Выпрямитель переменного тока

Какие бывают выпрямители?

Ещё в начале ХХ века имел место очень принципиальный спор между корифеями электротехники. Какой ток выгоднее передавать потребителю на большие расстояния: постоянный или переменный? Научный спор выиграли сторонники передачи переменного тока по проводам высоковольтных линий от подстанции к потребителю. Эта система принята во всём мире и успешно эксплуатируется до сих пор.

Но большинство электронной техники и не только бытовой, но и промышленной питается постоянными напряжениями и это привело к созданию целой отрасли электрики – преобразование (выпрямление) переменного тока. После того как электронная лампа была забыта, главным элементом любого выпрямителя стал полупроводниковый диод.

Схемотехника выпрямителей весьма обширна, но самым простым является однополупериодный выпрямитель.

Однополупериодный выпрямитель.

Напряжение с вторичной обмотки силового трансформатора подаётся на один единственный диод. Вот схема.

Поэтому выпрямитель и назван однополупериодным. Выпрямляется только один полупериод и на выходе получается импульсное напряжение. Форма его показана на рисунке.

Схема проста и не требует большого количества элементов. Это и сказывается на качестве выпрямленного напряжения. При низких частотах переменного напряжения (например, как в электросети — 50 Гц) выпрямленное напряжение получается сильно пульсирующим. А это очень плохо.

Для того чтобы снизить величину пульсации выпрямленного напряжения приходится брать величину конденсатора С1 очень большую, порядка 2000 – 5000 микрофарад, что увеличивает размер блока питания, так как электролиты на 2000 — 5000 мкф имеют довольно большие размеры. Поэтому на низких частотах эта схема практически не используется. Зато однополупериодные выпрямители прекрасно зарекомендовали себя в импульсных блоках питания работающих на частотах 10 – 15 кГц (килогерц). На таких частотах величина ёмкости фильтра может быть очень небольшой, а простота схемы уже не столь сильно влияет на качество выпрямленного напряжения.

Примером использования однополупериодного выпрямителя может служить простой зарядник от сотового телефона. Так как зарядник сам по себе маломощный, то в нём применяется однополупериодная схема, причём как во входном сетевом выпрямителе 220V (50Гц), так и в выходном, где требуется выпрямить переменное напряжение высокой частоты со вторичной обмотки импульсного трансформатора.

К несомненным достоинствам такого выпрямителя следует отнести минимум деталей, низкую стоимость и простые схемные решения. В обычных (не импульсных) блоках питания многие десятилетия успешно работают двухполупериодные выпрямители.

Двухполупериодные выпрямители.

Они бывают двух схемных решений: выпрямитель со средней точкой и мостовая схема, известная, как схема Гретца. Выпрямитель со средней точкой требует более сложного в исполнении силового трансформатора, хотя диодов там используется в два раза меньше чем в мостовой схеме. К недостаткам двухполупериодного выпрямителя со средней точкой можно отнести то, что для получения одинакового напряжения, число витков во вторичной обмотке трансформатора должно быть в два раза больше, чем при использовании мостовой схемы. А это уже не совсем экономично с точки зрения расходования медного провода.

Далее на рисунке показана типовая схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой.

Величина пульсаций выпрямленного напряжения меньше чем у однополупериодного выпрямителя и величину конденсатора фильтра так же можно использовать гораздо меньшую. Наглядно увидеть, как работает двухполупериодная схема можно по рисунку.

Как видим, на выходе выпрямителя уже в два раза меньше «провалов» напряжения — тех самых пульсаций.

Активно применяется схема выпрямителя со средней точкой в выходных выпрямителях импульсных блоков питания для ПК. Так как во вторичной обмотке высокочастотного трансформатора требуется меньшее число витков медного провода, то гораздо эффективнее применять именно эту схему. Диоды же применяются сдвоенные, т.е. такие, у которых общий корпус и три вывода (два диода внутри). Один из выводов — общий (как правило катод). По виду сдвоенный диод очень похож на транзистор.

Наибольшую популярность приобрела в бытовой и промышленной аппаратуре мостовая схема. Взгляните.

Можно без преувеличения сказать, что это самая распространённая схема. На практике вы с ней ещё не раз встретитесь. Она содержит четыре полупроводниковых диода, а на выходе, как правило, ставится RC-фильтр или только электролитический конденсатор для сглаживания пульсаций напряжения.

О данной схеме уже рассказывалось на странице про диодный мост. Стоит отметить, что и у мостовой схемы есть недостатки. Как известно, у любого полупроводникового диода есть так называемое прямое падение напряжения (Forward voltage drop — VF). Для обычных выпрямительных диодов оно может быть 1 — 1,2 V (зависит от типа диода). Так вот, при использовании мостовой схемы на диодах теряется напряжение, равное 2 x VF, т.е. около 2 вольт. Это происходит потому, что в выпрямлении одной полуволны переменного тока участвуют 2 диода (затем другие 2). Получается, что на диодном мосте теряется часть напряжения, которое мы снимаем со вторичной обмотки трансформатора, а это явные потери. Поэтому в некоторых случаях в составе диодного моста применяются диоды Шоттки, у которых прямое падение напряжения невелико (около 0,5 вольта). Правда, стоит учесть, что диод Шоттки не рассчитан на большое обратное напряжение и очень чувствителен к его превышению.

