Схемы выпрямителя

Что такое исправление?

Теперь мы подошли к самому популярному применению диода: выпрямление . . Проще говоря, выпрямление - это преобразование переменного тока (AC) в постоянный (DC). Это включает в себя устройство, которое допускает только односторонний поток электрического заряда. Как мы видели, именно это и делает полупроводниковый диод. Самый простой вид выпрямительной схемы - это полуволна . выпрямитель. Он позволяет только половине сигнала переменного тока проходить через нагрузку. (Рисунок ниже)

Схема однополупериодного выпрямителя.

Полуволновое выпрямление

Для большинства энергетических приложений однополупериодного выпрямления недостаточно. Гармонический состав выходного сигнала выпрямителя очень велик, и, следовательно, его трудно фильтровать. Кроме того, источник питания переменного тока подает питание на нагрузку только половину за полный цикл, что означает, что половина его мощности не используется. Однако однополупериодное выпрямление - очень простой способ снизить мощность резистивной нагрузки. Некоторые двухпозиционные переключатели яркости лампы подают полную мощность переменного тока на нить накала лампы для «полной» яркости, а затем полуволновое выпрямление для уменьшения светоотдачи. (рисунок ниже)

Применение однополупериодного выпрямителя:двухуровневый диммер лампы.

В положении переключателя «Dim» лампа накаливания получает примерно половину мощности, которую она обычно получает при работе от двухполупериодного переменного тока. Поскольку полуволновая выпрямленная мощность пульсирует намного быстрее, чем нить накала успевает нагреться и остыть, лампа не мигает. Вместо этого его нить накаливания просто работает при более низкой температуре, чем обычно, обеспечивая меньшую светоотдачу.

Этот принцип быстрой «пульсации» мощности на медленно реагирующее нагрузочное устройство для управления поданной на него электрической мощностью является обычным в мире промышленной электроники. Поскольку управляющее устройство (в данном случае диод) является либо полностью проводящим, либо полностью непроводящим в любой момент времени, оно рассеивает мало тепловой энергии при управлении мощностью нагрузки, что делает этот метод управления мощностью очень энергоэффективным. Эта схема, возможно, является самым грубым из возможных методов подачи импульсной мощности на нагрузку, но ее достаточно в качестве экспериментального приложения.

Полноволновые выпрямители

Если нам нужно исправить питание переменного тока, чтобы в полной мере использовать оба полупериода синусоидальной волны, необходимо использовать другую конфигурацию схемы выпрямителя. Такая схема называется двухполупериодным . выпрямитель. Один из видов двухполупериодного выпрямителя, называемый отводом по центру В конструкции используется трансформатор с вторичной обмоткой с отводом от средней точки и двумя диодами, как показано на рисунке ниже.

Двухполупериодный выпрямитель, конструкция с центральным отводом.

Положительный полупериод

Функционирование этой схемы легко понять по одному полупериоду за раз. Рассмотрим первый полупериод, когда полярность напряжения источника положительная (+) вверху и отрицательная (-) внизу. В это время проводит только верхний диод; нижний диод блокирует ток, а нагрузка «видит» первую половину синусоидальной волны, положительную вверху и отрицательную внизу. Только верхняя половина вторичной обмотки трансформатора проводит ток в течение этого полупериода, как показано на рисунке ниже.

Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением:верхняя половина вторичной обмотки проводит ток в течение положительного полупериода входного сигнала, обеспечивая положительный полупериод на нагрузку.

Отрицательный полупериод

В течение следующего полупериода полярность переменного тока меняется на противоположную. Теперь другой диод и другая половина вторичной обмотки трансформатора пропускают ток, в то время как части схемы, которые ранее пропускали ток в течение последнего полупериода, остаются в режиме ожидания. Нагрузка по-прежнему «видит» половину синусоидальной волны той же полярности, что и раньше:положительная вверху и отрицательная внизу. (Рисунок ниже)

Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением:во время отрицательного полупериода входного сигнала нижняя половина вторичной обмотки проводит ток, передавая положительный полупериод на нагрузку.

