В самом периоде 1880-х годов началась идентификация и уникальность выпрямителей. Развитие выпрямителей привело к появлению различных подходов в области силовой электроники. Первоначальный диод, который использовался в выпрямителе, был разработан в 1883 году. С развитием вакуумных диодов, которые были впервые применены в первые дни 1900-х годов, возникли ограничения для выпрямителей. В то время как с модификациями ртутных дуговых трубок использование выпрямителей было расширено до различных мегаваттных диапазонов. И один из типов выпрямителя - это полупериодный выпрямитель.

Усовершенствование вакуумных диодов показало эволюцию ртутных дуговых трубок, и эти ртутные дуговые трубки были названы выпрямительными трубками. С развитием выпрямителей были впервые использованы многие другие материалы. Итак, это краткое объяснение того, как развивались выпрямители и как они развивались. Позвольте нам получить четкое и подробное объяснение того, что такое полуволновой выпрямитель, его схема, принцип работы и характеристики.

“лучшее место для покупки конденсаторов в Интернете ”

Что такое полуволновой выпрямитель?

Выпрямитель - это электронное устройство, преобразующее переменное напряжение в постоянное. Другими словами, он преобразует переменный ток в постоянный. Выпрямитель используется практически во всех электронных устройствах. В основном он используется для преобразования сетевого напряжения в постоянное напряжение в источник питания раздел. При питании от постоянного тока работают электронные устройства. По периоду проводимости выпрямители делятся на две категории: полуволновые выпрямители и Полноволновой выпрямитель

Строительство

По сравнению с двухполупериодным выпрямителем, HWR - самый простой выпрямитель в конструкции. Только с одним диодом можно построить устройство.

Строительство HWR

Однополупериодный выпрямитель состоит из следующих компонентов:

Источник переменного тока
Резистор в секции нагрузки
Диод
Понижающий трансформатор

Источник переменного тока

Этот источник тока подает переменный ток на всю цепь. Этот переменный ток обычно представляется как синусоидальный сигнал.

Понижающий трансформатор

Для увеличения или уменьшения переменного напряжения обычно используется трансформатор. Поскольку здесь используется понижающий трансформатор, он снижает напряжение переменного тока, а когда используется повышающий трансформатор, он увеличивает напряжение переменного тока с минимального уровня до высокого уровня. В HWR используется в основном понижающий трансформатор, поскольку необходимое напряжение для диода очень минимально. Когда трансформатор не используется, большое количество переменного напряжения вызовет повреждение диода. Хотя в некоторых случаях также можно использовать повышающий трансформатор.

В понижающем устройстве количество витков вторичной обмотки меньше, чем у первичной. Из-за этого понижающий трансформатор снижает уровень напряжения от первичной до вторичной обмотки.

Диод

Использование диода в полуволновом выпрямителе позволяет току течь только в одном направлении, тогда как он останавливает ток в другом направлении.

Резистор

Это устройство, которое блокирует прохождение электрического тока только до определенного уровня.

Это конструкция однополупериодного выпрямителя .

Работа полуволнового выпрямителя

Во время положительного полупериода диод находится в состоянии прямого смещения и проводит ток до RL (сопротивление нагрузки). На нагрузке возникает напряжение, такое же, как входной сигнал переменного тока положительного полупериода.

В качестве альтернативы, во время отрицательного полупериода диод находится в состоянии обратного смещения, и ток через диод не протекает. На нагрузке появляется только входное напряжение переменного тока, и это общий результат, который возможен в течение положительного полупериода. Выходное напряжение пульсирует постоянным напряжением.

Схемы выпрямителя

Однофазные цепи или многофазные цепи подпадают под выпрямительные схемы . Для бытовых применений используются однофазные выпрямительные схемы малой мощности, а для промышленных применений HVDC требуется трехфазное выпрямление. Самое важное применение PN переходный диод это выпрямление, и это процесс преобразования переменного тока в постоянный.

Полуволновое выпрямление

В однофазном однополупериодном выпрямителе течет либо отрицательная, либо положительная половина переменного напряжения, тогда как другая половина переменного напряжения блокируется. Следовательно, выходной сигнал принимает только половину волны переменного тока. Один диод требуется для однофазного полуволнового выпрямления и три диода для трехфазного питания. Полупериодный выпрямитель создает большее количество пульсаций, чем двухполупериодный выпрямитель, и для устранения гармоник он требует гораздо большей фильтрации.