Большой интерес вызывает выпрямитель с удвоением напряжения.

Выпрямитель с удвоением напряжения.

Принцип удвоителя напряжения Латура-Делона-Гренашера основан на поочерёдном заряде-разряде конденсаторов С1 и С2 разными по полярности полуволнами входного напряжения. В результате между катодом одного диода и анодом второго диода возникает напряжение в два раза превышающее входное. Схема в студию:)

Стоит отметить, что данная схема применяется в блоках питания нечасто. Но её можно смело использовать, если необходимо вдвое увеличить напряжение, которое снимается со вторичной обмотки трансформатора. Это будет более логичным и правильным решением, чем перематывать вторичную обмотку трансформатора с целью увеличить выходное напряжение вторичной обмотки в 2 раза (ведь при этом придётся наматывать вторичную обмотку с вдвое большим числом витков). Так что, если не удалось найти подходящий трансформатор — смело применяем данную схему.

Развитием схемы стало создание умножителя на полупроводниковых диодах.

Умножитель напряжения.

Каждый диод и конденсатор образуют «звено» и эти звенья можно соединять последовательно до получения напряжения в несколько десятков киловольт. Конечно, для этого входное напряжение тоже должно быть достаточно большим.

На рисунке изображён четырёхзвенный умножитель и на выходе мы получаем напряжение в четыре раза превышающее входное (U). Эти выпрямители получили большое распространение там, где нужно получить высокое напряжение при достаточно малом токе. Например, по такой схеме были выполнены источники высокого напряжения в старых телевизорах и осциллографах для питания анода электронно-лучевой трубки.

Сейчас такие источники питания используются в научных лабораториях, в детекторах элементарных частиц, в медицинской аппаратуре (люстра Чижевского) и в оружии самообороны (электрошокер). При повторении подобных конструкций и подборе деталей, следует учитывать рабочее напряжение, как диодов, так и конденсаторов исходя из напряжения, которое вы хотите получить. Весь умножитель, как правило, заливается специальным компаундом или эпоксидной смолой во избежание высоковольтных пробоев между элементами схемы.

Для нормальной работы некоторых устройств как, например, люстры Чижевского необходимы достаточно высокие напряжения. Как считают специалисты, излучатель отрицательных аэроионов, эффективен только при напряжении не менее 60 киловольт.

Трёхфазные выпрямители.

Устройства, которые используются для получения постоянного тока из переменного трёхфазного тока, называются трёхфазными выпрямителями. Трёхфазные выпрямители в бытовой технике, конечно, не используются. Единственный прибор, который может использоваться в быту это сварочный аппарат. В качестве трёхфазных выпрямителей используются наработки двух известных электротехников Миткевича и Ларионова. Самая простая схема Миткевича называется «три четверти моста параллельно», что означает три силовых диода включенных параллельно через вторичные обмотки трёхфазного трансформатора. Схема.

Коэффициент пульсаций на нагрузке очень мал, что позволяет использовать конденсаторы фильтра небольшой ёмкости и малых габаритов.

Более сложной является схема Ларионова, которая называется «три полумоста параллельно», что это такое хорошо видно из рисунка.

В схеме используется уже шесть диодов и немного другая схема включения. Вообще схем трёхфазных выпрямителей достаточно много и наиболее совершенной, хотя редко употребляемой является схема «шесть мостов параллельно», а это уже 24 диода! Зато эта схема может выдавать высокое напряжение при большой мощности.

Трёхфазные мощные выпрямители используются в электровозах, городском электротранспорте (трамвай, троллейбус, метро), в промышленных установках для электролиза. Так же промышленные системы очистки газовых смесей, буровое и сварочное оборудование используют трёхфазные выпрямители.

Теперь вы знаете, какие бывают выпрямители переменного тока и сможете легко обнаружить их на принципиальной схеме или печатной плате любого прибора. А для тех, кто хочет знать больше, рекомендуем ознакомиться с книгой «Полупроводниковые выпрямители».

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

  • Какие бывают припои?

  • Обзор термовоздушной паяльной станции.

Выпрямители — это устройства, которые служат для преобразования переменного тока в постоянный. Они широко применяются в различных электронных аппаратах, так как большинство блоков этих аппаратов требует питания постоянным током.

