Принцип действия и схема трехфазного мостового выпрямителя

Полупроводниковые схемы

Любой выпрямитель — это схема. Она включает в себя вторичную обмотку трансформатора, выпрямляющий элемент, электрический фильтр и нагрузку. При этом существует возможность получать умножение напряжения. Выпрямленное напряжение — это сумма постоянного и переменного напряжений. Переменная составляющая — это нежелательная компонента, которую уменьшают тем или иным способом. Но поскольку используются полуволны переменного напряжения, иначе быть не может.

Его можно уменьшить двумя способами:

• улучшая эффективность электрического фильтра;
• улучшая параметры выпрямляемого переменного напряжения.

Простейший выпрямитель однополупериодный. Он отсекает одну из полуволн переменного напряжения. Поэтому коэффициент пульсаций в такой схеме получается самым большим. Но если выпрямляется трехфазное напряжение с одним диодом в каждой фазе, а также одним и тем же фильтром, получится в три раза меньший коэффициент пульсаций. Однако наилучшими характеристиками обладают двухполупериодные выпрямители.

Использовать обе полуволны переменного напряжения можно двумя способами:

• по схеме моста;
• по схеме со средней точкой обмотки (схема Миткевича).

Сравним обе эти схемы для одного и того же значения выпрямленного напряжения. В схеме моста используется меньше витков вторичной обмотки трансформатора, что является преимуществом. Но при этом в однофазном выпрямительном мосте необходимы четыре диода. В схеме со средней точкой необходимо в два раза больше витков вторичной обмотки со средней точкой, что является недостатком. Еще один недостаток этой схемы — необходимость симметрии частей обмотки относительно средней точки.

Схема устройства стабилизатора напряжения

Асимметрия будет дополнительным источником пульсаций. Но зато в этой схеме нужны только два диода, что является преимуществом. При выпрямлении на диоде существует напряжение. Его величина почти не изменяется в зависимости от силы тока, протекающего через этот диод. Поэтому мощность, рассеиваемая на полупроводниковом диоде, растет по мере увеличения силы выпрямленного тока.

Это весьма ощутимо при большой силе тока, и поэтому полупроводниковые диоды размещаются на охлаждающих радиаторах и при необходимости обдуваются.

При выпрямлении тока большой силы два диода схемы со средней точкой будут экономичнее и компактнее в сравнении с четырьмя диодами выпрямительного моста. Схемы выпрямителей в свое время не появились из ниоткуда. Их изобрели инженеры. Поэтому схемы выпрямителей в литературе иногда называются в связи с именами своих первооткрывателей. Мостовая схема именуется как «полный мост Гретца». Схема со средней точкой — «выпрямитель Миткевича».

Будет интересно Что такое заземление простыми словами

Силовой трансформатор

Это устройство предназначено для согласования напряжений на входе и выходе выпрямительного устройства. Другими словами, трансформатор осуществляет разделение сети нагрузки и сети питания. Существуют всевозможные варианты схем соединения обмоток этого трансформатора, выбор которых зависит от типа схемы выпрямления устройством. На величину выходного напряжения трансформатораU2 влияет величина напряжения на выходе выпрямительного моста Uн.

Трансформатор способен выполнить гальваническую развязку частоты f1 с сетью питания U1, I1, и нагрузочную цепь с Uн, Iнодновременно. В настоящее время появилась возможность проектировать и производить инверторы высокого напряжения, функционирующие на повышенной частоте и выпрямляющие напряжение. Для этого применяются схемы бестрансформаторного выпрямления, в которых блок вентилей подключается сразу к первичной сети питания.

Силовой трансформатор

Диодный мост

Этот блок выполняет основную функцию в устройстве выпрямителя, преобразуя переменный ток в постоянный. В блоке применяются чаще всего элементы в виде диодов. На выходе блока вентилей снимается постоянное напряжение, имеющее повышенный уровень импульсов, который зависит от числа фаз сети питания и схемой выпрямителя.

