Выпрямление переменного тока это: Выпрямители переменного тока

Элементарный учебник физики Т2

Элементарный учебник физики Т2

Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. Т.2. Электричество и магнетизм. — М.: Наука, 1985. — 479 c. Один из лучших курсов элементарной физики, завоевавший огромную популярность. Достоинством курса является глубина изложения физической стороны рассматриваемых процессов и явлений в природе и технике. В новом издании структура курса осталась прежней, однако в изложении проведена система единиц СИ, терминология и обозначения единиц физических величин приведены в соответствие с действующим ГОСТ. Для слушателей и преподавателей подготовительных отделений и курсов вузов, старшеклассников общеобразовательных и профессиональных школ, а также лиц, занимающихся самообразованием и готовящихся к поступлению в вуз. Оглавление ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ Глава I. Электрические заряды § 1. Электрическое взаимодействие. § 2. Проводники и диэлектрики. § 3. Разделение тел на проводники и диэлектрики § 4. Положительные и отрицательные заряды § 5. Что происходит при электризации? § 6. Электронная теория. § 7. Электризация трением. § 8. Электризация через влияние. § 9. Электризация под действием света. § 10. Закон Кулона. § 11. Единица заряда. Глава II. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ § 12. Действие электрического заряда на окружающие тела. § 13. Понятие об электрическом поле. § 14. Напряженность электрического поля. § 15. Сложение полей. § 16. Электрическое поле в диэлектриках и в проводниках. § 17. Графическое изображение полей. § 18. Основные особенности электрических карт. § 19. Применение метода линий поля к задачам электростатики. § 20. Работа при перемещении заряда в электрическом поле. § 21. Разность потенциалов (электрическое напряжение). § 22. Эквипотенциальные поверхности. § 23. В чем смысл введения разности потенциалов? § 24. Условия равновесия зарядов в проводниках. § 25. Электрометр. § 26. В чем различие между электрометром и электроскопом? § 27. Соединение с Землей. § 28. Измерение разности потенциалов в воздухе. Электрический зонд. § 29. Электрическое поле Земли. § 30. Простейшие электрические поля. § 31. Распределение зарядов в проводнике. Клетка Фарадея. § 32. Поверхностная плотность заряда. § 33. Конденсаторы. § 34. Различные типы конденсаторов. § 35. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов. § 36. Диэлектрическая проницаемость. § 37. Почему электрическое поле ослабляется внутри диэлектрика? § 38. Энергия заряженных тел. Энергия электрического поля. Глава III. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК § 39. Электрический ток и электродвижущая сила. § 40. Признаки электрического тока. § 41. Направление тока. § 42. Сила тока. § 43. «Скорость электрического тока» и скорость движения носителей заряда. § 44. Гальванометр. § 45. Распределение напряжения в проводнике с током. § 46. Закон Ома. § 47. Сопротивление проводов. § 48. Зависимость сопротивления от температуры. § 49. Сверхпроводимость. § 50. Последовательное и параллельное соединение проводников. § 51. Реостаты. § 52. Распределение напряжения в цепи. § 53. Вольтметр. § 54. Каким должно быть сопротивление вольтметра и амперметра? § 55. Шунтирование измерительных приборов. Глава IV. ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА § 56. Нагревание током. Закон Джоуля-Ленца. § 57. Работа, совершаемая электрическим током. § 58. Мощность электрического тока. § 59. Контактная сварка. § 60. Электрические нагревательные приборы. Электрические печи. § 61. Понятие о расчете нагревательных приборов. § 62. Лампы накаливания. § 63. Короткое замыкание. § 64. Электрическая проводка. Глава V. ПРОХОЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ЧЕРЕЗ ЭЛЕКТРОЛИТЫ § 65. Первый закон Фарадея. § 66. Второй закон Фарадея. § 67. Ионная проводимость электролитов. § 68. Движение ионов в электролитах. § 69. Элементарный электрический заряд. § 70. Первичные и вторичные процессы при электролизе. § 71. Электролитическая диссоциация. § 72. Градуировка амперметров при помощи электролиза. § 73. Технические применения электролиза. Глава VI. ХИМИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ТОКА § 74. Введение. Открытие Вольты. § 75. Правило Вольты. Гальванический элемент. § 76. Как возникают э. д. с. и ток в гальваническом элементе? § 77. Поляризация электродов. § 78. Деполяризация в гальванических элементах. § 79. Аккумуляторы. § 80. Закон Ома для замкнутой цепи. § 81. Напряжение на зажимах источника тока и э. д. с. § 82. Соединение источников тока. § 83. Термоэлементы. § 84. Термоэлементы в качестве генераторов. § 85. Измерение температуры с помощью термоэлементов. Глава VII. ПРОХОЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ЧЕРЕЗ МЕТАЛЛЫ § 86. Электронная проводимость металлов. § 87. Строение металлов. § 88. Причина электрического сопротивления. § 89. Работа выхода. § 90. Испускание электронов накаленными телами. Глава VIII. ПРОХОЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ЧЕРЕЗ ГАЗЫ § 91. Самостоятельная и несамостоятельная