Однофазный однополупериодный выпрямитель

Для синусоидального входного напряжения выходное постоянное напряжение без нагрузки для идеального полуволнового выпрямителя равно

Vrms = Vpeak / 2

Vdc = Vpeak / ᴨ

Где

Vdc, Vav - выходное напряжение постоянного тока или среднее выходное напряжение
Vpeak - пиковое значение входного фазного напряжения
Vrms - выходное напряжение среднеквадратичного значения

Работа полуволнового выпрямителя

Диод с PN-переходом проводит только в режиме прямого смещения. Полупериодный выпрямитель использует тот же принцип, что и диод с PN переходом и таким образом преобразует переменный ток в постоянный. В схеме однополупериодного выпрямителя сопротивление нагрузки включено последовательно с диодом с PN переходом. Переменный ток - это вход однополупериодного выпрямителя. Понижающий трансформатор принимает входное напряжение и результирующий выход трансформатор подается на нагрузочный резистор и диод.

Работа HWR состоит из двух этапов:

Положительный полуволновой процесс
Отрицательный полуволновой процесс

Положительная полуволна

Если входное напряжение переменного тока составляет 60 Гц, понижающий трансформатор снижает его до минимального напряжения. Таким образом, на вторичной обмотке трансформатора создается минимальное напряжение. Это напряжение на вторичной обмотке называется вторичным напряжением (Vs). Минимальное напряжение подается как входное напряжение на диод.

Когда входное напряжение достигает диода, во время положительного полупериода диод переходит в состояние прямого смещения и пропускает электрический ток, тогда как во время отрицательного полупериода диод переходит в состояние отрицательного смещения. и препятствует прохождению электрического тока. Положительная сторона входного сигнала, который подается на диод, совпадает с прямым напряжением постоянного тока, которое подается на диод P-N. Таким же образом, отрицательная сторона входного сигнала, который подается на диод, совпадает с обратным напряжением постоянного тока, которое подается на диод P-N.

Итак, было известно, что диод проводит ток в состоянии прямого смещения и препятствует прохождению тока в состоянии обратного смещения. Точно так же в цепи переменного тока диод пропускает ток в течение цикла + ve и блокирует ток во время цикла -ve. Что касается + ve HWR, он не будет полностью блокировать полупериоды -ve, он позволяет использовать несколько сегментов полупериодов -ve или допускает минимальный отрицательный ток. Это генерация тока из-за неосновных носителей заряда, находящихся в диоде.

Генерация тока через эти неосновные носители заряда очень минимальна, поэтому им можно пренебречь. Эту минимальную часть полупериодов -ve невозможно наблюдать на участке нагрузки. В практических диодах считается, что отрицательный ток равен «0».

Резистор в секции нагрузки использует постоянный ток, который вырабатывается диодом. Таким образом, резистор называется резистором электрической нагрузки, в котором напряжение / ток постоянного тока рассчитываются на этом резисторе (R_L). Электрическая мощность считается электрическим коэффициентом схемы, в которой используется электрический ток. В HWR резистор использует ток, производимый диодом. Из-за этого резистор называется нагрузочным резистором. R_Lв HWR используется для ограничения или ограничения дополнительного постоянного тока, генерируемого диодом.

Таким образом, был сделан вывод, что выходной сигнал в полуволновом выпрямителе представляет собой непрерывный полупериод + ve, имеющий синусоидальную форму.

Отрицательная полуволна

Работа и конструкция полуволнового выпрямителя в отрицательном направлении почти идентична положительному полуволновому выпрямителю. Единственный сценарий, который здесь будет изменен, - это направление диода.

Если входное напряжение переменного тока составляет 60 Гц, понижающий трансформатор снижает его до минимального напряжения. Таким образом, на вторичной обмотке трансформатора создается минимальное напряжение. Это напряжение на вторичной обмотке называется вторичным напряжением (Vs). Минимальное напряжение подается в качестве входного напряжения на диод.

Когда входное напряжение достигает диода, во время отрицательного полупериода диод переходит в состояние прямого смещения и пропускает электрический ток, тогда как во время положительного полупериода диод переходит в состояние отрицательного смещения. и препятствует прохождению электрического тока. Отрицательная сторона входного сигнала, который подается на диод, совпадает с прямым напряжением постоянного тока, которое подается на диод P-N. Таким же образом, положительная сторона входного сигнала, который подается на диод, совпадает с обратным напряжением постоянного тока, которое подается на диод P-N.

