3.3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель

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

Рис. 3.3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель

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

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

Среднее значение выпрямленного напряжения

.

Среднее значение выпрямленного тока .

Среднее значение тока диода .

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

.

Ток вторичной обмотки представляет собой сумму токов каждой из полуобмоток, поэтому подмагничивания сердечника трансформатора нет, что является существенным преимуществом данной схемы. Однако напряжение на закрытом диоде получается слишком большим, примерно в три раза больше выпрямленного напряжения, поэтому двухполупериодную схему используют при U_d30 В.

Рис. 3.4. Временная диаграмма работы однофазного двухполупериодного выпрямителя

Подробнее рассмотрим режим работы трансформатора. Действующее значение тока вторичной обмотки

.

Следовательно, для рассматриваемой схемы коэффициент формы тока

.

Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора

.

Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора

,

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

Расчетная мощность первичной обмотки

.

Расчетная (типовая) мощность трансформатора

.

Коэффициент использования трансформатора по мощности

.

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

Рис. 3.5. Однофазный мостовой выпрямитель

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

Среднее значение выпрямленного напряжения такое же, как в предыдущей схеме

.

Рис. 3.6. Временная диаграмма работы однофазного мостового выпрямителя

Среднее значение тока диода .

Максимальное обратное напряжение на диоде равно амплитудному значению напряжения вторичной обмотки

.

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

.

Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора

.

Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора

,

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

Расчетная мощность первичной обмотки

.

Расчетная (типовая) мощность трансформатора

.

Коэффициент использования трансформатора по мощности

.

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

Таблица 3.1

Основные электрические параметры однофазных выпрямителей

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

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

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

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

Уравнение внешней характеристики

, (3. 14)

где U_d0– напряжение холостого хода выпрямителя;

r_a– активное сопротивление трансформатора;

r_пр– прямое динамическое сопротивление диодов;

I_d– ток нагрузки.

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

Рис. 3.7. Внешняя характеристика выпрямителя с активной нагрузкой

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

Контрольные вопросы

1. Для чего применяются выпрямители?

2. Приведите классификацию и перечислите основные параметры выпрямителей.

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

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

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

Однополупериодные и двухполупериодные выпрямители — Студопедия

Выпрямление электрических колебаний, это процесс, в результате которого переменное входное колебание преобразуется в выходное колебание только одного знака (рисунок 1.5). Процесс выпрямления используется в устройствах электропитания (блоках питания) и демодуляторах.

Выпрямление всегда осуществляется при использовании нелинейных элементов, обладающих свойством однонаправленного пропускания электрического тока. Благодаря таким свойствам на выходе выпрямляющего элемента получают ток одного знака.

Для выпрямления применяют полупроводниковые и вакуумные (кенотроны) диоды, газоразрядные диоды (газотроны), тиратроны, кремниевые и селеновые элементы, тиристоры и другие элементы с нелинейными свойствами в зависимости от применения, значений выпрямленных напряжений и токов, отбираемых нагрузкой. В маломощных электронных устройствах для выпрямления чаще всего применяют полупроводниковые диоды.

Название “выпрямитель” используется, прежде всего, для схем, преобразующих переменный ток в постоянный. Выпрямителем называется также и сам элемент с однонаправленными свойствами, используемые в процессе выпрямления.

Однополупериодным выпрямителем называется такой выпрямитель, на выходе которого после процесса выпрямления остаются колебания одного знака. Схема однополупериодного выпрямителя, возбуждаемого синусоидальным сигналом, представлена на рисунке 1.6.

Диод, включенный таким образом, что приводит ток только при положительных полупериодах входного колебания, т.е. когда напряжение на его аноде больше потенциала катода. Среднее значение колебания, полученного в результате выпрямления синусоидального напряжения с действующим значением и максимальным значением , равно

.

Например, при выпрямлении напряжения с действующим значением , после выпрямления получаем напряжение .

В отрицательный полупериод диод не проводит ток, и все подведенное к выпрямителю напряжение действует на диоде как обратное напряжение выпрямителя. При изменение направления включения диода он будет проводить в отрицательные полупериоды и не проводить в положительные.

Рассматриваемая схема выпрямителя называется последовательной. Название связано с тем, что нагрузка включается последовательно с нелинейным элементом (вентилем).

Двухполупериодным выпрямителем называют такой выпрямитель, в котором после процесса выпрямления остаются участки входного колебания, имеющие один знак. К ним после изменения знака добавляются участки, имеющие противоположный знак.

Принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя, управляемого синусоидальным сигналом от трансформатора, показана на рисунке 1.7.

