Схема мостовой выпрямитель: Схема трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя

3. Неуправляемые выпрямители. Электропитание устройств и систем связи

Критериями качества работы выпрямителя являются:

коэффициент пульсации:

— отношение амплитуды к-ой гармоники к средневыпрямленному значению напряжения.

коэффициент выпрямления по напряжению:

— отношение средневыпрямленного значения напряжения к действующему значению напряжения во вторичной цепи трансформатора.

пульсность:

— отношение частоты пульсации к частоте питающего напряжения. m — фазность схемы выпрямителя (1 или 3), — число периодов выпрямления (1 или 2). КПД: . — отношение активной (полезной) мощности в нагрузке к потребляемой (активной) мощности.

Критериями качества сглаживающего фильтра являются: коэффициент сглаживания:

, где — коэффициенты пульсации на входе и выходе соответственно.

КПД:

К выпрямительному устройству предъявляются требования по качеству выходного напряжения, которое характеризуется:

нестабильностью выходного напряжения

это отношение отклонения напряжения от номинального значения к номинальному значению.

В выпрямительном устройстве с трансформаторным входом существуют следующие способы регулирования выходного напряжения:

• Регулирование в цепи переменного тока (непрерывного и импульсного действия).

• В звене выпрямителя за счет использования полупроводниковых управляемых элементов (тиристоров, симисторов, динисторов).

• В цепи постоянного тока на выходе выпрямительного устройства за счет использования стабилизаторов напряжения (тока ) непрерывного или импулсьсного действия.

Полупроводниковый диод, как элемент выпрямительного устройства

Рассмотрим вольт- амперную характеристику (ВАХ) полупроводникового диода и его схему замещения.

Основными параметрами полупроводникового диода

являются:

– динамическое сопротивление диода ,

– обратное (статическое) сопротивление ,

I_пр — предельно допустимый средний прямой ток при включении п/п диода в однополупериодную схему выпрямителя с активной нагрузкой , частотой питающего напряжения 50 Гц с естественным охлаждением элемента и нормальной температурой окружающей среды,

U_пр— среднее прямое напряжения (падение на диоде) в открытом состоянии диода,

U_пор— пороговое напряжение, т.е противоэдс, которая препятствует нарастанию прямого тока при включении диода,

U_обр — максимально допустимое обратное напряжение, которое может выдержать диод длительно в закрытом состоянии, не подвергаясь опасности пробоя.

Для увеличения среднего прямого тока (I_пр) используют параллельное включение диодов с выравнивающими элементами.

При параллельной работе диодов из-за несовпадения их ВАХ, токи в них распределяются неравномерно (в одном из них будет преобладать средневыпрямленный ток I_пр2>I_пр1 ). Это может привести к выходу из строя одного из диодов.

Для выравнивания токов используются дополнительные элементы: для средней мощности — резисторы, для большой мощности — уравнительный реактор.

Под действием токов (I_пр2,I_пр1), протекающих по обмоткам W₁, W₂, в них наводится ЭДС. За счет разностного тока образуется поток DФ, который вызывает появление ЭДС самоиндукции. Там, где произошло превышение тока, ЭДС самоиндукции уменьшает скорость его нарастания, а где уменьшение — засчет ЭДС взаимоиндукции ток увеличивается. Для увеличения Uобр диоды включают последовательно с выравнивающими элементами.

Для выравнивания напряжений (U_обр), в маломощным выпрямителях, последовательно включенные диоды шунтируются резисторами, величина сопротивлений которых в несколько раз меньше обратного сопротивления диода.

Для выпрямителей большой мощности этот способ выравнивания обратных напряжений не пригоден из-за больших потерь в резисторах. Поэтому для мощных выпрямительных устройств применяют реактивные делители напряжения.

Тепловая модель полупроводника

Во время работы полупроводника происходит его перегрев, для охлаждения используют радиатор. Расчет площади радиатора ведется с помощью тепловой модели. Тепло, выделяемое в кремниевой пластине диода (П) передается на корпус (К) и далее в окружающую среду (С) через ряд конструктивных элементов.

