Как работает выпрямитель: Назначение, классификация и основные характеристики выпрямителей.

Как устроен и работает сварочный выпрямитель?

Сварочный выпрямитель – аппарат, служащий для преобразования переменного тока, присутствующего в сети, в постоянный с использованием кремниевых или селеновых полупроводниковых диодов. Наиболее популярны селеновые диоды. В конструкцию преобразователя входят: устройства защиты и измерения, трансформатор, управляющий прибор. Все элементы расположены в одном блоке. Аппараты могут работать при повышенных и пониженных температурах, нестабильных характеристиках входного напряжения однофазной или трехфазной питающей сети.

Устройство и принцип работы сварочного выпрямителя

В конструкцию агрегата входят:

• трансформатор, преобразующий входное переменное напряжение в низковольтное переменное;
• диодный мост, трансформирующий переменное напряжение в постоянное пульсирующее;
• конденсаторный фильтр, обладающий большой мощностью, служит для преобразования пульсирующего тока в линейный постоянный;
• блок, регулирующий силу тока;
• дроссели, предназначенные для предотвращения запредельного роста сварочного тока.

Эта упрощенная схема может несколько видоизменяться или дополняться другими элементами, улучшающими технические характеристики сварочного выпрямителя.

Выпрямление тока может осуществляться по одной из схем:

• однофазное, применяется в аппаратах бытового применения;
• трехфазное, пульсации сглаживаются в обмотках – первичной и вторичной;
• шестифазное , позволяет организовать многопостовой пункт сварки.

Выходные характеристики регулируются следующими способами:

• трансформаторное регулирование с помощью изменения схемы подключения обмоток;
• с использованием дросселя и реостата;

тиристорное или транзисторное регулирование.

Виды сварочных выпрямителей

Выпускаемые виды выпрямителей:

• Однопостовой. Предназначается для ручной дуговой сварки плавящимися покрытыми электродами. Могут применяться штучные электроды с рутиловым, целлюлозным, основным покрытием. Присутствие клинового шунта позволяет быстро менять режим работы. Агрегаты могут использоваться для сварки ответственных изделий и создания конструкций, запланированных для работы под высокими нагрузками.
• Универсальный многопостовой. Питается от трехфазной сети переменного тока. Каждый вывод оснащен собственным блоком управления, в который входят реостат и дроссель. Выдерживает знакопеременные нагрузки, формирует надежную устойчивую дугу, способен работать без перерыва в течение длительного времени. Многопостовые сварочные выпрямители используются для осуществления масштабных интенсивных работ по ручной или полуавтоматической сварке. Устанавливаются в производственных цехах и на строительных площадках.

Особенности применения сварочных выпрямителей

Эти агрегаты применяются для проведения дуговой сварки низкоуглеродистых нелегированных сталей, коррозионностойких марок, цветных металлов и сплавов на их основе. Используются также при необходимости сварки обратной полярности. Обеспечивают глубокий провар и снижение разбрызгивания металла. К минусам агрегатов относятся – восприимчивость к длительным коротким замыканиям и скачкам сетевого напряжения.

Преимущества сварочных выпрямителей:

• экономичность;
• высокий КПД;
• надежность;
• простота управления.

Для продления срока службы аппаратов необходимы – проведение плановых осмотров, своевременная чистка и замена изношенных деталей, использование в условиях нормальной влажности.

Выпрямители тока.Схемы выпрямителей. – Elektrolife

Выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный; выпрямительные схемы являются самыми простыми и наиболее полезными в практическом отношении диодными схемами (иногда диоды даже называют выпрямителями).

Однополупериодный выпрямитель

Символ «Перем» используется для обозначения источника переменного напряжения; в электронных схемах он обычно используется с трансформатором, питающимся от силовой линии переменного тока.

Для синусоидального входного напряжения, значительно превышающего прямое напряжение диода (обычно в выпрямителях используют кремниевые диоды, для которых прямое напряжение составляет 0,6 В). Если  вспомнить, что диод – это проводник, пропускающий ток только в одном направлении, то нетрудно понять, как работает схема выпрямителя.

Представленная схема называется

однополупериодным выпрямителем, так как она использует только половину входного сигнала (половину периода).