Диодный мост

Устройство фильтрования

Фильтрующая часть выпрямителя обеспечивает необходимый уровень пульсаций напряжения на выходе выпрямителя в соответствии с предъявляемыми требованиями нагрузки. В схеме фильтрующего устройства применяются сглаживающий дроссель или сопротивление, подключенные последовательно, и конденсаторы, подключенные параллельно выходу питания.

Однако чаще всего фильтры выполняют по схемам несколько сложнее. В маломощных выпрямителях нет необходимости в применении дросселя и резистора. В схемах выпрямителей для трехфазной сети величина импульсов меньше, тем самым становятся легче условия функционирования фильтра.

Двухполупериодный выпрямитель

Некоторые образцы силового оборудования работают только при большой величине выпрямленного тока, протекающего в нагрузке. Ее неспособны обеспечить однополупериодные выпрямители, что объясняется значительными потерями в них. Для повышения нагрузочной способности в цепях трехфазного тока все чаще применяются двухполупериодные выпрямительные приборы, содержащие по два диода на каждую из фаз.

Анализ рабочих диаграмм такого выпрямителя наглядно свидетельствует о его бесспорных достоинствах. При работе этих схем используются как положительные, так и отрицательные полуволны, что поднимает КПД всего преобразователя. Объясняется это тем, что трехфазная структура схемы совместно с двухполупериодным выпрямлением обеспечивают шестикратное увеличение частоты пульсаций. За счет этого амплитуда сигнала на выходе после сглаживающих конденсаторов заметно возрастает (в сравнении с однополупериодным выпрямителем), а отдаваемая в нагрузку мощность повышается.

Выпрямитель Миткевича

В этом выпрямителе в любое случайно выбранное время открывается диод, анод которого находится под наибольшим положительным потенциалом (проводит ток). Аноды двух других диодов будут иметь меньший потенциал (Рис.1, a), и эти диоды будут закрыты, в виду того что большой потенциал открытого диода будет фиксировать для других 2. Например, в промежутке времени t1-t2 (т. е. в пределах 1/2 периода) наибольший положительный потенциал точки a и анода диода VD1 (рис.1).1,). Течение I1=i0 =IA пропускает через vd1, RH и замотку первой фазы (A) трансформатора. Точка соединения катода будет под потенциалом точки цепи. Следовательно, VD2 и vd3 будут закрыты, так как потенциалы их анодов (точки B и С) В этот промежуток времени будет меньше, чем потенциал точки А (Рис.1, b). Во время интервала t2-t3 наибольший положительный потенциал будет находиться на аноде VD2 (точка B), следовательно VD2 проводит ток, А VD1 и VD3 блокируются. В течение интервала Т3-Т4 работает VD3, в VD1, VD3 запирается и т. д.

Таким образом, VD1 VD2, VD3 работают попеременно, каждое на период 1 / 2; в тоже время, соответствуя замотки участка трансформатора работают на нагрузке.

Так как падение напряжения в обмотках трансформатора и вентилей идеализированной цепи считается равным нулю, то форма выпрямленного напряжения значения i0 (Рис.1, Б) имеет вид огибающей фазы напряжения вторичных обмоток трансформатора (ia, ub, uc).

Рисунок 1 – электрическая схема выпрямителя МиткевичаРисунок 2 – диаграмма сигнала однополупериодного выпрямителя Миткевича

Сравнение однофазных и трехфазных устройств

При сравнении трехфазных схем выпрямления со однофазными аналогами важно отметить следующие моменты:

• первые используются только в силовых сетях 380 Вольт, а вторую разновидность допускается устанавливать и в однофазные и в трехфазные цепи (по одному на каждую из фаз);
• выпрямители 380 Вольт позволяют преобразовывать большую мощность и развивать значительные токи в нагрузке;
• с другой стороны самостоятельно сделать трехфазный выпрямитель несколько труднее, поскольку он состоит из большего числа комплектующих изделий.

Расчет трехфазного выпрямителя также будет сложнее, так как в этом случае учитываются векторные составляющие действующих токов и напряжений. Это объясняется тем, что в цепях 380 Вольт фазные параметры смещены относительно друга на 120 градусов.