Недостатки конструкции двухполупериодного выпрямителя

Одним из недостатков этой конструкции двухполупериодного выпрямителя является необходимость трансформатора с вторичной обмоткой с центральным отводом. Если рассматриваемая схема является схемой большой мощности, размер и стоимость подходящего трансформатора значительны. Следовательно, выпрямитель с центральным отводом используется только в маломощных приложениях.

Другие конфигурации

Полярность двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом на нагрузке может быть изменена путем изменения направления диодов. Кроме того, перевернутые диоды можно подключать параллельно к существующему выпрямителю с положительным выходом. Результатом является двухполюсный двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом, показанный на рисунке ниже. Обратите внимание, что подключение самих диодов совпадает с конфигурацией моста.

Двухполюсный двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением

Полноволновые мостовые выпрямители

Существует еще одна, более популярная конструкция двухполупериодного выпрямителя, построенная на основе конфигурации четырехдиодного моста. По понятным причинам такая конструкция называется двухполупериодным мостом . . (Рисунок ниже)

Двухполупериодный мостовой выпрямитель.

Направления тока для двухполупериодной схемы мостового выпрямителя показаны на рисунке ниже для положительного полупериода и на рисунке ниже для отрицательного полупериода сигнала источника переменного тока. Обратите внимание, что независимо от полярности входа ток через нагрузку течет в одном и том же направлении. То есть отрицательный полупериод источника - это положительный полупериод при нагрузке.

Ток протекает через два последовательно включенных диода для обеих полярностей. Таким образом, в диодах теряются два диодных падения напряжения источника (0,7 · 2 =1,4 В для Si). Это недостаток по сравнению с двухполупериодной конструкцией с центральным отводом. Этот недостаток проявляется только в источниках питания с очень низким напряжением.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель:протекание тока для положительных полупериодов.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель:ток для отрицательных полупериодов.

Альтернативная принципиальная схема двухполупериодного мостового выпрямителя

Вспоминание о правильном расположении диодов в двухполупериодной схеме мостового выпрямителя часто может расстраивать новичка в области электроники. Я обнаружил, что альтернативное представление этой схемы легче запомнить и понять. Это точно такая же схема, за исключением того, что все диоды нарисованы горизонтально и все «указывают» в одном направлении. (Рисунок ниже)

Альтернативный стиль компоновки двухполупериодного мостового выпрямителя.

Полифазная версия с альтернативной компоновкой

Одним из преимуществ запоминания этой схемы для схемы мостового выпрямителя является то, что она легко расширяется до многофазной версии, показанной на рисунке ниже.

Трехфазная двухполупериодная мостовая схема выпрямителя.

Каждая трехфазная линия подключается между парой диодов:один для подачи питания на положительную (+) сторону нагрузки, а другой для подачи питания на отрицательную (-) сторону нагрузки.

Многофазные системы с более чем тремя фазами легко встраиваются в схему мостового выпрямителя. Возьмем, к примеру, схему шестифазного мостового выпрямителя на рисунке ниже.

Шестифазная двухполупериодная мостовая схема выпрямителя.

Когда многофазный переменный ток выпрямляется, сдвинутые по фазе импульсы накладываются друг на друга, создавая более «плавный» выход постоянного тока (с меньшим содержанием переменного тока), чем тот, который создается при выпрямлении однофазного переменного тока. Это явное преимущество в схемах выпрямителя большой мощности, где чисто физический размер фильтрующих компонентов был бы недопустимым, но при этом необходимо получать мощность постоянного тока с низким уровнем шума. Схема на рисунке ниже показывает двухполупериодное выпрямление трехфазного переменного тока.

Трехфазный переменный ток и трехфазный двухполупериодный выход выпрямителя.

Пульсации напряжения

В любом случае выпрямления - однофазном или многофазном - величина переменного напряжения, смешанного с выходом постоянного тока выпрямителя, называется пульсационным напряжением . . В большинстве случаев, поскольку желаемой целью является «чистый» постоянный ток, пульсации напряжения нежелательны. Если уровни мощности не слишком велики, можно использовать сети фильтрации для уменьшения пульсаций выходного напряжения.