  • •СОДЕРЖАНИЕ
  • •ПРЕДИСЛОВИЕ
  • •ВВЕДЕНИЕ
  • •ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
  • •§1.1. Определение и изображение электрического поля
  • •§ 1.2. Закон кулона. Напряженность электрического поля
  • •§ 1.3. Потенциал. Электрическое напряжение
  • •§ 1.4. Проводники в электрическом поле. Электростатическая индукция
  • •§1.5. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектрика
  • •§ 1.6. Электроизоляционные материалы
  • •Газообразные диэлектрики.
  • •Жидкие диэлектрики.
  • •Твердые диэлектрики.
  • •Твердеющие диэлектрики.
  • •§ 1.7. Электрическая емкость. Плоский конденсатор
  • •§ 1.8. Соединение конденсаторов. Энергия электрического поля
  • •Параллельное соединение.
  • •Последовательное соединение.
  • •ГЛАВА 2 .ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
  • •§ 2.1. Электрическая цепь
  • •§ 2.2. Электрический ток
  • •§ 2.3. ЭДС и напряжение
  • •§ 2.4. Закон ОМА
  • •§ 2.5. Электрическое сопротивление и проводимость
  • •§ 2.6. Основные проводниковые материалы и проводниковые изделия
  • •§ 2.7. Зависимость сопротивления от температуры
  • •§ 2.8. Способы соединения сопротивлений
  • •Параллельное соединение.
  • •Последовательное соединение.
  • •Смешанное соединение.
  • •§2.9. Электрическая работа и мощность. Преобразование электрической энергии в тепловую.
  • •§ 2.10. Токовая нагрузка проводов и защита их от перегрузок
  • •§ 2.11. Потери напряжения в проводах
  • •§ 2.12. Два режима работы источника питания
  • •§ 2.13. Расчет сложных электрических цепей
  • •Метод узловых и контурных уравнений.
  • •Метод контурных токов.
  • •Метод узлового напряжения.
  • •§ 2.14. Нелинейные электрические цепи
  • •Последовательное соединение.
  • •Параллельное соединение.
  • •ГЛАВА 3 ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
  • •§ 3.1. Характеристики магнитного поля
  • •§ 3.2. Закон полного тока
  • •§ 3.3. Магнитное поле прямолинейного тока
  • •§3.4. Магнитное поле кольцевой и цилиндрической катушек.
  • •§ 3.5. Намагничивание ферромагнитных материалов
  • •§ 3.6. Циклическое перемагничивание
  • •§ 3.7. Расчет магнитной цепи
  • •Первый закон Кирхгофа.
  • •Второй закон Кирхгофа.
  • •Закон Ома.
  • •§ 3.8. Электрон в магнитном поле
  • •§3.9. Проводник с током в магнитном поле. Взаимодействие параллельных проводников с током
  • •§ 3.10. Закон электромагнитной индукции
  • •§ 3.11. ЭДС индукции в контуре
  • •§ 3.12. Принцип Ленца
  • •§ 3.13. Преобразование механической энергии в электрическую
  • •§ 3.14. Преобразование электрической энергии в механическую
  • •§3.15. Потокосцепление и индуктивность катушки
  • •§ 3.16. ЭДС самоиндукции. Энергия магнитного поля
  • •§ 3.17. ЭДС взаимоиндукции. Вихревые токи
  • •ГЛАВА 4. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
  • •§4.1. Определение, получение и изображение переменного тока
  • •§ 4.2. Параметры переменного тока
  • •§ 4.3. Фаза переменного тока. Сдвиг фаз
  • •§ 4.4. Изображение синусоидальных величин с помощью векторов
  • •§ 4.5. Сложение и вычитание синусоидальных величин
  • •§ 4.6. Поверхностный эффект. Активное сопротивление
  • •ГЛАВА 5. ОДНОФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ
  • •§ 5.1. Особенность электрических цепей
  • •§ 5.2. Цепь с активным сопротивлением
  • •Мгновенная мощность.
  • •Средняя мощность.
  • •§ 5.3. Цепь с индуктивностью
  • •Мгновенная мощность.
  • •Реактивная мощность.
  • •§5.4. Цепь с активным сопротивлением и индуктивностью
  • •Мгновенная мощность.
  • •Средняя мощность.
  • •Реактивная мощность.
  • •Полная мощность.
  • •§5.5. Цепь с емкостью
  • •Мгновенная мощность.
  • •Реактивная мощность.
  • •§ 5.6. Цепь с активным сопротивлением и емкостью
  • •Мгновенная мощность.
  • •Средняя мощность.
  • •Реактивная мощность.
  • •§5.7. Цепь с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью
  • •§ 5.8. Резонансный режим работы цепи
  • •§ 5.9. Резонанс напряжений
  • •§ 5.10. Разветвленная цепь. Метод проводимостей
  • •§ 5.11. Резонанс токов
  • •§ 5.12. Коэффициент мощности.
  • •ГЛАВА 6. ТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ
  • •§6.1. Принцип получения трехфазной ЭДС. Основные схемы соединения трехфазных цепей
  • •§6.2. Соединение трехфазной цепи звездой. Четырех и трехпроводная цепи
  • •§ 6.3. Cоотношения между фазными и линейными напряжениями и токами при симметричной нагрузке в трехфазной цепи, соединенной звездой
  • •§6.4. Назначение нулевого провода в четырехпроводной цепи
  • •§6.5. Соединение нагрузки треугольником. Векторные диаграммы, соотношения между фазными и линейными токами и напряжениями
  • •§6.6. Активная, реактивная и полная мощности трехфазной цепи. коэффициент мощности
  • •§ 6.7. Выбор схем соединения осветительной и силовой нагрузок при включении их в трехфазную сеть
  • •ГЛАВА 7. ТРАНСФОРМАТОРЫ
  • •§7.1. Назначение трансформаторов и их применение
  • •§7.2. Устройство трансформатора
  • •§7.3. Формула трансформаторной ЭДС
  • •§7.4. Принцип действия однофазного трансформатора. Коэффициент трансформации
  • •§7.5. Трехфазные трансформаторы
  • •§7.6. Aвтотрансформаторы и измерительные трансформаторы
  • •§ 7.7. Cварочные трансформаторы
  • •ГЛАВА 8. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