  Схема двухполупериодного выпрямителя    

Двухполупериодный мостовой выпрямительВыходной сигнал схемы двухполупериодного выпрямителя

Из графика видно, что входной сигнал используется при выпрямлении полностью. На графике выходного напряжения наблюдаются интервалы с нулевым значением напряжения, они обусловлены прямым напряжением диодов. В рассматриваемой схеме два диода всегда подключены последовательно к входу; об этом следует помнить при разработке низковольтных источников питания.

Фильтрация в источниках питания

Выпрямленные сигналы еще не могут быть использованы как сигналы постоянного тока. Дело в том, что их можно считать сигналами постоянного тока только в том отношении, что они не изменяют свою полярность. На самом деле в них присутствует большое количество «пульсаций» (периодических колебаний напряжения относительно постоянного значения), которые необходимо сгладить для того, чтобы получить настоящее напряжение постоянного тока. Для этого схему выпрямителя нужно дополнить фильтром низких частот.

Вообще говоря, последовательный резистор здесь не нужен, и его, как правило, не включают в схему (если же резистор присутствует, то он имеет очень маленькое сопротивление и служит для ограничения пикового тока выпрямителя). Дело в том, что диоды предотвращают протекание тока разряда конденсаторов, и последние служат скорее как накопители энергии, а не как элементы классического фильтра низких частот. Энергия, накопленная конденсатором, определяется выражением

W  = 1/2CU ². Если емкость С измеряется в фарадах, а напряжение U – в вольтах, то энергия W будет измеряться в джоулях (в ваттах в 1 с).

Конденсатор подбирают так, чтобы выполнялось условие

R_нC  >> 1/f  (где f  – частота пульсаций, в нашем случае 100 Гц). При этом происходит ослабление пульсаций за счет того, что постоянная времени для разрядки конденсатора существенно превышает время между перезагрузками.

Определение напряжения пульсаций.  Приблизительно определить напряжение пульсаций нетрудно, особенно если оно невелико по сравнению с напряжением постоянного тока

Определение напряжения пульсаций источника

Нагрузка вызывает разряд конденсатора, который происходит в промежутке между циклами (или половинами циклов для двухполупериодного выпрямления) выходного сигнала. Если предположить, что ток через нагрузку остается постоянным (это справедливо для небольших пульсаций), то

ΔU = (I /C) Δt (напомним, что I = C (dU /dt). Подставим значение 1/f (или 1/2f для двухполупериодного выпрямления) вместо Δt  (такая замена допустима, так как конденсатор начинает снова заряжаться меньше, чем через половину цикла). Получим

ΔU = I_нагр /fC

(однополупериодное выпрямление),

ΔU = I_нагр /2fC

(двухполупериодное выпрямление).

Если воспользоваться экспоненциальной функцией, определяющей изменение напряжения на конденсаторе при его разряде, то результат получим неправильным по следующим причинам:

Разряд конденсатора описывается экспоненциальной зависимостью только в том случае, если нагрузка резистивна; в большинстве случаев это не так. Часто на выходе выпрямителя устанавливают стабилизатор напряжения, который обеспечивает постоянство выпрямленного напряжения – он выступает в роли нагрузки, через которую протекает постоянный ток.

Для источников питания используют, как правило, конденсаторы с точностью 20 % и более. При разработке схем следует учитывать разброс параметров компонентов и для страховки производить расчет для наиболее неблагоприятного сочетания их значений. В таком случае, если считать, что в начальный момент разряд конденсаторов происходит по линейному закону, приближение будет весьма точным, особенно если пульсации невелики. Неточности приближения приводят лишь к некоторой перестраховке – они проявляются в завышении расчетного напряжения пульсаций по сравнению с его истинным значением.