проводимость газов. § 92. Несамостоятельная проводимость газа. § 93. Искровой разряд. § 94. Молния. § 95. Коронный разряд. § 96. Применения коронного разряда. § 97. Громоотвод. § 98. Электрическая дуга. § 99. Применения дугового разряда. § 100. Тлеющий разряд. § 101. Что происходит при тлеющем разряде? § 102. Катодные лучи. § 103. Природа катодных лучей. § 104. Каналовые лучи. § 105. Электронная проводимость в высоком вакууме. § 106. Электронные лампы. § 107. Электроннолучевая трубка. Глава IX. ПРОХОЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ЧЕРЕЗ ПОЛУПРОВОДНИКИ § 108. Природа электрического тока в полупроводниках. § 109. Движение электронов в полупроводниках. § 110. Полупроводниковые выпрямители. § 111. Полупроводниковые фотоэлементы. Глава X. ОСНОВНЫЕ МАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ § 112. Естественные и искусственные магниты. § 113. Полюсы магнита и его нейтральная зона. § 114. Магнитное действие электрического тока. § 115. Магнитные действия токов и постоянных магнитов. § 116. Происхождение магнитного поля постоянных магнитов. § 117. Гипотеза Ампера об элементарных электрических токах. Глава XI. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ § 118. Магнитное поле и его проявления. Магнитная индукция. § 119. Магнитный момент. Единица магнитной индукции. § 120. Измерение магнитной индукции поля с помощью магнитной стрелки. § 121. Сложение магнитных полей. § 122. Линии магнитного поля. § 123. Приборы для измерения магнитной индукции. Глава XII. МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТОКОВ § 124. Магнитное поле прямолинейного проводника и кругового витка с током. § 125. Магнитное поле соленоида. Эквивалентность соленоида и полосового магнита. § 126. Магнитное поле внутри соленоида. Напряженность магнитного поля. § 127. Магнитное поле движущихся зарядов. Глава XIII. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ § 128. Магнитное поле Земли. § 129. Элементы земного магнетизма. § 130. Магнитные аномалии и магнитная разведка полезных ископаемых. § 131. Изменение элементов земного магнетизма с течением времени. Магнитные бури. Глава XIV. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ НА ПРОВОДНИКИ С ТОКОМ § 132. Введение. § 133. Действие магнитного поля на прямолинейный проводник с током. Правило левой руки. § 134. Действие магнитного поля на виток или соленоид с током. § 135. Гальванометр, основанный на взаимодействии магнитного поля и тока. § 136. Сила Лоренца. § 137. Сила Лоренца и полярные сияния. Глава XV. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ § 138. Условия возникновения индукционного тока. § 139. Направление индукционного тока. Правило Ленца. § 140. Основной закон электромагнитной индукции. § 141. Электродвижущая сила индукции. § 142. Электромагнитная индукция и сила Лоренца. § 143. Индукционные токи в массивных проводниках. Токи Фуко. Глава XVI. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ТЕЛ § 144. Магнитная проницаемость железа. § 145. Магнитная проницаемость различных веществ. Вещества парамагнитные и диамагнитные. § 146. Движение парамагнитных и диамагнитных тел в магнитном поле. Опыты Фарадея. § 147. Молекулярная теория магнетизма. § 148. Магнитная защита. § 149. Особенности ферромагнитных тел. § 150. Основы теории ферромагнетизма. Глава XVII. ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК § 151. Постоянная и переменная электродвижущая сила. § 152. Опытное исследование формы переменного тока. Осциллограф. § 153. Амплитуда, частота и фаза синусоидального переменного тока и напряжения. § 154. Сила переменного тока. § 155. Амперметры и вольтметры переменного тока. § 156. Самоиндукция. § 157. Индуктивность катушки. § 158. Прохождение переменного тока через конденсатор и катушку с большой индуктивностью. § 159. Закон Ома для переменного тока. Емкостное и индуктивное сопротивления. § 160. Сложение токов при параллельном включении сопротивлений в цепь переменного тока. § 161. Сложение напряжений при последовательном соединении сопротивлений в цепи переменного тока. § 162. Сдвиг фаз между током и напряжением. § 163. Мощность переменного тока. § 164. Трансформаторы. § 165. Централизованное производство и распределение электрической энергии. § 166. Выпрямление переменного тока. Глава XVIII. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ: ГЕНЕРАТОРЫ, ДВИГАТЕЛИ, ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ § 167. Генераторы переменного тока. § 168. Генераторы постоянного тока. § 169. Генераторы с независимым возбуждением и с самовозбуждением. § 170. Трехфазный ток. § 171. Трехфазный электродвигатель. § 172. Электродвигатели постоянного тока. § 173. Основные рабочие характеристики и особенности двигателей постоянного тока с параллельным и последовательным возбуждением. § 174. Коэффициент полезного действия генератора и двигателя. § 175. Обратимость электрических генераторов постоянного тока. § 176. Электромагниты. § 177. Применение электромагнитов. § 178. Реле и их применения в технике и автоматике. Ответы и решения к упражнениям Приложения Предметный указатель Таблицы