  • •§8.1. Вращающееся магнитное поле
  • •Вращающееся магнитное поле двухфазного тока.
  • •Графическое пояснение процесса образования вращающегося магнитного поля.
  • •Вращающееся магнитное поле трехфазного тока.
  • •§ 8.2. Устройство асинхронного двигателя
  • •§ 8.3. Принцип действия асинхронного двигателя. Физические процессы, происходящие при раскручивании ротора
  • •§8.4. Скольжение и частота вращения ротора
  • •§8.5. Влияние скольжения на ЭДС в обмотке ротора
  • •§8.6. Зависимость значения и фазы тока от скольжения и ЭДС ротора
  • •§8.7. Вращающий момент асинхронного двигателя
  • •§8.8. Влияние активного сопротивления обмотки ротора на форму зависимости вращающего момента от скольжения
  • •§ 8.9. Пуск асинхронного двигателя
  • •§8.10. Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя
  • •§8.11. КПД и коэффициент мощности асинхронного двигателя
  • •§8.12. Однофазный асинхронный двигатель
  • •§8.13. Синхронный генератор
  • •§8.14. Синхронный двигатель
  • •ГЛАВА 9. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
  • •§9.1. Устройство электрических машин постоянного тока. Обратимость машин
  • •§9.2. Принцип работы машины постоянного тока
  • •Генератор постоянного тока.
  • •Двигатель постоянного тока.
  • •§9.3. Понятие об обмотке якоря. Коллектор и его назначение
  • •§9.4. ЭДС, индуцируемая в обмотке якоря
  • •§9.5. Реакция якоря
  • •§9.6. Коммутация и способы ее улучшения. Дополнительные полюсы
  • •§9.7. Генераторы постоянного тока независимого возбуждения
  • •§ 9.8. Генераторы с самовозбуждением
  • •Генератор параллельного возбуждения.
  • •Генератор последовательного возбуждения.
  • •Генераторы смешанного возбуждения.
  • •§9.9. Двигатели постоянного тока независимого и параллельного возбуждения. Вращающий момент
  • •§9.10. Механическая и рабочие характеристики двигателей постоянного тока независимого и параллельного возбуждения
  • •§9.11. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока независимого и параллельного возбуждения
  • •§9.12. Двигатели постоянного тока последовательного и смешанного возбуждения
  • •ГЛАВА 10. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ
  • •§10.1. Автоматы и автоматика
  • •§10.2. Структура системы автоматического регулирования
  • •§10.3. Устройства для измерения сигналов в автоматических системах
  • •§10.4. Реле
  • •§10.5. Магнитные усилители, их назначение и классификация
  • •§10.6. Принцип действия дроссельного магнитного усилителя
  • •§10.7. Принцип действия трансформаторного магнитного усилителя
  • •§10.8. Влияние обратной связи на коэффициент усиления магнитного усилителя
  • •§10.9. Дифференциальный магнитный усилитель с обмотками смещения
  • •§10.10. Дифференциальный магнитный усилитель с обратной связью
  • •§10.11. Магнитный усилитель, собранный по мостовой схеме
  • •§10.12. Ферромагнитные стабилизаторы напряжения
  • •ГЛАВА 11. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ
  • •§11.1. Сущность и значение электрических измерений
  • •§11.2. Основные единицы электрических и магнитных величин в международной системе единиц
  • •§11.3. Производные и кратные единицы
  • •§11.4. Основные методы электрических измерении. Погрешности измерительных приборов
  • •§11.6. Электроизмерительные приборы непосредственной оценки
  • •§11.7. Приборы магнитоэлектрической системы
  • •§11.8. Приборы электромагнитной системы
  • •§11.9. Приборы электродинамической системы
  • •§11.10. Цифровые приборы
  • •§11.12. Расширение пределов измерения приборов непосредственной оценки
  • •§11.13. Измерение мощности в трехфазных цепях
  • •§11.14. Индукционный счетчик электрической энергии. Учет энергии в однофазных и трехфазных цепях
  • •§11.15. Измерение сопротивлений
  • •§11.16. Измерение сопротивлений с помощью моста постоянного тока
  • •§11.17. Магнитоэлектрический осциллограф
  • •ГЛАВА 12. ПЕРЕДАЧА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
  • •§12.1. Назначение и классификация электрических сетей, их устройство и графическое изображение
  • •§12.2. Провода, кабели, электроизоляционные материалы в сетях напряжением до 1000В
  • •§12.3. Электроснабжение промышленных предприятий
  • •§12.4. Падение и потеря напряжения в линиях электроснабжения
  • •§12.5. Расчет проводов по допустимой потере напряжения в линиях постоянного, однофазного и трехфазного тока
  • •§12.6. Сопоставление двухпроводной однофазной системы передачи энергии с трехфазными системами по расходу цветного металла
  • •§12.7. Расчет проводов по допустимому нагреву
  • •§12.8. Плавкие предохранители
  • •§12.9. Выбор плавких вставок
  • •§12.10. Выбор площади сечения проводов в зависимости от установленных предохранителей
  • •§12.11. Действие электрического тока на организм человека. Понятие о напряжении прикосновения. допустимые значения напряжения прикосновения
  • •§12.12. Защитное заземление трехпроводных цепей трехфазного тока
  • •§12.13. Защитное заземление четырехпроводных цепей трехфазного тока
  • •§12.14. Устройство и простейший расчет заземлителей
  • •ГЛАВА 13. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
  • •§13.1. Понятие об электроприводе
  • •§13.2. Нагревание и охлаждение электродвигателей
