Как составить схему мостового выпрямителя

Схемы и расчет мостового выпрямителя

Содержание

  • 1 Использование постоянного и переменного тока
  • 2 Особенности переменного тока
  • 3 Принцип действия выпрямителя
  • 4 Классификация выпрямителей
  • 5 Что собой представляет мостовой выпрямитель
  • 6 Виды мостовых выпрямителей
    • 6.1 Однополупериодный мостовой выпрямитель
    • 6.2 Особенности двухполупериодного выпрямителя
    • 6.3 Использование четырёхдиодного моста
    • 6.4 Трёхфазный мостовой выпрямитель
  • 7 Выбор диодного моста
  • 8 Проведение расчётов
  • 9 Видео по теме

С целью получения постоянного тока из переменного применяются мостовые выпрямители. Данные устройства рассчитаны на использование определённых входных параметров и создают ток и напряжение, соответствующие требованиям того прибора, который должен быть подключён.

Внешний вид выпрямителя

Использование постоянного и переменного тока

В электротехнике может использоваться как постоянный, так и переменный ток. Его выбор зависит от оборудования, которому нужно строго определённое питание. Также при производстве электроэнергии в одних случаях получают переменное, в других постоянное напряжение, что определяется способом, с помощью которого это осуществляется. В дальнейшем оно преобразуется в нужный вид.

При транспортировке выгоднее передавать переменный ток. Когда он поступает в бытовые розетки, то имеет частоту 50 Гц. Напряжение при этом составляет 220 Вольт. В разных странах эти параметры могут отличаться друг от друга. Для промышленного оборудования чаще используется переменный ток.

Когда для определённого устройства требуется постоянный ток, применяется мостовой выпрямитель. Иногда он бывает необходим только для отдельных узлов оборудования. В этом случае схемы выпрямления являются частью соответствующего устройства.

Особенности переменного тока

Параметры переменного тока и напряжения изменяются в соответствии с синусоидальным законом. Сначала с максимального значения до нуля, затем меняют знак и начинают расти по абсолютной величине. После достижения максимального отрицательного значения они изменяются в обратном направлении. Этот процесс происходит циклически. Изменения тока обуславливают создание переменного магнитного поля, оказывающего влияние на электрические процессы устройства. В некоторых случаях синусоидальный ток необходимо выпрямить.

Принцип действия выпрямителя

Сначала переменный ток необходимо преобразовать так, чтобы получить нужные параметры тока и напряжения. Для этой цели используют трансформатор. Он представляет собой рамку из ферромагнетика, на которой имеется две обмотки. На первую поступает переменный ток от сети питания. Со второй снимаются ток и напряжение, соответствующие необходимым параметрам.

Выпрямление происходит в два этапа. На первом вместо синусоидального сигнала получают тот, который имеет только положительные полупериоды. На втором происходит выпрямление с помощью использования конденсаторов. При этом на их пластины поступает переменный сигнал, а затем разряд конденсатора осуществляет его сглаживание. Существуют различные виды выпрямителей, но их общий принцип работы в значительной степени соответствует приведённому описанию.

Форма сигнала на входе и на выходе выпрямителя

Классификация выпрямителей

Их можно разделять по различным признакам. Далее перечислены наиболее популярные виды классификаций:

  • По количеству используемых в работе полупериодов. На начальном этапе преобразования получают график электрического сигнала, у которого нет отрицательных полупериодов. Это делают одним из двух способов. В однополупериодных выпрямителях их просто убирают, а в двухполупериодных вместо отрицательных получают такие же, но положительные. В последнем случае качество выпрямления будет выше.
  • В выпрямителях обычно используется трансформатор, но в некоторых схемах он может не применяться. Это практикуется, когда нет необходимости проводить предварительное преобразование напряжения и тока.
  • Схема выпрямителя может включать диодный мост или же работать без него.
  • Существуют выпрямители, умножающие электронапряжение. При их использовании значение выходного выпрямленного напряжения может быть больше входного в несколько раз. Такой эффект обычно достигается за счёт одновременной разрядки нескольких конденсаторов.
  • Рассматриваемые устройства различаются в зависимости от того, со сколькими фазами они способны работать. Наиболее распространенными являются однофазный мостовой выпрямитель и трёхфазный мостовой выпрямитель, но они также могут быть двух- и N-фазные.
  • Существуют различные типы схем. Наибольшее распространение получили диодные, но также используются полупроводниковые, тиристорные, механические, вакуумные и другие.
  • Имеет значение вид пропускаемой волны. Исходя из этого параметра, устройства могут быть аналоговыми, цифровыми и импульсными.

Для каждого вида выпрямителей важно учитывать качество выпрямления тока. Его вид выбирают так, чтобы получить сигнал с необходимыми параметрами.