4.10. Выпрямление переменного тока и напряжения

Рассмотрим работу нескольких простейших выпрямителей

Contents

• 1 Работа однополупериодного выпрямителя на r-нагрузку
• 2 Работа однополупериодного выпрямителя на rL-нагрузку
• 3 Работа однополупериодного выпрямителя на rC-нагрузку
• 4 Схемы однофазных выпрямителей
• 5 Схемы трехфазных выпрямителей
• 6 Качественные показатели выходного напряжения выпрямителей

Работа однополупериодного выпрямителя на r-нагрузку

Пусть дана схема (рис. 4.47), вольтамперная характеристика диода (рис. 4.48) и напряжение источника u(t) = U_m sint. Поставим задачу: определить ток в цепи и напряжение на нагрузке. Используем графический метод для расчета тока.

Графические построения просты и понятны (рис. 4.48). При синусоидальном напряжении источника ток в цепи несинусоидален. Видно, что ток однополярен. Если этот ток умножить на сопротивление (r), то получим напряжение на нагрузке. Если пренебречь заштрихованной площадкой то в интервале (p – 2p) ток будет равен нулю (рис. 4.49).

Определим среднее значение выпрямленного тока:

.

Для сравнения, среднее значение синусоидального тока равно:

.

Действующее значение выпрямленного тока равно:

.

Видно, действующее значение выпрямленного тока в раз меньше, чем переменного тока.

С принятыми допущениями КПД этого выпрямителя равен:

,

где

.

Тогда окончательно:

Работа однополупериодного выпрямителя на rL-нагрузку

Введем в цепь индуктивность (рис. 4.50) и решим ту же задачу.

Дано: u = Um sinwt, L, r, BAX. Определим ток i., и напряжение u_r.

Применим метод кусочно-линейной аппроксимации. Расчет начнем с момента времени t = 0. В этот момент диод открывается и его сопротивление становится равным нулю.

Задача решается так же, как и при расчете переходного процесса.

Решение здесь приводить не будем, дадим только конечное выражение для тока:

.

Первое слагаемое в этом выражении – свободная составляющая, а второе слагаемое – принужденная составляющая, которая считается по схеме замещения (рис. 4.51) комплексно-символическим методом. Постоянную интегрирования А найдем из начальных условий:

.

Откуда:

.

Выражение для тока примет вид:

,

где p = -r/L.

Построим этот ток (рис. 4.52, штриховая линия). Решение для тока справедливо пока ток больше нуля i(t) > 0. При возрастании индуктивности (рис. 4.53) ампер-секундная площадка не изменяется, а только деформируется.

Использование L-элемента в однополупериодном выпрямителе для улучшения качества выпрямленного тока позволяет уменьшить коэффициент амплитуды К_а, но не обеспечивает идеальное выпрямление переменного тока.

Работа однополупериодного выпрямителя на rC-нагрузку

Введем в схему однополупериодного выпрямителя емкость С, включенную параллельно нагрузке (рис. 4.54). Расчет также начнем с момента отпирания диода. Применим метод кусочно-линейной аппроксимации.

Пусть в некоторый момент времени t₁ рабочая точка на характеристике диода переходит в первый квадрант, выполняется условие: j_a>j_к.

Сопротивление диода становится равным нулю: .

Напряжение источника становится равным напряжению на конденсаторе и на нагрузке:

.

Ток равен:

В цепях с конденсатором при первом включении на напряжение наблюдается некорректная коммутация, которая сопровождается скачками тока больших величин. Если С > 1000 мкФ выпрямитель необходимо защищать от этих скачков.

В момент времени, когда входное напряжение достигает максимальной величины:

,

потенциал катода становится больше потенциала анода: j_к > j_а. При этом ключ (диод) размыкается. Разряд конденсатора можно описать уравнением (рис. 4.55):

.

заряд будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на конденсаторе будет больше входного напряжения: u_c(t) > u(t). Влияние величины емкости на скорость разряда конденсатора показано на (рис. 4.56). Использование ёмкостного элемента, включенного к нагрузке однополупериодного выпрямителя, позволяет обеспечить сглаживание выпрямленного напряжения и выполнить поставленную задачу в определенном диапазоне нагрузок.

Схемы однофазных выпрямителей

Рассмотрим наиболее распространенные схемы однофазных выпрямителей.

1.

Двухполупериодный выпрямитель (рис. 4.57).

Дано: напряжение , сопротивление R_н, диоды 1, 2, 3, 4 и их вольтамперные характеристики.

Требуется определить U_н и i_н.

Проанализируем цепь методом кусочно-линейной аппроксимации. Расчет начнем с момента времени t = 0.

При_{верхний зажим становится положительным. Образуется контур протекания тока. Отпираются диоды 1 и 2. Напряжение на нагрузке равно:}

При входное напряжение становится меньше нуля: ._{Диоды 1 и 2 запираются, а 3 и 4 отпираются. Напряжение на нагрузке становится равным:}

.

В дальнейшем процессы повторяются. Временные диаграммы приведены на (рис. 4. 58).

Проанализируем воздействие С – эле­ментов на кривые выходного напряжения (рис. 4.59). При двухполупериодном выпрямлении качество выпрямленного напряжения можно обеспечить меньшими значениями реактивных элементов. Главным недостатком этого выпрямителя является то, что уровень выпрямленного напряжения зависит от входного напряжения.

2.

Этого недостатка нет в схеме (рис. 4.60), так как с помощью трансформатора можно получить любое напряжение на вторичной обмотке изменением коэффициента трансформации.

Коэффициент трансформации равен:

.

Выбирая К_Т, можно сформировать любое U₂:

Процессы в схеме (рис. 4.60) полностью аналогичны предыдущей (рис. 4.57), там, где были включенными диоды 1 и 2, здесь будет включен диод 1.

С помощью трансформаторного элемента входная цепь с напряжением U₁ гальванически развязывается с выходной цепью с напряжением U_н.

Если какую-то точку выходной цепи соединить с землей, то тогда электромагнитный импульс, поступивший во входную цепь, не приведет к перераспределению потенциалов в выходной цепи. Электромагнитным импульсом может быть грозовой разряд, сварочная дуга, внезапные короткие замыкания в цепи или обрывы.

Электромагнитный импульс распространяется без проводов и наводится в электрическую цепь благодаря реактивным элементам.

Схемы трехфазных выпрямителей

Рассмотрим однополупериодный трехфазный выпрямитель (рис. 4.61). Исходная информация для расчетов задается аналогично.