  • •§13.3. Режимы работы электродвигателей. Выбор мощности
  • •Длительный режим.
  • •Кратковременный режим.
  • •§13.4. Релейно-контакторное управление электродвигателями
  • •Назначение релейно-контакторного управления.
  • •Изображение схем релейно-контакторного управления.
  • •Схема управления и защиты асинхронного двигателя с помощью реверсивного магнитного пускателя.
  • •Схема автоматического пуска асинхронного двигателя с контактными кольцами.
  • •§14.1. Общие сведения
  • •§ 14.2. Электронная эмиссия
  • •§14.3. Катоды электронных ламп
  • •§14.4. Движение электронов в электрическом и магнитном полях
  • •§14.5. Диоды
  • •Параметры диодов.
  • •Типы ламповых баллонов и система обозначений электронных ламп.
  • •§14.6. Триоды
  • •Устройство и принцип работы.
  • •Характеристики триодов.
  • •Параметры триодов.
  • •Понятие о динамическом режиме работы триода.
  • •Недостатки триода.
  • •§14.7. Тетроды
  • •§14.8. Пентоды. Лучевые тетроды
  • •§14.9. Многоэлектродные и комбинированные лампы
  • •ГЛАВА 15. ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ПРИБОРЫ
  • •§15.1. Основные разновидности электрических разрядов в газе
  • •§ 15.2. Газотрон
  • •§ 15.3. Тиратрон
  • •§15.4. Стабилитрон
  • •§15.5. Газосветные сигнальные лампы и индикаторы
  • •§15.6. Условные обозначения и маркировка газоразрядных приборов
  • •ГЛАВА 16. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
  • •§16.1. Атомы
  • •§16.2. Энергетические уровни и зоны
  • •§16.3. Проводники, изоляторы и полупроводники
  • •§16.4. Электропроводность полупроводников
  • •§16.5. Электронно-дырочный переход
  • •§16.6. Полупроводниковые диоды
  • •§16.7. Биполярный транзистор
  • •§16.8. Полевые транзисторы
  • •№ 16.9. Тиристоры
  • •§16.10. Области применения транзисторов и тиристоров
  • •ГЛАВА 17. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
  • •§17.1. Основные понятия и определения
  • •§17.2. Электронные фотоэлементы с внешним фотоэффектом
  • •§17.3. Фотоэлектронные умножители
  • •§17.4. Фоторезисторы
  • •§ 17.5. Фотодиоды
  • •§17.6. Фототранзисторы
  • •ГЛАВА 18ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
  • •§18.1. Основные сведения о выпрямителях
  • •§18.2. Однополупериодный выпрямитель
  • •§18.3. Двухполупериодный выпрямитель
  • •§18.4. Трехфазный выпрямитель
  • •§18.5. Выпрямитель на тиристоре. Стабилизатор напряжения
  • •§18.6. Сглаживающие фильтры. выпрямление с умножением напряжения
  • •§19.1. Общие сведения
  • •Классификация усилителей.
  • •Основные технические характеристики усилителей.
  • •§19.2. Предварительный каскад УНЧ
  • •§19.3. Выходной каскад УНЧ
  • •§19.4. Обратная связь в усилителях
  • •§19.5. Межкаскадные связи. усилители постоянного тока
  • •§19.6. Импульсные и избирательные усилители
  • •ГЛАВА 20. ЭЛЕКТРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
  • •§20.1. Общие сведения
  • •§20.2. Транзисторный автогенератор типа
  • •§20.3. Транзисторный автогенератор типа
  • •§20.4. Генераторы линейно изменяющегося напряжения
  • •§20.5. Мультивибратор
  • •§20.6. Электронно-лучевые трубки
  • •ЭЛТ с электростатическим управлением.
  • •ЭЛТ с электромагнитным управлением.
  • •§20.7. Электронный осциллограф
  • •§20.8. Аналоговый электронный вольтметр
  • •§20.9. Цифровой электронный вольтметр
  • •§21.1. Общие сведения
  • •§21.2. Гибридные интегральные микросхемы
  • •§21.3. толстопленочные микросхемы
  • •§21.4. Тонкопленочные микросхемы
  • •§21.5. Фотолитография
  • •§21.6. Полупроводниковые интегральные микросхемы
  • •§21.7. Планарно-эпитаксиальная технология изготовления ИМС
  • •§21.8. Элементы полупроводниковых микросхем и их соединение
  • •§21.9. Применение интегральных микросхем
  • •ГЛАВА 22. ЦИФРОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ. МИКРОПРОЦЕССОРЫ И МИКРОЭВМ
  • •§22.1. Системы счисления
  • •§22.2. Перевод чисел из одной системы в другую
  • •§22.3. Арифметические операции с двоичными числами
  • •§22.4. Структурная схема цифровой электронной вычислительной машины
  • •§22.5. Принцип действия ЦЭВМ
  • •§22.6. Триггеры
  • •§22.7. Логические элементы
  • •§22.8. Счетчики импульсов
  • •§22.9. Регистры
  • •§22.10. Сумматор
  • •§22.11. Арифметическое устройство
  • •§22.12. Оперативное запоминающее устройство
  • •§22.13. Внешние запоминающие устройства
  • •§22.14. Устройство управления
  • •§22.15. Устройство ввода информации
  • •§22.17. Понятие о программировании
  • •§22.18. Технические характеристики и применение ЦЭВМ
  • •§22.19. Микропроцессоры
  • •§22.20. Микрокалькуляторы
  • •§22.21. Микроэвм
  • •§22.22. Робототехника
  • •КОНСУЛЬТАЦИИ
  • •Консультации к главе 1
  • •Консультации к главе 2
  • •Консультации к главе 3
  • •Консультации к главе 4
  • •Консультации к главе 5
  • •Консультации к главе 6
  • •Консультации к главе 7
  • •Консультации к главе 8
  • •Консультации к главе 9
  • •Консультации к главе 10
  • •Консультации к главе 11
  • •Консультации к главе 12
  • •Консультации к главе 13
  • •Консультации к главе 14
  • •Консультации к главе 15
  • •Консультации к главе 16
  • •Консультации к главе 17
  • •Консультации к главе 18
  • •Консультации к главе 19
  • •Консультации к главе 20
  • •Консультации к главе 21
  • •Консультации к главе 22

