Меню

Схема однополупериодного выпрямителя переменного тока



Однополупериодный выпрямитель

Однополупериодный выпрямитель — это устройство или контур, проводящее во время одной половины цикла переменного тока. Однополупериодный выпрямитель состоит из трансформатора, полупроводникового диода (D1) и сопротивления (RL).

Принцип действия однополупериодного выпрямителя

В этом примере сопротивление RL представляет нагрузку, хотя, на самом деле, нагрузкой может быть любой элемент или группа элементов, которая может вызвать падение напряжения.

Схема однополупериодного выпрямителя

В течение первой половины цикла переменного тока диод D1 находится в состоянии прямого подключения — положительный электрический потенциал воздействует на его анод, а отрицательный потенциал воздействует на его катод. Когда D1 находится в состоянии прямого подключения, ток протекает от отрицательной стороны вторичной обмотки трансформатора, через сопротивление нагрузки, через диод, обратно к положительной стороне вторичной обмотки. Поскольку ток протекает через сопротивление нагрузки, в нём происходит падение напряжения; ток, выходящий из выпрямительного контура появляется в виде положительной полуволны на сопротивлении нагрузки.

Путь тока через однополупериодный находится в состоянии прямого подключения D1

В течение второй половины цикла переменного тока диод D1 находится в состоянии обратного подключения — на его анод воздействует отрицательный электрический потенциал, а положительный электрический потенциал воздействует на его катод. Этот диод не проводит, поэтому в сопротивлении нагрузки RL никакое напряжение не присутствует.

Однополупериодный выпрямитель в состоянии обратной проводимости D1

Как видно по форме кривой, у однополупериодных выпрямителей только одна полуволна постоянного тока на выходе при каждом полном цикле переменного тока на входе. По этой причине в оборудованиях обычно не применяются однополупериодные выпрямители; когда они используются, они обычно устанавливаются в оборудовании или контурах, где требуется ток невысокого напряжения и где колебания напряжения не бывают причиной для беспокойства.

Форма кривой выходного сигнала однополупериодного выпрямителя

Источник

Однофазные выпрямители: типовые схемы, осциллограммы и моделирование

Выпрямитель используется в цепи переменного тока для его преобразования в постоянный. Наиболее распространенным является выпрямитель, собранный из полупроводниковых диодов. При этом он, может быть собрать из дискретных (отдельных) диодов, либо быть в одном корпусе (диодная сборка).

Давайте рассмотрим, что такое выпрямитель, какими они бывают, а в конце статьи проведем имитационное моделирование в среде Multisim. Моделирование помогает закрепить теорию на практике, без сборки и реальных компонентов просмотреть формы напряжений и токов в цепи.

Схемы выпрямителей переменного напряжения

На изображениях выше представлен внешний вид диодных мостов. Но это не единственная схема выпрямления. Для однофазного напряжения существует три распространенных схемы выпрямления:

1. 1-полупериодная (1ф1п).

2. 2-полупериодная (1ф2п).

3. 2-полупериодная со средней точкой (1ф2п).

Однополупериодная схема выпрямления

Самая простая схема состоит всего лишь из одного диода, даёт на выходе постоянное нестабилизированное пульсирующее напряжение. Диоды подключается в цепь питания на фазный провод, либо на один из выводов обмотки трансформатора, вторым концом к нагрузке, второй полюс нагрузки – к нулевому проводу или второму выводу обмотки трансформатора.

Действующее значение напряжение в нагрузке равняется примерно половине амплитудного. Амплитудное значение напряжения это размах синусоиды питающей сети в общем случае для переменного тока

Uампл = Uдейств * √2.

Для электросетей России действующие напряжение однофазной сети – 220 В, а амплитудное примерно 311

Простыми словами – на выходе мы получаем пульсации длиною в пол периода (20 мс для 50 Гц) от 0 В, до 311 В. В среднем напряжение получается меньше чем 220 вольт, это используют для питания нетребовательных к качеству напряжения потребителей или для включения ламп накаливания в подсобных, хозяйственных помещениях и подъездах. Так снижается потребляемая мощность и возрастает срок службы.