Величины тепловых сопротивлений в соответствии с типом элемента и радиатора приводятся в справочной литературе. Тепло, распространяющееся от пластины П в окружающую среду, создает на элементах температурный перепад Dt

Температуру кремниевой пластины можно определить как сумму температуры окружающей среды и перепадов температуры на отдельных элементах:

Для обеспечения нормального функционирования диода необходимо выполнения условия tп< tдоп.

Потери мощности на диоде суммируются из потерь от прямого тока (Pпр), потерь на преодоления противоЭДС (Pпор) и коммутационных потерь (Pком):

,

В низкочастотных выпрямительных устройствах коммутационные потери составляют небольшую долю по отношению к остальным потерям, поэтому принимаем

.

Критерий качества выпрямительных устройств

Полупроводниковые диоды предназначены для коммутации нагрузки к источнику с целью формирования однополярного напряжения в нагрузке при разнополярном напряжении источника.

Существуют понятия анодной и катодной группы диодов (при соединении элементов в узел катодами или анодами ).

Принцип коммутации:

К нагрузке должны быть скоммутированы одна или две разноименные группы. Свободные концы элементов, не соединенные в узел должны быть разведены по источникам. При наличии одной группы другой конец нагрузки должен быть подключен к нулевому выводу или земле. Однополупериодные схемы выпрямления имеют одну группу, двухполупериодные — две.

Рассмотрим принцип коммутации на примере однофазной двухполупериодной и трехфазной однополупериодной схем выпрямления.

Однофазная двухполупериодная схема выпрямления

Трехфазная однополупериодная схема выпрямления

Для анализа выпрямительных устройств используют графоаналитический метод, который включает:

1) построение временных диаграмм для I и U при анализе электромагнитных процессов в цепях,

2) разложение в ряд Фурье и получение выражений для коэффициентов выпрямления К0 и пульсаций Кп.

Напряжение на выходе выпрямителя содержит кроме постоянной составляющей U0 целый ряд гармонических составляющих:

В соответствии с разложением периодической функции в ряд Фурье ее среднее значение определяется площадью, ограниченной рассматриваемой функцией за период повтроямости, отнесенной к величине периода. Так как площадь определяется вольт-секундным интегралом, то для напряжения, представленного на рисунке получим выражение для U₀.

Под средневыпрямленным напряжением (U₀) понимается высота прямоугольника, эквивалентного по площади кривой, описывающей выпрямленное напряжение (U

d) за период повторения данной кривой, который равен 2p/р.

Коэффициент выпрямления по напряжению равен

.

Получим выражение для амплитуды к-ой гармоники U_mk. Очевидно ,что U_d — четная функция, поэтому учитываем только косинусоидальные составляющие.

Коэффициент пульсаций определяется выражением:

где k — номер гармоники.

Для повышения качества выпрямленного напряжения необходимо увеличивать пульсность схемы выпрямления.

Существуют следующие способы ее повышения:

• увеличение фазности питающих напряжений,

• увеличение числа коммутируемых элементов,

• расщепление фазных напряжений за счет использования способа соединения трансформатора «зигзагом».

Для вычисления предельного значения K₀ по правилу Лопиталя при .

Неуправляемые выпрямители

При анализе схем выпрямления принимаем потери в диодах и трансформаторе равными нулю, и будем анализировать работу схемы на активную нагрузку.

Однофазный мостовой (двухполупериодный) выпрямитель

Данная схема 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. На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений цепей.

На интервале от 0 до p фазное напряжение (U₂) имеет положительное значение. При этом диоды VD1 и VD4 находятся в открытом состоянии, и положительная полуволна напряжения U₂ проходит в нагрузку. В момент смены полярности U₂ происходит перекоммутация вентилей (коммутируются VD3, VD2).

Достоинства однофазного мостового выпрямителя:

• высокое значение коэффициента выпрямления К₀ , малый уровень пульсации напряжения (низкое значение К_п ) по сравнению с однополупериодной схемой выпрямителя.
• по сравнению со схемой «со средней точкой трансформатора» (двухполупериодной, однофазной) в схеме обеспечивается лучшее использование трансформатора и уровень обратного напряжения имеет меньшее значение.

Недостатки: коммутация двух вентилей в каждый момент времени приводит к увеличению потерь в звене выпрямителя, что нежелательно при больших токах. Наличие двух групп в схеме не позволяет размещать их на одном радиаторе без изоляции.