Что такое выпрямитель

Выпрямители переменного тока – это схемы с использованием полупроводниковых элементов для преобразования питания переменного тока в однонаправленное питание постоянного тока. Этот преобразовательный процесс называется еще выпрямлением.

Область применения выпрямителей:

  • контактная сеть электрифицированного транспорта;
  • электроприводы, работающие на постоянном токе;
  • компьютерные блоки питания;
  • зарядные устройства для электронных приборов и т. д.

Обычно в качестве выпрямляющего элемента применяется диод. Вторая используемая деталь – тиристор. Выбор выпрямителя зависит от требований нагрузки. При этом учитываются характеристики компонентов схемы выпрямителя тока: напряжение пробоя, номинальный ток, мгновенный ток, диапазоны температур, требования к монтажу и т. д.

Выпрямляющие устройства классифицируются по разным признакам.

По числу фаз:

  • однофазные;
  • трехфазные.

По управляемости:

  • неуправляемые на диодах;
  • управляемые на тиристорах (если требуется как выпрямление переменного тока, так и контроль напряжения);
  • частично управляемые с использованием в схеме диодов и тиристоров.

По значению мощности:

  • силовые;
  • выпрямители сигналов в устройствах малой мощности.

Принцип действия

Простейшая схема выпрямителя состоит из диода, подключаемого между источником питания и нагрузкой. Работа схемы основана на свойстве диода проводить ток в одном направлении и не пропускать его в обратном. На выходе получается напряжение, складывающееся только из положительных полуволн, и, соответственно, выпрямленный ток. Если диод подключить в обратном направлении, сигнал сложится из отрицательных полуволн.