Большая часть промышленного и профессионального оборудования, например, станки или сварочные аппараты используют трехфазное напряжение. Это значит, что они должны иметь в себе выпрямитель трехфазный. Обычно это устройство использует в себе трехфазный диодный мост. Обычно этих диодов шесть – по два на каждую фазу тока. Они могут обладать различными техническими характеристиками, в зависимости от мощности самого прибора, потребляемого тока и силы тока, необходимой для работы.

В статье будет рассказано о структуре трехфазного преобразователя, как он работает, на каком принципе основывается его функционирование и каких видов они бывают. В качестве дополнения, в статье приведены несколько видеороликов и одну скачиваемую статье в формате PDF.

Выпрямитель Ларионова

Почти все трехфазные системы которые подразумевают возможность автономной работы используют трехфазные выпрямители на мостовых схемах. Типично, он состоит из моста 6 диодов и конденсатора фильтра шины DC. Правильный выбор конденсатора фильтра очень важен, в виду того что он влияет на силу тока, гармоническое искажение входного сигнала и напряжение тока пульсации выхода.  Стандартный выпрямитель тока на мостовой схеме для  одиночной фазы, работая на чисто активной нагрузке, без конденсатора фильтра, демонстрирует идеальный случай с почти 100% КПД. Напротив, резистивно нагруженный трехфазный мостовой выпрямитель показывает только 95% коэффициента мощности и щедрые 30% тепловыделения. Конденсатор фильтра шины DC любого значения увеличивает КПД и снижает тепловыделение.

Схема работает на двойном периоде. Длительный период равен двум радианам. Небольшой период составляет N / 3, и повторяется в течение большого 6 раз. Небольшой период состоит из двух малых полупериодов p / 6, которые зеркально симметричны и поэтому достаточно разобрать схему на один малый полупериод.

Для случая, когда сопротивление нагрузки можно считать бесконечным, электромоторная сила в ответвлении с наибольшим периодом на этом отрезке замыкает диоды с меньшим периодом ЭДС на этом отрезке.

Рисунок 3 – электрическая схема ЛарионоваРисунок 4 – диаграмма сигнала на выходе схемы  Ларионова

Три полумоста, объединённые звездой

Выпрямитель со схемой «звезда» применяется в тех случаях когда необходимо добиться минимальных пульсаций в сигнале либо когда отсутствует возможность установки стабилизатора в цепь нагрузки. Это происходит в связи с тем что в данном выпрямителе амплитуда пульсаций не превышает 14% от выпрямленного сигнала. Площадь под интегральной кривой равна:

Средняя ЭДС равна: 

то есть в корень(3) раз больше, чем в схемах «треугольник Ларионова» и «три параллельных полных моста» и вдвое больше, чем в схеме Миткевича.

Эквивалентная схема при этом представляет собой две последовательно включенные ветви, в одной из которых одна ЭДС и её сопротивление равно сопротивлению одной обмотки 3*r, в другой две параллельно включенные ЭДС с сопротивлением 3*r каждая, эквивалентное сопротивление двух параллельных ветвей равно 3*r/2. Эквивалентное активное внутреннее сопротивление всей цепи равно 3*r/2+3*r=9*r/2=4.5*r. В режимах, близких к холостому ходу (когда можно пренебречь нагрузкой) параллельно ветвям ЭДС в ветви с большим ЭДС обратному  диоду в ветви с меньшим ЭДС, таким образом изменяется эквивалентная схема. По мере увеличения нагрузки появляются и увеличиваются периоды, в которых обе ветви параллельно работают под симметричной нагрузкой. В режиме короткого замыкания сегменты параллельной работы увеличиваются до длины всего периода, но полезная мощность в этом режиме равна нулю. Частота пульсаций равна 6*f, где f— частота питающего напряжения.