Лирическое отступление:

Долговечность таких светильников колоссальная, я пришел в цех год назад, а лампу установили еще в 2013 году, так она до сих пор светит по 12 часов каждые сутки. Но такой свет нельзя использовать в рабочих помещениях, из-за высоких пульсаций. Осциллограмы входных и выходных напряжений изображены ниже:

Однополупериодная схема отсекает только одну полуволну, что вы и видите на эпюре выше. Из-за такого питания мы получаем большой коэффициент пульсаций.

Стоит сказать, что если немного сменить тему и перейти от сетевых выпрямителей, то однополупериодная схема широко используется в импульсной схемотехнике, выпрямляя напряжение вторичной обмотки импульсного трансформатора.

На маломощных импульсных источниках питания тоже используют эту схему. Именно так, скорее всего, сделано ваше зарядное устройство для мобильного телефона.

Двухполупериодная схема

Для снижения коэффициента пульсаций и ёмкости фильтра используют другую схему – двухполупериодную. Называется она – диодный мост. Переменное напряжение поступает на точку соединения разноименных полюсов диодов, а постоянное по знаку с одноименных. Выходное напряжение такого моста называют выпрямленным пульсирующим (или не стабилизированным). Именно такое включение диодов наиболее распространено во всех сферах электроники.

Двухполупериодная схема

На эпюрах вы видим, что обе вторая полуволна переменного напряжения «переворачивается» и поступает в нагрузку. В первую половину периода ток протекает через диоды VD1-VD4, во вторую через пару VD2-VD3.

Напряжение на выходе пульсирует с частотой в 100 Гц

Напряжение на выходе пульсирует с частотой в 100 Гц

Вторая схема используется в источниках питания со средней точкой, по сути это две однополупериодные объединенные со вторичной обмоткой трансформатора со средней точкой. Аноды подсоединяются к крайним концам обмотки, катоды к одному вывод нагрузки (плюсовой), второй вывод нагрузки подсоединяется к отводу от середины обмотки (средней точке).

Вторая двухполупериодная схема

График выходного напряжения аналогичен и мы его рассматривать не будем. Существенное отличие лишь в том, что ток одновременно протекает через один диод, а не через пару как в мосте. Это снижает потери энергии на диодном мосте и лишний нагрев полупроводников.

Уменьшение коэффициента пульсаций

Коэффициент пульсаций – это величина, которая отражает насколько сильно пульсирует выходное напряжение. Или наоборот – насколько стабильно и равномерно ток подаётся в нагрузку.

Чтобы снизить коэффициент пульсаций параллельно нагрузке (выходу диодного моста) устанавливают всевозможные фильтры. Самый простой вариант – установить конденсатор. Чтобы пульсации были как можно меньше, постоянная времени Rнагрузки Cфильтра должна быть на порядок (а лучше несколько) больше периода пульсаций (в нашем случае 10 мс).

Для этого либо нагрузка должна иметь высокое сопротивление и малый ток, либо ёмкость конденсатора достаточно большой.

Расчетное соотношение для подбора конденсатора выглядит так:

Расчетное соотношение для подбора конденсатора

Кп – это требуемый коэффициет пульсаций.

Для улучшения ряда характеристик фильтра могут применяться LC цепи, соединенные по схеме Г или П-фильтра, в отдельных случаях и другие конфигурации. Недостатком использования LC фильтров в радиолюбительской практики является необходимость подбора фильтрующего дросселя. А нужного по номиналу (индуктивности и току) зачастую нет под рукой. Поэтому приходится либо мотать самому, либо выходить из сложившейся ситуации другим образом – выпаяв из подобного по мощности блока питания.

Читайте также:  Как определить сколько токов в контуре 1

Моделирование однофазных выпрямителей

Давайте закрепим эту информацию на практике и займемся моделированием электроцепей. Я решил, что для создания модели такой простой схемы отлично подойдет пакет Multisim – он наиболее прост в освоении из всех мне известных и меньше всего требует ресуров.

Однако алгоритмы моделирования у него проще чем в Orcad или Simulink (хотя это и математическое моделирование, а не имитационное), поэтому результаты моделирования некоторых схем не являются достоверными. Multisim подходит для изучения основ электроники, режимов работы транзистора, операционных усилителей.

Не стоит недооценивать возможностей этой программы, при должном подходе она способна отобразить работу сложных устройств.

Мы рассмотрим модели первых двух схем, третья схема, по существу аналогична второй, но имеет меньшие потери за счет исключения двух ключей и большую сложность – из-за необходимости применения трансформатора с отводом от середины вторичной обмотки.