Получим основные соотношения для данной схемы выпрямления:

— т.к. ток через диод протекает в течение полупериода.

, где

Однофазная схема с нулевым выводом (двухполупериодная)

Схема выпрямителя представляет собой сочетание двух однополупериодных выпрямителей, работающих на общую нагрузку.

На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений цепей.

На интервале времени [0;p] потенциал точки а — положительный, а точки б — отрицательный, поэтому диод VD1 — открыт и через него протекает ток. Напряжение, снимаемое с верхней обмотки трансформатора прикладывается к нагрузке. В момент p происходит перекоммутация с VD1 на VD2, т. к. отрицательный потенциал прикладывается к катоду VD2. Таким образом через нагрузку ток протекает в одном и том же направлении в течение одного периода.

Достоинства схемы выпрямления: за счет малого числа коммутируемых элементов уменьшаются потери в выпрямительном звене, что позволяет использовать схему при высоком токе нагрузки. Существует возможность размещения полупроводников на одном радиаторе без изолятора.

Недостатки схемы выпрямления: при отключении диода за счет наведения ЭДС с работающей полуобмотки в неработающую происходит удвоение напряжения, прикладываемого к диоду в закрытом состоянии. Это не позволяет использовать схему при высоких уровнях выпрямленного напряжения. Кроме того на каждом такте участвует в работе только одна из полуобмоток, что ухудшает использование трансформатора. С точки зрения качественных показателей (К₀ ,К_п ) данная схема не отличается от однофазной мостовой схемы выпрямления.

Основные соотношения для схемы выпрямителя:

.

Под габаритной мощностью трансформатора понимаем полусумму мощностей всех обмоток трансформатора, поэтому с учетом 2-х полуобмоток трансформатора в уравнение для P_mр во втором слагаемом появляется множитель, равный 2. Ток I_а протекает в течение одного полупериода и имеет синусоидальную форму, поэтому дополнительно появляется множитель, равный 1/ (поскольку ). В однофазной мостовой схеме выпрямителя K_тр = 1,23,что используется в уравнение для P_тр. Тогда, для двухполупериодной схемы имеем K_mp=1,47.

Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом (трехфазный однополупериодный)

Данная схема содержит трехфазный трансформатор T и три диода. Нагрузка включается между точкой соединения диодов и нулевым выводом.

На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений различных цепей схемы выпрямления.

На интервале времени [t₁;t₂] фаза «a» имеет наибольший потенциал по сравнению с другими фазами относительно нулевой точки трансформатора , поэтому диод VD1 находится в открытом состоянии и через него протекает ток. На нагрузке напряжение изменяется по закону огибающей фазы «a». В момент t₂ происходит перекоммутация с VD1 на VD2, т.к. потенциал фазы «b» становится наибольшим по отношению к нулевой точке. К нагрузке прикладывается фазное напряжение.

На интервале времени [t₂; t₃] к первому диоду прикладывается линейное напряжение между фазами «b» и «a» и он находится в закрытом состоянии. В момент t₃ прикладывается линейное напряжения Uca, так как происходит переключение вентилей (с VD2 на VD3).

К недостатком этой схемы можно отнести:

• Высокий уровень обратного напряжения (среднее напряжение — фазное, обратное — линейное), что не позволяет использовать данную схему при повышенных уровнях напряжения.

• Ток во вторичной цепи трансформатора протекает в течение одной третьей части периода и имеет одностороннее направление, что увеличивает габаритные размеры трансформатора. Для исключения подмагничивания сердечника необходимо делать запас по намагниченности (уменьшать значение Bm), что приводит к дополнительному увеличению габаритов трансформатора. Иногда в сердечник трансформатора вводят воздушный зазор.

• Более низкие качественные показатели (K п , K0) по сравнению с двухполупериодной схемой выпрямления.

• Индуктивность рассеяния трансформатора влияет на форму выпрямленного напряжения, что является ограничением по мощности. При этом снижается уровень выпрямленного напряжения, и возрастают пульсации.

• С точки зрения монтажа схемы — исключена возможность соединения вторичной цепи треугольником из за нулевого вывода.