Схемы выпрямителей для источников питания

Двухполупериодная мостовая схема. На рисунке показана схема источника питания постоянного тока с мостовым выпрямителем

Схема мостового выпрямителя. Значок полярности и электрод в виде дуги служат для обозначения поляризованного конденсатора, заряжать его с другой полярностью недопустимо

Двухполупериодный однофазный выпрямитель.   Схема двухполупериодного однофазного выпрямителя приведена на рисунке ниже

Двухполупериодный выпрямитель на основе трансформатора со средней точкой

Выходное напряжение здесь в 2 раза меньше, чем в схеме мостового выпрямителя. Схема двухполупериодного однофазного выпрямителя не является эффективной с точки зрения использования трансформатора, так как каждая половина вторичной обмотки используется только в одном полупериоде. В связи с этим ток в обмотке за этот интервал времени в 2 раза больше, чем в простой двухполупериодной схеме. Согласно закону Ома, температура нагрева обмотки пропорциональна произведению

I²R , значит, за время в 2 раза меньшее нагрев будет в 4 раза больше или в среднем больше по сравнению с эквивалентной двухполупериодной схемой.

Трансформатор для этой схемы следует выбирать так, чтобы его предельный ток был в 1,4 (в √2) раз больше, чем у трансформатора мостовой схемы, в противном случае такой выпрямитель будет более дорогим и более громоздким, чем мостовой.

Расщепление напряжения питания. Широко распространена мостовая однофазная двухполупериодная схема выпрямителя

Формирование двухполярного (расщепленного) напряжения питания.

Она позволяет расщеплять напряжение питания (получать на выходе одинаковые напряжения положительной и отрицательной полярности).

Эта схема эффективна, так как в каждом полупериоде входного сигнала используются обе половины вторичной обмотки.

Умножители напряжения или выпрямители с умножением напряжения. Схема, показанная на рисунке называется удвоителем напряжения.

Удвоитель напряжения

Для того чтобы понять, как работает эта схема, представьте, что она состоит из двух последовательно соединенных выпрямителей. Фактически эта схема является двухполупериодным выпрямителем, так как она работает в каждом полупериоде входного сигнала – частота пульсаций в 2 раза превышает частоту колебаний питающей сети. Разновидности этой схемы позволяют увеличивать напряжение в 3, 4 и более раз.

На рисунках  показаны схемы выпрямителей, обеспечивающие увеличение напряжения в 2, 3 и 4 раза, в которых один конец обмотки трансформатора заземлен.

Схемы умножения напряжения

Что такое выпрямитель? Как работает выпрямитель?

26 сентября 2019 г. 11 июня 2020 г. администратор 11 комментариев Мостовой двухполупериодный выпрямитель, двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом, принципиальная схема мостового двухполупериодного выпрямителя, принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом, принципиальная схема однополупериодного выпрямителя, однополупериодный выпрямитель, формы входных и выходных волн всех выпрямителей, работа выпрямителей

Содержание

Что такое выпрямитель? Как работают выпрямители?

Полное руководство по всем типам выпрямителей.

Всем нам знакомо название Rectifier, но новичкам и новым студентам очень интересно узнать, что делают Rectifier?

Когда они узнают о выпрямителях, у них возникает много новых вопросов, и им становится любопытно узнать о них все. Итак, вот полное руководство по всем типам выпрямителей.

Здесь мы собираемся изучить некоторые важные темы о выпрямителях, которые должны знать все новички. Итак, вот некоторые моменты, которые мы обсудим в этой статье.

1. Что делают выпрямители?
2. Как работают выпрямители?
3. Какие бывают типы выпрямителей?
4. Как узнать выходное постоянное напряжение любого выпрямителя?
5. Сравнение всех типов.
6. Какой тип предпочтительнее?

Прежде чем приступить к изучению выпрямителей, вы должны знать основы, поэтому прочитайте, что такое регулируемый источник питания постоянного тока? Блок-схема регулируемого источника питания постоянного тока и функции каждой части, используемой в нем.

Давайте обсудим здесь все типы конструкции выпрямителей, принципиальную схему, рабочие детали.

Что делает выпрямитель?

Процесс преобразования двунаправленного переменного напряжения в однонаправленное постоянное напряжение называется выпрямлением.

Электронная схема состоит из кристаллического диода / PN-перехода Диод, который преобразует двунаправленное переменное напряжение в постоянное напряжение, называется схемой выпрямителя. Выпрямитель исключает использование батареи, поэтому его также называют «выпрямителем батареи».

Обычно для выпрямления используются три цепи, поэтому ниже приведены три типа выпрямителей.