Однополупериодная схема

Однополупериодная схема

Схема, по которой происходит моделирование

Источник питания имитирует однофазную бытовую сеть с характеристиками:

220 в действующее напряжение;

В программе я не нашел амперметра и вольтметра, их роль выполняют мультиметры. Позже обратите внимание на обилие их настройки, и возможность выбора рода тока.

В приведенной модели мультиметр XMM1 – измеряет ток в нагрузке, XMM3 – напряжение на выходе выпрямителя, XMM2 – напряжение на входе, XSC2 – осциллограф. Обращайте внимание на подписи элементов – это исключит вопросы при анализе рисунков, которые будут ниже. Кстати в Multisim представлены модели реальных диодов, я выбрал самый распространенный 1n4007.

Осциллограма в Multisim

Красным цветом изображена осциллограмма на входе (канал А) в поле с результатами измерений. Синим цветом – выходное напряжение (канал В). У первого канала цена деления одной клеточки по вертикали – 200 В/дел, а у второго канала – 500. Я нарочно так сделал, чтоб разделить осциллограммы визуально иначе они сливались. Желтая вертикальная линия в левой трети экрана – это измеритель, величина напряжений в точке с максимальной амплитудой описана ниже черного экрана.

Амплитуда входа – 311.128 В, как и было сказано в начале статьи, а на выходе – 310.281 разница почти в один вольт обусловлена падением на диоде. В правой части изображения результаты измерений мультиметров. Названия окон соответствуют названиям мультиметров XMM в схеме.

Из эпюры мы видим, что действительно в нагрузку поступает только одна полуволна напряжения, а среднее его значение – 98 В, что больше чем в двое меньше входного действующего 220 В переменного по знаку.

На следующей схеме мы добавили фильтрующий конденсатор и один мультиметр для измерения тока нагрузки, запомните их подписи, чтобы не запутаться при изучении рисунков.

Резистор перед диодом нужен для измерения тока заряда конденсатор, чтобы узнать ток – разделите число вольт на 1 (сопротивление). Однако в дальнейшем мы заметим, что при больших токах на резисторе падает значительное напряжение, которое может сбить с толку при измерениях, в реальных условиях – это вызвало бы нагрев резистора и потерю КПД.

Схема

На осциллограмме изображено оранжевым входное напряжение, а красным входной ток. Кстати здесь заметен сдвиг тока в сторону опережения напряжения.

Осциллограма

На осциллограмме выходного сигнала мы видим как работает конденсатор – напряжение в нагрузке в то время, когда диод закрыт и проходит одна полуволна, спадает плавно, среднее его значение вырастает, а пульсации снижаются. После, на положительной полуволне, конденсатор подзаряжается и процесс повторяется.

Осциллограмма в Multisim

Увеличив сопротивление нагрузки в 10 раз, мы снизили ток, конденсатор не успевает разряжаться, пульсации стали гораздо меньше, таким образом мы доказали теоретические сведения описанные в предыдущем разделе о пульсациях и влиянии на них тока и ёмкости. Для того чтобы показать это мы могли изменить ёмкость конденсатора.

Осциллограмма в Multisim

Входной сигнал тоже изменился – токи заряда снизились, а их форма осталась прежней.

Осциллограмма в Multisim

Двухполупериодная схема

Давайте рассмотрим, как выглядит в действии схема выпрямления обоих полупериодов. Мы установили на вход диодный мост.

Двухполупериодная схема

На осциллограммах видно, что в нагрузку поступают обе полуволны, но пульсации очень большие.

Осциллограмма в Multisim

На входной осциллограмме появилась нижня часть полуволны у тока (красным цветом).

Осциллограмма в Multisim

Снизим пульсации установив фильтрующий электролитическй конденсатор по входу. На практике желательно параллельно ему установить еще и керамический, чтобы снизить высокочастотные составляющие синусоиды (гармоники).

Двухполупериодная схема

На входной осциллограмме видно, что добавилась обратная полуволна при заряде конденсатора (она становится положительной после моста).

На входной осциллограмме видно, что добавилась обратная полуволна при заряде конденсатора

На выходной осциллограмме видно, что пульсации стали меньше чем в первой схеме с фильтрующим конденсатором, обратите внимание – напряжение стремится к амплитудному, чем меньше пульсаций – тем ближе его среднее значение к амплитуде.

