Искусственная средняя точка схемы

Искусственная средняя точка схемы Искусственная средняя точка схемы
Искусственная средняя точка схемы

В этой статье речь пойдёт о наиболее распространённом применении диодов: выпрямлении тока. Выпрямление - процесс преобразования переменного тока в постоянный. Для этого необходим прибор, позволяющий потоку электронов двигаться лишь в одном направлении. Как известно, именно эту функцию выполняет полупроводниковый диод.

Самым простым типом выпрямителя является однополупериодный выпрямитель. Такой выпрямитель пропускает в нагрузку только один полупериод напряжения (см. рисунок ниже).

03258_show.png

Схема однополупериодного выпрямителя

Однако во многих мощных схемах использование однополупериодного выпрямителя нежелательно, поскольку содержание гармоник в форме кривой выходного сигнала будет очень большим и соответственно их будет сложно отфильтровать. Кроме того, ток от источника переменного тока будет поступать на нагрузку только в течение полупериода, что означает его неэффективное использование. Вместе с тем, однополупериодный выпрямитель является простым средством понижения мощности в схемах с резистивной нагрузкой. В некоторых двухпозиционных схемах регулирования яркости лампы для получения "полной" яркости на нить подаётся переменный ток, а для ослабления яркости лампа включается через однополупериодный выпрямитель. (См. рисунок ниже)

03259.png

Использование однополупериодного выпрямителя: Двухпозиционный регулятор яркости лампы

В положении уменьшенной силы света лампа накаливания получает примерно половину той мощности, которая бы поступала на неё при включении в линию без выпрямителя. Мерцания лампы не возникает по той причине, что пульсация тока происходит гораздо быстрее, чем нить успевает нагреться и охладиться. Вместо этого, нить разогревается до меньшей чем обычно температуры, что приводит к уменьшению силы света. Подача пульсирующего тока на высокоинерционную нагрузку для управления электрической мощностью очень часто применяется в области промышленной электроники. Поскольку управляющее устройство (в данном случае диод) либо полностью проводит, либо полностью не проводит в каждый момент времени, то на нём будет рассеиваться небольшое количество тепловой энергии, в связи с чем данный метод характеризуется достаточно высоким КПД. Приведённая выше схема представляет собой самый общий метод подачи пульсирующего питания на нагрузку, но вместе с тем служит показательным примером работоспособности концепции.

В том случае если при выпрямлении переменного тока необходимо использовать оба полупериода, то нам потребуется выпрямитель совершенного иного типа. Такая схема называется двухполупериодным выпрямителем. В одной разновидности двухполупериодного выпрямителя, называемой выпрямителем со средней точкой, используется трансформатор с отводом от средней точки вторичной обмотки и два диода, как показано на рисунке ниже.

03260_show.png

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Принцип работы этой схемы нетрудно понять путём анализа по отдельности каждого полупериода. Сначала рассмотрим первый полупериод, когда напряжение источника будет положительным (+) сверху и отрицательным (-) снизу. В этот момент проводит только верхний диод, а нижний блокирует ток, и, следовательно, нагрузка "видит" только первый полупериод синусоиды. В этой части цикла ток протекает только по верхней половине вторичной обмотки трансформатора (см. рисунок ниже).

03261_show.png

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой: в положительный полупериод ток проводит верхняя половина вторичной обмотки трансформатора

Во второй половине цикла полярность переменного тока меняется. Теперь ток проходит по второму диоду и другой половине вторичной обмотки трансформатора, в то время как остальная часть схемы остаётся бездействующей. Нагрузка как и прежде "видит" только половину синусоиды, причём полярность сохраняется: положительное напряжение сверху и отрицательное - снизу (см. рисунок ниже).

03262_show.png

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой: в отрицательный полупериод ток проводит нижняя половина вторичной обмотки трансформатора

Одним из недостатков такого двухполупериодного выпрямителя является необходимость использования трансформатора с отводом от средней точки вторичной обмотки. Если речь идёт о высокомощной схеме, то возникнет необходимость в габаритном, а следовательно и дорогом трансформаторе. Поэтому выпрямители со средней точкой используются преимущественно в маломощных схемах.

В случае двухполупериодного выпрямителя со средней точкой полярность может быть изменена посредством обратного включения диодов. Более того, обратновключённые диоды могут быть расположены параллельно существующему выпрямителю. В результате мы получим двухполярный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой (см. рисунок ниже). Следует отметить, что в данном случае конфигурация диодов такая же, как и в мостовой схеме.

03444_show.png

Двухполярный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Существует и другой, более популярный тип двухполупериодного выпрямителя, который строится по мостовой схеме, состоящей из четырёх диодов. Такая схема называется двухполупериодным выпрямительным мостом (см. рисунок ниже).

03263_show.png

Двухполупериодная мостовая схема

Направление движение тока в двухполупериодной выпрямительной мостовой схеме показано на рисунках ниже. Следует отметить, что по нагрузке ток будет протекать в одном направлении в независимости от полярности на входе. То есть отрицательный полупериод источника является положительным полупериодом на нагрузке. При любой полярности ток протекает по двум параллельно включённым диодам, а следовательно, падение напряжения на диодах будет удвоенным (0,7·2=1,4 В в случае кремниевых диодов). Однако эта проблема серьёзна только при использовании низковольтных источников питания.