1. Однополупериодный выпрямитель.
2. Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом.
3. Мостовой двухполупериодный выпрямитель.

Однополупериодный выпрямитель

Однополупериодный выпрямитель представляет собой простую и недорогую схему выпрямителя. Используется, когда не требуется высокое качество постоянного тока. На следующей принципиальной схеме показан однополупериодный выпрямитель.

Он состоит из диода, включенного последовательно с нагрузочным резистором R _L , а выходное напряжение снимается с нагрузочного резистора R _L .

Рабочие детали

                     Во время положительного полупериода переменного тока вторичная клемма трансформатора A положительна по отношению к клемме B, диод переходит в состояние прямого смещения и диод проводит. Ток, протекающий от клеммы А через диод D и R _L к клемме B, как показано на принципиальной схеме. Таким образом, выходное напряжение формируется на R _L

аналогично положительному полупериоду переменного тока.

                 Во время отрицательного полупериода переменного тока вторичная клемма трансформатора A является отрицательной по отношению к клемме B, диод переходит в состояние обратного смещения и диод не проводит ток. Таким образом, ток не может течь от клеммы A к B. Таким образом, диод будет проводить ток только в течение положительного полупериода переменного тока, так называемый однополупериодный выпрямитель 9.0011

Среднее напряжение постоянного тока Vdc = Vp/π

Номинал PIV диода Vp = Vp

Частота пульсаций Fo = F _в

Эффективность HWR =40,8%

Коэффициент пульсации: – 

Это важный фактор, который определяет качество выпрямителя.

Отношение среднеквадратичного значения составляющей переменного тока к составляющей постоянного тока на выходе выпрямителя называется коэффициентом пульсаций.

Коэффициент пульсаций = среднеквадратичное значение составляющей переменного тока / составляющей постоянного тока = 1,21         

% Пульсация = Коэффициент пульсации × 100 %

Преимущества и недостатки однополупериодного выпрямителя

Преимущества

1. Однополупериодный выпрямитель имеет простую и недорогую схему.

2.   Требуется обычный трансформатор и только один диод.

Недостатки

1. Он преобразует только положительный полупериод входной волны переменного тока, поэтому получается меньшее выходное напряжение.

2. Он не может использовать отрицательный полупериод, поэтому его эффективность составляет всего 40,6%.

3.  Поскольку его частота пульсаций меньше, он производит низкое качество постоянного тока.

Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом

Для использования отрицательного полупериода переменного тока к диодам подключен специальный тип трансформатора, называемый трансформатором с центральным отводом.

В этом трансформаторе средняя клемма отводится так, что верхняя клемма А и нижняя клемма В становятся противоположными по фазе.

Конструкция

Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом состоит из трансформатора с центральным отводом и двух диодов D1 и D2, соединенных с трансформатором с центральным отводом, как показано на принципиальной схеме, а выходной сигнал подключается к сопротивлению нагрузки RL. Диод D1 использует переменное напряжение на верхней половине CA вторичной обмотки, а диод D2 использует нижнюю половину CB вторичной обмотки.

Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом и его формы

Рабочие детали

В двухполупериодном выпрямителе с центральным отводом диоды работают в чередующемся цикле, так что ток через сопротивление нагрузки R

L течет в одном направлении в течение обоих полупериодов.

Во время положительного полупериода переменного тока клемма А становится положительной, а клемма В становится отрицательной по отношению к общей клемме С. Диод D ₁ становится смещенным в прямом направлении, а диод D ₂ смещается в обратном направлении. Следовательно, только диод D ₁ проводит и действует как замкнутый переключатель. Таким образом, ток течет от клеммы A – D ₁ и через сопротивление нагрузки R _L к центральной клемме C. Когда ток течет через сопротивление нагрузки R _L , выходное напряжение формируется на R _L .

Во время отрицательного полупериода питания переменного тока полярность клемм A и B меняется. Клемма B становится положительной, а клемма A становится отрицательной по отношению к общей клемме C. Диод D

2 становится смещенным в прямом направлении, а диод D ₁ смещается в обратном направлении. Следовательно, только диод D ₂ проводит и действует как замкнутый переключатель. Таким образом, ток течет от клеммы B – D ₂ и через сопротивление нагрузки R _L к центральной клемме C. Когда ток течет через сопротивление нагрузки R _L , выходное напряжение возникает на R _L . Направление тока совпадает с направлением положительного полупериода, поэтому мы получаем однонаправленное выходное напряжение.