Структурная схема классификации выпрямителей

Что собой представляет мостовой выпрямитель

Такие выпрямители характеризируются наличием диодного моста. Они преобразовывают входной синусоидальный сигнал в такой, который не имеет отрицательных полупериодов. Это можно сделать различными способами, от выбора которых зависит качество работы выпрямительного моста.

Схема мостового выпрямителя строится на использовании диодов. В этих радиодеталях применяются полупроводники p-типа и n-типа. Если через них проходит сигнал определённой полярности, то он пропускается без изменений. Если знак меняется, на выходе получается нулевой ток.

Существуют различные варианты мостовых схем. Самая простая — однофазная мостовая схема выпрямления. Ее использование обеспечивает на выходе положительные полупериоды, разделённые нулевыми участками. Мостовой однофазный выпрямитель выполняет выпрямление невысокого качества.

При использовании более сложных диодных мостов можно получить сигнал, в котором отрицательные импульсы заменены такими же, но положительными. Выпрямительный мост с четырьмя диодами обеспечивает на выходе сигнал удвоенной частоты.

Мостовой трехфазный выпрямитель, схема которого включает три диодных моста, расположенных параллельно, позволяет получать наиболее высокое качество выпрямления.

Виды мостовых выпрямителей

Диодные мосты различаются между собой качеством выпрямления и другими характеристиками.

Однополупериодный мостовой выпрямитель

Схема однофазного мостового выпрямителя считается наиболее простой. С ее помощью получают низкокачественное выпрямление с большим количеством гармоник.

Схема однополупериодного выпрямителя

В схеме не используется трансформатор. Диод применяется только один. Отсутствует сглаживание с помощью конденсаторов. Результатом работы выпрямителя является появление положительных импульсов и стирание отрицательных. Несмотря на относительно низкое качество работы, такие схемы все же находят своё применение.

Один из примеров — управляемый выпрямитель. Переключатель позволяет выбирать один из двух режимов: яркий или тусклый. В последнем случае ток пройдёт через однополупериодный мостовой выпрямитель. При этом интенсивность освещения будет снижена.

Пример применения однополупериодной схемы выпрямления

Особенности двухполупериодного выпрямителя

В двухполупериодной схеме присутствует трансформатор. Сигнал после него поступает в выпрямительный мост, где его отрицательные полупериоды заменяются положительными.

Схема двухполупериодного выпрямителя

Принцип действия устройства основывается на использовании средней точки при подсоединении ко вторичной обмотке. В результате через один из диодов выпрямительного моста проходит положительный сигнал, а через второй — отрицательный. Недостаток данной схемы заключается в использовании трансформаторного устройства со средней точкой, которое может не всегда быть в наличии.

Использование четырёхдиодного моста

Выпрямитель такого вида обеспечивает высокое качество выходного сигнала. Мост, схема которого включает четыре диода, позволяет получать выходной положительный импульс на каждом полупериоде.

Схема четырёхдиодного моста

Чтобы понять работу четырехдиодного моста, необходимо изучить, как она функционирует на каждом полупериоде. Сначала рассмотрим, как работает схема при условии, что на верхнем проводе положительный потенциал, а на нижнем отрицательный.

Работа в положительном полупериоде

Направление стрелок указывает движение от минуса к плюсу. Для управления током используется два диода: левый нижний и правый верхний. Два другие закрыты.

Теперь изменим знак потенциала на проводах: на нижнем будет положительный, а на верхнем отрицательный. В данном случае рабочими будут левый верхний и правый нижний диоды. Остальные два на протяжении рассматриваемого времени остаются закрытыми.

Функционирование в отрицательном полупериоде

На рисунках выше представлена традиционная форма схемы выпрямителя. Существует эквивалентная схема, которая для некоторых может быть более удобной при определении работающих диодов.

Альтернативное изображение четырехдиодной мостовой схемы

Трёхфазный мостовой выпрямитель

В быту в основном используются однофазные устройства. Если требуется подключить мощное оборудование, а в производственных условиях часто возникает такая необходимость, то используют трёхфазное питание. В этом случае трехфазная мостовая схема будет выглядеть таким образом:

Схема трехфазного мостового выпрямителя

В этом устройстве каждая фаза подключена к своей паре диодов. Если проходит положительный импульс, то он открывает диод, расположенный справа и закрывает тот, который находится слева. При прохождении отрицательного импульса происходит следующее: открывается диод, находящийся слева и закрывается расположенный справа.