Дано: входное фазное напряжение , сопротивление нагрузки R_н, диоды 1, 2, 3 и их ВАХ.

Определить напряжение нагрузки u_н.

Расчет этого выпрямителя начнем с момента времени . С этого момента при напряжение больше всех остальных напряжений, поэтому напряжение нагрузки равно:

.

С момента времени напряжение больше всех остальных. Поэтому напряжение нагрузки равно:

.

Дальнейшие расчеты понятны, а временная диаграмма показана на (рис. 4.62). Кривая выходного напряжения однополярна, она колеблется от амплитудного значения до его половины. Этим напряжением уже можно питать такие нагрузки, как двигатель постоянного тока, у которого наблюдается малая зависимость скорости вращения от коэффициента пульсаций.

Рассмотрим трехфазный двухполупериодный выпрямитель (рис. 4.63, схема Ларионова).

Схема (рис. 4.63) работает аналогично предыдущей (рис. 4.61).

В интервале точек 1 – 2 (рис. 4.64) кривая напряжения u_c инвертируется. Поэтому выходное напряжение u_н имеет еще меньший коэффициент пульсаций по сравнению со схемой (см. рис. 4.62).

Для большинства общетехнических установок эта кривая удовлетворяет стандартам и не требует дополнительной фильтрации.

Качественные показатели выходного напряжения выпрямителей

Главным показателем качества выходного напряжения является коэффициент пульсаций, который равен отношению разности максимального и минимального значений выходного напряжения к его номинальному значению:

.

Следующим показателем является коэффициент искажения, который равен отношению действующего значения напряжения первой гармоники к действующему значению напряжения:

.

Коэффициент гармоник оценивает содержание высших гармоник в напряжении и равен отношению всех высших гармоник к основной гармонике:

Коэффициент полезного действия:

.

Коэффициент мощности:

Мощность искажения:

.

Схемы выпрямителя переменного тока

» Примечания по электронике

Основы схем выпрямителей переменного тока, используемых в цепях питания электроники, с подробной информацией о диодных выпрямителях, включая схемы однополупериодных и двухполупериодных выпрямителей, включая мостовой выпрямитель.

---

Схемы питания. Учебное пособие. Включает:
Обзор цепей питания. Линейный источник питания Импульсный источник питания Сглаживание конденсатора Схемы выпрямителя переменного тока Схемы регулятора напряжения Схема стабилизатора напряжения стабилитрона Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания

---

Первым элементом блока питания электроники, которому будет соответствовать любая входящая мощность, являются цепи трансформатора и выпрямителя переменного тока. Этот элемент любого источника питания электроники преобразует поступающую мощность в форму, приемлемую для цепей сглаживания и регулирования.

При работе от источника переменного тока трансформатор используется для преобразования входного сетевого напряжения в правильное значение, необходимое для схемы электроники источника питания. Результирующая форма волны напряжения представляет собой переменный ток. Это должно быть исправлено, чтобы мощность могла быть сглажена и отрегулирована для использования электронными схемами. Для этого используется схема выпрямителя переменного тока. Хотя на первый взгляд схема выпрямителя может показаться очень простой, существует несколько различных форм схемы выпрямителя переменного тока, которые можно использовать. Выбор фактической схемы выпрямителя переменного тока будет зависеть от ряда факторов, а также может повлиять на тип используемого трансформатора.

Схемы однополупериодных и двухполупериодных выпрямителей

В схемах выпрямителя переменного тока

могут использоваться диоды в различных конфигурациях цепей. Используя диоды по-разному, можно достичь разных уровней производительности. Существует два основных типа цепей выпрямителя переменного тока:

• Цепи однополупериодного выпрямителя
• Цепи двухполупериодного выпрямителя

Из двух форм схемы выпрямителя переменного тока чаще используется схема двухполупериодного выпрямителя, особенно в приложениях, где требуется производительность. Полупериодный выпрямитель обычно используется в приложениях, где требуется мощность для небольшой вспомогательной цепи и где потребляется меньший ток.

Цепи однополупериодного выпрямителя

Как следует из названия, в схемах однополупериодного выпрямителя переменного тока в процессе выпрямления используется только половина формы волны переменного тока. Другими словами, они пропускают одну половину цикла и блокируют другую половину. Это означает, что питание подается на выход схемы выпрямителя — часто сглаживающая схема только в течение половины цикла, и это оставляет половину цикла, когда питание не подается. Соответственно, напряжение на любом сглаживающем конденсаторе падает в течение этого периода, поскольку заряд снимается со сглаживающего конденсатора цепью нагрузки. Соответственно уровни пульсаций выше, чем при двухполупериодном выпрямлении, как будет показано ниже.

Схемы однополупериодных выпрямителей относительно просты. Процесс выпрямления можно осуществить с помощью одного диода. Именно простота схемы делает схему однополупериодного выпрямителя привлекательной для многих приложений. В нем используется минимум компонентов, и он способен обеспечить достаточное напряжение для многих применений.

При выборе диодов для использования в цепях выпрямителей переменного тока важным параметром является номинальное обратное напряжение. Это называется пиковым обратным напряжением, PIV. Для однополупериодного выпрямителя PIV для диода должно быть как минимум в два раза больше пикового напряжения формы волны переменного тока. Причина этого в том, что следует исходить из того, что сглаживающий конденсатор будет удерживать пиковое напряжение формы волны переменного тока. Затем, когда диод находится в непроводящей части сигнала, сигнал переменного тока достигает своего пика, диодный выпрямитель увидит этот пик поверх пикового напряжения, удерживаемого конденсатором, то есть вдвое превышающего пиковое значение сигнала. Стоит отметить, что пиковое значение синусоиды в 1,414 раза превышает среднеквадратичное значение. Таким образом, номинал PIV для диода должен быть в 2 раза больше среднеквадратичного значения сигнала переменного тока в 1,414 раза. Вдобавок к этому стоит оставить достаточный запас для компенсации любых всплесков, которые могут появиться на линии предложения.

