однополупериодный выпрямитель

Выпрямители: Однофазный мостовой двухполупериодный выпрямитель

Существенным недостатком схемы двухполупериодного выпрямления со средней точкой является потребность в двух источниках входного напряжения. Такая потребность обусловлена тем, что один из выводов сопротивления нагрузки периодически переключается между двумя источниками напряжения, а другой вывод постоянно подключен к средней точке этих источников.

Однако необходимость в средней точке отпадет, если и второй вывод нагрузки при помощи второй аналогичной диодной схемы будет синхронно и противофазно подключаться к неиспользуемым на соответствующем интервале времени выводам источников питания. Схемотехническая реализация такого метода представлена на рис. 3.4‑9. Эта схема носит название однофазного мостового выпрямителя и является, вероятно, самой распространенной из всех схем выпрямления, предназначенных для работы с однофазными источниками переменных напряжений.

Рис. 3.4-9. Схема однофазного мостового выпрямителя

Также как и в двухполупериодной схеме выпрямления со средней точкой, в мостовой схеме напряжение прикладывается к нагрузке в течение всего периода изменения напряжения \(U_{вх}\). При этом его значение при \(U_{вх} = U_{вх1} + U_{вх2}\) в два раза превышает выходное напряжение схемы рис. 3.4-8. Поэтому при одном и том же напряжении нагрузки в мостовой схеме к обратносмещенным диодам прикладывается напряжение в два раза меньшее, чем в схеме рис. 3.4-8 (\(U_{обр max} = U_{вх max} = \pi \cdot U_{н ср}/2 \) ).

Средние значения тока и напряжения на нагрузке для однофазного мостового двухполупериодного выпрямителя будут такими же, как и в двухполупериодной схеме со средней точкой:

\(U_{н ср} = \cfrac{2 \cdot U_{вх max}}{\pi} = 2 \sqrt{2} \cdot \cfrac{U_{вх д}}{\pi} = {0,637} \cdot U_{вх max} \)

\(I_{н ср} = \cfrac{2 \cdot I_{вх max}}{\pi} = 2 \sqrt{2} \cdot \cfrac{I_{вх д}}{\pi} = {0,637} \cdot I_{вх max} \)

Основная частота пульсаций выпрямленного напряжения в двухполупериодной мостовой схеме будет равна удвоенной частоте входного напряжения. Коэффициент пульсаций такой же, как и в двухполупериодной схеме со средней точкой: \(K_п = {0,67}\).

Особенностью мостовой схемы является то, что в ней последовательно с нагрузкой все время включено два диода, в то время как в описанных выше однофазной однополупериодной и однофазной двухполупериодной схемах такой диод один. Поэтому при низких входных напряжениях (4…5 В) использование мостовой схемы может оказаться неэффективным (падение напряжения на диодах по величине будет сравнимо с выходным напряжением выпрямителя) — для повышения КПД обычно применяют двухполупериодную схему со средней точкой (возможен также переход к использованию диодов Шоттки с малым падением напряжения при прямом смещении). С повышением напряжения разница в КПД схем уменьшается и определяющим фактором становится величина обратного напряжения, прикладываемого к запертым диодам в процессе работы выпрямителя. Поэтому при больших уровнях выходного напряжения обычно используют выпрямитель выполненный по мостовой схеме.

Если мостовую схему выпрямления использовать совместно с источником, снабженным средней точкой, и средний выход каждой пары диодов соединить со средней точкой входного источника через собственную нагрузку, на выходе выпрямителя получится два равных, но обратных по знаку напряжения (рис. 3.4-10). Такая схема выпрямителя часто используется для питания устройств, построенных с применением операционных усилителей.

Рис. 3.4-10. Схема мостового выпрямителя с двумя выходными напряжениями

Следующая >

двухполупериодной мостовой схеме выпрямления

Данная схема, называемая мостовой, как и предыдущая (со средней точкой), позволяет получить двухполупериодное выпрямление. Она содержит трансформатор и четыре диода, два из которых, соединяясь анодами, образуют общий минус выпрямителя, а два другие, соединяясь катодами, образуют общий плюс выпрямителя (рис. 2.5, а).

В течение первого полупериода, когда потенциал точки а

положителен, а точкиб — отрицателен, диодыVD 1,VD 4 будут открыты, а диодыVD 2,VD 3 закрыты (находятся под обратным напряжением). В результате ток на схеме пойдет в направлении, показанном сплошными стрелками.