Выходное напряжение определяется как В _{постоянного тока} = 2Vp/π

Номинал PIV диода Vp + Vp = 2 Вp

Частота пульсаций Fo = 2 Fin

Недостатки

2 трудно найти центральную обмотку отвода.
2. Стоимость центрального отвода трансформатора больше, чем у обычного типа трансформатора.
3. Рейтинг PIV диода равен 2VP, поэтому стоимость диода больше.
4. Выходное напряжение постоянного тока меньше, так как каждый диод использует только половину сек. напряжения.

Мостовой двухполупериодный выпрямитель

В мостовом выпрямителе трансформатор с центральным отводом исключен за счет использования четырех диоды соединены в виде моста. Как четыре диода соединены в мост этот выпрямитель называется мостовым двухполупериодным выпрямителем.

Конструкция

Диоды D

_1, D ₂ , D _3, и D ₄ используются для формирования мостовой схемы, как показано на схеме. Вторичная обмотка трансформатора подключается по диагонали к противоположному концу моста. Сопротивление нагрузки R _L соединяется между двумя другими концами перемычки.

Рабочие детали

Во время положительного полупериода переменного тока вторичная клемма A положительна по отношению к клемме B. Диоды D1 и D3 смещены в прямом направлении, а диоды D2 и D4 смещены в обратном направлении. Поэтому только диоды D1 и D3 являются проводящими и работают как замкнутый переключатель. Условный ток течет от клеммы A через диод D1, затем через сопротивление нагрузки RL и через диод D3 к клемме B. Мы получаем выходное напряжение, развиваемое на RL.

Во время отрицательного полупериода переменного тока клемма вторичной обмотки трансформатора B положительна по отношению к клемме A. Диод D ₂ и D ₄ смещается в прямом направлении, а диоды D ₁ и D ₃ становится обратным смещением. Поэтому только диоды D ₂ и D ₄ являются проводящими и работают как замкнутый переключатель. Условный ток течет от вывода В через диод D _2, затем через сопротивление нагрузки R _L, и через диод D ₄ на клемму А. Получаем выходное напряжение, развиваемое на RL.

Направление тока через нагрузочный резистор RL совпадает с направлением положительного полупериода, поэтому мы получаем однонаправленное выходное напряжение на нагрузочном сопротивлении R _L .

Среднее выходное напряжение определяется как В _{постоянного тока} = 2Vp/π           

The PIV rating of diode = Vp

Efficiency of FWR =81.2%

Ripple Frequency = 2F _in

Ripple factor = 0.48                

Advantages and Disadvantages

Advantages

1.  It does not требуется трансформатор с центральным отводом, следовательно, это недорогой выпрямитель.
2. Пиковое обратное напряжение каждого диода является только пиковым напряжением вторичной обмотки. ПИВ = Вп.
3.  Выходное напряжение вдвое больше, чем у выпрямителя с центральным отводом, при том же вторичном напряжении трансформатора.

Недостатки

1. Требуется четыре диода.
2. Так как во время каждого полупериода переменного тока на входе два диода являются проводящими, поэтому внутреннее падение напряжения составляет 1,4 В, что снижает выходное напряжение.

Сравнение всех выпрямителей

Sr. №	Точки сравнения (Параметры)	Полуновол Выпрямитель	Центр TAP Full WAVERTIFIE0308	Bridge Full wave Rectifier
1.	No. of Diodes	One	Two	Four
2.	Type of Transformer	Normal	Center Tap	Normal
3.	PIV Rating of Diode	VP	2VP	VP
4.	Среднее время DC.0306  2Vp/π	2Vp/π
5.	Ripple Frequency	F in	2 F in	2 F in
6.	Ripple Factor	1.21	0.48	0.48
7.	Rectifier Efficiency	40.6%	81.2%	81.2%
8.	DC Diode Current	Idc	0.5 Idc	0,5 Idc

Из приведенной выше сравнительной таблицы мы можем легко решить, какой тип выпрямителя нам нужно выбрать для построения регулируемого источника питания постоянного тока, и это не что иное, как двухполупериодный мостовой выпрямитель.