Цепи двухполупериодного выпрямителя

Схемы двухполупериодных выпрямителей

могут использовать обе половины входящей формы волны, и в этом смысле они более эффективны, чем однополупериодные разновидности. Однако для достижения этого в этих схемах выпрямителя требуется использование большего количества диодов.

Цепь двухполупериодного выпрямителя переменного тока обеспечивает два различных пути, по одному для каждой половины цикла. Таким образом, один диод из набора диодов проводит одну половину цикла, тогда как другой диод из набора диодов проводит другую половину цикла.

Мостовые выпрямители

Схема мостового выпрямителя используется во многих схемах двухполупериодного выпрямителя. Состоит из четырех диодов и представляет собой эффективную форму выпрямления. Ввиду этого многие производители изготавливают блоки мостовых выпрямителей, содержащие четыре диода. Часто, когда эти мостовые выпрямители пропускают значительные уровни тока, они рассеивают некоторую мощность и нагреваются. Чтобы предотвратить их перегрев, эти мостовые выпрямители часто изготавливаются в формате, позволяющем прикрепить их болтами к радиатору той или иной формы.

Резюме

Цепи выпрямителя переменного тока

широко используются во всех видах электронного оборудования. Везде, где используется источник питания переменного тока, будет включена схема выпрямителя, потому что схемы электроники используют постоянный ток для питания для своей работы. Хотя источники питания могут не являться непосредственной частью работы оборудования, они необходимы, поскольку без какой-либо формы источника питания вся схема не будет работать. Поскольку в сетях питания используется переменный ток из-за характеристик передачи, а также необходимо использовать переменный ток, чтобы можно было использовать трансформаторы, всегда можно найти цепи выпрямителя переменного тока. В этих схемах мостовые выпрямители также очень распространены, потому что они представляют собой дешевую и эффективную форму компонента для использования в этих схемах.

Дополнительные схемы и схемы:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Транзисторная конструкция Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы схемы полевых транзисторов Символы цепи
    Вернитесь в меню проектирования схем . . .

Что такое выпрямитель? Типы выпрямителей, работа и применение

В электронике наиболее часто используется схема выпрямителя , поскольку почти каждый электронный прибор работает на DC (Постоянный ток) , но наличие Источников постоянного тока ограничено, например, электрические розетки в наших домах обеспечивают AC (Переменный ток) . Выпрямитель является идеальным кандидатом для этой работы в промышленности и дома для преобразования AC в DC . Даже наши зарядные устройства для сотовых телефонов используют выпрямители для преобразования AC от наших домашних розеток в DC . Различные типы выпрямителей используются для конкретных приложений.

У нас в основном есть два типа типов напряжения, которые широко используются в наши дни. Они бывают переменного и постоянного напряжения. Эти типы напряжения могут быть преобразованы из одного типа в другой с помощью специальных схем, разработанных для этого конкретного преобразования. Эти преобразования происходят везде.

Наше основное питание, которое мы получаем от электросетей, носит переменный характер, а приборы, которые мы используем в наших домах, обычно требуют небольшого напряжения постоянного тока. Этот процесс преобразования переменного тока в постоянный называется выпрямлением. Преобразованию переменного тока в постоянный предшествует дальнейший процесс, который может включать фильтрацию, преобразование постоянного тока в постоянный и так далее. Одной из наиболее распространенных частей электронного блока питания является мостовой выпрямитель.

Многие электронные схемы требуют выпрямленного источника питания постоянного тока для питания различных электронных основных компонентов от доступной сети переменного тока. Простой мостовой выпрямитель используется в различных электронных силовых устройствах переменного тока.

Другой способ взглянуть на схему выпрямителя состоит в том, что можно сказать, что она преобразовывает токи вместо напряжений. Это имеет более интуитивный смысл, потому что мы привыкли использовать ток для определения природы компонента. Короче говоря, выпрямитель берет ток, который имеет как отрицательную, так и положительную составляющие, и выпрямляет его так, что остается только положительная составляющая тока.

Мостовые выпрямители широко используются в источниках питания, обеспечивающих необходимое постоянное напряжение для электронных компонентов или устройств. Наиболее эффективными коммутационными устройствами, характеристики которых полностью известны, являются диоды. Теоретически вместо диодов можно использовать любой твердотельный переключатель, которым можно или нельзя управлять.

• Запись по теме: Типы диодов и их применение

Обычно типы выпрямителей классифицируются на основе их выходной мощности. В этой статье мы обсудим многие типы выпрямителей, такие как:

• Однофазные выпрямители
• Трехфазные выпрямители
• Управляемые выпрямители
• Неуправляемые выпрямители
• Однополупериодные выпрямители
• Двухполупериодные выпрямители
• Мостовые выпрямители
• Выпрямители с центральным отводом

Содержание

Что такое выпрямитель?

Выпрямитель представляет собой электрическое устройство, состоящее из одного или нескольких диодов, которое преобразует

0062 переменный ток ( переменный ток ) в постоянный ток ( постоянный ток ). Он используется для выпрямления, где приведенный ниже процесс показывает, как он преобразует переменный ток в постоянный.

Что такое выпрямление?

Выпрямление — это процесс преобразования переменного тока (который периодически меняет направление) в постоянный ток (течение в одном направлении).

• Запись по теме: Различные типы реле, их конструкция, работа и применение

Типы выпрямителей

В основном существует два типа выпрямителей:

1. Неуправляемый выпрямитель
2. Управляемый выпрямитель

Мостовые выпрямители бывают многих типов, и основанием для классификации может быть множество, например, тип питания, конфигурация мостовой схемы, возможности управления и т. д. Мостовые выпрямители можно в целом разделить на однофазные и трехфазные выпрямители на основе тип ввода, на котором они работают. Оба этих типа включают в себя эти дополнительные классификации, которые можно разделить как на однофазные, так и на трехфазные выпрямители.

Дальнейшая классификация основана на коммутационных устройствах, используемых в выпрямителе, и включает неуправляемые, полууправляемые и полностью управляемые выпрямители. Некоторые из типов выпрямителей обсуждаются ниже.

В зависимости от типа схемы выпрямления выпрямители делятся на две категории.

• Однополупериодный выпрямитель
• Двухполупериодный выпрямитель

Однополупериодный выпрямитель преобразует только половину волны переменного тока в сигнал постоянного тока, тогда как двухполупериодный выпрямитель полностью преобразует сигнал переменного тока в постоянный.

Мостовой выпрямитель является наиболее часто используемым выпрямителем в электронике, и в этом отчете речь пойдет о его работе и изготовлении. Простая мостовая схема выпрямления является наиболее популярным методом двухполупериодного выпрямления.

Мы подробно обсудим как управляемые, так и неуправляемые (полупериодные и двухполупериодные мостовые) выпрямители с принципиальными схемами и работой следующим образом.

• Запись по теме: Типы трансформаторов и их применение

Неуправляемый выпрямитель:

Тип выпрямителя, выходное напряжение которого не может регулироваться , называется неуправляемым выпрямителем .

Выпрямитель использует для работы переключатели. Выключатели могут быть различных типов, в широком смысле, управляемые выключатели и неуправляемые выключатели. Диод — это однонаправленное устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Работа диода не контролируется, так как он будет работать, пока он смещен в прямом направлении.

При такой конфигурации диодов в любом заданном выпрямителе выпрямитель не полностью контролируется оператором, поэтому такие типы выпрямителей называются неуправляемыми выпрямителями. Он не позволяет мощности изменяться в зависимости от требований нагрузки. Таким образом, этот тип выпрямителя обычно используется в постоянных или фиксированных источниках питания.

• Запись по теме: Фильтры, типы фильтров и их применение 

В неуправляемом выпрямителе используются только диоды, и они дают фиксированное выходное напряжение, зависящее только от AC ввод.

Типы неуправляемых выпрямителей:

Неуправляемые выпрямители подразделяются на два типа:

1. Однополупериодные выпрямители
2. Двухполупериодный выпрямитель

Однополупериодный выпрямитель:

Тип выпрямителя, который преобразует только полупериод переменного тока (AC) в постоянный ток (DC), известен как однополупериодный выпрямитель.

• Положительный однополупериодный выпрямитель:

Однополупериодный выпрямитель, преобразующий только положительный полупериод и блокирующий отрицательный полупериод.

• Выпрямитель отрицательной полуволны:

Однополупериодный выпрямитель преобразует только отрицательный полупериод переменного тока в постоянный.

Во всех типах выпрямителей однополупериодный выпрямитель является самым простым из всех, поскольку он состоит только из одного диода .

Диод пропускает ток только в одном направлении, известном как прямое смещение . Нагрузочный резистор RL включен последовательно с диодом.

• Запись по теме: Различные типы датчиков с приложениями

Положительный полупериод:

Во время положительного полупериода диодная клемма анод станет положительной, а катод станет отрицательной, известной как прямое смещение . И это позволит позитивному циклу протекать.

Отрицательный полупериод:

Во время отрицательного полупериода анод становится отрицательным, а катод становится положительным, что известно как обратное смещение . Таким образом, диод заблокирует отрицательный цикл.

Таким образом, когда источник переменного тока подключен к однополупериодному выпрямителю, через него будет проходить только полупериода , как показано на рисунке ниже.

Выход этого выпрямителя подключен к нагрузочному резистору RL . если мы посмотрим на график вход-выход , он показывает пульсирующий положительный полупериод входа.

На выходе однополупериодного выпрямителя слишком много пульсаций и использование этого выхода в качестве источника постоянного тока нецелесообразно. Чтобы сгладил этот пульсирующий выход, через резистор введен конденсатор . Конденсатор будет заряжаться во время положительного цикла и разряжаться во время отрицательного цикла, чтобы выдавать плавный выходной сигнал.

Такие типы выпрямителей тратят впустую мощность полупериода входа переменного тока.

• Запись по теме: Типы переключателей. Его конструкция, работа и применение

Двухполупериодный выпрямитель:

Двухполупериодный выпрямитель преобразует положительных и отрицательных полупериода переменного тока (переменного тока) в постоянный ток (постоянный ток). Он обеспечивает двойное выходное напряжение по сравнению с однополупериодным выпрямителем

Двухполупериодный выпрямитель состоит из более чем одного диода.

Существует два типа двухполупериодных выпрямителей.

1. Мостовой выпрямитель
2. Выпрямитель с центральным отводом

Мостовой выпрямитель

Мостовой выпрямитель использует четыре диода для преобразования обоих полупериодов входного переменного тока в постоянный на выходе.

