатиимпульсный мост состоит из двух шестиимпульсных мостовых схем, соединенных последовательно, причем их соединения переменного тока питаются от трансформатора питания, который обеспечивает сдвиг фазы на 30 ° между двумя мостами. Это подавляет многие характерные гармоники, которые создают шестиимпульсные мосты.

Фазовый сдвиг на 30 градусов обычно достигается за счет использования трансформатора с двумя наборами вторичных обмоток, одна из которых соединена звездой (звездой), а другая — треугольником.

Разница между полноволновым выпрямителем с центральным отводом и мостовым выпрямителем

Основное различие между центральным ответвлением и мостовым выпрямителем заключается в том, что в одном используется трансформатор с центральным ответвлением, в то время как другой не требует трансформатора с центральным ответвлением. Оба эти типа являются двухполупериодными выпрямителями, но их метод преобразования переменного тока на входе в постоянный различается за счет использования разного количества диодов.

В двухполупериодном выпрямителе с центральным ответвлением используются два диода, а в мостовых выпрямителях — четыре диода.Прежде чем углубляться в различия между двухполупериодными и мостовыми выпрямителями с центральным ответвлением, рекомендуется сначала ознакомиться с принципом работы и принципиальной схемой этих двух типов выпрямителей. Вы можете прочитать их здесь, двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом и мостовой выпрямитель.

Принципиальная схема выпрямителей обоих типов показана ниже.

Размер трансформатора, необходимого для обеспечения того же выхода постоянного тока, меньше в мостовом выпрямителе по сравнению с двухполупериодным выпрямителем с центральным ответвлением.Вы можете подумать, как?

Как известно, среднее значение выходного постоянного тока для двухполупериодного выпрямителя в 0,636 раза превышает пиковое значение тока, то есть 0,636I м . Но нынешний I м = (V м / R)

В случае выпрямителя с лентой по центру, этот ток I m составляет половину этого тока для мостового выпрямителя, поскольку полное напряжение питания мостового выпрямителя вызывает протекание этого тока. Таким образом, размер трансформатора, необходимого для мостового выпрямителя, будет меньше.Это также очевидно из коэффициента использования трансформатора, TUF. TUF для выпрямителей с центральным отводом и мостовых выпрямителей составляет 0,672 и 0,810 соответственно.

Некоторые из основных различий между двухполупериодным выпрямителем с центральным ответвлением и мостовым выпрямителем приведены в таблице ниже.

Старший № Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом Мостовой выпрямитель
1) Требуется трансформатор с центральным ответвлением. Для мостового выпрямителя не требуется трансформатор с центральным ответвлением.
2) Пиковое обратное напряжение (PIV) диода двухполупериодного выпрямителя с центральным ответвлением в два раза больше напряжения на вторичных клеммах трансформатора. PIV диода равно вторичному напряжению трансформатора. Таким образом, этот тип выпрямителя может использоваться для высоковольтных приложений.
3) Требуется два количества диодов. Для мостового выпрямителя требуется четыре диода.
4) Коэффициент использования трансформатора (TUF) равен 0,672. TUF для мостового выпрямителя равно 0,810.
5) Размер трансформатора, т. Е. Номинальная мощность в кВА, необходимая для выпрямителя с центральным ответвлением, больше. Требуемый размер трансформатора меньше.
6) Мостовой выпрямитель на четырех диодах более экономичен по сравнению с выпрямителем с центральным ответвлением.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *