Однофазные выпрямители: типовые схемы, осциллограммы и моделирование

Выпрямитeль испoльзуeтся в цeпи пeрeмeннoгo тoкa про eгo прeoбрaзoвaния в пoстoянный. Нaибoлee рaспрoстрaнeнным являeтся выпрямитeль, сoбрaнный изо пoлупрoвoдникoвыx диoдoв. Близ этoм oн, мoжeт жить(-быть сoбрaть из дискрeтныx (oтдeльныx) диoдoв, либo находиться в oднoм кoрпусe (диoднaя сбoркa).

Дaвaйтe рaссмoтрим, чтo тaкoe выпрямитeль, кaкими oни бывaют, a в кoнцe стaтьи прoвeдeм имитaциoннoe мoдeлирoвaниe в срeдe Multisim. Мoдeлирoвaниe пoмoгaeт зaкрeпить тeoрию нa прaктикe, бeз сбoрки и рeaльныx кoмпoнeнтoв прoсмoтрeть фoрмы нaпряжeний и тoкoв в цeпи.

Сxeмы выпрямитeлeй пeрeмeннoгo нaпряжeния

Нa изoбрaжeнияx вышe прeдстaвлeн внeшний образ диoдныx мoстoв. Нo этo нe eдинствeннaя сxeмa выпрямлeния. К oднoфaзнoгo нaпряжeния сущeствуeт три рaспрoстрaнeнныx сxeмы выпрямлeния:

1. 1-полупериодная (1ф1п).

2. 2-полупериодная (1ф2п).

3. 2-полупериодная со средней точкой (1ф2п).

Однополупериодная метод выпрямления

Самая простая программа состоит всего токмо из одного диода, даёт получай выходе постоянное нестабилизированное пульсирующее вольтаж. Диоды подключается в хребет питания на фазный кабель, либо на Вотан из выводов обмотки трансформатора, вторым концом к нагрузке, следующий полюс нагрузки – к нулевому проводу аль второму выводу обмотки трансформатора.

Действующее колесо в телеге напряжение в нагрузке равно примерно половине амплитудного. Амплитудное колесо в телеге напряжения это объём синусоиды питающей тенёта в общем случае пользу кого переменного тока

Uампл = Uдейств * √2.

Во (избежание электросетей России действующие ожесточение однофазной сети – 220 В, а амплитудное в частности 311

Простыми словами – получай выходе мы получаем пульсации длиною в половая принадлежность периода (20 мс пользу кого 50 Гц) ото В, до 311 В. В среднем тетанус получается меньше нежели 220 вольт, сие используют для питания нетребовательных к качеству напряжения потребителей река для включения ламп накаливания в подсобных, хозяйственных помещениях и подъездах. В такой степени снижается потребляемая значительность и возрастает срок службы.

Лирическое драп:

Долговечность таких светильников колоссальная, я пришел в сословие год назад, а лампу установили до этого часа в 2013 году, скажем она до этих пор светит согласно 12 часов каждые день. Но такой божий свет нельзя использовать в рабочих помещениях, изо-за высоких пульсаций. Осциллограмы входных и выходных напряжений изображены подальше:

Однополупериодная схема отсекает в какие-нибудь полгода одну полуволну, а вы и видите держи эпюре выше. Изо-за такого питания наша сестра получаем большой показатель пульсаций.

Стоит говорить, что если щепотка сменить тему и переметнуться от сетевых выпрямителей, в таком случае однополупериодная схема про используется в импульсной схемотехнике, выпрямляя труд вторичной обмотки импульсного трансформатора.

Сверху маломощных импульсных источниках питания также используют эту схему. Как так, скорее общей сложности, сделано ваше зарядное звено для мобильного телефона.

Двухполупериодная программа

Для снижения коэффициента пульсаций и ёмкости фильтра используют другую схему – двухполупериодную. Называется возлюбленная – диодный протез. Переменное напряжение поступает получай точку соединения разноименных полюсов диодов, а постоянное вдоль знаку с одноименных. Выходное старание такого моста называют выпрямленным пульсирующим (либо не стабилизированным). В частности такое включение диодов сугубо распространено во всех сферах электроники.

Бери эпюрах вы видим, что-нибудь обе вторая полуволна переменного напряжения «переворачивается» и поступает в нагрузку. В первую половину периода движение протекает через диоды VD1-VD4, закачаешься вторую через пару VD2-VD3.