Простейшая схема выпрямления

Полуволновое выпрямление

После выпрямления ток протекает в одном направлении, чередуя положительную полуволну с нулевыми значениями напряжения. Количественный показатель этого меняющегося напряжения будет равен эквивалентному постоянному напряжению 0,318 U, где U – максимальное значение входного синусоидального сигнала.

Недостатки схемы:

  1. Так как напряжение на нагрузке присутствует только в положительную половину цикла (50% входного сигнала), это приводит к низкому среднему значению постоянного тока, подаваемому на нагрузку;

Важно! Иногда эта особенность применяется в схемах ограничения мощности резистивной нагрузки, например, при двухуровневом регулировании освещения.

  1. Изменение выпрямляемого выходного сигнала создает форму волны, имеющую большое количество пульсаций, что является нежелательным.

Иногда для разглаживания пульсаций применяют конденсатор. Но существуют ограничения по стоимости и размерам используемых конденсаторов. На практике полуволновое выпрямление применяется редко и только для питания схем небольшой мощности.

Полноволновое выпрямление

Почти все схемы требуют устойчивого и плавного напряжения постоянного тока. Один из способов этого добиться – использовать каждый полупериод входного напряжения.

Полноволновые выпрямители имеют фундаментальные преимущества перед их полуволновыми аналогами:

  • среднее выходное напряжение выше, чем для полуволнового сигнала;
  • выход полноволнового выпрямителя имеет гораздо меньшую пульсацию.

Схема полноволнового выпрямления с трансформатором

В схеме используется два диода, по одному на каждую половину цикла. Другим главным компонентом является трансформатор, вторичная обмотка которого разделена на две половины с общим центральным соединением. Такая конфигурация приводит к тому, что каждый диод проводит ток в свою полуволну, когда его анодный вывод положителен относительно центральной точки трансформатора, и на нагрузке создается выход в течение обоих полупериодов.

В результате протекающий через нагрузку ток проходит в одном направлении для обоих полупериодов, а выходное напряжение представляет суммарную частоту двух сигналов. Этот тип схемы известен, как двухфазная.

Среднее выходное напряжение через резистор нагрузки теперь вдвое больше и равно 0,637 U, где U – максимальное входное напряжение, или 0,9 U от среднеквадратичного значения.

Важно! Для получения другого выходного напряжения можно использовать различные коэффициенты трансформации.

Главный недостаток схемы – необходимость применения большого трансформатора для заданной выходной мощности с двумя отдельными, но идентичными вторичными обмотками, что делает ее дорогостоящей по сравнению с полноволновым мостом.

Мостовая схема

Этот тип однофазного выпрямителя использует четыре отдельных диода, соединенных в конфигурацию «мост» с замкнутым контуром, для получения желаемого выхода.

Основное достоинство мостовой схемы – не требуется специальный главный запорный трансформатор. Одинарная вторичная обмотка подключается к одной стороне диодного моста, а нагрузка – к другой.

Схема диодного моста

Особенности работы диодного моста:

  1. В продолжение положительного полуцикла одна пара диодов в противоположных плечах моста открыта, другая – заперта. Токовый сигнал проходит по нагрузке однонаправленно;
  2. Когда наступает отрицательный полуцикл, другая пара диодов открывается, а первая – запирается. На выходе ток идет в аналогичном направлении;
  3. Напряжение выхода постоянное и составляет 0,637 от максимального амплитудного значения;

Важно! В действительности на самих диодах также происходит некоторое падение напряжения (2 х 0,7 = 1,4В для кремния). Но этот недостаток имеет значение только в схемах малых напряжений.

  1. Частота пульсаций выпрямленного сигнала в два раза превышает частоту питания. Для 50 Гц на выходе получается 100 Гц.

При практической реализации данных схем можно использовать четыре отдельных диода, но также в продаже доступны готовые мостовые выпрямительные компоненты в разных значениях напряжения и тока. Скошенный уголок указывает, что ближайший выходной контакт является положительным (+), противоположный от него – отрицательный (-), а два других вывода предназначены для входного переменного напряжения от вторичной обмотки трансформатора.

Диодный мост

Сглаживающий конденсатор

Можно улучшить среднее выходное напряжение постоянного тока выпрямителя, одновременно добавив плавности сигналу, с помощью сглаживающих конденсаторов, которые соединяются параллельно с нагрузкой.

Конденсатор заряжается до пикового напряжения выходного импульса. Но когда напряжение падает до нуля, он не может разряжаться мгновенно из-за постоянной времени RC схемы. Конденсатор разряжается только до некоторого значения, поддерживая напряжение на нагрузке до тех пор, пока он снова не зарядится при следующем пике. Таким образом, изменения напряжения невелики, но можно еще увеличить сглаживание путем увеличения емкости конденсатора.

Схема диодного моста с конденсатором

Обычно для цепей питания постоянного тока применяют конденсатор алюминиевого или электролитического типа емкостью 100 мкФ и более.