Во втором полупериоде, когда потенциал точки б

становится положительным, а точкиа — отрицательным, открываются диодыVD 2,VD 3, а диодыVD 1,VD 4 оказываются закрытыми и находятся под обратным напряжением. В результате ток по схеме пойдет в направлении, показанном пунктирными стрелками. Как видно из рис. 2.5, а, направления токовi¢d иi²d , протекающих через нагрузку в течение обоих полупериодов, совпадают и суммируясь, дают общий токid =i¢d +i²d , т.е. в схеме имеет место двухполупериодное выпрямление, как и в схеме со средней точкой (двухфазной). На рис. 2.5, г показаны графики выпрямленного напряженияud и токаid. В силу принятых допущений можно считать, что форма выпрямленного напряженияud повторяет форму напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатораu 2 (рис. 2.5, б). Как видно из схемы, токиi’ 2 иi» 2 протекают по вторичной обмотке трансформатора в разных направлениях и результирующий токi 2 не содержит постоянной составляющей (рис. 2.5, д), поэтому вынужденное подмагничивание магнитопровода трансформатора постоянным током в данной схеме отсутствует. Ток в первичной обмотке будет синусоидальным.

Так как вторичная обмотка трансформатора работает полностью в течение обеих полуволн питающего напряжения u

2,то для получения одинаковых выпрямленных напряженийud в данной схеме (как и в двухфазной) достаточно, чтобы напряжениеu2 мостовой схемы было равно напряжению одной из полуобмоток трансформатора двухфазной схемы. Это обуславливает вдвое меньшее число витков вторичной обмотки и вдвое меньшееU обр.мах =U 2m. Однако во вторичной обмотке протекает токi 2, действующее значение которогоI 2 больше, чем в полуобмотках двухфазной схемы, поэтому требуется применить провод большего диаметра.

Среднее значение выпрямленного напряжения Ud

определяется выражением

(2.28)

Рисунок 2.5 — Однофазный мостовой выпрямитель:

а- электрическая схема; б-ж – диаграммы напряжений и токов

Все соотношения, показатели качества выпрямления рассматриваемой схемы выпрямления и её энергетические параметры приведены в таблице 2.1.

Сравнивая мостовую схему с двухфазной схемой с выводом нулевой точки, можно отметить следующее: значения коэффициентов пульсаций и частоты пульсации этих схем одинаковые.

Достоинства мостовой схемы

заключаются в следующем:

1) размеры и масса трансформатора меньше вследствие лучшего использования доменной структуры магнитопровода (габаритная мощность трансформатора меньше на 20%);

2) меньше в два раза число витков вторичной обмотки трансформатора и проще схема ее намотки (поскольку не требуется делать вывод средней точки);

3) возможность работы схемы без трансформатора и, если значение выпрямленного напряжения соответствует напряжению сети, а цепь нагрузки не исключает электрической связи с сетью переменного тока, схема выпрямления (диоды) может включаться непосредственно в сеть, т.е. точки а

иб схемы (рис. 2.5 ,а) присоединяются к сети переменного тока.

Недостатками схемы являются:

1) увеличенная стоимость, определяемая наличием в ней четырех диодов;

2) повышенные потери напряжения и мощности за счёт более высокого внутреннего сопротивления (одновременно работают два диода схемы).

Однофазные мостовые выпрямители находят наиболее широкое применение в ИВЭ РЭС по сравнению со схемой со средней точкой.

Текст лекции составил

доцент Н. Руденко

Схема однополупериодного выпрямителя

При подаче переменного sin-идального напряжения на первичную обмотку трансформатора напряжение на зажимах вторичной его обмотки также будет переменным синусоидальным и будет равноU₂=U_2msinwt. Диод проводит электрический ток только в том случае, когда его анод относительно катода будет иметь положительный потенциал. Поэтому ток в цепи – вторичная обмотка, диод и нагрузка – будет протекать только в одном направлении, то есть в течение одной половины периода переменного напряженияU₂. В результате этого ток, протекающий в цепи нагрузки, оказывается пульсирующим. Максимальное значение тока:

I_m=U_2m/R_H, гдеR_H– сопротивление потребителя постоянного тока.

Кривая получаемого в процессе однополупериодного выпрямления пульсирующего тока может быть разложена в гармонический ряд Фурье:

i=I_m(1/π+1/2 sinwt-2/3π∙1 cos2wt-…).

Пульсирующий ток, как видно из выражения, кроме переменных составляющих содержит также и постоянную I=I_m/π. Отсюда постоянная составляющая напряжения

U=IR_H=I_m/π∙R_H=U_2m/π.

Через действующее значение напряжения: U=√2 ∙U₂/π.

Переменные составляющие характеризуют величину пульсаций тока и напряжения.