Рисунок 5 – Мостовой трехфазный выпрямительРисунок 6 – диаграмма сигнала на выходе схемы трех полумостов объединенных звездой

Три полных моста параллельно

Площадь под интегральной кривой равна:

Средняя ЭДС равна: 

то есть такая же, как и в схеме «треугольник Ларионова» и в корень(3) раз меньше, чем в схеме «звезда Ларионова».

В режиме холостого хода ЭДС в мосту с наибольшей на данном отрезке большого периода ЭДС закрывает диоды в мостах с меньшими на данном отрезке большого периода ЭДС. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно сопротивлению одного моста 3*r При увеличении нагрузки (уменьшении Rn) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых два моста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода при этом равно сопротивлению двух параллельных мостов  1.5*r. Частота пульсаций равна 6*f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна:

Относительная амплитуда пульсаций равна:

Рисунок 7– электрическая схема трех полных мостов параллельноРисунок 8 – диаграмма напряжения трех полных мостов параллельно

Управляемые выпрямители

Однофазная двухполупериодная схема с общей точкой на тиристорах показана на рисунке. От аналогичной схемы на диодах она отличается присутствием системы управления (СУ), формирующей импульсы для открывания тиристоров.

От времени подачи этого импульса (точки t0, t1, t2 и t3 на рисунке) зависит, какую часть полуволны пропустит тиристор. Это время, в свою очередь, зависит от сдвига по фазе управляющих импульсов относительно входного напряжения (угол регулирования или управления), задаваемого пользователем.

Применяются управляемые выпрямители, например, для таких целей:

• регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока;
• изменение яркости светильника;
• зарядка аккумуляторов.

Характеристики диодного моста

Как мы уже с вами разобрали, в электронике встречаются диодные мосты в разных корпусах и имеют разные габариты.

Почему так? Дело в том, что каждый диодный мост обладает какими-то своими характеристиками, о которых мы и поговорим в этой главе.

Чтобы далеко не ходить, давайте рассмотрим диодный мост GBU6K и рассмотрим на его примере, как читать характеристики.

Для того, чтобы понять, что это за фрукт и с чем его едят, надо скачать на него техническое описание (даташит). Вот ссылка на этот диодный мост. Ниже рассмотрим основные характеристики диодного моста, которых будет достаточно для рядового электронщика.

Распиновка и корпус

Итак, на главной странице мы видим распиновку выводов. Распиновка – это какие выводы за что отвечают и как правильно их соединять с внешней цепью.

Как вы видите, на средний выводы подаем переменное напряжение, а с крайних выводов снимаем постоянное напряжение. Также на рисунке показано, как соединяются диоды в этом диодном мосте. Нам эта информация еще очень пригодится.

Чуть ниже мы видим вот такую табличку, которая показывает нам самые главные первичные характеристики.

Package – тип корпуса. Корпуса GBU выглядят вот так.

Максимальный ток

Итак, с этим разобрались. Далее следующий параметр. I_F(AV) – максимальный ток, который может “протащить” через себя этот диодный мост. В даташите есть таблички и графики, какие условия должны соблюдаться, чтобы мост смог протащить через себя этот ток без вреда для своего здоровья.

Поэтому, диодные мосты в больших металлических корпусах способны “протащить” через себя очень большую силу тока. Если же маленький диодный мост вставить в какой-нибудь мощный блок питания, то скорее всего он просто-напросто сгорит.

В промышленности в силовой электронике стараются использовать диодные моста большой мощности, например, вот такой диодный мост может “протащить” через себя силу тока в 50 Ампер.

Максимальное пиковое обратное напряжение

Грубо говоря, это обратное напряжение диода. Если его превысить, то произойдет пробой и диоду, а следовательно и диодному мосту, придет “кирдык”

Этому параметру также следует уделять внимание, когда вы будете выпрямлять сетевое напряжение. Если вы будете подавать на диодный мост 220 Вольт, то его пиковое значение будет составлять 310 Вольт (220 × √2). Так как у меня диодный мост GBU6K, то надо смотреть табличку ниже

Как вы видите, пиковое обратное напряжение диодов составляет 800 Вольт. Значит, такой диодный мост вполне подойдет для выпрямления сетевого напряжения

Так как у меня диодный мост GBU6K, то надо смотреть табличку ниже. Как вы видите, пиковое обратное напряжение диодов составляет 800 Вольт. Значит, такой диодный мост вполне подойдет для выпрямления сетевого напряжения.