Итак, было известно, что диод проводит ток в состоянии обратного смещения и препятствует прохождению тока в состоянии прямого смещения. Таким же образом в цепи переменного тока диод пропускает ток в течение цикла -ve и блокирует ток во время цикла + ve. Переходя к -ve HWR, он не будет полностью препятствовать положительным полупериодам, он допускает несколько сегментов положительных полупериодов или допускает минимальный положительный ток. Это генерация тока из-за неосновных носителей заряда, находящихся в диоде.

Генерация тока через эти неосновные носители заряда очень минимальна, поэтому им можно пренебречь. Эта минимальная часть положительных полупериодов не может быть соблюдена на участке нагрузки. В практических диодах считается, что положительный ток равен «0».

В идеальном диоде полупериоды + ve и -ve в выходной части кажутся аналогичными полупериодам + ve и -ve, но в практических сценариях полупериоды + ve и -ve несколько отличаются от входных циклов. а это ничтожно мало.

Таким образом, был сделан вывод, что выходной сигнал в полуволновом выпрямителе представляет собой непрерывные полупериоды -ve, которые имеют синусоидальную форму. Таким образом, выход полуволнового выпрямителя представляет собой непрерывные синусоидальные сигналы с положительной и отрицательной полярностью, но не чистый сигнал постоянного тока и в пульсирующей форме.

Работа полуволнового выпрямителя

Это пульсирующее значение постоянного тока изменяется в течение короткого периода времени.

Работа полуволнового выпрямителя

Во время положительного полупериода, когда вторичная обмотка верхнего конца является положительной по отношению к нижнему концу, диод находится в состоянии прямого смещения и проводит ток. Во время положительных полупериодов входное напряжение прикладывается непосредственно к сопротивлению нагрузки, когда прямое сопротивление диода предполагается равным нулю. Формы сигналов выходного напряжения и выходного тока такие же, как у входного переменного напряжения.

Во время отрицательного полупериода, когда вторичная обмотка нижнего конца положительна по отношению к верхнему концу, диод находится в состоянии обратного смещения и не проводит ток. Во время отрицательного полупериода напряжение и ток на нагрузке остаются равными нулю. Величина обратного тока очень мала, и ею пренебрегают. Таким образом, во время отрицательного полупериода мощность не подается.

Серия положительных полупериодов - это выходное напряжение, возникающее на сопротивлении нагрузки. Выходной сигнал представляет собой пульсирующую волну постоянного тока, и для создания плавных выходных волновых фильтров, которые должны проходить через нагрузку, используются. Если входная волна имеет полупериод, то он известен как полуволновой выпрямитель.

Трехфазные однополупериодные схемы выпрямителя

Трехфазный полуволновой неуправляемый выпрямитель требует трех диодов, каждый из которых подключен к одной фазе. Схема трехфазного выпрямителя страдает от высокого уровня гармонических искажений как в цепях постоянного, так и переменного тока. Выходное напряжение на стороне постоянного тока выдает три различных импульса за цикл.

Трехфазный HWR в основном используется для преобразования трехфазной мощности переменного тока в трехфазную мощность постоянного тока. При этом вместо диодов используются переключаемые, которые называются неуправляемыми переключателями. Здесь неуправляемые переключатели соответствуют тому, что не существует подхода к регулированию времени включения и выключения переключателей. Это устройство построено с использованием трехфазного источника питания, подключенного к трехфазному трансформатору, при этом вторичная обмотка трансформатора всегда соединена звездой.

Здесь используется только соединение звездой по той причине, что нейтральная точка необходима для повторного подключения нагрузки к вторичной обмотке трансформатора, обеспечивая тем самым обратное направление для потока мощности.

Общая конструкция 3-фазного HWR, обеспечивающего чисто резистивную нагрузку, показана на рисунке ниже. Конструктивно каждая фаза трансформатора обозначена как отдельный источник переменного тока.

Коэффициент полезного действия трехфазного трансформатора составляет почти 96,8%. Хотя эффективность трехфазного HWR больше, чем у однофазного HWR, она меньше, чем эффективность трехфазного двухполупериодного выпрямителя.

