Полупроводниковые выпрямители — часть1
Сегодня немножко углубимся в теорию и поговорим о схемах выпрямителей. Рассмотрим сам принцип выпрямления переменного тока, наиболее часто встречающиеся схемы выпрямителей, полупроводниковые элементы, которые применяются в этих схемах.
Выпрямителями называются устройства, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный. Общая схема стандартного однофазного выпрямителя состоит из трансформатора, выпрямительного блока на основе полупроводниковых диодов и сглаживающего фильтра в виде конденсатора.
Трансформатор служит для преобразования переменного напряжения сети 220 V в необходимое выходное напряжение нагрузки. Выпрямительный блок (диодный мост) преобразовывает переменный ток в постоянный пульсирующий, а сглаживающий фильтр преобразовывает его в ток, близкий по форме к постоянному току.
В качестве диодных выпрямителей могут использоваться как четыре отдельных диода, так и диодная сборка в едином корпусе.
Современные выпрямители различают по типу используемых выпрямителей, схеме их включения и числу фаз. Также выпрямители могут быть управляемые и неуправляемые.
Однофазные выпрямители
Основными схемами однофазных выпрямителей являются однополупериодная и двухполупериодная (мостовая или со средней точкой).
Однофазная однополупериодная схема является самой простейшей схемой выпрямителя.
Трансформатор преобразовывает сетевое напряжение первичной обмотки Uc в напряжение вторичной обмотки U2. Так как диод Д имеет одностороннюю проводимость, ток I2 будет протекать только при положительной полуволне вторичного напряжения, при отрицательной полуволне диод будет закрыт. Так как ток в нагрузке Rн протекает только в один полупериод, отсюда и название выпрямителя — однополупериодный.
К недостаткам однополупериодных выпрямителей следует отнести униполярный ток, который, проходя через вторичную обмотку, намагничивает сердечник трансформатора, изменяя его характеристики и уменьшая КПД, высокий уровень пульсаций и большое обратное напряжение на диоде.
Двухполупериодные схемы выпрямления уже значительно интересней. Из них наибольшую популярность приобрела мостовая схема включения диодов.
Схема состоит из трансформатора и четырех диодов,собранных мостом. Одна из диагоналей моста соединена с выводами вторичной обмотки трансформатора, вторая диагональ с нагрузкой. При положительном потенциале в точке a вторичной обмотки трансформатора ток пойдет по цепи точка a вторичной обмотки – A – диод 
При изменении направления Э.Д.С и тока во вторичной обмотке положительный потенциал появится уже в точке b вторичной обмотки трансформатора. Ток при этом пойдет по цепи b — C — диод Д2 — B — нагрузка Rн — D — диод Д4.
Таким образом ток в нагрузке не меняет своего направления. Кривые напряжения и тока на нагрузке повторяют (при прямом напряжении на диодах U np ≈ 0) по величине и форме выпрямленные полуволны напряжения и тока вторичной обмотки трансформатора. Они пульсируют от нуля до максимального значения.
Кроме мостовой схемы выпрямления может применяться двунаправленная схема.
Схема состоит из трансформатора со средней отпайкой на вторичной обмотке и двух диодов. Когда в точке a имеется положительный потенциал ток протекает по цепи a — диод Д1 — нагрузка Rн — отпайка 0 вторичной обмотки.
При положительном потенциале в точке b вторичной обмотки ток потечет по цепи b — диод Д2 — с — нагрузка Rн — отпайка 0 вторичной обмотки.
На левом рисунке показана зависимость напряжения вторичной обмотки трансформатора от времени, на правом изменение тока нагрузки. Как следует из работы выпрямителя, направление тока в нагрузке неизменно. Вторичная обмотка трансформатора двухфазная и каждая фаза работает половину периода. Напряжение на нагрузке в любой момент равно мгновенному значению ЭДС фазы, работающей в данный момент.
К основным минусам данной схемы можно отнести необходимость делать отпайку вторичной обмотки трансформатора и большое обратное напряжение диода Uобр = 2U2м = 3,14U0, поэтому она не получила столь широкого распространения как мостовая схема.
Трехфазные выпрямители
Среди трехфазных схем наибольшее распространение получили однонаправленная схема выпрямления или схема Миткевича и мостовая схема, известная также как схема Ларионова.
Рассмотрим сначала однонаправленную схему выпрямителя.
В однонаправленной схеме вторичные обмотки трехфазного трансформатора соединены звездой. К фазам а, b и с подключены диоды Д1, Д2 и Д3, катоды которых соединены в точке 0. Нагрузка Rн подключена между общим выводом трех вторичных обмоток трансформатора и общей точкой присоединения катодов.