Достоинствами схемы выпрямления являются:

• более высокие токи нагрузки по сравнению с двухтактной схемой (малые потери из-за того, что в работе участвует один вентиль в любой момент времени).

• с точки зрения монтажа — существует возможность размещения полупроводников на одном радиаторе.

Основные соотношения:

K_mp=1,35

Трехфазная мостовая схема выпрямителя

Данная схема состоит из двух трехфазных однополупериодных схем выпрямления, питающихся от одних и тех же вторичных обмоток трансформатора и, работающих на общую нагрузку.

На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений цепей схемы выпрямления.

На интервале [t₁;t₃] фаза «a» имеет наибольший потенциал по отношению к другим фазам, поэтому диод VD2 работает два такта (т.к. к аноду прикладывается «+»). В момент времени t₃ происходит перекоммутация в катодной группе со второго на четвертый диод, т.к. фаза «b» становится более положительной по отношению к другим фазам.

На интервале [t₂;t₄] фаза «c» имеет более отрицательный потенциал по отношению к другим фазам. Отрицательный потенциал прикладывается к катоду пятого вентиля, и он работает два такта.

К недостаткам схемы можно отнести:

• Большое падение напряжения на внутреннем сопротивлении выпрямителя за счет работы двух вентилей, что не позволяет использовать схему при высоких значениях тока нагрузки.

• Наличие двух радиаторов для анодной и катодной групп.

Достоинствами схемы выпрямления являются:

• Высокое значение коэффициента выпрямления К₀ и малый уровень обратного напряжения, что позволяет использовать схему при высоких уровнях напряжения.

• Малое значение коэффициента пульсаций по сравнению со схемой с нулевым выводом, что уменьшает габариты сглаживающего фильтра.

• Возможность использования различных способов соединения обмоток трансформатора во вторичной цепи.

• Отсутствие одностороннего намагничивания сердечника трансформатора (ток во вторичной цепи трансформатора — двухполярный).

• Хорошее использование трансформатора (ток во вторичной цепи трансформатора протекает 2/3 периода), что увеличивает КПД устройства.

В связи с вышеперечисленным рядом достоинств данная схема нашла очень широкое распространение.

Основные соотношения:

; ;

; ; K_mp=1,05

Аномальные режимы работы выпрямителей

1. При неправильном подключении диода (обращенный диод) в схеме выпрямителя возникает короткозамкнутый контур, что приводит к выгоранию группы, где установлен обращенный диод.

Где R2, R4 — динамические сопротивления диод

Правильный выпрямитель — AudioKiller’s site

Блок питания – важнейшая часть усилителя. Усилитель работает так: он передает энергию из источника питания в нагрузку. Если источник питания работает плохо, то никакой усилитель не поможет получить в нагрузке то, что нужно. Для питания усилителей широко используется двуполярный источник, выдающий относительно «земли» два одинаковых напряжения разной полярности. Чтобы получить такой источник питания, нужен трансформатор с двумя вторичными обмотками (или с одной, имеющей вывод от середины), соответствующий выпрямитель и фильтр из двух конденсаторов.

Можно конденсаторов и больше, но два – это минимум. Но вот как быть с выпрямителем? На самом деле возможны две схемы выпрямителей. Одна содержит два диодных моста, вторая – только один (рис. 1).

Рис.1. Два варианта схем двуполярных выпрямителей.

Существует мнение, активно поддерживаемое на аудиофильских интернет-форумах, что левая схема, которая содержит два моста, гораздо лучше схемы с одним мостом. Но вот почему? Те объяснения, которые приводятся, весьма скудны, невнятны и противоречивы. После длительных расспросов мне все же удалось выяснить причину. Она такова (в моем пересказе): в каждом усилителе живет Дух Аудио, и диодный мост – своего рода жертва, дань этому духу. Если моста два, то дань Духу Аудио в два раза больше. За это Дух отблагодарит вас, улучшив звучание. Если вам показалось, что я издеваюсь – таки да, но совсем немного. Просто все объяснения почему-то именно к этому и сводились. Попытки же научного объяснения были настолько жалкими, что я их так и не смог понять. Если кто-то может объяснить с точки зрения науки и техники, почему два моста лучше одного – я с удовольствием послушаю. И подискутирую. А пока я представлю вам свое вИдение этой проблемы. Научное и техническое.