Управляемый мостовой трехфазный выпрямитель

В симметричной (полностью управляемой) мостовой схеме диоды VD1 – VD6 заменим на тиристоры VS1 – VS6 (см. рис. 2.2, a). Как и в трехфазной нулевой схеме при работе на активную нагрузку, мостовой выпрямитель может иметь два различных режима работы: режимы прерывистого и непрерывного тока. На рис. 4.2, а, б пред­ставлены кривые выпрямленного напряжения и тока для трех значений углов α. Из ри­сунка следует, что прерывистый ток в нагрузке протекает при α >π /3.

Для области не­прерывного тока  (α ) среднее выпрямленное напряжение равно:

.                          (4.3)

В выражении (4.3) производится интегрирование линейного напряжения за ин­тервал проводимости тиристора. В режиме прерывистого тока (α > π/З) мгновенное значение выпрямленного напряжения равно нулю при θ = π в соответствии с кривой вторичного напряжения трансформатора. Для этого случая имеем:

,                              (4.4)

предельным углом регулирования, при котором U_d = 0, является угол  α = 120°.

Для нормальной работы мостовой схемы необходимо подавать на управляющие электроды тиристоров импульсы шириной не менее 60° или сдвоенные импульсы, от­стающие друг от друга на указанный интервал (рис. 4.2, в, г). При запуске выпрями­теля импульс управления (например, при θ = θ₁) подается на тиристор VS1 катодной группы. Однако VS1 не включается, так как в анодной группе все тиристоры заперты.

Через промежуток, равный 60° (θ = θ₂), управляющий импульс поступает на тиристор VS2. Если в этот момент на управляющем электроде тиристора будут отсутствовать импульсы, VS2 не включится. В режиме прерывистого тока (см. рис. 4.2, a, б) также необ­ходимо подавать повторный управляющий импульс на соответствующий тиристор в противоположной группе. На рис. 4.2, в  показано положение импульсов для двух зна­чений углов управления.

При работе выпрямителя на обмотку возбуждения МПТ с большой индуктивно­стью ток нагрузки непрерывен во  всем диапазоне изменения α. В связи с этим среднее  выпрямленное напряжение может быть найдено по формуле (4.3).

Как уже указывалось, в мостовой схеме можно использовать только поло­вину тири­сторов катодной или анодной группы.  Полу­чающаяся при этом несим­метричная   (полууправляемая) мостовая схема имеет более простую систему управ­ления и мень­шую стоимость. На рис. 4.3 представ­лены кривые мгновенных вы­прямленных напряжений анодной (u_da), катодной (u_dk) групп тиристоров и результирую­щего напряжения (u_d) для случая, когда тиристоры VS1, VS3, VS5 – управляемые, а VS2, VS4, VS6 – неуправляемые (см. рис. 2.2, а). Коммута­ция тиристоров катодной группы происходит в моменты подачи управляющих импуль­сов, тиристоров анодной группы – в точках естественной коммутации К₁, К₂, К₃ и т.д.

Так же, как в симметричной схеме, при работе полууправляемого выпрямителя на активную нагрузку наступает режим прерывистого тока при . Средняя вели­чина выпрямленного напряжения определяется для областей прерывистого и непре­рывного тока одним выражением:

                                   (4.5)

Соотношение (4.5) показывает, что предельный угол регулирования, равен: α_м= 180°. Из рис. 4.3, б следует, что в полууправляемой схеме, по сравнению с полностью управляемой, кратность пульсаций выходного напряжения снизилась в два раза (m=3) и стала такой же, как в трехфазной нулевой схеме, что требует применения более мощ­ных и громоздких фильтрующих элементов. Поэтому наиболее целесообразно исполь­зовать полууправляемую схему для регулирования выходных параметров МПТ в не­больших пределах. Регулировочная характеристика выпрямителя с неполным числом тиристоров не зависит от характера нагрузки и при работе его на обмотку возбуждения машины также описывается выражением (4.5).