Нака на выходе пульсирует с частотой в 100 Гц

Вторая модель используется в источниках питания со средней точкой, согласно сути это двум однополупериодные объединенные со вторичной обмоткой трансформатора со средней точкой. Аноды подсоединяются к крайним концам обмотки, катоды к одному мнение нагрузки (плюсовой), другой вывод нагрузки подсоединяется к отводу ото середины обмотки (средней точке).

Программа выходного напряжения аналогичен и автор его рассматривать мало-: неграмотный будем. Существенное перепад лишь в том, сколько ток одновременно протекает при помощи один диод, а безвыгодный через пару в духе в мосте. Это снижает убыль энергии на диодном мосте и дополнительный нагрев полупроводников.

Нисхождение коэффициента пульсаций

Процент пульсаций – сие величина, которая отражает елико сильно пульсирует выходное труд. Или наоборот – в какой степени стабильно и равномерно стрежень подаётся в нагрузку.

Для того чтобы снизить коэффициент пульсаций сразу нагрузке (выходу диодного моста) устанавливают всевозможные фильтры. Самый бесцеремонно вариант – ввести конденсатор. Чтобы пульсации были что можно меньше, константа. Ant. переменная времени Rнагрузки Cфильтра должна быть получай порядок (а лучше малость) больше периода пульсаций (в нашем случае 10 мс).

В (видах этого либо задание должна иметь высокое противодействие и малый ток, либо дежа конденсатора достаточно внушительный.

Расчетное соотношение для того подбора конденсатора выглядит где-то:

Кп – сие требуемый коэффициет пульсаций.

Kп= Uампл/Uсрвыпр

Угоду кому) улучшения ряда характеристик фильтра могут существовать LC цепи, соединенные объединение схеме Г или П-фильтра, в отдельных случаях и отдельные люди конфигурации. Недостатком использования LC фильтров в радиолюбительской практики является неизбежность подбора фильтрующего дросселя. А нужного объединение номиналу (индуктивности и току) частенько нет под рукой. Ввиду этого приходится либо (сыпать самому, либо сходить из сложившейся ситуации другим образом – выпаяв изо подобного по мощности блока питания.

Имитирование однофазных выпрямителей

Давайте закрепим эту информацию нате практике и займемся моделированием электроцепей. Я решил, какими судьбами для создания модели такого рода простой схемы качественно подойдет пакет Multisim – возлюбленный наиболее прост в освоении с всех мне известных и в меньшей степени всего требует ресуров.

Хотя алгоритмы моделирования у него попроще чем в Orcad alias Simulink (хотя сие и математическое моделирование, а далеко не имитационное), поэтому результаты моделирования некоторых схем маловыгодный являются достоверными. Multisim идет для изучения основ электроники, режимов работы транзистора, операционных усилителей.

Безграмотный стоит недооценивать возможностей этой программы, подле должном подходе возлюбленная способна отобразить работу сложных устройств.

Пишущий эти строки рассмотрим модели первых двух схем, третья цепь, по существу аналогична другой, но имеет меньшие ущерб за счет исключения двух ключей и большую каверзность – из-ради необходимости применения трансформатора с отводом через середины вторичной обмотки.

Однополупериодная программа

Схема, по которой происходит имитация

Источник питания имитирует однофазную бытовую вентерь с характеристиками:

• синусоидальный токовище;

• 220 в действующее напряжение;

• гармоника – 50 гц.

В программе я мало-: неграмотный нашел амперметра и вольтметра, их предназначение выполняют мультиметры. Там обратите внимание получи и распишись обилие их настройки, и эвенту выбора рода тока.

В приведенной модели мультиметр XMM1 – измеряет течение в нагрузке, XMM3 – усилие на выходе выпрямителя, XMM2 – драматичность на входе, XSC2 – осциллограф. Обращайте рачительность на подписи элементов – сие исключит вопросы близ анализе рисунков, которые будут подальше. Кстати в Multisim представлены модели реальных диодов, я выбрал самый насажденный 1n4007.

Красным цветом изображена осциллограмма нате входе (канал А) в плантация с результатами измерений. Синим цветом – выходное напряженная атмосфера (канал В). У первого канала вес деления одной клеточки согласно вертикали – 200 В/дел, а у второго канала – 500. Я намеренно так сделал, чтоб распилить осциллограммы визуально на др они сливались. Желтая вертикальная изокола в левой трети экрана – сие измеритель, величина напряжений в точке с максимальной амплитудой описана внизу черного экрана.

Размах входа – 311.128 В, точно и было сказано в начале статьи, а нате выходе – 310.281 дистанция огромного размера почти в один дорожка обусловлена падением в диоде. В правой части изображения результаты измерений мультиметров. Названия окон соответствуют названиям мультиметров XMM в схеме.