03264_show.png

Двухполупериодный мостовой выпрямитель: Направление движения тока в положительный полупериод

03265_show.png

Двухполупериодный мостовой выпрямитель: Направление движения тока в отрицательный полупериод

Для новичков в области электроники часто вызывает затруднение правильное включение диодов в двухполупериодном мостовом выпрямителе. Для лучшего понимания и запоминания можно использовать альтернативное представление этой схемы, в которой диоды изображены горизонтально и "направлены" в одну и ту же сторону (см. рисунок ниже).

03266_show.png

Альтернативное изображение двухполупериодной мостовой схемы

Такое изображение диодов хорошо также и тем, что его легко можно расширить для схематического представления многофазного выпрямителя.

03267.png

Трёхфазная двухполупериодная мостовая схема

Каждая фаза включается между отдельной парой диодов, один из которых включён в цепь положительного вывода нагрузки, а другой — отрицательного вывода нагрузки. По этому же принципу строятся системы с большим количеством фаз, например, шестифазный мостовой выпрямитель (см. рисунок ниже).

03268.png

Шестифазный двухполупериодный мостовой выпрямитель

При выпрямлении многофазного переменного тока сдвинутые по фазе импульсы накладываются друг на друга, в результате чего мы получаем более "гладкий" постоянный ток, чем в случае преобразования однофазного переменного тока. Это является несомненным преимуществом в схемах с высокой мощностью, в которых нежелательно использование громоздких компонентов фильтрации, однако необходим постоянный ток с низким уровнем шумов.

03269_show.png

Трёхфазный ток и вид ЭДС на выходе

При любом типе выпрямления -- однофазном или многофазном -- на выходе формируется пульсирующий ток. В большинстве случаев это нежелательное явление, поскольку целью является получение "чистого" постоянного тока. Если уровень мощности не очень высок, то для сокращения пульсаций выходного напряжения можно использовать фильтрующие схемы.

Иногда способ выпрямления соотносится с подсчётом количества выходных "пульсаций" постоянного тока на каждый "оборот" тока на 360o. Однофазный однополупериодный выпрямитель будет давать на выходе один импульс на один полный цикл движения переменного тока. В случае однофазного двухполупериодного выпрямителя (как мостового, так и выпрямителя со средней точкой) частота пульсаций будет равна удвоенной частоте сети. Частота пульсаций трёхфазного двухполупериодного выпрямителя будет равна частоте сети умноженной на шесть.

Возможно ли получить частоту пульсаций, которая бы превышала более чем в два раза количество фаз сети? Да, особенно в случае многофазных схем. При особом использовании трансформаторов несколько двухполупериодных выпрямителей могут быть соединены параллельно таким образом, что частота пульсаций постоянного тока будет более чем в шесть раз превосходить частоту трёхфазного тока. При использовании обмоток различной конфигурации в трёхфазном трансформаторе создаётся сдвиг фаз входных токов на 30o. Другими словами, при соединении по типу "звезда-треугольник" или "треугольник-звезда" создаётся сдвиг фаз на 30o, в то время как при соединении "звезда-звезда" или "треугольник-треугольник" сдвига фаз не происходит. Это явление может быть использовано следующим образом: питание на один двухполупериодный мостовой выпрямитель подаётся с одного трансформатора, обмотки которого соединяются по типу "звезда-звезда"; питание на второй мостовой выпрямитель подаётся со второго трансформатора, обмотки которого соединены по типу "звезда-треугольник"; а затем выходы обоих выпрямителей соединяются параллельно. Поскольку пульсации двух выпрямителей смещены относительно друг друга на 30o, число выпрямленных полупериодов увеличивается вдвое, из-за чего уменьшается относительная амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения и вдвое увеличивается частота пульсаций выпрямленного напряжения.

03270_show.png

Двенадцатипульсовый двухполупериодный трёхфазный выпрямитель

  • РЕЗЮМЕ:

  • Выпрямление - процесс преобразования переменного тока в постоянный.

  • Однополупериодный выпрямитель преобразует и подаёт на нагрузку только один полупериод напряжения переменного тока. Амплитуда пульсаций выходного сигнала будут достаточной большой.

  • Двухполупериодный выпрямитель преобразует оба полупериода напряжения переменного тока в непрерывную серию пульсаций одной полярности. На выходе такого выпрямителя амплитуда пульсаций гораздо меньше.

  • Форма кривой выпрямленного многофазного тока гораздо плавнее по сравнению с кривой выпрямленного однофазного тока.

 

Искусственная средняя точка схемы Искусственная средняя точка схемы Искусственная средняя точка схемы Искусственная средняя точка схемы Искусственная средняя точка схемы Искусственная средняя точка схемы Искусственная средняя точка схемы

Похожие статьи:




Схема установка балансировочного клапана




Поздравления маме с юбилеем 50 от дочки




Как украсить комнату своими руками на стену




Косметички крючком схемы и описание




Схемы и ажурные узоры вязание спицами ажур