Всё что нужно знать об однополупериодном выпрямителе
Содержание
Спор, касающийся передачи электротока на большие расстояния, разгорелся между лагерями электротехники еще в начале прошлого столетия. Одни из них считали, что удобнее и выгоднее поставлять переменный электроток, а другие — постоянный. В споре победили приверженцы переменного тока. Поэтому до сих пор по высоковольтным проводам передается именно он.
Но много техники, в том числе промышленной, требует подключения постоянного электронапряжения. Для устранения этой проблемы используются специальные устройства — преобразователи или выпрямители электрического тока.
Что собой представляет выпрямитель
Структурная схема данного устройства выглядит так:
Сначала переменный электроток поступает на трансформатор Тр. Его преобразование в постоянный происходит в выпрямляющем контуре В, образованном из диодов, соединенных особым способом. Следует отметить, что более правильно говорить не о получении постоянного тока, а только о протекающем в одном направлении и носящем пульсирующий характер.
Как правило, пульсирующий электроток не имеет постоянного значения в любое мгновение времени. Поэтому для его сглаживания используют фильтры Ф. Если есть необходимость поддерживать на постоянном уровне параметры электросети, изменяющиеся в силу разных причин, то выпрямляющий контур дополняют стабилизатором электронапряжения или электротока Ст.
Завершающим элементом структурной схемы является нагрузка Н. Она оказывает значительное влияние на функционирование всего преобразователя, поэтому считается одной из основных составляющих данного устройства. Непосредственно выпрямителем является часть структурной схемы, обведенная на рисунке пунктирной линией.
Однополупериодный преобразователь
Схема классического однополупериодного выпрямителя очень простая. В ней присутствует всего один диод. Так как этот элемент отличается односторонней проводимостью, то обеспечивает на выходе пульсирующее электронапряжение одной полярности. То есть, диод пропускает лишь одну половину периода синусоидального тока, Поэтому схему, созданную на основе одного диода, называют однополупериодным выпрямителем.
Работа преобразователя при наличии низких частот в электросети с переменным электротоком (например, при подсоединении к стандартной электросети 50 Гц) способствует формированию электронапряжения с большой пульсацией, что нежелательно. Чтобы уменьшить пульсацию получаемого электронапряжения, приходится использовать различные индуктивно-емкостные фильтры. В преобразователях малой мощности обычно применяют самые простые емкостные фильтры, состоящие из конденсатора, включенного параллельно нагрузке.
Емкости конденсатора должно быть достаточно для того, чтобы он не успевал разряжаться за время, соответствующее половине периода. Поэтому используются радиоэлементы, емкость которых составляет 2000-5000 микрофарад. Это существенно увеличивает габариты преобразователей. Ведь электролиты емкостью 2000-5000 мкФ выпускаются большого размера.
С учетом этих особенностей на низких частотах однополупериодный простой выпрямитель почти не применяется. Но подобные преобразователи стали очень полезны при установке в импульсных блоках питания, которые функционируют на частотах 10-15 кГц. Емкость фильтра на этих частотах нужна небольшая, а схема уже намного меньше оказывает влияние на качество выпрямления. Как пример использования ВУ можно привести зарядное устройство от телефона. Так как оно обеспечивает питание небольшой мощности, то в нем используется однополупериодная схема.
Основное преимущество однополупериодного преобразователя заключается в простой схеме. Следовательно, для ее создания требуется небольшое количество деталей, что обеспечивает невысокую стоимость устройства. Недостатком считают то, что используется энергия лишь положительных полупериодов входного сигнала. Из-за чего КПД выпрямителя является крайне низким.
Управляемое однополупериодное выпрямительное устройство
Схема данного устройства отличается тем, что в ней для управления величиной выходного электронапряжения используется не диод, а тиристор. В остальном принцип работы управляемого выпрямителя аналогичен неуправляемому. Тиристор открывается после поступления на него управляющего импульса, но при этом должно выполняться условие, что на аноде радиоэлемента присутствует положительное электронапряжение (относительно катода).
Двухполупериодные выпрямители
Достоинства и недостатки однополупериодных преобразователей позволяют использовать их в импульсных БП. В обычных широкое применение нашли двухполупериодные выпрямители. Они могут быть двух видов — мостовая схема и выпрямляющий прибор со средней точкой.
Конструкция, собранная по мостовой схеме, нуждается в установке диодов в удвоенном количестве, но в устройстве со средней точкой необходимо использовать производительный силовой трансформатор. Как минус прибора со средней точкой называют то, что одинаковое электронапряжение формируется только при увеличении витков вторичной трансформаторной обмотки в 2 раза. Такая конструкция приводит к значительному увеличению затрат на использование медного провода. В основном двухполупериодный выпрямитель со средней точкой используется при подаче электроэнергии к компьютерам.
Больше и чаще используется в промышленных и бытовых приборах мостовая схема. В ней присутствует 4 полупроводниковых диода и RC-фильтр на выходе. Вместо последнего для сглаживания пульсаций может использоваться электролитический конденсатор. У мостов имеются определенные минусы. Они связаны с тем, что у всех полупроводниковых диодов присутствует прямое снижение электронапряжения. Оно в простых выпрямительных диодах достигает 1-1.2 В (тип диода влияет на разницу). При их установке в мосте теряется примерно 2 Вольта.
Причина этого процесса в том, что одну полуволну переменного электротока производят 2 диода. В результате на мосте пропадает доля электронапряжения, формирующегося на вторичной обмотке трансформатора. По этой причине иногда при сборке диодного моста используют более устойчивые к падению диоды Шоттки, у которых снижение возможно до 0.5 вольта. Но нужно принять во внимание, что такие диоды не способны работать со значительным обратным электронапряжением и плохо реагируют на его повышение.
Расчет выпрямителей
При проектировании выпрямителя большое значение имеет расчет параметров, характеризирующих его внутренние особенности. К ним относятся:
Принято выражать токи Iд. ср и Iд. макс через Iср. Это основной параметр, по которому осуществляется подбор диода.
Формулы для определения основных параметров преобразователей электротока выглядят так:
Для оценки пульсаций используется такое понятие, как коэффициент пульсаций. Он определяется по формуле:
Такое значение коэффициент пульсаций имеет в схемах без фильтра. Уменьшить его можно за установки фильтров различных типов. Простейшим является емкостный фильтр. Параметры конденсатора можно определить, используя формулу:
При наличии больших токов предпочтение отдают выпрямителям с индуктивным фильтром.
Наиболее эффективного сглаживания пульсаций выходного электронапряжения можно достичь за счет установки сложных многозвенных фильтров с использованием и конденсаторов, и катушек индуктивности.
Загрузка...