Пульсации стали меньше чем в первой схеме с фильтрующим конденсатором

Если увеличить ток нагрузки в 20 раз, снизив её сопротивление, мы увидим сильные пульсации на выходе.

Если увеличить ток нагрузки в 20 раз, снизив её сопротивление, мы увидим сильные пульсации на выходе

И бОльшие токи зарядов на входе, очень заметно смещение тока фазы. Процесс заряда конденсатора происходит не линейно, а экспоненциально, поэтому мы видим, что напряжение повышается, а ток падает.

Осциллограмма

Заключение

Выпрямители широко используются во всех сферах электроники и электричестве в целом. Выпрямительные цепи устанавливаются везде – от миниатюрных блоков питания и радиоприёмниках до цепей питания мощнейших двигателей постоянного тока в крановом оборудовании.

Моделирование отлично помогает понять процессы протекающих в схемах и изучить, как изменяются токи от изменения параметров цепи. Развитие современных технологий позволяет изучать сложные электрические процессы без наличия дорогого оборудования типа спектральных анализаторов, частотомеров, осциллографов, самописцев и сверхточных вольт-амперметров. Оно позволяет избежать ошибок при проектировании схем перед сборкой.

Источник

Однополупериодный выпрямитель тока. Схема и принцип работы.

Выпрямитель тока – это устройство, позволяющее выполнить преобразование тока переменного направления в ток постоянного направления. И сегодня мы рассмотрим базовую схему выпрямителя – однополупериодный выпрямитель. Разберем схему, принцип работы, а также достоинства и недостатки.

Однополупериодный выпрямитель.

Схема однополупериодного выпрямителя выглядит следующим образом:

Схема однополупериодного выпрямителя тока

Пусть на входе у нас переменное напряжение, меняющееся по синусоидальному закону:

Сигнал на входе выпрямителя

Резистор же R_н играет роль нагрузки. То есть мы должны обеспечить протекание через него постоянного тока. Давайте разберемся как эта простейшая схема сможет решить нашу задачу!

Читайте также:  Проводник с током поместили между полюсами магнита указать направление силы

Итак, диод D_1 пропускает ток только в одном направлении, в те моменты, когда к нему приложено прямое смещение, что соответствует положительным полупериодам ( U_<вх>\gt0 ) входного сигнала. Когда к диоду будет приложено обратное смещение (отрицательные полупериоды), он будет закрыт и по цепи будет протекать только незначительный обратный ток. И в результате сигнал на нагрузке будет выглядеть так:

Выходной сигнал.

Обратным током обычно можно пренебречь, поэтому в итоге мы получаем, что ток через нагрузку протекает только в одном направлении. Но назвать его постоянным не представляется возможным 🙂 Ток через нагрузку хоть и является выпрямленным (протекает только в одном направлении), но носит пульсирующий характер.

Для сглаживания этих пульсаций в схему выпрямителя тока обычно добавляется конденсатор:

Однополупериодный выпрямитель тока

Идея заключается в том, что во время положительного полупериода, конденсатор заряжается (запасает энергию). А во время отрицательного полупериода конденсатор, напротив, разряжается (отдает энергию в нагрузку).

Таким образом, за счет накопленной энергии конденсатор обеспечивает протекание тока через нагрузку и в отрицательные полупериоды входного сигнала. При этом емкость конденсатора должна быть достаточной для того, чтобы он не успевал разряжаться за время, равное половине периода.

Проверяем напряжение на нагрузке для этой схемы:

Принцип работы выпрямителя тока

В точке 1 конденсатор заряжен до напряжения U_1 . Далее входное напряжение понижается, а конденсатор, в свою очередь, начинает разряжаться на нагрузку. Поэтому выходное напряжение не падает до нуля вслед за входным.

В точке 2 конденсатор успел разрядиться до напряжения U_2 . В то же время значение входного сигнала также становится равным этой же величине, поэтому конденсатор снова начинает заряжаться. И эти процессы в дальнейшем циклически повторяются.

А теперь поэкспериментируем и используем в схеме однополупериодного выпрямителя конденсатор меньшей емкости:

Пример работы схемы

И здесь мы видим, что конденсатор из-за меньшей емкости успевает разрядиться гораздо сильнее, и это приводит к увеличению пульсаций, а следовательно к ухудшению работы всей схемы.