Трехфазный HWR

Характеристики полуволнового выпрямителя

Характеристики однополупериодного выпрямителя при следующих параметрах

PIV (пиковое обратное напряжение)

В условиях обратного смещения диод должен выдерживать максимальное напряжение. Во время отрицательного полупериода ток через нагрузку не протекает. Таким образом, на диоде появляется полное напряжение, потому что нет падения напряжения через сопротивление нагрузки.

PIV однополупериодного выпрямителя = V_SMAX

Это PIV однополупериодного выпрямителя .

Средний и пиковый токи в диоде.

Предположим, что напряжение на вторичной обмотке трансформатора синусоидальное, а его пиковое значение равно V_SMAX. Мгновенное напряжение, которое подается на полуволновой выпрямитель, равно

Vs = V_SMAXБез веса

“полный мост против полумоста ”

Ток, протекающий через сопротивление нагрузки, равен

я_{МАКСИМУМ}= V_SMAX/ (Р_F+ R_L)

Регулирование

Регулировка - это разница между напряжением холостого хода и напряжением полной нагрузки по отношению к напряжению полной нагрузки, а регулирование напряжения в процентах дается как

% Регулирования = {(Vno-load - Vfull-load) / Vfull-load} * 100

Эффективность

Отношение входного переменного тока к выходному постоянному току известно как КПД (?).

? = Pdc / Pac

Мощность постоянного тока, подаваемая на нагрузку, равна

Pdc = I^два_{Округ Колумбия}р_L= (I_{МАКСИМУМ}/ ᴨ)^двар_L

Входная мощность переменного тока трансформатора,

Pac = рассеиваемая мощность в сопротивлении нагрузки + рассеиваемая мощность в переходном диоде

= Я^два_{среднеквадратичное значение}р_F+ Я^два_{среднеквадратичное значение}р_L= {I^два_{МАКСИМУМ}/ 4} [R_F+ R_L]

? = Pdc / Pac = 0,406 / {1 + R_F/Р_L}

КПД полуволнового выпрямителя составляет 40,6% при R_Fпренебрегается.

Коэффициент пульсации (γ)

Содержание пульсаций определяется как количество переменного тока, присутствующего в выходном постоянном токе. Если коэффициент пульсаций меньше, производительность выпрямителя будет больше. Значение коэффициента пульсаций для полуволнового выпрямителя составляет 1,21.

Мощность постоянного тока, генерируемая HWR, является не точным сигналом постоянного тока, а пульсирующим сигналом постоянного тока, а в форме пульсирующего постоянного тока существуют пульсации. Эти колебания можно уменьшить, используя фильтрующие устройства, такие как катушки индуктивности и конденсаторы.

Чтобы вычислить количество пульсаций в сигнале постоянного тока, используется коэффициент, который называется коэффициентом пульсаций, который представлен как γ . Когда коэффициент пульсации высокий, он показывает расширенную пульсирующую волну постоянного тока, тогда как минимальный коэффициент пульсации показывает минимальную пульсирующую волну постоянного тока,

Когда значение γ очень минимально, это означает, что выходной постоянный ток почти такой же, как чистый постоянный сигнал. Таким образом, можно утверждать, что чем ниже коэффициент пульсации, тем более плавный сигнал постоянного тока.

В математической форме этот коэффициент пульсации обозначается как пропорция среднеквадратичного значения участка переменного тока к участку постоянного тока выходного напряжения.

Коэффициент пульсации = среднеквадратичное значение секции переменного тока / среднеквадратичное значение секции постоянного тока

я^два= Я^два_{Округ Колумбия}+ Я^два₁+ Я^два_два+ Я^два₄= Я^два_{Округ Колумбия}+ Я^два_и

γ = я_и/ I_{Округ Колумбия}= (I^два- я^два_{Округ Колумбия}) / I_{Округ Колумбия}= {(I_{среднеквадратичное значение}/ I^два_{Округ Колумбия}) / Idc = {(I_{среднеквадратичное значение}/Я^два_{Округ Колумбия}) -1} = k_ж^два-1)

Где kf - форм-фактор

“что такое двухполупериодный выпрямитель ”

kf = Irms / Iavg = (Imax / 2) / (Imax / ᴨ) = ᴨ / 2 = 1,57

Так, c = (1,572 - 1) = 1,21

Коэффициент использования трансформатора (TUF)

Он определяется как отношение мощности переменного тока, подаваемой к нагрузке, и номинальной мощности переменного тока вторичной обмотки трансформатора. TUF полуволнового выпрямителя составляет около 0,287.