Звучание устройства определяется тем, как работает это устройство и все его составляющие компоненты. Причем не только в общем и целом, но и в деталях. Поэтому если мы добъемся от источника питания наилучшей работы и в целом, и в мелочах, то значит сделаем все для обеспечения хорошего звука усилителя. И все улучшения звука (конечно, если это вам не показалось, что стало звучать лучше, самовнушение – очень коварная штука) происходят от улучшения технических характеристик (то есть работы) узлов аппаратуры, а не по непонятному правилу типа “так надо для хорошего звука”.

Итак, в чем разница между схемами.

1. Два моста больше по габаритам, имеют двойной нагрев (это я докажу ниже), и вдвое дороже. То есть, по этому признаку два моста хуже одного.

2. Для одного моста можно использовать любой трансформатор – как с раздельными обмотками, так и с выводом от средней точки. А для двух мостов только трансформатор с двумя отдельными обмотками. То есть, для выпрямителя с двумя мостами подойдет не всякий трансформатор. Схема менее универсальна, запишем ей минус.

3. В схеме с двумя мостами каждая обмотка трансформатора работает на свой выпрямитель, который в свою очередь работает на свое плечо питания усилителя. Т.е. одно плечо усилителя питается от одной вторичной обмотки трансформатора, другое – от другой. В схеме с одним мостом каждое плечо усилителя питается от каждой из вторичных обмоток трансформатора по очереди. Это мы увидим наглядно. Тогда и решим, что лучше. А пока пусть это побудет загадкой.

4. Рассмотрим, как протекают токи через выпрямители. На рис. 2 показано протекание тока через выпрямитель с двумя мостами. На рис. 3 – протекание тока через выпрямитель с одним мостом.

Рис. 2 Протекание тока через выпрямитель с двумя мостами. Рис. 3. Протекание тока через выпрямитель с одним мо

Трехфазная мостовая схема выпрямления (схема Ларионова)

Трехфазная мостовая схема выпрямления

(схема Ларионова)

 

Рисунок 1 – Трехфазная мостовая схема выпрямителя

Трехфазная мостовая схема в настоящее время нашла наиболее широкое применение. Это связано с тем, что она имеет лучшие технико-экономические показатели по сравнению с другими схемами.

Хорошее качество выпрямленного напряжения такое же, как и в шестифазной схеме выпрямления со средней точкой, достигается применением шести вентилей, но выпрямитель при этом работает с одной трехфазной обмоткой. То есть, при необходимости можно работать без трансформатора, непосредственно от трехфазной сети переменного тока. Мостовая схема может быть представлена двумя трехфазными схемами со средним выводом включенными последовательно. Первый выпрямитель (1) собран на тиристорах VS1, VS3, VS5 – которые объединены в катодную группу. Второй выпрямитель (2) – VS2, VS4, VS6  они объединены в анодную группу.

При последовательном включении выпрямителей выпрямленное напряжение удваивается :

U_d0=U_d0I+U_d0II ,

кроме этого, при последовательном включении исключаются уравнительные токи – ненужен уравнительный реактор.

Основные расчетные соотношения схем:

U_d0=U_d0I+U_doII=2U_d0I,II=2U₂=U₂2,34U₂

Таблица ?

.

При работе на активную нагрузку с углом управления  в момент времени t₁ – точка естественной коммутации катодной группы, тиристор VS1 открывается, в анодной группе тиристор VS6 к этому моменту уже открыт. К нагрузке прикладывается линейное напряжение U_ab и выпрямленный ток i_d протекает по контуру обмотки фазы .

 

Рисунок ?

В момент времени t₂ потенциал фазы b становится более положительный по сравнению с фазой с, тиристор BS6 выключается и включается тиристор VS2 – происходит переключение тиристоров в анодной группе.