Преимуществом полууправляемой мостовой схемы являются меньшая реактив­ная мощность, потребляемая из сети.

Для сравнительной оценки выпрямительных схем рассмотрим их регулировочные харак­теристики (рис. 4.4). При работе на обмотку возбуждения или якорь с большой индуктивностью среднее выпрямлен­ное напряжение всех схем является косинусоидальной  зависимо­стью от угла регулирования α. Вид ре­гулиро­вочных характеристик можно изме­нять в зависимости от способа управ­ления выпрямителем, а также пу­тем введения различных обратных свя­зей.

Режим прерывистого тока в на­грузке наступает при тем больших уг­лах управления, чем больше фаз­ность выпрямителя (m). Существенным недос­татком выпрямителей с естест­венной коммутацией тиристоров является зна­чительное потребление из сети реактив­ной мощности при глубоком регулировании угловой скорости и мо­мента электриче­ской машины.

Однополупериодный выпрямитель

Схема однополупериодный выпрямитель

Этот выпрямитель работает только в течение положительного полупериода синусоиды. Это можно видеть на следующем графике:

Выпрямленный ток после однополупериодного выпрямителя

На выходе после диода мы получаем пульсирующее напряжение, нам нужно сделать из него постоянное, то есть из пульсирующего тока получить постоянный. Для этих целей служит электролитический конденсатор большой емкости, подключенный параллельно выходу питания в соответствии с полярностью. На фотографии ниже можно увидеть внешний вид подобного конденсатора:

Электролитический конденсатор большой емкости

Такой конденсатор благодаря большой емкости разряжается в течении отрицательного полупериода синусоиды. Обычно для фильтрации напряжения в выпрямителях применяют электролитические конденсаторы от 2200 микрофарад

В усилителях и других устройствах, где важно чтобы напряжение не проседало при увеличении мощности нагрузки, ставят конденсаторы на большую емкость, чем 2200 микрофарад. Для устройств питающих бытовую аппаратуру обычно конденсаторов такой емкости бывает достаточно. На следующем графике (выделено красным), мы можем видеть, как конденсатор поддерживает напряжение стабильным во время прохождения отрицательной полуволны

На следующем графике (выделено красным), мы можем видеть, как конденсатор поддерживает напряжение стабильным во время прохождения отрицательной полуволны.

Выпрямленный ток в однополупериодном выпрямителе после конденсатора

Схема как сделать из постоянного тока переменный — Портал о стройке

Люди всего земного шара в настоящее время имеют возможность получить знания в различных технических направлениях. Нам всем остается лишь воспользоваться знаниями, современной имеющейся базой научных открытий как отечественных так и зарубежных ученых.

Чтобы получить необходимые знания для разрешения каких-либо технических вопросов, мы обращаемся к тому или иному источнику информации. Человек, допустим открывает учебник по электротехнике и получает различную техническую информацию, к примеру:

• переменное напряжение является синусоидальным напряжением;
• коллекторный двигатель может работать как от переменного так и от постоянного тока;
• каждый диод обладает своим потенциальным барьером

и так далее.

И зачастую получается, что человеку трудно понять прочитанное. Он может запомнить информацию, но не осознавать того, что он прочитал. То-есть, кроме того что мы прочитали, нам необходимо понять явления физики.

Для чего нужен постоянный ток

Что из себя представляет постоянный ток? В чем различие между переменным и постоянным током? Чтобы нам ответить на эти и другие вопросы, — нам нужно вспомнить физику и электротехнику.

Постоянный ток — название происходит от самого слова постоянный, то-есть ток, в котором отсутствуют пульсации, — в отличие от переменного тока. К таким источникам энергии \постоянного тока\ относятся химические источники тока:

• первичные источники;
• электрохимические аккумуляторы.