В периоды времени, когда на аноде диода Д1 действует положительное напряжение, на аноде диода Д2 присутствует отрицательное и наоборот. Это происходит потому, что средняя точка вторичной обмотки трансформатора заземлена, и, следовательно, она имеет нулевой потенциал. При положительной полуволне напряжения на вторичной обмотке диод Д1 пропускает ток, а диод Д2 не пропускает.

При отрицательной полуволне положительное напряжение действует на диоде Д2, который при этом проводит, а диод Д1, смещенный в обратном направлении, не проводит. Среднее значение напряжения, полученого на выходе двухполупериодного выпрямителя в 2 раза больше напряжения, полученного на выходе однополупериодного выпрямителя.

Технические параметры выпрямителя:

— Коэффициент пульсаций выпрямителя называется отношение максимального значения переменной составляющей напряжения на выходе выпрямителя к значению его постоянной составляющей на этом выходе. В большинстве применений желательно, чтобы коэффициент пульсаций был как можно меньше. Уменьшение пульсаций достигается путем применения соответствующих фильтров.

— Коэффициент использования трансформатора в выпрямительной схеме, определяется как отношение двух мощностей: выходной мощности постоянного тока и номинальной мощности вторичной обмотки трансформатора.

— Коэффициент полезного действия, это параметр, характеризующий эффективность схемы выпрямителя при преобразовании переменного напряжения в постоянное. КПД выпрямителя выражается отношением мощности постоянного тока, выделяемой в нагрузке, к входной мощности переменного тока. Коэффициент полезного действия определяется для резистивной нагрузки.

—

Частотная пульсация выпрямителя, это основная частота переменной составляющей, существующей на выходе выпрямителя. В случае однополупериодного выпрямителя частота пульсаций равна частоте входного колебания. Фильтрация пульсаций тем проще, чем выше частота пульсации.

Что такое двухполупериодное выпрямление?

`;

Наука

Факт проверен

Г. В. Пулос

Дата последнего изменения: 24 января 2023 г.

Двухполупериодное выпрямление представляет собой процесс преобразования электроэнергии переменного тока (AC) в форму электроэнергии постоянного тока (DC). Переменный ток постоянно колеблется взад и вперед от своего положительного до отрицательного предела напряжения в форме, называемой волной. Полноволновое выпрямление преобразует как положительные, так и отрицательные части волны переменного тока в положительный электрический сигнал постоянного тока или его эквивалент с помощью устройств, называемых диодами.

Когда питание переменного тока переключается, оно принимает форму кривых, напоминающих ряд букв «S», где каждая буква «S» лежит на боку и идет встык. Горизонтально через центр проходит контрольная точка, представляющая нулевое напряжение. Когда сигнал переменного тока проходит вперед и назад по нулевой линии, он напоминает серию выступов над линией, которые являются положительными, и противоположную серию выступов под линией, которые являются отрицательными. Целью всех выпрямителей является преобразование этого непрерывно переменного сигнала в постоянное или постоянное положительное напряжение для использования определенными типами электрооборудования.

Выпрямители

используют диоды для выпрямления или преобразования переменного тока в постоянный. Диоды проводят ток только в одном направлении. В результате, если сигнал переменного тока проходит через диод, разрешается проходить только половине сигнала переменного тока, который находится выше линии нулевого напряжения. Результирующий сигнал выглядит как серия горбов с промежутками между ними, где отрицательные половины сигнала переменного тока были заблокированы. Это устройство, которое преобразует только половину волны переменного тока в постоянный ток, называется однополупериодным выпрямителем.

Путем размещения четырех диодов в положениях, позволяющих двум из них иметь противоположную полярность по отношению к двум другим, создается устройство, называемое мостовым выпрямителем, которое выполняет двухполупериодное выпрямление. Положительная половина сигнала переменного тока может проходить через два диода, как это происходит в однополупериодном выпрямителе. Затем диоды с противоположной полярностью пропускают отрицательную половину сигнала переменного тока; однако отрицательная половина переменного тока передается как положительное напряжение. Результирующий выход представляет собой сигнал, построенный из обеих половин волны переменного тока, который напоминает горбы, соединенные встык на положительной стороне линии нулевого напряжения без разрывов, присутствующих в однополупериодном выпрямителе.

Хотя электрические сигналы, создаваемые двухполупериодным выпрямлением, не являются истинными напряжениями постоянного тока, поскольку они не поддерживают постоянный уровень, они достаточно постоянны для многих типов оборудования с питанием от постоянного тока. Если для создания более плавного постоянного напряжения требуется дополнительное выпрямление, можно использовать устройства, называемые регуляторами напряжения. Эти регуляторы усредняют напряжения горков, возникающих при двухполупериодном выпрямлении, до постоянных «истинных» сигналов постоянного тока.