Таким образом, независимо от того, с каким знаком приходит импульс, он преобразуется на выходе в положительный. График, полученного на выходе сигнала, выглядит следующим образом:

Сигнал до и после преобразования

Выбор диодного моста

При выборе диодного моста необходимо обращать внимание на следующие его характеристики:

  • Корпус, в котором он смонтирован. Мост можно сделать из отдельных диодов, но более удобно воспользоваться уже готовым, который находится в специальном корпусе.
  • Коэффициент пульсаций. Так называют отношение амплитуды поступающего сигнала к величине выпрямленного.
  • Максимальный ток. Через каждую схему может проходить определенного значения. Он должен соответствовать условиям эксплуатации узла.
  • Нужно учитывать, рассчитано ли устройство на однофазное или трёхфазное напряжение.
  • Существуют требования к величине обратного напряжения. Если его превысить, то может произойти пробой диодов, которые входят в состав моста. Эта деталь не должна пропускать отрицательные импульсы, однако если напряжение будет слишком большим, то произойдёт разряд, который сделает диод неисправным.

Проведение расчётов

Эффективно работающий выпрямитель должен соответствовать определенным требованиям. В частности речь идёт о выходном токе, выпрямленном напряжении, максимальном значении обратного напряжения для используемых диодов.

Чтобы построить хорошо работающую схему, необходимо грамотно рассчитать ее параметры. Для примера рассмотрим диаграмму и расчет однополупериодного выпрямителя.

Графики сигналов на входе и на выходе выпрямителя

Как видно из графиков, входное электронапряжение изменяется по закону синусоиды. В этом случае расчет среднего значения выполняется по формуле:

Определение среднего значения выпрямленного напряжения

Действующее значение входного напряжения определяется следующим образом:

Расчет действующего значения

Далее рассчитываем значение силы электротока на выходе выпрямителя и на вторичной обмотке трансформатора. Последняя формула позволяет определить коэффициент пульсации.

Формулы для расчёта параметров выпрямителя

К недостаткам однополупериодного выпрямителя относят высокий коэффициент пульсации. Более качественный выходной сигнал даёт двухполупериодный мост с выводом от средней точки трансформатора.

Графики сигналов на входе и на выходе двухполупериодного выпрямителя

Расчет двухполупериодного моста выполняется с помощью следующих формул:

Расчёт двухполупериодного выпрямителя

Достоинствами двухполупериодной схемы являются вдвое большие выходные ток и напряжение, а также значительно меньший коэффициент пульсации.

Видео по теме

Главная » Справочник » Двухполупериодный мостовой выпрямитель. Принцип действия, схема, расчет

Существует еще одна, более популярная конструкция двухполупериодного выпрямителя, построенная на основе конфигурации с четырьмя диодами. Такая конструкция известна как двухполупериодный мостовой выпрямитель или просто мостовой выпрямитель.

Преимущество этого типа выпрямителя по сравнению с версией выпрямителя с центральным отводом заключается в том, что для него не требуется сетевой трансформатор с центральным отводом во вторичной обмотке, что резко снижает его размер и стоимость.

Также эта конструкция использует полностью все вторичное напряжение в качестве входного. Используя тот же трансформатор, мы получаем вдвое больше пикового напряжения и вдвое больше постоянного напряжения с мостовым выпрямителем, чем с двухполупериодным выпрямителем с центральным отводом. Именно поэтому мостовые выпрямители используются гораздо чаще, чем двухполупериодные со средней точкой.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Чтобы выпрямить оба полупериода синусоидальной волны, как мы уже говорили ранее, в мостовом выпрямителе используются четыре диода, соединенных вместе в конфигурации «моста». Вторичная обмотка трансформатора подключена с одной стороны диодного моста, а нагрузка — с другой.

На следующем рисунке показана схема мостового выпрямителя.

Во время положительного полупериода переменного напряжения диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении, в то время как диоды D3 и D4 смещены в обратном направлении. Это создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе (обратите внимание на плюс-минус полярности на нагрузочном резисторе).

В течение следующего полупериода полярность переменного напряжения меняется на противоположную. Теперь диоды D3 и D4 смещены в прямом направлении, а диоды D1 и D2 — в обратном. Это также создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе, как и раньше.

Обратите внимание, что независимо от полярности напряжения на входе, полярность на нагрузке постоянная, а ток в нагрузке течет в одном направлении. Таким образом, схема преобразует входное переменное напряжение в пульсирующее постоянное напряжение.

Инвертор 12 В/ 220 В

Инвертор с чистой синусоидой, может обеспечивать питание переменно…

Если вам трудно запомнить правильное расположение диодов в схеме мостового выпрямителя, вы можете обратиться к альтернативному представлению схемы. Это точно такая же схема, за исключением того, что все диоды расположены горизонтально и направлены в одном направлении.

Значение постоянного напряжение выходного сигнала

Здесь формула для расчета среднего значения напряжения такая же, как и для двухполупериодного выпрямителя со средней точкой:

Это уравнение говорит нам, что значение постоянного напряжения составляет около 63,6 процента от пикового значения. Например, если пиковое переменное напряжение составляет 10 В, то постоянное напряжение будет 6,36 В.

Когда вы измеряете напряжение на выходе мостового выпрямителя с помощью вольтметра, показание будет равно среднему значению.