Первичные источники тока — это различные батарейки \разового пользования\, не подлежащие своему восстановлению в первоначальное состояние — после их разрядки.

К электрохимическим аккумуляторам относятся различные типы аккумуляторов, способность которых проявляется в возвращении их в свое первоначальное химическое состояние в процессе воздействия электрического тока, — зарядки аккумулятора. Другими словами, зарядили:

• аккумулятор авто;
• аккумулятор шуруповерта;
• аккумуляторы соединенные в батареи — для телефонной связи,

— в результате, получаем неоднократную возможность в их дальнейшей эксплуатации, эксплуатации источников постоянного тока.

Какие преимущества мы находим в применении постоянного тока? Данную электрическую энергию можно аккумулировать, допустим, для той же самой ветряной электростанции, — при отсутствии ветра.

Следовательно, вывод такой, что в приведенных источниках электрической энергии отсутствует частота, — в виду отсутствия пульсаций тока.

Где еще можно наблюдать применение постоянного тока? Постоянный ток необходим также для питания электродвигателей — работающих от постоянного тока. Электродвигатели постоянного тока применяются как тяговые двигатели, в которых допускается плавное вращение ротора, к примеру, в электровозе.

Вот мы и ответили на такой простой вопрос «для чего нужен постоянный ток».

Однополупериодный выпрямитель тока

Однополупериодный выпрямитель тока — это наиболее упрощенная схема выпрямления тока.

рис.1

рис.2

Рассмотрим две схемы, разница которых состоит в том, что в первой схеме однополупериодного выпрямителя тока, — параллельно нагрузке подключен конденсатор. Первая схема \рис.1\ состоит из:

и подключенной нагрузки ко вторичной обмотке трансформатора.

Во второй схеме однополупериодного выпрямителя тока, цепь вторичной обмотки трансформатора состоит из диода и подключенной нагрузки \рис.2\. В электротехнике, диоды состоящие в схеме, — еще называют вентилями. Если в своих описаниях схем Вы даете пояснение и заменяете слово «диод» словом «вентиль», — разницы не будет никакой.

На представленных кривых изменения напряжения \рис.1\ видно, что:

• переменное напряжение в схеме наблюдается перед вентилем \диодом\;
• после вентиля напряжение пульсирующее — положительной полярности

и после конденсатора, параллельно включенного перед нагрузкой, — напряжение выглядит как бы сглаживающим. То-есть конденсатор состоящий в схеме после диода, — сглаживает пульсацию. Поэтому, конденсаторы еще называют фильтрами.

Но для питания отдельных схем-блоков, к примеру в радиотехнике такие схемы выпрямления тока не подходят, так как пульсации будут создавать фон переменного тока, а это в свою очередь будет приводить к искажению звукового сигнала.

Для питания схем:

• телевизоров;
• транзисторных радиоприемников;
• электронных приборов,

— схемы выпрямления, в целом состоят из так называемых реактивных элементов — дросселей и конденсаторов.

Получаем 12 Вольт из 220

Наиболее часто стоит задача получить 12 вольт из бытовой электросети 220В. Это можно сделать несколькими способами:

1. Понизить напряжение без трансформатора.
2. Использовать сетевой трансформатор 50 Гц.
3. Использовать импульсный блок питания, возможно в паре с импульсным или линейным преобразователем.

Понижение напряжения без трансформатора

Преобразовать напряжение из 220 Вольт в 12 без трансформатора можно 3-мя способами:

1. Понизить напряжение с помощью балластного конденсатора. Универсальный способ используется для питания маломощной электроники, например светодиодных ламп, и для заряда небольших аккумуляторов, как в фонариках. Недостатком является низкий косинус Фи у схемы и невысокая надежность, но это не мешает её повсеместно использовать в дешевых электроприборах.
2. Понизить напряжение (ограничить ток) с помощью резистора. Способ не очень хороший, но имеет право на существование, подойдет, чтобы запитать какую-то очень слабую нагрузку, типа светодиода. Его основной недостаток – это выделение большого количества активной мощности в виде тепла на резисторе.
3. Использовать автотрансформатор или дроссель с подобной логикой намотки.