На промышленных частотах 50 – 60 Гц однополупериодный выпрямитель практически не применяется из-за того, что для таких частот потребуются конденсаторы с очень большой емкостью (а значит и внушительными габаритами).

Смотрите сами, чем ниже частота, тем больше период сигнала (а вместе с тем, и длительности положительного и отрицательного полупериодов). А чем больше длительность отрицательного полупериода, тем дольше конденсатор должен быть способен разряжаться на нагрузку. А это уже требует большей емкости.

Таким образом, на более низких частотах в силу своих ограничений эта схема не нашла широкого применения. Однако, на частотах в несколько десятков КГц однополупериодный выпрямитель используется вполне успешно.

Рассмотрим преимущества и недостатки однополупериодного выпрямителя:

  • К основным достоинствам схемы, в первую очередь, конечно же, можно отнести простоту и, соответственно, небольшую себестоимость – используется всего один диод.
  • Кроме того, снижено падение напряжения. Как вы помните, при протекании тока через диод на нем самом падает определенное напряжение. По сравнению с мостовой схемой (которую мы разберем в следующей статье), ток протекает только через один диод (а не через два), а значит и падение напряжения меньше.

Основных недостатков также можно выделить несколько:

  • Схема использует энергию только положительного полупериода входного сигнала. То есть половина полезной энергии, которую также можно было бы использовать, уходит просто в никуда. В связи с этим КПД выпрямителя крайне низок.
  • И даже с использованием сглаживающих конденсаторов величина пульсаций довольно-таки значительна, что также является очень серьезным недостатком.

Итак, давайте резюмируем! Мы разобрали схему и принцип работы однофазного однополупериодного выпрямителя тока, а в следующей статье перейдем к более сложным схемам выпрямителей, не пропустите!

Источник

Однополупериодные и двухполупериодные выпрямители переменного тока: схемы и принцип действия

Фото 1

Многие приборы и электросхемы рассчитаны на питание постоянным током.

Получают его путем выпрямления переменного, разными способами.

Этим занимаются специальные устройства — выпрямители переменного тока. Далее речь пойдет об их разновидностях.

Принцип действия

У переменного тока постоянно меняются два параметра:

Фото 2

  1. величина;
  2. направление.

Графическое представление этих изменений отображается синусоидой. Полуволны выше оси абсцисс, отображают движение заряженных частиц в положительном направлении, ниже — в противоположном, отрицательном.

Задача выпрямителя — сделать так, чтобы направление тока оставалось постоянным, то есть превратить его в однополярный, добиться этого можно несколькими способами:

  1. отсечь отрицательные полуволны. Задействуется только половина вырабатываемой источником или генератором энергии. Поскольку ток действует только в одном полупериоде, такая схема выпрямления называется однополупериодной;
  2. «опрокинуть» отрицательные полуволны относительно оси абсцисс, то есть превратить их в положительные. Вырабатываемая энергия задействуется в полном объеме и поскольку ток действует в течение обоих полупериодов, данную схему называют двухполупериодной.

Схемы выпрямителей

Схемы выпрямителей строятся на элементах с односторонней проводимостью (вентилях):

Фото 3

  • современные низковольтные, в том числе используемые в быту: на полупроводниковых приборах — диодах и тиристорах (позволяют регулировать величину выпрямленного напряжения);
  • в старых устройствах и высоковольтные: на особой разновидности ламп — кенотронах.

Очевидно, что выпрямленный ток, независимо от способа выпрямления, является пульсирующим. Такую форму называют постоянно-импульсной. Некоторые потребители требуют сглаживания пульсаций, для чего схему дополняют конденсаторами.

То, какая схема выпрямления принята и какие элементы используются, влияет на характеристики выпрямителя:

  1. номинальное постоянное напряжение на выходе и его разброс (диапазон изменений);
  2. номинальный ток в обслуживаемой цепи;
  3. входное переменное напряжения и его допустимые отклонения. Например,

220 +/- 10%;

  • допустимая пульсация выпрямленного напряжения на выходе (частота и амплитуда);
  • нагрузочная характеристика;
  • внутреннее сопротивление;
  • коэффициент использования габаритной мощности трансформатора.
  • Схема выпрямления

    Выше говорилось, что применяют две схемы выпрямления:

    1. однополупериодную;
    2. двухполупериодную.