В момент времени t₃ тиристор VS2 остается включенным, тиристор VS1 выключается и включается VS3 – переключение в катодной группе, т.к. потенциал фазы b становится более положительным по отношению к фазе а. Переключение происходит поочередно в катодной и анодной группах. Таким образом, в мостовой схеме в любой момент времени одновременно работают два тиристора, один из анодной группы, потенциал которого наименьший относительно общего провода, второй из катодной группы, потенциал анода которого наибольший относительно общего провода. t₁-t₂ – VS1, VS6;  t₂-t₃ – VS1,VS2; t₃-t₄ – VS3,VS2; t₄-t₅ – VS3,VS4…

Таблица ?

Kcz	Q			Kпр	Кu	KI
2.34	0.057			1.05

,

,

, R нагрузка

Два решения:

1) Режим непрерывного тока :

,

.

2) Режим прерывистых токов

,

,

.

 

Рисунок ?

  RL нагрузка

 

Рисунок ?

  RL нагрузка:

.      .

При                                     .

С целью улучшения формы кривой тока во вторичной обмотке применяют обмотку, соединенную в треугольник.

При таком включении ток в обмотках притекает непрерывно.

Форма тока приближается к синусоидальной форме, следовательно, уменьшается содержание гармонических составляющих.

 

Рисунок ?

 

Двенадцатипульсные схемы выпрямления.

 

Рисунок 1

Благодаря разному включению обмоток (звезда, треугольник) напряжения имеют сдвиг на угол .

Суммируя напряжения, получают 12 пульсаций за период.

Возможна параллельная работа мостов и последовательная:

Для параллельной :;

Для последовательной: .

Явление коммутации в выпрямителях.

В реальных схемах выпрямления мгновенный переход тока с вентиля на вентиль невозможен из-за наличия в контуре коммутации (переключения) индуктивности, равной, как правило, сумме индуктивности сети, приведенной к вторичной обмотке трансформатора, и индуктивности рассеяния обмоток.

Время, в течение которого происходит переход тока с одного вентиля на другой, измеряется в угловой мере и называется углом коммутации.  

Наличие процесса коммутации вносит существенные изменения формы кривых напряжений и токов на элементах схемы, эти изменения оказывают влияние на количественные соотношения токов и напряжений схемы.

 

Рисунок ?

Т.к. напряжение обратное, учитываем отрицательное значение:

,

,

.

Для граничного условия, когда процесс коммутации закончился:

,

,

.

для  определим

 

Рисунок ?

,

;         ,

.

Среднее значение выпрямленного напряжения тоже зависит от :

,

.

          Способы повышения коэффициента мощности.

 

Рисунок ?

В общем случае коэффициент мощности можно определить как отношение активной мощности потребляемой выпрямителем к полной мощности выпрямителя:

,

,

где U₁— действующее значение напряжения питающей сети;

I₁— действующее значение первой гармоники потребляемого тока;

— угол сдвига первой гармоники тока по отношению к питающему напряжению.

,

где I_n— действующее значение тока n-й гармоники;

I₁— действующее значение тока потребляемого из сети.

,

где — коэффициент формы кривой тока потребляемого из сети.

Для однофазного выпрямителя:

без

.

Для прямоугольной формы тока:

,

Для трехфазного:

,

          Учитывая явление коммутации.

В первом приближении:

и тогда:

.

Более точно  можно определить из выражения:

.

Коэффициент формы тоже зависит от:

.

Для однофазной:

что надо

150	300	450	600
1,02	1,09	1,065	1,083

и тогда с учетом   и :

или более точно:

.

Для трехфазной:

,

или

.

Таким образом, коэффициент мощности зависит от двух параметров:

Мостовой выпрямитель

Функциональные возможности — преимущества и применение

Диодный мостовой выпрямитель

Выпрямительные схемы делятся на две основные группы: однофазные и трехфазные. В обоих случаях они снова подразделяются на три основные категории: неконтролируемые, наполовину контролируемые и полностью контролируемые. Если мы используем диод для преобразования этого напряжения, мы можем назвать это неконтролируемым, вместо этого, если мы используем силовые электронные компоненты, такие как SCRS, мы можем называть его управляемыми выпрямителями.Мы можем управлять полуволной или полной волной в зависимости от приложения.