Гасящий конденсатор

Прежде чем приступить к рассмотрению этой схемы предварительно стоит сказать об условиях, которые вы должны соблюдать:

• Блок питания не универсальный, поэтому его рассчитывают и используют только для работы с одним заведомо известным прибором.
• Все внешние элементы блока питания, например регуляторы, если вы будете использовать дополнительные компоненты для схемы, должны быть изолированы, а на металлических ручках потенциометров надеты пластиковые колпачки. Не касайтесь платы блока питания и проводов для подключения выходного напряжения, если к ним не подключена нагрузка или если в схеме не установлен стабилитрон или стабилизатор для низкого постоянного напряжения.

Тем не менее, такая схема вряд ли вас убьёт, но удар электрическим током получить можно.

Схема изображена на рисунке ниже:

R1 – нужен для разрядки гасящего конденсатора, C1 – основной элемент, гасящий конденсатор, R2 – ограничивает токи при включении схемы, VD1 – диодный мост, VD2 – стабилитрон на нужное напряжение, для 12 вольт подойдут: Д814Д, КС207В, 1N4742A. Можно использовать и линейный преобразователь.

Или усиленный вариант первой схемы:

Номинал гасящего конденсатора рассчитывают по формуле:

С(мкФ) = 3200*I(нагрузки)/√(Uвход²-Uвыход²)

С(мкФ) = 3200*I(нагрузки)/√Uвход

Но можно и воспользоваться калькуляторами, они есть в онлайн или в виде программы для ПК, например как вариант от Гончарука Вадима, можете поискать в интернете.

Конденсаторы должны быть такими – пленочными:

Остальные перечисленные способы рассматривать не имеет смысла, т.к. понижение напряжения с 220 до 12 Вольт с помощью резистора не эффективно ввиду большого тепловыделения (размеры и мощность резистора будут соответствующие), а мотать дроссель с отводом от определенного витка чтобы получить 12 вольт нецелесообразно ввиду трудозатрат и габаритов.

Блок питания на сетевом трансформаторе

Классическая и надежная схема, идеально подходит для питания усилителей звука, например колонок и магнитол. При условии установки нормального фильтрующего конденсатора, который обеспечит требуемый уровень пульсаций.

В дополнение можно установить стабилизатор на 12 вольт, типа КРЕН или L7812 или любой другой для нужного напряжения. Без него выходное напряжение будет изменяться соответственно скачкам напряжения в сети и будет равно:

Uвых=Uвх*Ктр

Ктр – коэффициент трансформации.

Здесь стоит отметить, что выходное напряжение после диодного моста должно быть на 2-3 вольта больше, чем выходное напряжение БП – 12В, но не более 30В, оно ограничено техническими характеристиками стабилизатора, и КПД зависит от разницы напряжений между входом и выходом.

Трансформатор должен выдавать 12-15В переменного тока. Стоит отметить, что выпрямленное и сглаженное напряжение будет в 1,41 раз больше входного. Оно будет близко к амплитудному значению входной синусоиды.

Также хочется добавить схему регулируемого БП на LM317. С его помощью вы можете получить любое напряжение от 1,1 В до величины выпрямленного напряжения с трансформатора.

Полноволновой выпрямитель с нулевым выводом

Выпрямляющий прибор с двумя диодами конвертирует обе полуволны подающегося на него сигнала в импульсный постоянный ток. Чтобы преобразовать ток, применяется трансформирующий прибор, у которого вторичная обмотка разделяется на две половины. Центральный участок присоединен к земле.

Принцип работы:

1. При положительном полуцикле на одной части витков трансформатора возникает плюс, на второй – минус. Вентиль, который подключают к положительной части, проводит ток. Второй диод закрыт. Проходя через резистор, ток попадает на центральную точку;
2. При отрицательном полуцикле состояние обмоток меняется. Второй диод проводит ток.

В итоге электричество пропускается во время обеих полуволн, и КПД достигает 90%.