Вам также может понравиться

Рекомендуется

КАК ПОКАЗАНО НА:

Определение, работа, типы и применение Двухполупериодный выпрямитель

обычно используется для обеспечения стабильного и плавного питания. Выпрямители представляют собой электрические цепи, которые преобразуют переменный ток (AC) в постоянный ток (DC). Эти схемы обеспечивают преобразование с помощью диодов. Существует два типа выпрямителей, а именно двухполупериодный выпрямитель и двухполупериодный выпрямитель. Оба они преобразуют переменный ток в постоянный, но двухполупериодный преобразовывает оба полупериода в переменный ток, тогда как однополупериодный выпрямитель преобразует только один тип полупериода переменного тока.

Эта статья посвящена двухполупериодному выпрямителю, его работе, типам, применению, преимуществам и недостаткам.

Двухполупериодный выпрямитель

Двухполупериодные выпрямители представляют собой выпрямительные электрические схемы, которые преобразуют оба полупериода переменного тока (AC) в постоянный ток (DC).

Двухполупериодный выпрямитель состоит либо из нескольких диодов, либо из диодов и трансформатора. Вместе эти компоненты преобразуют входной сигнал переменного тока в выходной сигнал постоянного тока. Использование диодов гарантирует, что ток течет только в одном направлении и не течет обратно.

Работа двухполупериодного выпрямителя

Двухполупериодный выпрямитель работает за счет первоначального снижения входного напряжения переменного тока с помощью понижающего трансформатора. Анод диодов подключается к вторичной обмотке трансформатора. Во время полупериодов (положительных и отрицательных полупериодов) любая часть цепи становится положительной, а другая становится отрицательной.

Во время положительного полупериода переменного тока верхняя часть цепи становится положительной, а нижняя — отрицательной. Из-за этого диод \(D_1\) становится смещенным в прямом направлении и проводит ток, тогда как диод \(D_2\) смещается в обратном направлении и не проводит ток.

В отрицательный полупериод переменного тока диод \( D_1 \) становится смещенным в обратном направлении и не проводит ток, тогда как диод \( D_2 \) становится смещенным в обратном направлении и проводит ток в течение этого периода.

Таким образом получается двухполупериодное выпрямление переменного тока.

Формула двухполупериодного выпрямителя

В задачах, связанных с двухполупериодным выпрямителем, используются следующие формулы:

Пиковое обратное напряжение состоянии до достижения напряжения пробоя. Формула для этого

\(2V_max\) где \( V_{max} \) — максимальное напряжение входного сигнала переменного тока. Таким образом, в зависимости от входного напряжения используются соответствующие диоды.

Среднеквадратичное значение тока

Среднеквадратичное значение тока — это сокращение от среднеквадратичного тока. Он определяется по формуле

\(I_{rms}=\frac{I_{max}}{\sqrt{2}}\) где \(I_{max} \) — максимальный входной ток сигнала переменного тока .

Выходное напряжение постоянного тока

Среднее выходное постоянное напряжение двухполупериодного выпрямителя определяется по формуле

\(V_{dc} = \frac {2V_m}{\pi}\)

Эффективность

Эффективность выпрямителя обозначается символом (η), произносимым как «эта». Это отношение выходной мощности к входной мощности, и его формула:

\(\eta=\frac{DC\ Output\ Power}{AC\ Input\ Power}\)

Форм-фактор

Форма Коэффициент выпрямителя представляет собой отношение между действующим значением тока и электроэнергии и средним значением тока. Это состояние как

\(K_{f}=\frac{RMS\,value\,of\,current}{Average\,value\,of\,current}\)

Размещение уравнений для среднеквадратичного значения и среднего значения тока, получаем

\(K_{f}=\frac{I_{max}/\sqrt{2}}{2I_{max}/{\pi}}=\frac{\pi }{2\sqrt {2}}\)

Пиковый коэффициент

Пиковый коэффициент выпрямителя представляет собой отношение пикового значения тока к среднеквадратичному значению тока. Он указывается как

\(K_{p}=\frac{Peak\,value\,of\,current}{RMS\,value\,of\,current}\)

Подставляя уравнения для пикового значения тока и среднеквадратичного значения тока, получаем

\(K_{p}=\frac{I_{max}}{I_{max}/\sqrt{2}}=\ sqrt{2}\)

Типы двухполупериодных выпрямителей

Существует два типа двухполупериодных выпрямителей: трансформатор с ответвлениями (трансформатор с проводом, подключенным к центру вторичной проводки) и резистивная нагрузка. Проверьте электрическую схему ниже для выпрямителя с отводом от средней точки 9.0003

Он работает аналогично любому обычному понижающему трансформатору и снижает входное напряжение, но также делит входной сигнал переменного тока на две части. Верхняя часть создает положительное напряжение \(V_1\), тогда как нижняя часть создает отрицательное напряжение \(V_2\), которое в совокупности дает полный сигнал переменного тока.