В выпрямителе этого типа диоды подключены особым образом, как показано ниже.

Положительный полупериод:

Во время положительного полупериода входа диод D1 & D2 становится прямым смещением, а D3 & D4 становится обратным смещением. Диоды D1 и D2 образуют замкнутый контур, который обеспечивает положительное выходное напряжение на нагрузочном резисторе RL .

Отрицательный полупериод:

Во время отрицательного полупериода диод D3 и D4 смещается в прямом направлении, а D1 и D2 — в обратном. А вот полярность на нагрузочном резисторе RL остается прежним и обеспечивает положительный выход на нагрузке.

Выход двухполупериодного выпрямителя имеет низкие пульсации по сравнению с однополупериодным выпрямителем, но тем не менее он не является гладким и устойчивым.

Чтобы выходное напряжение было плавным и стабильным, на выходе установлен конденсатор , как показано на рисунке ниже.

Зарядка и разрядка конденсатора, обеспечивающие плавный переход между полупериодами.

• Запись по теме: Типы предохранителей — их конструкция, работа и применение

Работа схемы мостового выпрямителя

Из схемы видно, что диоды подключены особым образом. Это уникальное расположение дало конвертеру его имя. В мостовом выпрямителе напряжение, подаваемое на вход, может быть от любого источника. Это может быть трансформатор, который используется для повышения или понижения напряжения, или это может быть сеть нашего домашнего источника питания. В этой статье мы используем трансформатор 6-0-6 с центральным отводом для обеспечения напряжения переменного тока.

В первой фазе работы выпрямителя, во время положительного полупериода, диоды D3-D2 смещаются в прямом направлении и становятся проводящими. Диоды D1-D4 смещаются в обратном направлении и не проводят ток в течение этого полупериода, действуя как открытые переключатели. Таким образом, на выходе мы получаем положительный полупериод. И наоборот, в отрицательный полупериод диоды D1-D4 смещаются в прямом направлении и начинают проводить, тогда как диоды D3-D2 смещаются в обратном направлении и не проводят в этот полупериод.

• Запись по теме: Типы катушек индуктивности и их применение

Снова получаем на выходе положительный полупериод. В конце процесса выпрямления отрицательная часть переменного тока преобразуется в положительный цикл. На выходе выпрямителя два полуположительных импульса той же частоты и амплитуды, что и на входе.

В отличие от работы однополупериодного выпрямителя, у мостового выпрямителя есть еще одна ветвь, которая позволяет проводить отрицательную половину волны напряжения, чего полумостовой выпрямитель не имел. Таким образом, среднее напряжение на выходе мостового выпрямителя вдвое больше, чем у полумостового выпрямителя.

Несмотря на то, что мы используем четыре отдельных силовых диода для изготовления двухполупериодного мостового выпрямителя, предварительно изготовленные компоненты мостового выпрямителя доступны «в готовом виде» в диапазоне различных величин напряжения и тока, которые можно использовать непосредственно для создания работающего выпрямителя. схема.

Форма волны выходного напряжения после выпрямления не соответствует постоянному току, поэтому мы можем попытаться преобразовать ее в форму волны постоянного тока, используя конденсатор для фильтрации. Сглаживающие или накопительные конденсаторы, подключенные параллельно нагрузке к выходу схемы двухполупериодного мостового выпрямителя, увеличивают средний уровень постоянного тока на выходе до требуемого среднего постоянного напряжения на выходе, поскольку конденсатор действует не только как фильтрующий компонент, но и также периодически заряжается и разряжается, эффективно увеличивая выходное напряжение.

Конденсатор заряжается до тех пор, пока сигнал не достигнет своего пика и не будет равномерно разряжаться в цепь нагрузки, когда сигнал начнет снижаться. Поэтому, когда выход становится низким, конденсатор поддерживает подачу надлежащего напряжения в цепь нагрузки, тем самым создавая постоянный ток.

• Запись по теме: Типы батарей и элементов и их применение

Преимущества мостового выпрямителя:

1. Низкие пульсации выходного сигнала постоянного тока
2. Высокий КПД выпрямителя
3. Низкие потери мощности

Недостатки мостового выпрямителя:

1. Мостовой выпрямитель более сложный, чем двухполупериодный выпрямитель
2. Больше потерь мощности по сравнению с двухполупериодным выпрямителем с отводом от средней точки.

Выпрямитель с центральным ответвлением

Двухполупериодный выпрямитель этого типа использует трансформатор с центральным отводом и два диода.

Трансформатор с центральным отводом представляет собой трансформатор двойного напряжения с двумя входами ( I1 и I2 ) и три выходных клеммы ( T1, T2, T3 ). Клемма T2 подключена к центру выходной катушки, которая действует как эталонное заземление ( 0 вольт, ссылка ). Клемма T1 производит положительного напряжения , а клемма T3 создает отрицательного напряжения по отношению к T2 .

• Запись по теме: Типы цифровых логических элементов — таблицы истинности булевой логики и приложения

Конструкция выпрямителя с центральным отводом приведена ниже:

Положительный полупериод:

Во время входного положительного полупериода T1 будет производить положительное, а T2 — отрицательное напряжение. Диод D1 станет прямым смещением, а диод D2 станет обратным смещением. Это создает замкнутый путь от T1 к T2 через нагрузочный резистор RL , как показано ниже.

Отрицательный полупериод:

Теперь во время ввода отрицательного полупериода T1 будет генерировать отрицательный цикл, а T2 будет генерировать положительный цикл. Это поставит диод D1 в режим обратного смещения, а диод D2 в режим прямого смещения. Но полярность нагрузочного резистора RL остается той же, поскольку ток проходит путь от T3 к T1 , как показано на рисунке ниже.

Выходной сигнал DC выпрямителя с центральным отводом также имеет пульсации, и он не является плавным и устойчивым DC . Конденсатор на выходе удалит пульсации и создаст устойчивый выход DC .

• Запись по теме: Типы резисторов | Фиксированный, переменный, линейный и нелинейный

Управляемый выпрямитель:

Тип выпрямителя, выходное напряжение которого может изменяться или изменяться , называется управляемый выпрямитель .

Необходимость в управляемом выпрямителе становится очевидной, когда мы рассматриваем недостатки неуправляемого мостового выпрямителя. Чтобы превратить неуправляемый выпрямитель в управляемый, мы используем твердотельные устройства с регулируемым током, такие как SCR, MOSFET и IGBT. У нас есть полный контроль над тем, когда тиристоры включаются или выключаются, в зависимости от подаваемых на них стробирующих импульсов. Как правило, они более предпочтительны, чем их неконтролируемые аналоги.

Состоит из одного или нескольких SCR ( Кремниевый выпрямитель ).

SCR , также известный как тиристор   , представляет собой диод с тремя выводами. Эти клеммы: Анод , Катод и вход управления, известный как Затвор .

Подобно простому диоду, SCR проводит ток при прямом смещении и блокирует ток при обратном смещении, но начинает прямую проводимость только при наличии импульса на входе затвора . Таким образом, выходным напряжением можно управлять с помощью входа затвора.

• Запись по теме: Типы интегральных схем. Классификация интегральных схем и их ограничения

Типы управляемого выпрямителя

Существует два типа управляемого выпрямителя.

Однополупериодный управляемый выпрямитель

Однополупериодный управляемый выпрямитель состоит из одного SCR (кремниевого управляемого выпрямителя).

Однополупериодный управляемый выпрямитель имеет ту же конструкцию, что и однополупериодный неуправляемый выпрямитель, за исключением того, что мы заменяем с SCR , как показано на рисунке ниже.

SCR не работает при обратном смещении, поэтому он блокирует отрицательный полупериод.

Во время положительного полупериода SCR будет проводить ток при одном условии, когда на вход затвора подается импульс. Вход затвора, конечно же, представляет собой периодический импульсный сигнал, предназначенный для активации тиристора SCR в каждом положительном полупериоде.

Таким образом, мы можем контролировать выходное напряжение этого выпрямителя.

• Запись по теме: Счетчик и различные типы электронных счетчиков

Выход SCR также представляет собой пульсирующее постоянное напряжение/ток . Эти импульсы удаляются с помощью конденсатора , параллельного нагрузочному резистору RL .

Двухполупериодный управляемый выпрямитель

Тип выпрямителя, который преобразует положительный и отрицательный полупериод переменного тока в постоянный, а также управляет выходом амплитуда известна как двухполупериодный управляемый выпрямитель.

Как и неуправляемый выпрямитель, управляемый двухполупериодный выпрямитель бывает двух типов.

• Связанная запись: Типы конденсаторов | Фиксированный, переменный, полярный и неполярный

Управляемый мостовой выпрямитель

В этом выпрямителе диодный мост заменен мостом SCR ( Тиристорный ) с такой же конфигурацией, как показано на рисунке ниже.

Положительный полупериод:

Во время положительного цикла SCR (тиристор) T1 и T2 будут проводить при подаче управляющего импульса. T3 и T4 будут иметь обратное смещение, поэтому они будут блокировать ток. Выходное напряжение будет установлено на нагрузочном резисторе RL , как показано ниже.

Отрицательный полупериод:

Во время отрицательного полупериода тиристор T3 и T4 станет прямым смещением, учитывая входной импульс затвора, а T1 и T2 станет обратным смещением. Выходное напряжение появится на нагрузочном резисторе RL .

В конце выходного сигнала конденсатор используется для устранения пульсаций и обеспечения стабильного и плавного выхода.

Управляемый Выпрямитель с центральным отводом:

Как и неуправляемый выпрямитель с центральным отводом, в этой конструкции используются два SCR замена двух диодов.

Оба этих переключения SCR будут синхронизированы по-разному в зависимости от входной частоты AC .

Работает так же, как и неуправляемый выпрямитель, его принципиальная схема приведена ниже.

• Запись по теме: Типы защелок — защелки SR и D

Однофазные и трехфазные выпрямители

Эта классификация основана на типе входа, на который работает выпрямитель. Название довольно простое. Когда вход однофазный, выпрямитель называется однофазным выпрямителем, а когда вход трехфазным, он называется трехфазным выпрямителем.

Однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, в то время как трехфазный выпрямитель использует шесть диодов, расположенных определенным образом для получения желаемой выходной мощности. Это могут быть управляемые или неуправляемые выпрямители в зависимости от переключающих компонентов, используемых в каждом выпрямителе, таких как диоды, тиристоры и т. д.

Сравнение

 Выпрямителей

В следующей таблице показано соотношение между различными типами выпрямителей, такими как однополупериодный выпрямитель, двухполупериодный выпрямитель и выпрямитель с отводом от середины.

• Связанный пост: Автотрансформатор — его типы, работа, преимущества и применение

Применение выпрямителей

Практически все электронные схемы работают от постоянного напряжения. Основной целью использования выпрямителя является выпрямление, что означает преобразование переменного напряжения в постоянное напряжение.