Аппроксимация второго порядка

В действительности мы не получаем идеальное  напряжение на нагрузочном резисторе. Из-за потенциального барьера, диоды не включаются, пока источник напряжение не достигнет около 0,7 В.

И поскольку в мостовом выпрямителе работают по два диода за раз, то падение напряжения составит 0,7 x 2 = 1,4 В. Таким образом, пиковое выходное напряжение определяется следующим образом:

Выходная частота

Полноволновой выпрямитель инвертирует каждый отрицательный полупериод, удваивая количество положительных полупериодов. Из-за этого у такого выпрямителя на выходе в два раза больше циклов, чем на входе. Поэтому частота полноволнового сигнала в два раза превышает входную частоту.

Например, если частота на входе составляет 50 Гц, выходная частота будет 100 Гц.

Фильтрация постоянного напряжения

Сигнал на выходе, который мы получаем от двухполупериодного мостового выпрямителя, является по сути пульсирующим постоянным напряжением, которое вырастает до максимума, а затем снижается до нуля.

Для того чтобы избавиться от пульсаций, нам необходимо отфильтровать двухволновой сигнал. Один из способов сделать это — подключить сглаживающий конденсатор.

Первоначально конденсатор разряжен. На протяжении первой четверти цикла диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении и из-за этого сглаживающий конденсатор начинает заряжаться. Процесс заряда длится до тех пор, пока напряжение с мостового выпрямителя не достигнет своего пикового значения. В этот момент напряжение на конденсаторе будет равно Vp.

После того, как напряжение с выпрямителя достигает своего пика, оно начинает уменьшаться. Как только напряжение снизиться ниже Vp соответствующая пара диодов (D1 и D2) не будет проводить.

Когда диоды выключены, конденсатор разряжается через нагрузку, пока не будет достигнут следующий пик. Когда наступает следующий пик, конденсатор заряжается уже через диоды D3 и D4  до пикового значения.

Недостатки мостового выпрямителя

Единственным недостатком мостового выпрямителя является то, что выходное напряжение меньше, чем входное напряжение на 1,4 В, в результате падения на двух диодах.

Этот недостаток ощутим только в источниках питания с очень низким напряжением. Например, если пиковое напряжение источника составляет всего 5 В, то  напряжение нагрузки будет иметь только 3,6 В.

Но если пиковое напряжение источника составляет 100 В, напряжение нагрузки будет близко к идеальному двухполупериодному напряжению и влияние падения на диодах будет не значительным.

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Мостовой выпрямитель — устройство или контур, проводящее ток в течение обеих половин цикла переменного тока. Поскольку мостовой выпрямитель использует всё вторичное напряжение, на выходе напряжение в два раза больше чем у двухполупериодного выпрямителя.

Схема мостового выпрямителя

Схема мостового выпрямителя
Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Принцип действия мостового выпрямителя

Мостовой выпрямитель состоит из четырёх диодов, соединённых в форме «моста», причём вторичная обмотка трансформатора соединяется через противоположные углы «моста», а сопротивление нагрузки соединяется через другие два угла. Выходное напряжение мостового выпрямителя в два раза больше, чем у двухполупериодного выпрямителя, поскольку через «мост» протекает воздействие всего напряжения вторичной обмотки.

В течение первой половины цикла переменного тока, ток протекает от отрицательной стороны вторичной обмотки через диод D1, через сопротивление нагрузки RL, через диод D3, к положительной стороне вторичной обмотки. Этот ток через RL представляет собой положительную полуволну.

Путь тока через мостовой выпрямитель в течение первой половины цикла переменного тока

Путь тока через мостовой выпрямитель в течение первой половины цикла переменного тока

В течение второй половины цикла переменного тока, ток протекает от отрицательной стороны вторичной обмотки через диод D4, через сопротивление нагрузки RL, через диод D2, к положительной стороне вторичной обмотки. Этот ток через RL представляет собой положительную полуволну.

Путь тока через мостовой выпрямитель в течение второй половины цикла переменного тока

Путь тока через мостовой выпрямитель в течение второй половины цикла переменного тока
Сравнение формы кривой выходного сигнала мостового выпрямителя и двухполупериодного выпрямителя
Сравнение формы кривой выходного сигнала мостового выпрямителя и двухполупериодного выпрямителя

Повторитель напряжения

имеет высокое входное сопротивление, низкое выходное сопротивление и коэффициент усиления равный единице

Умножитель напряжения

контур, способный выдать напряжение, в несколько раз превышающее полученное

Выпрямитель мостовой в своей однофазной схеме имеет подключение к одному из контактов переменного тока, а к другой стороне диагонали подается нагрузка. В такой схеме диоды работают парно. В одном направлении ток проходит от вторичной обмотки, во втором – по цепи. Такие направления называются полупериодами. Коммутация происходит при переходе переменного напряжения через ноль.