    Также схемы по числу фаз делятся на:

    • однофазные;
    • трехфазные.

    Каждый вариант стоит рассмотреть подробно.

    Для простоты понимания принципов работы выпрямителей, рассматриваются схемы для следующих условий:

    1. преобразуемый переменный ток поступает со вторичной обмотки трансформатора. Это наиболее распространенный случай, ведь даже перед подачей в домашнюю электросеть высоковольтный ток преобразуется трансформатором подстанции;
    2. выпрямитель питает активную нагрузку.

    Однополупериодная

    Самый простой вариант выпрямителя: последовательно с нагрузкой в цепь включают диод — полупроводниковый прибор с одним p-n переходом, пропускающий ток в одном направлении. Каким контактом диод подключен к нагрузке (анодом или катодом) — не имеет значения.

    Разница лишь в том, что в одном случае прибор пропускает положительные полуволны, в другом — отрицательные. Открывается диод при подаче на его анод положительного потенциала.

    Фото 4

    Однофазная однополупериодная схема

    Характеристики данной схемы выпрямления:

    1. среднее значение напряжения: Uср = 0.318 Umax, где Umax — максимальное напряжение, то есть амплитуда выпрямляемого переменного напряжения. Для однофазной сети с действующим напряжением Uд = 220 В Umax составляет 311 В. Если за основу берется действующее значение, формула имеет вид: Uср = 0,45 Uд;
    2. коэффициент пульсаций. Характеризует качество работы выпрямителя. В данном случае этот параметр составляет 1,57;
    3. максимальное обратное напряжение на диоде: Uобр = Umax = 3,14 Uср.

    Достоинства схемы:

    Фото 5

    • используется всего один диод;
    • малые потери мощности и падение напряжения на выпрямителе.

    Недостатки:

    • неэффективное использование трансформатора;
    • значительное обратное напряжение на диоде;
    • высокий коэффициент пульсаций;
    • наличие постоянной составляющей в протекающем через вторичную обмотку токе, отчего ухудшаются свойства сердечника из-за его подмагничивания;
    • при работе с токами частотой 50-60 Гц требуются сглаживающие фильтры с большими габаритами.

    Область применения таких выпрямителей — импульсные блоки питания (работают на частоте 10 кГц) и схемы, потребляющие малые токи.

    Двухполупериодная

    По двухполупериодной схеме работают такие выпрямители:

    • диодный мост;
    • балансная схема.

    Диодный мост представляет собой замкнутую последовательность из 4-х диодов. В одну диагональ получившегося четырехугольника включают нагрузку, другую — включают в цепь вторичной обмотки трансформатора.

    Фото 6

    Схема двухполупериодного выпрямителя

    При любой полярности напряжения в цепи вторичной обмотки ток через нагрузку протекает в одном направлении:

    • положительная полуволна: открываются диоды VD2 и VD3, а VD1 и VD4 закрываются (для них данное напряжение — обратное);
    • отрицательная полуволна: ток течет через диод VD1, нагрузку и диод VD4, тогда как диоды VD2 и VD3 напряжением с данной полярностью закрываются.

    Характеристики схемы:

    1. среднее напряжение: Uср = 0,9 Uд = 0,636 Umax. Для сети с действующим напряжением Uд = 220 В Uср = 198 В;
    2. коэффициент пульсаций: 0,67. Свидетельствует о более качественной работе в сравнении с однополупериодной схемой;
    3. обратное напряжение на диодах: Uобр = Umax /2, то есть в два раза ниже, чем в однополупериодной схеме.

    Фото 7

    Схема двухполупериодного мостового выпрямителя

    Мостовая схема — наиболее распространенная. Для сглаживания пульсаций ее дополняют конденсатором. При отсутствии нагрузки, напряжение на конденсаторе равно не Uср, а Umax.

    То есть если мультиметр отображает выпрямляемое переменное напряжение равным 12 В (действующее значение), то на конденсаторе напряжение составит около 17 В (амплитудное значение). При наличии нагрузки, потенциал на выводах конденсатора будет ниже, но не менее Uср. Конкретная величина зависит от емкости.

    Подбирают:

    Фото 9

    • число витков вторичной обмотки, чтобы напряжение на конденсаторе не превысило допустимое;
    • емкость конденсатора, чтобы напряжение под нагрузкой не оказалось слишком низким.