График работы однополупериодного выпрямителя

Для оценки пульсаций при какой-либо схеме выпрямления вводится понятие коэффициента пульсаций q, под которым понимается отношение амплитуды A_m наиболее резко выраженной гармонической составляющей, входящей в кривые выпрямленного тока или напряжения, к постоянной составляющей A_в тока\напряжения в выходной цепи выпрямителя:q=A_m/A_B.

Для схемы однополупериодного выпрямителя: q=0.5I_m/(1/π ∙I_m)=π/2. В течение половины периода, когда анод диода имеет отрицательный относительно катода потенциал, диод тока не проводит. Напряжение, воспринимаемое диодом в непроводящий полупериод, называется обратным напряжением U_обр. Обратное напряжение на диоде будет определяться напряжением на вторичной обмотке. Максимальное значение напряженияU_обрm=U_2m. Значит, вентиль надо выбирать так, чтобы [U_max обр]>=U_2m.

Недостатки такой схемы выпрямления: большие пульсации выпрямленного тока и напряжения, а также плохое использование трансформатора, поскольку по его вторичной обмотке протекает ток только в течение половины периода. Такую установку используют в маломощных системах, когда выпрямленный ток мал.

Диодное устройство

Когда говорят о преобразовании переменного напряжения в постоянное, то обычно это не означает, что на выходе оно будет выражаться горизонтальной прямой линией. Качество обработки сигналов может быть различным в зависимости от того, какой тип устройства используется и как работает это устройство. Гарантируется только то, что выходное выпрямленное напряжение будет иметь один знак. Наиболее простым способом преобразования является использование цепи, состоящей из диода и нагрузки.

Виды диодных выпрямителей работают следующим образом: на клеммы слева поступает переменное напряжение. Диод пропускает только положительные импульсы. Когда поступают отрицательные, на выходе появляется нулевое значение. В результате создается напряжение одного знака. Графики представлены далее.

Выпрямитель с диодом называется простым, но применяется редко, поскольку имеет очевидные недостатки. Здесь теряется более половины энергии, а выходное напряжение резко изменяется, что для некоторых электрических приборов не приемлемо.

Радиолюбитель

Простая и популярная среди радиолюбителей программа для расчета мостового выпрямителя

Доброго дня уважаемые Радиолюбители! Сегодня на сайте “Радиолюбитель“, в разделе “Технологии” мы с вами рассмотрим очередную программу для радиолюбителей. Не так давно, в статье “Источники питания радиолюбительских устройств“, мы с вами рассматривали работу выпрямителей и сглаживающих фильтров для блоков питания радиолюбительских устройств. Наиболее часто радиолюбители в своей практике строят блоки питания на основе двухполупериодного выпрямителя по мостовой схеме с использованием в качестве сглаживающего фильтра конденсатор. Для того, чтобы не заморачиваться с ручным расчетом таких блоков питания и облегчить себе жизнь, можно воспользоваться специальной радиолюбительской программой – Rectifier 1.0.

Программа Rectifier 1.0 написана Антоновым А.В. и предназначена для расчета двухполупериодного выпрямителя по мостовой схеме. Программа не только рассчитывает необходимые для конструирования выпрямителя характеристики, но также предлагает варианты выпрямительных диодов и сглаживающих конденсаторов.

Пользоваться программой очень просто. В разделе входные данные надо ввести: — необходимое напряжение на выходе выпрямителя; – величину тока, потребляемого нагрузкой; – а также допустимую величину пульсаций выпрямленного напряжения. Сразу-же появляются результаты расчета: — данные по трансформатору (напряжение на вторичной обмотке, минимальный допустимый ток во вторичной обмотке и мощность трансформатора; – данные для выбора диодов (обратное постоянное напряжение, допустимый прямой средний ток, рассеиваемая мощность и площадь теплоотвода); – также программа предложит тип диода, который можно применить в схеме. Если соответствующий диод программа не сможет подобрать из своей базы данных, то выведется надпись “Нет вариантов”, и тогда диод надо будет подбирать самостоятельно; – в поле “Конденсатор” выводится информация о необходимой емкости конденсатора.

В программе также имеется возможность сохранять результаты расчетов в текстовый документ (*.txt). Для этого необходимо в пункте меню “Файл” выбрать “Сохранить” или использовать “горячую” клавишу “Ctrl+S”.