В данной статье будет рассказано все о структуре мостового выпрямителя, какие принципы работы они в себе имеют, как и где используются. В качестве дополнения, статья содержит в себе два наглядных видеоматериала и одной подробное техническое описание, которое можно скачать в формате PDF.

Схема мостового выпрямителя

Схема мостового выпрямителя

Мостовой тип устройства

Трехфазная мостовая схема выпрямления использует шесть диодов (или тиристоров, если требуется управление). Выходное напряжение характеризуется тремя значениями: минимальным U, средним U и пиковым напряжением. Полноволновой трехфазный выпрямитель похож на мост Гейца.

Обычный трехфазный выпрямитель не использует нейтраль. Для сети 230 В / 400 В между двумя входами выпрямителя. Действительно, между 2 входами всегда есть составное напряжение U (= 400 В). Неконтролируемое устройство означает, что нельзя отрегулировать среднее выходное U для этого входного U. Неконтролируемое выпрямление использует диоды.

Управляемый выпрямитель позволяет регулировать среднее выходное напряжение, воздействуя на задержки срабатывания тиристора (используется вместо диодов). Эта команда требует сложной электронной схемы. Диод ведёт себя как тиристор, загружаемый без задержки.

Выходное U трехфазного выходного напряжения. Всего 7 кривых: 6 синусоид и красная кривая, соединяющая верхнюю часть синусоид («синусоидальные шапки»). 6 синусоидов представляют собой 3 напряжения, составляющие U между фазами и 3 одинаковыми напряжениями, но с противоположным знаком:

U31 = -U13U23 = -U32U21 = -U12.

Красная кривая представляет U на выходе выпрямителя, то есть на клеммах резистивной нагрузки. Это U не относится к нейтрали. Она плавает. Это U колеблется между 1,5 В max и 1,732 Вmax (корень из 3). Umax — пиковое значение одного напряжения и составляет 230×1,414 = 325 В. Популярные модели мостовых выпрямителей представлены в таблице ниже:

таблица мостовых выпрямителей

Таблица характеристик популярных моделей мостовых выпрямителей.

Схема работы устройства

Мостовой выпрямитель состоит из четырёх диодов, соединённых в форме «моста», причём вторичная обмотка трансформатора соединяется через противоположные углы «моста», а сопротивление нагрузки соединяется через другие два угла. Выходное напряжение мостового выпрямителя в два раза больше, чем у двухполупериодного выпрямителя, поскольку через «мост» протекает воздействие всего напряжения вторичной обмотки.

В течение первой половины цикла переменного тока, ток протекает от отрицательной стороны вторичной обмотки через диод D1, через сопротивление нагрузки RL, через диод D3, к положительной стороне вторичной обмотки. Этот ток через RL представляет собой положительную полуволну.

Путь тока через мостовой выпрямитель в течение первой половины цикла переменного тока

В течение второй половины цикла переменного тока, ток протекает от отрицательной стороны вторичной обмотки через диод D4, через сопротивление нагрузки RL, через диод D2, к положительной стороне вторичной обмотки. Этот ток через RL представляет собой положительную полуволну.

Свойства трехфазного напряжения

Кривая, действующая только на резистивной нагрузке, неконтролируемое выпрямление (с диодами), не возвращается на ноль, в отличие от моночастотного устройства (мост Грейца). Таким образом, пульсация значительно ниже и размеры индуктора и / или сглаживающего конденсатора менее ограничительны, чем для моста Гейца.

Для получения ненулевого выходного U требуется по меньшей мере две фазы. Минимальное, максимальное и среднее значение напряжения. Численно, для сети 230 В / 400 В выпрямленное напряжение колеблется между минимальным напряжением: 1,5 В мин = 1,5 х (1,414×230) = 488 В, и максимальным: 1,732 Вмакс = 1,732 х (1,414×230) = 563 В.

Выходное напряжение трехфазного выходного выпрямителя (зум). 3-фазный полноволновый выпрямитель MDS 130A 400V. 5 терминалов: 3 фазы, + и -. Этот выпрямитель содержит 6 диодов.

Таким образом, можно суммировать следующие моменты:

  • 6 диодов, 2 диода на фазу — слабая пульсация по сравнению с одноволновым выпрямителем (мост Гейца);
  • среднее значение выпрямленного напряжения: 538 В для сети 230 В / 400 В;
  • нейтраль не используется трехфазным выпрямителем.

Принцип действия

Устройства выпрямления, детектирования и смешивания сиг­налов можно строить на основе мостовых схем. В этой схеме переменное напряжение, при­кладываемое к противоположным узлам диодного моста, преоб­разуется в пульсирующее выпрямленное напряжение, снимае­мое с двух других узлов. При включении нагрузочного резисто­ра RH выделяемое на нем пульсирующее напряжение является униполярным, что характерно для двухполупериодного выпря­мления.