HWR с конденсаторным фильтром

Согласно общей теории, которая обсуждалась выше, выход полуволнового выпрямителя представляет собой пульсирующий сигнал постоянного тока. Это получается, когда HWR работает без фильтра. Фильтры - это устройство, которое используется для преобразования пульсирующего сигнала постоянного тока в устойчивые сигналы постоянного тока, что означает (преобразование пульсирующего сигнала в плавный сигнал). Это может быть достигнуто путем подавления пульсаций постоянного тока, которые возникают в сигнале.

Хотя эти устройства теоретически можно использовать без фильтров, но предполагается, что они могут быть реализованы для любых практических приложений. Поскольку устройству постоянного тока потребуется устойчивый сигнал, пульсирующий сигнал должен быть преобразован в плавный, чтобы его можно было использовать в реальных приложениях. По этой причине HWR используется с фильтром в практических сценариях. Вместо фильтра можно использовать катушку индуктивности или конденсатор, но чаще всего используется HWR с конденсатором.

На картинке ниже поясняется принципиальная схема конструкции однополупериодный выпрямитель с конденсаторным фильтром и как он сглаживает пульсирующий сигнал постоянного тока.

Преимущества и недостатки

По сравнению с двухполупериодным выпрямителем, однополупериодный выпрямитель не так часто используется в приложениях. Хотя у этого устройства мало преимуществ. В преимущества однополупериодного выпрямителя :

Дешево - потому что используется минимальное количество компонентов
Просто - из-за того, что конструкция схемы полностью проста.
Простота использования - поскольку конструкция проста, использование устройства также будет упрощено
Низкое количество компонентов

В Недостатки однополупериодного выпрямителя находятся:

В секции нагрузки выходная мощность включается в компоненты как постоянного, так и переменного тока, где базовый уровень частоты аналогичен уровню частоты входного напряжения. Кроме того, будет увеличиваться коэффициент пульсации, что означает, что шум будет высоким, и потребуется расширенная фильтрация для обеспечения постоянного выходного сигнала постоянного тока.
Поскольку подача мощности будет только во время одного полупериода входного переменного напряжения, их характеристики выпрямления будут минимальными, а также будет меньше выходная мощность.
Полупериодный выпрямитель имеет минимальный коэффициент использования трансформатора.
В сердечнике трансформатора происходит насыщение по постоянному току, что приводит к току намагничивания, гистерезисным потерям, а также к развитию гармоник.
Количество энергии постоянного тока, которое поступает от полуволнового выпрямителя, недостаточно для генерации даже общего количества энергии. Принимая во внимание, что это можно использовать для нескольких приложений, таких как зарядка аккумулятора.

Приложения

Главный применение однополупериодного выпрямителя заключается в получении мощности переменного тока от источника постоянного тока. Выпрямители в основном используются для внутренних цепей источников питания почти в каждом электронном устройстве. В источниках питания выпрямитель обычно размещается последовательно, таким образом, он состоит из трансформатора, сглаживающего фильтра и регулятора напряжения. Некоторые из других приложений HWR:

Использование выпрямителя в блоке питания позволяет преобразовывать переменный ток в постоянный. Мостовые выпрямители широко используются в огромных приложениях, где они обладают способностью преобразовывать высокое переменное напряжение в минимальное постоянное напряжение.
Внедрение HWR помогает получить необходимый уровень постоянного напряжения через понижающие или повышающие трансформаторы.
Это устройство также используется для сварки чугуна. типы цепей и также используется в репеллентах от комаров, чтобы выталкивать свинец для паров.
Используется на радиоустройстве AM для обнаружения
Используются как цепи зажигания и генерации импульсов
Реализован в усилителях напряжения и устройствах модуляции.

Это все о Схема полуволнового выпрямителя и работа с его характеристиками. Мы считаем, что информация, представленная в этой статье, поможет вам лучше понять этот проект. Кроме того, по любым вопросам относительно этой статьи или помощи в реализации электротехнические и электронные проекты , вы можете свободно обращаться к нам, оставляя комментарии в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, какова основная функция однополупериодного выпрямителя?