    Протекающий через вторичную обмотку трансформатора и диоды ток, имеет вид импульсов сложной формы с амплитудой, намного превышающей средний ток нагрузки.

    Это объясняется тем, что диоды открываются только на короткое время, когда мгновенное значение входного переменного напряжения превышает постоянное напряжение на выводах конденсатора (окрестность экстремумов синусоиды). Данное явление следует учитывать при расчете трансформатора.

    Балансный выпрямитель (двухполупериодный со средней точкой) представляет собой два однополупериодных выпрямителя, включенных параллельно во встречном направлении. Схема действует при наличии вывода в средней точке вторичной обмотки трансформатора. Каждая часть обмотки подключается к своему выпрямителю, то есть они задействуются поочередно.

    Фото 9

    Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

    Балансную схему почти не применяют из-за двух существенных недостатков:

    1. высокая металлоемкость выпрямителя;
    2. значительные потери на нагрев обмотки трансформатора.

    Ее применение было оправдано во времена, когда диоды еще обходились довольно дорого и уменьшение их числа с 4-х до 2-х компенсировало затраты на увеличение количества меди во вторичной обмотке.

    Однофазные

    Фото 10

    Описанные выше одно- и двухполупериодная схемы выпрямления переменного тока, предназначены для однофазных цепей.

    Они используются для питания потребителей небольшой мощности — не более нескольких сотен ватт. Это обмотки возбуждения мало- и среднемощных электродвигателей постоянного тока, различная электроника. Для более мощных потребителей применяют трехфазные выпрямители.

    Трехфазные

    Трехфазные выпрямители дают на выходе ток с меньшим коэффициентом пульсаций, чем однофазные. Это объясняется тем, что фазы частично перекрывают друг друга (смещение составляет 120 0 ).

    В ходе выпрямления, амплитуды фаз не складываются — только выделяется фаза с наибольшим на данный момент мгновенным значением. Трехфазные выпрямители также делятся на однополупериодные и двухполупериодные. Схема первого изображена на рисунке:

    Фото 1

    Однополупериодный трехфазный выпрямитель

    Тут же изображено напряжение на выходе. Как видно, оно представляет собой сумму вершин синусоид каждой фазы. При этом глубина пульсаций в сравнении с однофазными выпрямителями заметно ниже.

    Подключение вторичных обмоток трансформатора для данной схемы — только «звездой» с нулевым выводом от трансформатора. Схема двухполупериодного трехфазного выпрямителя является мостовой, за ней закрепилось название «схема Ларионова».

    Используется шесть диодов, образующих две группы:

    1. анодную: диоды VD2, VD4, VD6;
    2. катодную: VD1, VD3, VD5.

    Фото 12

    Нагрузка включается одним полюсом в точку соединения катодов, другим — в точку соединения анодов. Ток протекает по одному диоду из катодной группы и по одному из анодной. При этом диоды в группах через каждую треть периода меняются. Из катодной группы задействуется диод с наибольшим положительным потенциалом анода, из анодной — с наименьшим отрицательным потенциалом катода.

    Достоинства схемы:

    • низкий коэффициент пульсации: 0,057;
    • возможность подключать обмотки трансформатора любым способом: «звездой» без нулевого провода или треугольником.

    Управляемые выпрямители

    Однофазная двухполупериодная схема с общей точкой на тиристорах показана на рисунке. От аналогичной схемы на диодах она отличается присутствием системы управления (СУ), формирующей импульсы для открывания тиристоров.

    От времени подачи этого импульса (точки t0, t1, t2 и t3 на рисунке) зависит, какую часть полуволны пропустит тиристор. Это время, в свою очередь, зависит от сдвига по фазе управляющих импульсов относительно входного напряжения (угол регулирования или управления), задаваемого пользователем.

    Применяются управляемые выпрямители, например, для таких целей:

    • регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока;
    • изменение яркости светильника;
    • зарядка аккумуляторов.

    Видео по теме

    О выпрямителях переменного тока в видео:

    Полупроводниковые и кенотронные выпрямители получили наибольшее распространение, но ими перечень подобных приборов не исчерпывается. Существуют электрохимические, игнитронные, газотронные и многие другие разновидности. Выбирать модель следует с учетом особенностей электропотребителя.

    Источник