Ток на каждом диоде будет протекать только тогда, когда потенциал на аноде будет выше потенциала на катоде. Это возможно в течении 1/3 периода, когда напряжение в данной фазе выше напряжений в двух других фазах. То есть когда U2а>U2b и U2a>U2c, диод Д1 будет открыт, в то время как Д2 и Д3 будут заперты. Под действием напряжения U2а ток замыкается через обмотку фазы 
В следующую треть периода открывается диод Д2, затем Д3 и т.д.
Напряжение нагрузки будет равно напряжению фазы с открытым диодом и следовательно ток нагрузки изменяется по тому же закону. При этом ток в нагрузке всегда будет больше 0.
Пульсация тока в такой схеме будет относительно невелика, что понижает требования к сглаживающему фильтру. Недостатком данной схемы, также как однофазной однополупериодной является намагничивание сердечника трансформатора.
Большее распространение в трехфазных выпрямителях получила мостовая схема Ларионова, так как она лишена недостатков однотактной схемы.
В такой схеме одновременно пропускают ток два диода — один с наибольшим положительным потенциалом анода относительно нулевой точки трансформатора из катодной группы диодов, другой — с наибольшим отрицательным потенциалом катода. Нагрузка подключается между анодной и катодной группой диодов.
В интервал времени t1-t2 пропускать ток будут диоды Д1 и Д4, так как наибольший положительный потенциал имеет анод фазы а, а наибольшим отрицательным потенциалом обладает катод фазы b.
В интервале t2-t3 пропускать ток будут диоды Д1-Д6, в интервале t3-t4 — Д3-Д6, в интервале t4-t5 — Д3-Д2, в интервале t5-t6 — Д5-Д2 и в последнем интервале — Д5-Д4.
Таким образом напряжение на нагрузке будет иметь вид шести пульсаций за период, а интервал проводимости каждого диода —
где U2 — действующее значение напряжения на вторичных обмотках трансформатора.
Среднее значение выпрямленного напряжения практически равно максимальному линейному напряжению питающей сети:
где Uab.m — максимальное линейное напряжение вторичной обмотки.
Из достоинств схемы нужно отметить то, что в такой схеме отсутствует вынужденное подмагничивание сердечника трансформатора. Кроме того коэффициент пульсаций значительно ниже, чем у однофазной двухполупериодной схемы и составляет 0,057.
На основе этой схемы можно создать двенадцати, восемьнадцати, двадцатичетырехфазные выпрямители. Для этого используются различные сочетания последовательного и параллельного соединения схем. Чем больше будет фаз и соответственно пар диодов, тем меньше будут выходные пульсации.
Кроме этих схем, могут применяться и управляемые схемы выпрямления, которые наряду с выпрямлением переменного тока обеспечивают и регулировку выходного напряжения (тока). Но об этом мы поговорим в следующий раз.
Однофазные выпрямители. Параметры однофазных выпрямителей.
Выпрямитель
электрического тока –
электронная схема, предназначенная для
преобразования переменного электрического
тока в постоянный (однополярный)
электрический ток.
В
полупроводниковой аппаратуре выпрямители
исполняются на полупроводниковых
диодах. В более старой и высоковольтной
аппаратуре выпрямители исполняются на
электровакуумных приборах – кенотронах.
Раньше широко использовались – селеновые
выпрямители.
Для
начала вспомним, что собой представляет
переменный электрический ток. Это
гармонический сигнал, меняющий свою
амплитуду и полярность по синусоидальному
закону.
В
переменном электрическом токе можно
условно выделить положительные и
отрицательные полупериоды. Всё то, что
больше нулевого значения относится к
положительным полупериодам (положительная
полуволна – красным цветом), а всё, что
меньше (ниже) нулевого значения – к
отрицательным полупериодам (отрицательная
полуволна – синим цветом).
Выпрямитель,
в зависимости от его конструкции
«отсекает», или «переворачивает» одну
из полуволн переменного тока, делая
направление тока односторонним.
Схемы
построения выпрямителей сетевого
напряжения можно поделить на однофазные
и трёхфазные, однополупериодные и
двухполупериодные.
Для
удобства мы будем считать, что выпрямляемый
переменный электрический ток поступает
с вторичной обмотки трансформатора.
Это соответствует истине и потому, что
даже электрический ток в домашние
розетки квартир домов приходит с
трансформатора понижающей подстанции.
Кроме того, поскольку сила тока –
величина, напрямую зависящая от нагрузки,
то при рассмотрении схем выпрямления
мы будем оперировать не понятием силы
тока, а понятием – напряжение, амплитуда
которого напрямую не зависит от нагрузки.