Давайте для примера проведем расчеты мостового выпрямителя по следующим параметрам: — напряжение на выходе выпрямителя – 12 вольт; – ток, потребляемый нагрузкой – 500 миллиампер; – коэффициент пульсаций – не более 5 милливольт. Вводим данные в программу и получаем:

— нам необходим трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 13,3 вольта и допустимым током не менее 560 миллиампер; – выпрямительные диоды с допустимым прямым средним током не менее 0,8 ампер и обратным напряжением не ниже 19 вольт; – площадь теплоотвода для диодов должна быть не менее 27 кв.см.; – программа предлагает использовать в качестве выпрямительных диодов диодную сборку КЦ402А, если такой сборки у нас нет, то придется подобрать диоды самостоятельно, для чего можно воспользоваться соответствующей программой, к примеру – “Справочник по радиодеталям – TBFEdit“; – емкость сглаживающего конденсатора должна быть не менее 500 микрофарад, но так как конденсаторов такой емкости нет (ближайший – 470 мкФ), то на схеме показан конденсатор с ближайшей большей емкостью – 1000 мкФ.

Скачать программу:

Программа для расчета мостового выпрямителя (506.9 KiB, 16,258 hits)

Советуем прочитать: Источники питания радиолюбительских устройств

Назначение, схема и принцип работы однополупериодного выпрямителя

Рис.1. Схема однополупериодного выпрямителя.

Выпрямитель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.

Большинство выпрямителей создаёт не постоянные, а пульсирующие однонаправленные напряжение и ток, для сглаживания пульсаций которых применяют фильтры.

Устройство, выполняющее обратную функцию — преобразование постоянных напряжения и тока в переменные напряжение и ток — называется инвертором.

Из-за принципа обратимости электрических машин выпрямитель и инвертор являются двумя разновидностями одной и той же электрической машины (справедливо только для инвертора на базе электрической машины).

Данные выпрямители применяются также для обеспеченияпитанием в системах наблюдения и сигнализации. В области малыхмощностей они находят применение для заряда стартерных батарейдизельных двигателей и газовых турбин.

Принцип действия выпрямителя очевиден из приведенного рисунка. Схема с самозапуском – операционный усилитель (ОУ) питается от выпрямленного напряжения.

24.Назначение, схема и принцип работы двухполупериодного выпрямителя со средней точкой

В том случае если при выпрямлении переменного тока необходимо использовать оба

полупериода, то нам потребуется выпрямитель совершенного иного типа. Такая схема называетсядвухполупериодным выпрямителем. В одной разновидности двухполупериодного выпрямителя, называемойвыпрямителем со средней точкой , используется трансформатор с отводом от средней точки вторичной обмотки и два диода, как показано на рисунке ниже.

Выпрямитель Миткевича «два четвертьмоста параллельно» на двуханодной лампе. Здесь вторичная обмотка Н служит для накала катода лампы.

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Принцип работы этой схемы нетрудно понять путём анализа по отдельности каждого полупериода. Сначала рассмотрим первый полупериод, когда напряжение источника будет положительным (+) сверху и отрицательным (-) снизу. В этот момент проводит только верхний диод, а нижний блокирует ток, и, следовательно, нагрузка «видит» только первый полупериод синусоиды. В этой части цикла ток протекает только по верхней половине вторичной обмотки трансформатора (см. рисунок ниже).

в этом выпрямителе выпрямленные полупериоды имеют колоколообразную форму, то есть форму близкую к функции .

Площадь под интегральной кривой равна:

Относительное эквивалентное активное внутреннее сопротивление равно , то есть вдвое больше, чем в однофазном полномостовом, следовательно больше потери энергии на нагрев меди обмоток трансформатора (или расход меди).

25.Назначение, схема и принцип работы двухполупериодного мостового выпрямителя

Принцип работы двухполупериодного мостового выпрямителя Двухполупериодный мостовой выпрямитель состоит из трансформатора Тр и четырх диодов, подключенных к вторичной обмотке трансформатора по мостовой схеме. К одной из диагоналей моста подсоединяется вторичная обмотка трансформатора, а к другой нагрузочный резистор Rн. Каждая пара диодов Д1, Д3 и Д2, Д4 работает поочередно.

В течение положительной полуволны входного напряжения открываются диоды VD1 и VD3, и в цепи нагрузки возникает импульс тока. Отрицательная волна напряжения открывает диоды VD2 и VD4, что также приводит к протеканию импульса тока через нагрузку. Мостовая схема имеет характеристики, аналогичные предыдущей схеме. Достоинством мостовой схемы является меньшее число витков вторичной обмотки, чем в предыдущей схеме. В настоящее время в схемах выпрямителя наиболее часто используют не отдельные диоды, а диодные сборки (КЦ 402, КД 405 и т.д.), состоящие из 4-х диодов, образующих мостовую схему