Основное различие между обычным выпрямителем и мостовым выпрямителем заключается в том, что он выдает почти вдвое большее выходное напряжение, чем двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом, использующий то же вторичное напряжение. Преимущество использования этой схемы заключается в том, что не требуется трансформатор с центральным отводом. В выпрямителе с центральным отводом каждый диод использует только половину вторичного напряжения трансформатора, поэтому выход постоянного тока сравнительно невелик, также трудно найти центральный отвод на вторичной обмотке трансформатора, и используемые диоды должны иметь высокое пиковое обратное напряжение.

Схема мостового выпрямителя
и форма выходного сигнала

Во время положительного полупериода питания диоды D1 и D2 проходят последовательно, в то время как диоды D3 и D4 смещены в обратном направлении, и ток протекает через нагрузку. Во время отрицательного полупериода питания, диоды D3 и D4 проходят последовательно, но диоды D1 и D2 выключаются, поскольку теперь они смещены в обратном направлении. Ток, протекающий через нагрузку, имеет то же направление, что и раньше.

Сглаживающий конденсатор преобразует двухполупериодную рябь на выходе выпрямителя в плавное выходное напряжение постоянного тока. Обычно для цепей питания постоянного тока сглаживающий конденсатор является алюминиево-электролитическим типом, который имеет значение емкости 100 мкФ или более при повторяющихся импульсах постоянного напряжения от выпрямителя, заряжающих конденсатор до пикового напряжения. Однако при выборе подходящего сглаживающего конденсатора следует учитывать два важных параметра: рабочее напряжение , , , которое должно быть выше выходного значения холостого хода выпрямителя, и его значение емкости , , , которое определяет количество пульсаций, которые будут отображаться поверх напряжения постоянного тока.

5 Преимущества мостового выпрямителя

• 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 низкие и более высокие частоты, в случае двухполупериодного выпрямителя требуется простая схема фильтрации.
• Во вторичной обмотке трансформатора не требуется центральный отвод, поэтому в случае мостового выпрямителя требуемый трансформатор проще.Если повышение или понижение напряжения не требуется, можно даже отказаться от трансформатора.
• Для заданной выходной мощности можно использовать силовой трансформатор меньшего размера в случае мостового выпрямителя, поскольку ток как в первичной, так и во вторичной обмотках питающего трансформатора течет в течение всего цикла переменного тока

2 Недостатки мостового выпрямителя

• Требуется четыре диода.
• Использование двух дополнительных диодов вызывает дополнительное падение напряжения, тем самым уменьшая выходное напряжение.

Применение — преобразование переменного тока в постоянный с помощью мостового выпрямителя

Регулируемый источник 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 напряжение постоянного тока с отталкиванием.

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

A Регулируемый источник питания постоянного тока

Регулируемый источник питания 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 сеть 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 подачи входных сигналов для многих электронных схем и устройств, таких как транзисторы, микроконтроллеры и т. Д. Здесь 5 В используется для смещения светодиода через резистор.

Теперь я надеюсь, что у вас есть представление о концепции мостового выпрямителя и его применениях. Если какие-либо вопросы по этой теме или концепции электрических и электронных проектов оставьте свои комментарии в разделе ниже.

Фото предоставлено:

Схема мостового выпрямителя
• и форма выходного сигнала от neilorme

Полноволновой мостовой выпрямитель

— его работа, преимущества и недостатки

В полноволновом мостовом выпрямителе вместо него используется обычный трансформатор трансформатора с центральным отводом.Схема образует мост, соединяющий четыре диода D ₁ , D _2, D ₃ и D ₄ . Принципиальная схема полноволнового мостового выпрямителя показана ниже.

В комплекте:

Электропитание переменного тока, которое необходимо выпрямить, подается по диагонали к противоположным концам моста. Тогда как нагрузочный резистор R _L подключен поперек оставшихся двух диагоналей противоположных концов моста.

Работа полноволнового мостового выпрямителя

Когда источник переменного тока включен, переменное напряжение V _в появляется на выводах AB вторичной обмотки трансформатора, который требует выпрямления. Во время положительного полупериода вторичного напряжения конец A становится положительным, а конец B становится отрицательным, как показано на рисунке ниже.