Поскольку два напряжения равны по величине, но противоположны по фазе, при подключении к схеме двухполупериодного выпрямителя (диодная часть схемы) мы получаем полный переменный ток, выпрямляемый в постоянный ток.

• Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Двухполупериодный мостовой выпрямитель представляет собой схему выпрямителя, состоящую из четырех диодов и резистивной нагрузки.

Когда на выпрямитель подается переменный ток, во время положительного полупериода диоды A и C смещаются в прямом направлении и проводят ток, тогда как диоды B и D смещаются в обратном направлении. Совершенно противоположные вещи происходят в отрицательном полупериоде: диоды B и D становятся смещенными в прямом направлении, а диоды A и C — в обратном.

Таким образом, достигается двухполупериодное выпрямление входного сигнала переменного тока.

Преимущества и недостатки двухполупериодного выпрямителя

Преимущества двухполупериодных выпрямителей:

• Их эффективность выпрямления вдвое выше, чем у однополупериодных выпрямителей.
• Поскольку коэффициент пульсаций меньше, можно использовать более простой фильтр.
• Полученные выходная мощность и напряжение значительно выше.

Недостатки двухполупериодных выпрямителей:

• Из-за большего количества диодов и модифицированных трансформаторов двухполупериодные выпрямители дороги и требуют больше места.

Применение двухполупериодного выпрямителя

Двухполупериодные выпрямители имеют множество применений в реальных электронных устройствах, таких как:

• Зарядные устройства мобильных телефонов, ноутбуков и т. д.
• В цепях ИБП (источник бесперебойного питания)
• ЖК-телевизоры, светодиодные телевизоры
• Радиоприемники

Решенные примеры на двухполупериодном выпрямителе

Пример 1. Двухполупериодный выпрямитель подключен к источнику питания 12 В переменного тока. Рассчитайте мощность выпрямителя.

Раствор. Поскольку \(V_{max} \) задано и равно 12В.

Поскольку \(V_{DC}= \frac {2V_{max}}{\pi}\)

Таким образом, \(V_{DC}= 0,637V_{max} \)

= 0,637 x 12

= 7,644 В

Таким образом, выходное напряжение выпрямителя составляет 7,644 В.

Пример 2. Входная мощность цепи переменного тока составляет 100 Вт, а выходная мощность составляет 40 Вт. Рассчитайте КПД выпрямителя.

Раствор. Поскольку КПД выпрямителя имеет формулу \(\eta=\frac{DC\,Output\,Power}{AC\,Input\,Power}\)

Efficiency = 40/100 = 0,4 = 40%

Надеюсь, вам понравится наша статья о двухполупериодных выпрямителях. Есть много таких тем по физике, о которых вы можете узнать, просто загрузите приложение Testbook и начните нажимать. Это приложение обеспечивает высококачественные заметки и пробные тесты для лучшей подготовки студентов, оно хорошо продумано и разработано экспертами для ваших учебных нужд.

Часто задаваемые вопросы о двухполупериодном выпрямителе

В.1 Где используется двухполупериодный выпрямитель?

Ans.1 Двухполупериодные выпрямители используются в цепях, требующих преобразования переменного тока в постоянный. Обычно он используется в электронных устройствах, таких как зарядные устройства, радиоприемники и т. д.

В.2 Сколько диодов используется в двухполупериодном выпрямителе?

Ответ 2 В двухполупериодном мостовом выпрямителе используются четыре диода, тогда как в выпрямителях с отводом от средней точки используются два диода.

Q.3 Каково выходное напряжение двухполупериодного выпрямителя?

Ответ 3 Выходное напряжение двухполупериодного выпрямителя определяется по формуле \(V_{DC} = \frac {2V_m}{\pi}\)

среднеквадратичное значение двухполупериодного выпрямителя?

Ответ 4 Среднеквадратичное значение двухполупериодного выпрямителя определяется по формуле \(I_{rms}=\frac{I_{max}}{\sqrt{2}}\)

Q.