1-импульсные, 2-импульсные и 6-импульсные блоки

Иногда метод исправления упоминается путем подсчета количества выходных «импульсов» постоянного тока на каждые 360 ^o электрического «вращения». Таким образом, однофазная однополупериодная выпрямительная схема будет называться 1-импульсной . выпрямитель, потому что он производит одиночный импульс в течение одного полного цикла (360 ^o ) формы сигнала переменного тока. Однофазный двухполупериодный выпрямитель (независимо от конструкции, центральный отвод или мост) будет называться 2-импульсным выпрямитель, потому что он выдает два импульса постоянного тока в течение одного цикла переменного тока. Трехфазный двухполупериодный выпрямитель будет называться 6-импульсным . ед.

Фазы выпрямительной цепи

Современная электротехническая конвенция дополнительно описывает функцию схемы выпрямителя, используя трехполевую нотацию фаз . , способы , и количество импульсов . Схема однофазного однополупериодного выпрямителя имеет несколько загадочное обозначение 1Ph1W1P (1 фаза, 1 способ, 1 импульс), что означает, что напряжение питания переменного тока является однофазным, и этот ток на каждой фазе линий питания переменного тока. движется только в одном направлении (пути), и что на каждые 360 ^o вырабатывается один импульс постоянного тока электрического вращения.

Однофазная двухполупериодная схема выпрямителя с центральным отводом будет обозначена в этой системе обозначений как 1Ph1W2P:1 фаза, 1 путь или направление тока в каждой половине обмотки и 2 импульса или выходного напряжения за цикл.

Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель будет обозначен как 1Ph2W2P:то же, что и для конструкции с центральным отводом, за исключением тока, может работать обоими пути через линии переменного тока, а не только в один конец.

Схема трехфазного мостового выпрямителя, показанная ранее, будет называться выпрямителем 3Ф2В6П.

Можно ли получить больше импульсов, чем в два раза больше, чем количество фаз в цепи выпрямителя?

Ответ на этот вопрос - да:особенно в многофазных цепях. Благодаря творческому использованию трансформаторов, наборы двухполупериодных выпрямителей могут быть объединены таким образом, чтобы вырабатывалось более шести импульсов постоянного тока для трех фаз переменного тока. А 30 ^o фазовый сдвиг вводится от первичной к вторичной трехфазного трансформатора, когда конфигурации обмоток не одного типа.

Другими словами, трансформатор, подключенный либо Y-Δ, либо Δ-Y, покажет это 30 ^o фазовый сдвиг, в то время как трансформатор, подключенный Y-Y или Δ-Δ, не будет. Это явление можно использовать, подключив один трансформатор по схеме Y-Y к мостовому выпрямителю, а другой трансформатор по схеме Y-Δ питает второй мостовой выпрямитель, а затем параллельно выходам постоянного тока обоих выпрямителей. (Рисунок ниже)

Поскольку формы пульсаций напряжения на выходах двух выпрямителей сдвинуты по фазе на 30 ^o друг от друга, их наложение приводит к меньшей пульсации, чем любой из выходов выпрямителя, рассматриваемых по отдельности:12 импульсов на 360 ^o вместо шести:

Схема многофазного выпрямителя:3-фазный, 2-полосный, 12-пульсный (3Ph2W12P)

ОБЗОР:

• Исправление представляет собой преобразование переменного тока (AC) в постоянный (DC).
• полуволна Выпрямитель - это схема, которая позволяет приложить к нагрузке только один полупериод формы волны переменного напряжения, что приводит к одной не меняющейся полярности на ней. Результирующий постоянный ток, подаваемый на нагрузку, значительно "пульсирует".
• двухполупериодный Выпрямитель - это схема, которая преобразует оба полупериода формы волны переменного напряжения в непрерывную серию импульсов напряжения одинаковой полярности. Результирующий постоянный ток, подаваемый на нагрузку, не так сильно "пульсирует".
• Полифазный переменный ток после выпрямления дает более «гладкую» форму волны постоянного тока (меньше пульсаций напряжения), чем выпрямленного однофазного переменного тока.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Рабочий лист выпрямительных диодов