Диоды D ₁ и D ₃ смещены в прямом направлении, а диоды D ₂ и D ₄ имеют обратное смещение.Следовательно, диоды D ₁ и D ₃ проводят, а диоды D ₂ и D ₄ не проводят. Ток (i) протекает через диод D ₁ , нагрузочный резистор R _L (от M к L), диод D _3, и вторичную обмотку трансформатора. Форма сигнала двухполупериодного мостового выпрямителя показана ниже.

Во время отрицательного полупериода конец A становится отрицательным, а конец B положительным, как показано на рисунке ниже:

Из приведенной выше диаграммы видно, что диоды D ₂ и D ₄ находятся под прямым смещением, а диоды D ₁ и D ₃ имеют обратное смещение.Следовательно, диоды D ₂ и D ₄ проводят, а диоды D ₁ и D ₃ не проводят. Таким образом, ток (i) протекает через диод D ₂ , нагрузочный резистор R _L (от M к L), диод D _4, и вторичную обмотку трансформатора.

Ток протекает через нагрузочный резистор R _L в одном направлении (от M к L) в течение обоих полупериодов. Следовательно, на нагрузочном резисторе получается выходное напряжение постоянного тока V _out .

Пиковое обратное напряжение полноволнового мостового выпрямителя

Когда вторичное напряжение достигает максимального положительного значения и клемма A положительная, а клемма B отрицательная, как показано на схеме ниже.

В этот момент диоды D ₁ и D ₃ смещены в прямом направлении и проводят ток. Следовательно, клемма M достигает того же напряжения, что и A ‘или A, тогда как клемма L достигает того же напряжения, что и B’ или B. Следовательно, диод D ₂ и D ₄ смещены в обратном направлении, а пиковый инверсный напряжение на них обоих составляет В _м .

Следовательно,

Преимущества полноволнового мостового выпрямителя

• Преобразователь центрального отвода исключен.
• Выходной сигнал в два раза больше, чем у двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом для того же вторичного напряжения.
• Пиковое обратное напряжение на каждом диоде составляет половину цепи центрального отвода диода.
  

Недостатки полноволнового мостового выпрямителя

• Нужно четыре диода.
• Схема не подходит, когда требуется выпрямить небольшое напряжение. Это связано с тем, что в этом случае два диода соединены последовательно и дают двойное падение напряжения из-за своего внутреннего сопротивления.

См. Также: полуволновой и полноволновой выпрямитель

Однофазный мостовой выпрямитель — Проект электроники

Однофазный мостовой выпрямитель

Это наиболее часто используемая схема для электронных источников питания постоянного тока.Для этого требуется четыре диода, но используемый трансформатор не имеет центрального отвода и имеет максимальное напряжение V _SM. Двухполупериодный мост-выпрямитель доступен в трех различных физических формах.

1. Четыре дискретных диода,
2. Одно устройство в четырехконтактном корпусе,
3. Как часть массива диодов в ИС

Работа схемы

Во время положительной входной полуволны, клемма M вторичный — положительный, а N — отрицательный, как показано на рисунке 2.

Диоды D ₁ и D ₃ становятся смещенными в прямом направлении (ВКЛ), тогда как D ₂ и D ₄ имеют обратное смещение (ВЫКЛ). Следовательно, ток течет по MEABCFN, вызывая падение на R _L .

Во время полупериода отрицательного входа вторичная клемма N становится положительной, а M отрицательной. Теперь D ₂ и D ₄ смещены вперед. Ток в цепи протекает по NFABCEM, как показано на рисунке 3.

Следовательно, мы обнаруживаем, что ток продолжает течь через сопротивление нагрузки R _L в том же направлении AB в течение обоих полупериодов входного переменного тока.Следовательно, точка A мостового выпрямителя всегда действует как анод, а точка C — как катод. Выходное напряжение на R _L показано на рисунке. Его частота вдвое больше, чем частота питания.

Связанная тема

1. Среднее и среднеквадратичное значение мостового выпрямителя
   
3. КПД мостового выпрямителя Мостовой выпрямитель
4. Пиковое обратное напряжение (PIV) мостового выпрямителя
5. Пиковый ток мостового выпрямителя
6. Коэффициент использования трансформатора мостового выпрямителя
7. Преимущество мостового выпрямителя
8. Недостаток мостового выпрямителя

.

No related posts.