При действии на входе полуволны переменного напряжения положительной полярности зажим Т1 будет положителен по от­ношению к зажиму 7Y В этом случае электроны поступают на зажим Т2 и выводятся через зажим Т1

Электроны от зажи­ма Т2 поступают на узел с диодами Д3 и Д4, причем только Димеет нужное для проводимости направление включения. По­этому электроны движутся, пройдя через этот диод, к узлу с диодами Д3 .и Дь Полярность напряжения, приложенного к дио­ду Дь является запирающей, так что электроны от этого узла поступают на резистор.

Работа мостового выпрямителя

Работа мостового выпрямителя

При протекании тока через резистор RH на последнем возникает падение напряжения (полярность указана на рисунке). После прохождения через резистор электроны достигают узла с диодами Д2 и Д4. Но только на диоде Ддействует отпирающее напряжение, позволяющее электронам двигаться к выводу Т1потенциал которого положителен при данной полуволне переменного тока. Диод же Д4 оказывается запертым, так как потенциал T2 отрицателен.

Мостовой выпрямитель — устройство или контур, проводящее ток в течение обеих половин цикла переменного тока. Поскольку мостовой выпрямитель использует всё вторичное напряжение, на выходе напряжение в два раза больше чем у двухполупериодного выпрямителя.

В течение следующего полупериода «изменения входного на­пряжения потенциал зажима Т1 отрицательный, а зажима Тположительный. Поэтому электроны от зажима TI перемещают­ся к узлу с диодами Д] и Д2, и, поскольку нужную для прово­димости полярность включения имеет лишь диод Д]? электроны проходят через этот диод и опять поступают на резистор RHсоздавая на нем падение напряжения той же полярности, что и в первом случае. Далее электроны, как и прежде, поступают на узел с диодами Д2 и Д4, однако к зажиму Т2 они проходят че­рез диод Д4.

Интересно почитать! Что такое варистор и где его применяют.

Таким образом, поскольку мостовой выпрямитель использует каждый полупериод входного переменного напряжения и поворачивает фазу колебаний отрицательной полярности для получения униполярного пульсирующего напряжения на выходе схемы, он обеспечивает двухполупериодное выпрямление.

[stextbox id=’info’]Существенным недостатком схемы двухполупериодного выпрямления со средней точкой является потребность в двух источниках входного напряжения. Такая потребность обусловлена тем, что один из выводов сопротивления нагрузки периодически переключается между двумя источниками напряжения, а другой вывод постоянно подключен к средней точке этих источников.[/stextbox]

Однако необходимость в средней точке отпадет, если и второй вывод нагрузки при помощи второй аналогичной диодной схемы будет синхронно и противофазно подключаться к неиспользуемым на соответствующем интервале времени выводам источников питания.

Схемотехническая реализация такого метода представлена ниже. Эта схема носит название однофазного мостового выпрямителя и является, вероятно, самой распространенной из всех схем выпрямления, предназначенных для работы с однофазными источниками переменных напряжений.

Также как и в двухполупериодной схеме выпрямления со средней точкой, в мостовой схеме напряжение прикладывается к нагрузке в течение всего периода изменения напряжения Uвх. При этом его значение при Uвх=Uвх1+Uвх2 в два раза превышает выходное напряжение схемы рис. 3.4-8. Поэтому при одном и том же напряжении нагрузки в мостовой схеме к обратносмещенным диодам прикладывается напряжение в два раза меньшее, чем в схеме рис. 3.4-8 (Uобрmax=Uвхmax=π⋅Uнср/2.

Основная частота пульсаций выпрямленного напряжения в двухполупериодной мостовой схеме будет равна удвоенной частоте входного напряжения. Коэффициент пульсаций такой же, как и в двухполупериодной схеме со средней точкой: Kп=0,67.

Трехфазный мостовой выпрямитель

Трехфазный мостовой выпрямитель

Особенностью мостовой схемы является то, что в ней последовательно с нагрузкой все время включено два диода, в то время как в описанных выше однофазной однополупериодной и однофазной двухполупериодной схемах такой диод один.

Поэтому при низких входных напряжениях (4…5 В) использование мостовой схемы может оказаться неэффективным (падение напряжения на диодах по величине будет сравнимо с выходным напряжением выпрямителя) — для повышения КПД обычно применяют двухполупериодную схему со средней точкой (возможен также переход к использованию диодов Шоттки с малым падением напряжения при прямом смещении).

С повышением напряжения разница в КПД схем уменьшается и определяющим фактором становится величина обратного напряжения, прикладываемого к запертым диодам в процессе работы выпрямителя. Поэтому при больших уровнях выходного напряжения обычно используют выпрямитель выполненный по мостовой схеме.

