Двухполупериодный выпрямитель
Двухполупериодный выпрямитель – это схема, преобразующая две половины периода синусоиды переменного напряжения в непрерывную последовательность импульсов одной полярности.
Существуют два основных варианта реализации двухполупериодного выпрямителя - мостовой и балансный. Схема балансной реализации изображена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема выпрямителя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: Tr - трансформатор с двумя одинаковыми вторичными обмотками или одной, у которой есть отвод посередине; DV1, DV2 - диоды (вентили); Cf - емкостный фильтр; Rn - сопротивление нагрузки.
Осциллограмма данного двухполупериодного выпрямителя представлена на рисунке ниже.
Рисунок 2. Осциллограмма. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: U1 - осциллограмма на входе; U2 - график перед фильтром; Un - диаграмма на выходе выпрямителя.
Диод – это электронный компонент с двумя полюсами с низким сопротивлением в одном направлении и высоким сопротивлением в другом, проводящий электрический ток преимущественно в одном направлении.
Рассматриваемая схема представляет собой два совмещенных однополупериодных преобразователя - два раздельных источника, на которые приходится одна нагрузка. Результат работы такого устройства демонстрирует график перед фильтром, из которого следует, что в процессе его работы используются два полупериода. Преимуществами такой схемы являются:
- Более высокий коэффициент полезного действия, чем у однополупериодного выпрямителя.
- Удвоенная частота пульсаций на выходе выпрямителя.
- Снижение “провалов” между импульсами, что делает возможным использование меньшей фильтрующей емкости.
- На рисунке ниже представлена мостовая схема двухполупериодного выпрямителя.
Рисунок 3. Мостовая схема двухполупериодного выпрямителя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Осциллограмма данной схемы практически не отличается от осциллограммы балансной схемы. Главное ее преимущество заключается в том, что не существует необходимости в использовании более сложного трансформатора. Выпрямители, реализованные при помощи полупроводникового диодного моста, нашли широкое применение в радиоэлектронике, например, в качестве источника слаботочных цепей и в электротехнике, например, в сварочных аппаратах, чей номинальный ток может достигать 500 ампер.
Кроме полупроводниковых диодов могут использоваться вакуумные.
Самый существенный недостаток двухполупериодных выпрямителей заключается в том, что необходимо наличие трансформатора средней точкой во вторичной обмотке. Особенно данный недостаток проявляется в том случае, когда для схемы имеет значение высокая выходная мощность - стоимость и габариты трансформатора становятся определяющими факторами, поэтому такие выпрямители в основном используются в схемах с низким потреблением электрической энергии.
Расчет двухполупериодного выпрямителя без фильтра
Рассмотрим схему двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом без фильтра, работающего на противо-электродвижущей силы, схема которого представлена на рисунке ниже.
Рисунок 4. Схема двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом без фильтра. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В данном случае для расчета выпрямителя исходными данными являются угол отсечки (п/3), действующее значение напряжения сети (220 вольт), падение напряжения на диоде (0,7 вольт), сопротивление потерь (1,5 Ом), а также величина электродвижущей силы (12 вольт). Осциллограммы, рассматриваемого двухполупериодного выпрямителя без фильтра изображены на рисунке ниже.
Рисунок 5. Осциллограммы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Расчет выпрямителя начинается с определения электродвижущей силы вторичной обмотки трансформатора. Формула выглядит следующим образом:
$U2 = (E0 / (\/2 * cosa)) + Uпн$ вольт
где Е0 - величина электродвижущей слиы; а - угол отсечки; Uпн - падение напряжения.
Таким образом:
$U2 = (12 / (\/2*cos60)) + 0.7 = 17.7 $
Теперь можно рассчитать коэффициент трансформации, формула для расчета которого выглядит следующим образом:
$К = U1/U2$
где U1 - действующее значение напряжения сети.
Таким образом:
$К = 220 / 17,7 = 12,4$
Максимально допустимое среднее значение электрического тока диода рассчитывается по формуле:
$Iд = (U2 - E0) / rп$
где rп - сопротивление потерь в выпрямителе
Таким образом:
$Iд = (17,7 - 12) / 1,5 = 3,8 $ампер
Отсюда теперь возможно рассчитать электрический ток нагрузки, по формуле:
$Iн = 2*Iд = 2*3,8 = 7,6$ ампер
Максимально допустимое значение электрического тока диода рассчитывается следующим образом:
$Iдmax = (√2*U2 - E0) / rп = (√2*17,7-12) / 1,5 = 8,7$ ампер
Электрический ток диода, в составе рассматриваемого двухполупериодного выпрямителя без фильтра, изменяется по следующему закону:
$i = Iдmax*sin(wt) = 8.7*sin(v)$ ампер
Максимальное напряжение, которое возникает между анодом и катодом, рассчитывается по формуле:
$Uak = 2*√2*U2 = 2*√2*17.7 = 49$ вольт
Действующее значение электрического тока вторичной обмотки трансформатора рассчитывается следующим образом:
Рисунок 6. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Действующее значение электрического тока вторичной обмотки трансформатора рассчитывается следующим образом:
Рисунок 7. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