Если вы хотите узнать больше, посетите Электроника для вас

Нравится:

Нравится Загрузка. ..

Что такое диоды и выпрямители?

24.03.2020 Редактор: Эрика Гранат

Двумя компонентами, необходимыми для работы широкого спектра электрических устройств, являются диоды и выпрямители. Без них электрический ток может течь обратно в другие компоненты, вызывая повреждение или полный отказ системы.

Связанные поставщики

КерамТек ГмбХ дСПЕЙС ГмбХ Литтельфузе Юроп ГмбХ Выпрямительный диод представляет собой двухпроводный полупроводник, пропускающий ток только в одном направлении. Как правило, диод с PN-переходом формируется путем соединения полупроводниковых материалов n-типа и p-типа.

(Источник: ©YouraPechkin – stock.adobe.com)

В этой статье рассматриваются различия между диодами и выпрямителями, их работа и области применения.

Диоды: защита современной электроники

Как простейшие полупроводниковые устройства, диоды обычно представляют собой двухвыводные компоненты, изготовленные из кремния или германия. Их цель состоит в том, чтобы позволить току течь в одном направлении и предотвратить его протекание в другом. При установке в более крупную систему диод защищает чувствительные электронные детали от воздействия тока неправильной величины или типа.

Простой пример: пульт от телевизора имеет отсек для двух батареек типа АА. Когда батарейки вставлены правильно, диод позволяет току от батареек течь по цепи в пульте дистанционного управления, обеспечивая правильное использование пульта дистанционного управления. Однако, когда батареи вставлены неправильно, диод автоматически блокирует выход тока из батарей в обратном направлении. Пульт не будет работать, но чувствительная электроника в безопасности.

Существует много типов полупроводниковых диодов, в том числе:

• Лавинные диоды для защиты цепей от скачков напряжения

• Стабилитроны для регулирования напряжения

• Варакторные диоды для электронной настройки 9 ТВ и радиоприемников

• Светоизлучающие диоды (LED) для получения света

• Туннельные диоды для генерации радиочастотных колебаний

Выпрямители: диод с превосходной пропускной способностью по току

Выпрямитель — это особый тип диода, который преобразует переменный ток (AC) в постоянный ток (DC). Это важный процесс, поскольку переменный ток может периодически менять направление, в то время как постоянный ток постоянно течет в одном направлении, что упрощает управление. Существует несколько типов выпрямителей, в том числе:

Однополупериодные выпрямители: выпрямители , которые пропускают только половину сигнала переменного тока от входа к выходу.

Двухполупериодные выпрямители: выпрямители, использующие полный сигнал, требующие дополнительного использования трансформатора.

Выпрямление положительного полупериода: те, в которых верхний диод положительной полярности проводит ток, а нижний диод отрицательной полярности блокирует его

Выпрямление отрицательного полупериода: те, у которых верхний диод заблокирован, а нижний диод открыт.

Бытовые приборы обычно содержат диод, предназначенный для однофазного выпрямления, т. е. напряжения питания изменяются синхронно. С другой стороны, двигатели промышленного масштаба и электрические сети требуют многофазного выпрямления, что позволяет одновременно производить, передавать и распределять энергию.

Современные области применения диодов

Являясь неотъемлемой частью кремниевой микросхемы, диоды используются в огромном количестве электронных устройств. В микроволновой печи, например, диод работает вместе с конденсатором, чтобы удвоить напряжение, подаваемое на магнетрон резонатора (который генерирует микроволны). Диоды также используются в клавиатурах как часть матричных схем, что уменьшает количество необходимых проводов. Исследователи даже разработали наноразмерные диоды из одной молекулы ДНК, что в ближайшем будущем может привести к еще меньшим и более мощным электронным устройствам.

Подпишитесь на рассылку новостей сейчас

Не пропустите наш лучший контент

Деловой адрес электронной почты

Нажимая «Подписаться на рассылку новостей», я даю согласие на обработку и использование моих данных в соответствии с формой согласия (пожалуйста, разверните для подробностей) и принимаю Условия использования.