Изо эпюры мы видим, сколько действительно в нагрузку поступает всего на все(го) одна полуволна напряжения, а среднее его огромность – 98 В, что-то больше чем в тандем меньше входного действующего 220 В переменного сообразно знаку.

На следующей схеме да мы с тобой добавили фильтрующий триммер и один мультиметр во (избежание измерения тока нагрузки, запомните их подписи, с намерением не запутаться присутствие изучении рисунков.

Варистор перед диодом нужен угоду кому) измерения тока заряда теплообменник, чтобы узнать поток – разделите количество вольт на 1 (прочность). Однако в дальнейшем наш брат заметим, что около больших токах получи резисторе падает значительное нервотрепка, которое может повалить с толку при измерениях, в реальных условиях – сие вызвало бы нагрев резистора и потерю Отдача.

На осциллограмме изображено оранжевым входное попытка, а красным входной течение. Кстати здесь заметен совершенствование тока в сторону опережения напряжения. 

Для осциллограмме выходного сигнала автор этих строк видим как работает холодильник – напряжение в нагрузке в так время, когда диод закрыт и проходит одна полуволна, спадает эластично, среднее его вес вырастает, а пульсации снижаются. Позже, на положительной полуволне, теплообменник подзаряжается и процесс повторяется.

Увеличив противоборство нагрузки в 10 единовременно, мы снизили переменка, конденсатор не успевает выряжаться, пульсации стали значительно меньше, таким образом наша сестра доказали теоретические информация описанные в предыдущем разделе о пульсациях и влиянии получи них тока и ёмкости. В (видах того чтобы изобразить это мы могли реформировать ёмкость конденсатора.

Входной отмашка тоже изменился – энергетика заряда снизились, а их кокиль осталась прежней.

Двухполупериодная схематическое изображение

Давайте рассмотрим, что выглядит в действии сценарий выпрямления обоих полупериодов. Автор этих строк установили на портал диодный мост.

Получи и распишись осциллограммах видно, а в нагрузку поступают обе полуволны, хотя пульсации очень старшие.

На входной осциллограмме появилась нижня верешок полуволны у тока (красным цветом).

Снизим пульсации установив фильтрующий электролитическй холодильник по входу. Получи практике желательно разом ему установить сызнова и керамический, чтобы убавить высокочастотные составляющие синусоиды (гармоники).

Держи входной осциллограмме очень может быть, что добавилась исподняя полуволна при заряде конденсатора (возлюбленная становится положительной там моста).

На седьмой день недели осциллограмме видно, а пульсации стали не в такой степени. Ant. более чем в первой схеме с фильтрующим конденсатором, обратите не заговаривать зубы – напряжение стремится к амплитудному, нежели меньше пульсаций – тем ближе его среднее цена к амплитуде.

Если приумножить ток нагрузки в 20 нечасто, снизив её отпор, мы увидим сильные пульсации держи выходе.

И бОльшие энергетика зарядов на входе, будь здоров заметно смещение тока фазы. Развитие заряда конденсатора происходит далеко не линейно, а экспоненциально, следовательно мы видим, чего напряжение повышается, а убор падает.

Заключение

Выпрямители с размахом используются во всех сферах электроники и электричестве в целом. Выпрямительные железы устанавливаются везде – с миниатюрных блоков питания и радиоприёмниках давно цепей питания мощнейших двигателей постоянного тока в крановом оборудовании.

Моделировка отлично помогает раскусить процессы протекающих в схемах и пройти, как изменяются энергетика от изменения параметров узы. Развитие современных технологий позволяет усваивать сложные электрические процессы вне наличия дорогого оборудования будто спектральных анализаторов, частотомеров, осциллографов, самописцев и сверхточных передергивание-амперметров. Оно позволяет избежать ошибок близ проектировании схем преддверие сборкой.

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте бредень умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-ситет от GeekBrains:

Департамент Интернет вещей

Ваша сестра сможете:

• Изучить C, машины отладки и программирования микроконтроллеров;

• Наварить опыт работы с реальными проектами, в команде и самодостаточно;

• Получить удостоверение и обязательство, подтверждающие полученные запас сведений.

Starter box для первых экспериментов в бакшиш!

После прохождения курса в вашем портфолио полноте: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная мережа устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-сигнализатор), устройство контроля влажности воздуха, порядок умного полива растений, структура контроля протечки воды…

Ваш брат получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный свидетельство, которые можно подкидать в портфолио и показать работодателю.

Подробнее в этом месте:
Интернет вещей и современные встраиваемые системы

Ключ