Однофазный полностью управляемый выпрямитель позволяет преобразовывать однофазный AC в DC. Обычно это используется в различных приложениях, таких как зарядка аккумулятора, управление скоростью двигателей постоянного тока и передняя часть ИБП (источник бесперебойного питания) и SMPS (источник питания с переключаемым режимом).

Все четыре используемых устройства — тиристоры. Моменты включения этих устройств зависят от пусковых сигналов. Выключение происходит, когда ток через устройство достигает нуля, и он обратный смещён, по крайней мере, на длительность, равную времени выключения устройства, указанного в листе данных:

  1. В положительных полуциклических тиристорах T1 и T2 стреляют под углом α.
  2. Когда T1 & T2 проводит Vo = Vs IO = is = Vo / R = Vs / R.
  3. В отрицательном полупериоде входного напряжения SC3 T3 и T4 запускаются под углом (π + α).
  4. Здесь выходной ток и ток питания находятся в противоположном направлении. T3 & T4 отключается при 2π.

Если мостовую схему выпрямления использовать совместно с источником, снабженным средней точкой, и средний выход каждой пары диодов соединить со средней точкой входного источника через собственную нагрузку, на выходе выпрямителя получится два равных, но обратных по знаку напряжения (рис. 3.4-10). Такая схема выпрямителя часто используется для питания устройств, построенных с применением операционных усилителей.

Трехфазный прибор (схема Ларионова)

Трехфазный мостовой выпрямитель (рис. 2.2, а) можно рассматривать как со­единение двух трехфазных выпрямителей с нулевым выводом, у одного из которых диоды VD1, VD3, VD5 образуют катодную группу, а у другого диоды VD2, VD4, VD6 обра­зуют анодную группу. Трансформаторы у этих выпрямителей совмещены в один. При работе мостовой схемы ток проводят всегда два диода; один в анодной, а другой – в ка­тодной группе.

[stextbox id=’info’]В любой момент времени в катодной группе будет открыт тот диод, по­тенциал которого по отношению к средней точке трансформатора выше (более поло­жительный) потенциала анода других диодов. В анодной группе проводит тот диод, по­тенциал, которого ниже (более отрицателен) по отношению к потенциалам катодов других диодов.[/stextbox]

Например, в момент времени θ = θ1 (рис. 2.2, б) в катодной группе про­водит диод VD1, в анодной – VD6. Переход тока с диода на диод в обоих группах происходит в точках естественной коммутации К1, К2, К3,…, А1, А2, А3 и т.д. Порядок вступления диодов в работу соответствует их номерам.

Таким образом, по отношению к нулевой точке трансформатора потенциал общих катодов из­меряется по верхней огибающей, а потенциал общих анодов – по нижней огибающей кривых фазных напряжений ua, ub, uc.

Мгновенное выпрямленное напряжение ud  мостового выпрямителя равно разности потенциалов катодной и анодной групп и соответствует ординатам, за­ключенным между верхней и нижней огибающими. Пульсации выпрямленного напряжении ud и тока id  a, при активной нагрузке ключ К замкнут происходят с шестикратной частотой по отношению к частоте сети.

Материал по теме: Что такое реле контроля.

Форма выпрямленного тока и тока через диод показана на рис. 2.2, в, г, при ак­тивной нагрузке выпрямителя rв и работе выпрямителя на обмотку возбуждения (см. рис. 2.2 в, штриховая линия). Обратное напряжение имеет форму, как в нулевой схеме, но в два раза меньшей амплитуды. Ток в каждой фазе вторичной обмотки трансформатора протекает дважды за пе­риод в противоположных направлениях. В связи с этим в мостовой схеме отсутствует вынужденное подмагничивание сердечника трансформатора.

Форма первичного тока находится из условия компенсации магнитодвижущих сил (МДС) первичной и вторичной обмоток при соединении первичной обмотки в звезду. Выпрямитель при этом на­гружен на обмотку возбуждения.

Расчетные соотношения для мостовой схемы нахо­дятся из общих формул (2.1 – 2.8), при m = 6. При сравнительном анализе трехфазной нулевой и мостовой схем можно сделать те же выводы, что и для соответствующих однофазных схем.

Улучшение гармонического состава кривых выпрямленного напряжения и сете­вого тока достигается в многофазных схемах выпрямления, используемых для машин большой мощности. На практике широко применяют двенадцатифазные схемы вы­прямления (m = 12), образованные последовательным или параллельным соединением двух мостовых выпрямителей.

Расчет выпрямителей

Расчет выпрямителей

Заключение

Автор статьи

Инженер по специальности “Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем”, МИФИ, 2005–2010 гг.

Более подробную информацию о мостовых выпрямителях можно узнать из материала «Выпрямитель мостовой».Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. А также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу.

В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:

www.220v.guru

www.electricalschool.info

www.nauchebe.net

www.club155.ru

www.studme.org

www.electrono.ru

Предыдущая

ТеорияКак устроен однополупериодный выпрямитель и где применяется

Следующая

ТеорияКак устроен трехфазный выпрямитель

Схема однофазного
мостового выпрямителя представлена на
рис.6.4. Силовой трансформатор не является
обязательным элементом схемы и вводится
при необходимости изменения величины
переменного напряжения, подводимого к
мосту. Каждое плечо моста содержит
диод.

Рисунок 6.4.
Схема однофазного мостового выпрямителя

На
рис.6.5 приведены временные диаграммы
напряжений и токов для случая активного
сопротивления нагрузки RН
на выходе
моста. К мосту подводится напряжение
u2,
амплитуда которого связана с амплитудой
напряжения u1
на входе выпрямительного устройства,
показанного на рис.6.5,а, через коэффициент
трансформации. Как и в случае выпрямителя
с нулевым отводом, рассматриваются
состояния схемы при положительном и
отрицательном полупериодах напряжения
u1.
Полярности напряжений на вторичной
обмотке трансформатора для интервала
фаз 0на рис.6.4 указаны без скобок, для интервала
фазв скобках.

В
интервале фаз 0положительное напряжение подводится
к аноду диода Д1
и к катоду
диода Д 4,
отрицательное напряжение подводится
к аноду диода Д 3
и к катоду диода Д 2.
Следовательно, диоды Д 1
и Д 2
будут находиться в открытом состоянии,
а диоды Д 3
и Д 4
– в закрытом. Ток вторичной цепи будет
протекать через два открытых диода и
нагрузку R
Н.

Рисунок
6.5. Временные диаграммы, иллюстрирующие
работу

однофазного
мостового выпрямителя

В
интервале фаз
изменяется полярность подводимого к
мосту напряжения, что приводит к открытию
диодов Д3
и Д 4
и к закрытию диодов Д
1
и Д 2
. Ток будет протекать через открытые
диоды Д 3 и
Д 4
, и напряжение в нагрузке R
Н
будет иметь
ту же полярность, что и в интервале фаз
.
Цифры на рис. 6.5,б соответствуют номерам
диодов, через которые протекает ток в
определенные полупериоды подводимого
напряжения. Таким образом, и при
положительном и отрицательном полупериодах
напряженияu1
на выходе моста напряжение будет
положительным, что отражено на рис.
6.5,б. При пренебрежении потерями в
открытых диодах амплитуды импульсов
напряжения на выходе выпрямителя
равны амплитуде импульсов напряжения
на вторичной обмотке трансформатора.

На
рис. 6.5,в приведена временная зависимость
выпрямленного тока, которая согласно
закону Ома определяется зависимостью
,
а на рис.6.5,г и 6.5,д – временные зависимости
токов, протекающих через соответствующую
пару диодов.

Сравнение
временных диаграмм на рис. 6.5,б – 6.5,д, и
на рис. 6.3,в –6.3,е показывает их полную
идентичность. В обеих схемах выпрямление
осуществляется в течение двух полупериодов
подводимого напряжения. Обе эти схемы
выпрямителей являются двухполупериодными.
Вследствие идентичности временных
зависимостей выпрямленного напряжения,
а также выпрямленного тока и токов
диодов, для мостового выпрямителя
справедливыми будут соотношения (6.2) –
(6.5) и (6.8), которые были получены для схемы
с нулевым отводом. Только входящая в
эти соотношения величина
является действующим значением
напряжения, снимаемая с вторичной
обмотки трансформатора (не имеющей
нулевой отвод).

Отличаются
только соотношения, определяющие
величину обратного напряжения на диоде.
К диодам мостовой схемы, находящимся в
закрытом состоянии, подводится напряжение
с отводов вторичной обмотки трансформатора,
то есть
.
Например, к катоду закрытого диода Д1
подводится положительное напряжение
через открытый в это время диод Д 3.
Следовательно, максимальное обратное
напряжение, которое должен выдерживать
диод в однофазном мостовом выпрямителе,
равно

Uв
max

=
U2
= 0,5π Ud,
(6.9)

то есть вдвое меньшее,
чем в выпрямителе с нулевым отводом.

Рисунок 6.6.
Схема мостового выпрямителя с нулевым
отводом

В схеме
мостового выпрямителя можно использовать
трансформатор с нулевым отводом. Такой
выпрямитель, схема которого приведена
на рис. 6.6, обеспечивает получение на
выходе двух одинаковых по величине, но
разнополярных напряжений (относительно
нулевого отвода), что необходимо, в
частности, для питания операционных
усилителей. Схему на рис. 6.6. можно
рассматривать как сочетание двух схем
выпрямителя с нулевым отводом: одна –
на диодах Д1и Д3, вторая –
на диодах Д2и Д4. Величины
разнополярных напряженийud1иud2
равны 0,5 ud– половине суммарного выходного
напряжения.

Добавить комментарий