На рисунке изображена схема и временная диаграмма выпрямления переменного тока однофазным однополупериодным выпрямителем.
Из рисунка видно, что диод отсекает отрицательную полуволну. Если мы перевернём диод, поменяв его выводы – анод и катод местами, то на выходе окажется, что отсечена не отрицательная, а положительная полуволна.
Среднее значение напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя соответствует значению:
Uср = Umax / π = 0,318 Umax
где: π – константа равная 3,14.
Однополупериодные выпрямители используются в качестве выпрямителей сетевого напряжения в схемах, потребляющих слабый ток, а также в качестве выпрямителей импульсных источников питания. Они абсолютно не годятся в качестве выпрямителей сетевого напряжения синусоидальной формы для устройств, потребляющих большой ток. Наиболее распространёнными являются однофазные двухполупериодные выпрямители. Существуют две схемы таких выпрямителей – мостовая схема и балансная. Рассмотрим мостовую схему однофазного двухполупериодного выпрямителя и его работу.
Если ток вторичной
обмотки трансформатора течёт по
направлению от точки «А» к точке «В»,
то далее от точки «В» ток течёт через
диод VD3 (диод VD1 его не пропускает),
нагрузку Rн, диод VD2 и возвращается в
обмотку трансформатора через точку
«А». Когда направление тока вторичной
обмотки трансформатора меняется на
противоположное, то вышедший из точки
«А», ток течёт через диод VD4, нагрузку
Rн, диод VD1 и возвращается в обмотку
трансформатора через точку «В».
Таким
образом, практически отсутствует
промежуток времени, когда напряжение
на выходе выпрямителя равно
нулю.
Рассмотрим
балансную схему однофазного
двухполупериодного выпрямителя.
По своей сути это два однополупериодных выпрямителя, подключенных параллельно в противофазе, при этом начало второй обмотки соединено с концом первой вторичной обмотки. Если в мостовой схеме во время действия обоих полупериодов сетевого напряжения используется одна вторичная обмотка трансформатора, то в балансной схеме две вторичных обмотки (2 и 3) используются поочерёдно. Среднее значение напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя соответствует значению:
Uср = 2*Umax / π = 0,636 Umax
где: π – константа равная 3,14.
Представляет интерес сочетание мостовой и балансной схемы выпрямления, в результате которого, получается двухполярный мостовой выпрямитель, у которого один провод является общим для двух выходных напряжений (для первого выходного напряжения, он отрицательный, а для второго – положительный):
Однофазный выпрямитель с перевозбуждением, 480—525 В переменного тока — 2,3 А — 32 17350E28
Связующее Магнит
$159,00
Номер детали 32 17350E28 | Однофазный выпрямитель с перевозбуждением | от 480 В до 525 В переменного тока | 2,3 А (попадание) / 3 А (удержание)
Вам нужен однофазный выпрямитель с перевозбуждением, рассчитанный на напряжение от 480 до 525 В переменного тока? У Solenoid Ninja есть идеальное решение для вас! Этот модуль используется для преобразования входного сигнала переменного тока в выходной сигнал постоянного тока и максимизации производительности приводов путем подачи выпрямленного сигнала в течение 0,25 секунды, прежде чем сбросить его до полуволны на оставшееся время работы.
Разъем соответствует требованиям RoHS и использует быстроразъемные клеммы для легкой установки.
Внимание: Ток, потребляемый приводом, не должен превышать 2,3 А во время цикла удара!
Технические детали
| Диапазон входного напряжения: | 480–525 В переменного тока (+/-10 %) |
| Выходное напряжение: | Входное напряжение x 0,89 (попадание) |
| Макс. текущий: | 2,3 А (нажатие) |
| Время попадания: | 0,25 или 1 секунда. |
| Соединение: | Клемма(макс. AWG 14) |
| Класс IP: | IP 00 |
Читать далее
- Описание
- Отзывы (0)
- Дополнительная информация
Описание
Номер детали 32 17350E28 | Однофазный выпрямитель с перевозбуждением | от 480 В до 525 В переменного тока | 2,3 А (попадание) / 3 А (удержание)
Вам нужен однофазный выпрямитель с перевозбуждением, рассчитанный на напряжение от 480 до 525 В переменного тока? У Solenoid Ninja есть идеальное решение для вас! Этот модуль используется для преобразования входного сигнала переменного тока в выходной сигнал постоянного тока и максимизации производительности приводов путем подачи выпрямленного сигнала в течение 0,25 секунды, прежде чем сбросить его до полуволны на оставшееся время работы.
Разъем соответствует требованиям RoHS и использует быстроразъемные клеммы для легкой установки.
Внимание: Ток, потребляемый приводом, не должен превышать 2,3 А во время цикла удара!
Технические детали
| Диапазон входного напряжения: | 480–525 В переменного тока (+/-10 %) |
| Выходное напряжение: | Входное напряжение x 0,89 (попадание) |
| Макс. текущий: | 2,3 А (нажатие) |
| Время попадания: | 0,25 или 1 секунда. |
| Соединение: | Клемма(макс. AWG 14) |
| Класс IP: | IP 00 |
Дополнительная информация
Артикул: 32 17350E28
Наличие: Срок выполнения 6-8 недель
Вес: 0,31 фунта
Минимальное количество покупки:
20 шт.
Коэффициент мощности и анализ гармоник в однофазном преобразователе переменного тока в постоянный
Анализ коэффициента мощности и гармоник в однофазном преобразователе переменного тока в постоянный
15 августа 2022 г. Большинство
приложений преобразования энергии состоит из стадии преобразования переменного тока в постоянный
и этот выход постоянного тока затем используется для дальнейших этапов. Преобразователь переменного тока в постоянный представляет собой
неотъемлемая часть большинства электронного оборудования, так как большая часть этого оборудования
Питание от постоянного тока [1]. Обычно для преобразования переменного тока в постоянный используется выпрямительный диодный мост.
Для уменьшения пульсаций выходного напряжения используется подходящий фильтрующий конденсатор.
на выходе выпрямителя. Конденсатор фильтра потребляет пиковый ток от
питания, так как он заряжается только на короткое время в полупериоде.
Следовательно
ток, потребляемый диодным выпрямителем, имеет несинусоидальный характер. Из-за
несинусоидальный характер входного тока, THD будет очень высоким и входной
коэффициент мощности также будет низким.
А однофазный выпрямитель состоит из четырех диодов, соединенных в конфигурация моста с замкнутым контуром для получения выпрямленного выходного напряжения показан на рис.1
Четыре диода соединены последовательно парами, причем только одна пара диодов проводит ток в течение каждой половины цикл. Выпрямитель с фильтрующим конденсатором называется обычным AC-DC. интерфейс утилиты, который приведен на рис.2 (а). Конденсатор фильтра снижает наличие пульсаций выходного напряжения. Хотя фильтрующий конденсатор значительно подавляет пульсации выходного напряжения, вносит искажения входного тока и потребляет ток от источника питания прерывисто, короткими импульсами, как показано на рис.2(б).
THD такой формы сигнала будет очень высоким
и коэффициент мощности также будет очень низким.
Это создает несколько проблем, в том числе
снижение доступной мощности и увеличение потерь.
Общее гармоническое искажение:
Суммарное гармоническое искажение сигнала равно измерение присутствующих гармонических искажений и определяется как отношение сумма мощностей всех гармонических составляющих к мощности основная частота. THD используется для характеристики качества электроэнергии системы электроснабжения. Коэффициент нелинейных искажений по току можно записать как:
%THD = √(I с /I с1 ) 2 -1
Где I s – среднеквадратичное значение входной ток I s1 – составляющая основной частоты.
Коэффициент мощности:
Коэффициент мощности – это отношение между
фактическая мощность (кВт) и полная мощность (кВАр), потребляемая электрической нагрузкой.
является мерой того, насколько эффективно ток преобразуется в полезную работу
мощности, а также показывает влияние тока нагрузки на КПД
система снабжения.
Истинный коэффициент мощности (PF) системы можно записать как:
PF=cos f × Коэффициент мощности искажения (2)
Где cos f – коэффициент мощности смещения. В Цепь переменного тока, мощность используется наиболее эффективно, когда ток находится в фазе с напряжение. Коэффициент мощности искажения описывает гармонические искажения ток нагрузки уменьшает среднюю мощность, передаваемую в нагрузку. Искажение коэффициент мощности (DPF) можно записать как:
сажевый фильтр I1/I
Где I1 – основная составляющая
тока, а I — общий ток. В диодном выпрямителе с фильтром
конденсатор на выходе потребляет несинусоидальный ток, следовательно, коэффициент мощности искажений
меньше единицы, что приводит к плохому коэффициенту мощности. В связи с наличием высокой
полные гармонические искажения и низкий коэффициент входной мощности, создаваемые обычными
преобразователи, простые диодные выпрямители не должны использоваться. Необходимо
добиться выпрямления близко к единице рассмотреть возможность широтно-импульсной модуляции
выпрямитель (ШИМ) представляет собой улучшенную версию обычного диода переменного тока в постоянный.