При выборе сглаживающего конденсатора учитываются:

  1. Рабочее напряжение элемента, которое должно быть выше выходного значения выпрямителя без нагрузки;
  2. Емкость, определяющая величину пульсации. Если она слишком низкая, то мало будет влиять на выходной сигнал.

Важно! При большой емкости и маленьком токе нагрузки можно получить почти чистый постоянный сигнал.

Максимальное напряжение пульсации при наличии сглаживающего конденсатора зависит от частоты и тока нагрузки и определяется по формуле:

U = I / f x C, где f – частота входного напряжения.

Трехфазная схема выпрямления

Достоинством мостового выпрямительного устройства является его легкая трансформация в трехфазную версию. Провод каждой фазы присоединяется между двумя диодами. После выпрямления полнофазного токового сигнала импульсы с фазовым сдвигом перекрываются друг с другом, и получается намного более плавный выходной показатель постоянного тока. Это решающее достоинство в мощных выпрямительных электроцепях, в которых физические габариты фильтрующих компонентов будут непомерно большими с такими параметрами, но оборудование требует постоянного токового сигнала с максимально сглаженной пульсацией.

Трехфазная схема выпрямления

Однофазные управляемые выпрямители

В частично управляемых схемах в плечи моста устанавливаются два диода и два тиристора. В полностью управляемой схеме все диоды заменяются тиристорами. Когда на тиристоры подается ток управления немедленно, как только анод оказывается под напряжением положительной полуволны, он работает аналогично диоду. Если открывающий сигнал задерживается, то тиристор начинает пропускать ток позже. Соответственно, снижается средний показатель напряжения.

Схема тиристорного выпрямителя

Такой тип выпрямительной цепи широко используется для управления скоростью двигателей постоянного тока.

Это только основные схемы выпрямителей разного предназначения: от блоков питания ПК и радиоэлектронных схем до снабжения постоянным током контактной сети электротранспорта, электролизных установок и сварочных аппаратов.

>Видео

Принцип работы выпрямителя тока

Основной функцией выпрямителя тока является преобразование переменного напряжения в постоянное. Принцип работы этих устройств основан на свойствах переменного тока, величина и направление которого изменяются во времени.

Согласно стандартного значения изменение направления тока в сети составляет 50 раз в течение одной секунды. Такое колебание является частотой и составляет 50 герц или периодов. То есть значение электротока в определенный период достигает нулевой отметки, а затем постепенно набирает максимальное значение. Этот процесс постоянно повторяется и протекает в периодической форме. Значение тока постоянно изменяется в соответствии с синусоидальным законом.

Основная задача выпрямителя заключается в получении устойчивого постоянного напряжения, не изменяющего своей величины и направления. Сам процесс выпрямления заключается в работе вентиля, пропускающего ток лишь в одном направлении. В результате односторонней проводимости вентиля, прохождение тока через него осуществляется исключительно в положительные полупериоды. Во время отрицательных периодов ток в цепи отсутствует.

При наличии положительной полуволны, сопротивление в вентиле минимальное, что обеспечивает свободное прохождение тока. Отрицательная полуволна подвергается значительному сопротивлению, задерживается и не проходит через вентиль. В результате включения вентиля в цепь, переменный ток будет полностью отсутствовать. Изменения оставшегося в цепи тока будут касаться только его величины, а направление останется неизменным. Это так называемый первичный или пульсирующий ток. С его помощью можно зарядить аккумулятор, но, он не годится для питания, например, радиоэлектронной аппаратуры. Необходимо выполнить процедуру сглаживания, чтобы пульсирующий ток превратился в постоянный. С этой целью используется специальный фильтр.

В качестве такого фильтра используется конденсатор с большой емкостью. Выпрямляемый ток сглаживается или фильтруется за счет зарядки конденсатора током, идущим от вентиля. В результате, создается определенный запас электроэнергии. При уменьшении тока, проходящего через вентиль и падении напряжения на нагрузке в конце каждого положительного полупериода, происходит отдача конденсатором накопленной энергии.

Работа двухполупериодных выпрямителей

Более широкое распространение получили двухполупериодные выпрямители переменного тока, с использованием сразу двух вентилей. Течение тока в нагрузке происходит всегда в одном направлении.

Схема выпрямления действует следующим образом. В определенное время на одном из выводов вторичной обмотки трансформатора напряжение будет положительным по отношению к другому выводу. Ток проходит через первый вентиль с небольшим сопротивлением, после этого он идет по нагрузке к средней точке вторичной обмотки. Такое положение будет сохраняться весь положительный полупериод. Когда ток не первом выводе трансформатор изменится, напряжение станет отрицательным. Прохождения тока через первый вентиль не будет в связи с его большим сопротивлением. Второй конец обмотки будет с положительным напряжением, и ток начнет проходить по второму вентилю, нагрузке с выходом к средней точке вторичной обмотки трансформатора.

Данная схема выпрямления тока позволяет использовать два полупериода напряжения. Высокая частота пульсаций значительно облегчает фильтрацию выпрямленного напряжения.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *