Вернуться на страницу <Методические разработки>
Содержание

Содержание.

• Однополупериодная схема выпрямителя переменного тока
• Двухполупериодная схема выпрямителя с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора.
• Мостовая двухполупериодная схема выпрямителя.
• Задача на составление схемы однополупериодного выпрямителя.
• Список литературы.

При моделировании виртуальных схем использовалась версия Multisim 6.25 Student 2001 и Electronics Workbench 5.12. При расчете схем использовалась версия Mathcad 2001 Professional.

Для получения электрической энергии нужного вида часто приходится преобразовать энергию переменного тока в энергию постоянного тока (выпрямление). Выпрямление осуществляется с помощью устройств, называемых выпрямителями. Выпрямители являются вторичными источниками электропитания. Они (ИВЭ) представляют собой средства, обеспечивающие электропитанием самостоятельные приборы или отдельные цепи комплекса электронной аппаратуры.

Самый простой однополупериодный выпрямитель содержит источник синусоидального напряженияполупроводниковый диод и резистор.

Подключаем осциллограф. Лицевая панель осциллографа показана на следующем рисунке 1.1.

Рис. 1.1. Лицевая панель осциллографа в режиме развертки Y/T.

В режиме Y/T реализуются следующие режимы разверстки: по вертикали - напряжение сигнала, по горизонтали - время. Проанализируем схему выпрямителя на основе данной временной диаграммы. Красная синусоида - приложенное к схеме выпрямителя напряжение U.

Будем для упрощения расчетов считать диод идеальным, т. е. с сопротивлением равным нулю в прямом направлении и бесконечно большим в обратном. Такой диод представляет собой короткое замыкание для тока в прямом направлении и разрыв для тока в обратном. Поэтому ток в цепи (синий график) периодичный, несинусоидальный, в виде полуволн синусоиды , где в течение полупериодов напряжения источника, когда u>0, и равен нулю при u.

При однополупериодном выпрямлении постоянная составляющая тока в цепи, то есть среднее значение тока,

Напряжение на резисторе равно напряжению источника в течение полупериодов, когда u>0 и ток отличен от нуля, и равно нулю при u

В режиме B/A (рис.1.2.): по вертикали - сигнал канала B, по горизонтали сигнал A.

Рис. 1.2. Лицевая панель осциллографа в режиме развертки B/A.

Получая фазовую диаграмму (рис.1.2), экспортируем ее в Mathcad нажатием кнопки

Нажатие кнопки открывает окно "Аналитические графики":

В данном окне нажимаем кнопку "Export to Mathcad" Открывается окно Mathcad. Отображаем все значения приложенного напряжения (in1) и все значения тока в цепи (in2). Определим количество значений для построения последующих графиков. Строим графики:

Чтобы сохранить все значения приложенного напряжения и все значения тока в цепи,щелкнем по таблицам значений(in1, in2).

Появляется окно Write to File.

Сохраним значения приложенного напряжения как in1.txt, а значения тока в цепи как in2.txt. Открываем новое окно Mathcad. Вставляем компонент in1.txt следующим образом:

Щелкаем мышкой по "Компонент" и получаем окно "Мастер вставки компонентов":

Вставляем компонент как "File Read or Write", нажимаем кнопку "Далее":

,

затем кнопку "Готово", получаем пиктограмму:

,

где присвоим компоненту имя in1. Далее щелкаем по пиктограмме:

Теперь нажмем кнопку "Открыть":

 .

Аналогичные операции проводим с компонентом in2.

Определим количество значений тока и приложенного напряжения для вставки графиков, вставляем графики. В результате получаем:

Справка:

При сохранении значений в "Electronics Workbench 5.12 Professional Edition" используется Виртуальное устройство "Write Data":

Присоединяем устройство к схеме мостового двухполупериодного выпрямителя:

Щелкаем левой мышкой по устройству, появляется окно "Write Data Properties":

Сохраняем все значения приложенного напряжения и все значения напряжения на нагрузке, щелкая по "Browse".

Сохраняем, в окне появляется адрес сохраненных значений:

Конечная схема принимает вид:

В Mathcad вставляем компонент D и получаем сохраненные значения.

Двухполупериодная схема выпрямителя с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора.

Данную схему можно рассматривать как сочетание двух однопериодных выпрямителей, включенных на один и тот же нагрузочный резистор R1. Действительно, в каждый из полупериодов напряжения работает либо верхняя, либо нижняя часть выпрямителя. Когда потенциал точки а выше потенциала средней точки 0 (интервал времени 0-T/2), диод D1 открыт, диод D2 закрыт, так как потенциал точки б ниже потенциала точки 0. В этот период времени в нагрузочном резисторе R1 появляется ток i1. В следующий полупериод напряжения (интервал времени T/2-T) потенциал точки б выше, а потенциал точки а ниже потенциала средней точки 0. Диод D2 открыт, диод D1 закрыт. При этом ток в нагрузочном резисторе R1 имеет то же направление, что и в предыдущий полупериод.

Временная диаграмма напряжений на первичной обмотке трансформатора (красный график) и на нагрузке (синий график) приведены на рис.2.1.

Рис.2.1.

Средние значение выпрямленного напряжения для двухполупериодной схемы выпрямителя

.

Среднее значение тока каждого вентиля , где - среднее значение выпрямленного тока в этой схеме, которое в два раза больше, чем в однополупериодной при использовании одних и тех же вентилей.

Получим фазовую диаграмму тока и напряжения на сопротивлении нагрузки.

Экспортируем фазовую диаграмму в Mathcad. Отображаем все значения напряжения на вторичной обмотке трансформатора (in1) и все значения напряжений на нагрузке(in2). Определим количество значений для построения последующих графиков . Строим графики.

Сохраняем данные значения. В итоге получаем:

Рассмотренная двухполупериодная схема выпрямителя выгодно отличается от однополупериодной схемы меньшей величиной пульсаций и в два раза большим значением тока в нагрузке при использовании одного и того же типа вентилей. Однако эту схему нельзя использовать без трансформатора, причем трансформатор обязательно должен иметь вывод средней точки вторичной обмотки.

Мостовая двухполупериодная схема выпрямителя.

Данная схема содержит две пары диодов, включенных по схеме четырехплечного моста.

Каждая пара диодов пропускает ток поочередно. В полупериод ток проходит через вентиль 1, нагрузку R1 и вентиль 3. Аноды вентилей 2 и 4 в этот полупериод имеют отрицательный потенциал по отношению к катодам, и ток через эти вентили не проходит. В следующий полупериод ток будет проходить через вентиль 2, нагрузку R1 и вентиль 4, причем направление тока в нагрузке будет таким же, как и в предыдущий полупериод.

Временная диаграмма приложенного напряжения и напряжения на нагрузке приведена на рис. 3.1.

Рис.3.1

Максимальное значение обратного напряжения на вентиле равно амплитудному значению приложенного напряжения, так как в один из полупериодов, когда ток проходит через вентили 1 и 3, вентили 2 и 4 оказываются включенными параллельно и к ним приложено напряжение , а в другой полупериод напряжение приложено к параллельно включенным вентилям 1 и 3. Таким образом, Среднее значение тока вентиля , а максимальное значение тока вентиля

Получим фазовую диаграмму тока и напряжения на сопротивлении нагрузки.

Экспортируем фазовую диаграмму в Mathcad. Отображаем все значения приложенного напряжения (in1) и все значения напряжения на нагрузке(in2). Определим количество значений для построения последующих графиков . Строим графики

Сохраняем данные значения. В итоге получаем:

Мостовые схемы выпрямителей широко применяются в измерительных устройствах и устройствах промышленной электроники небольшой мощности. Недостатком мостовой схемы выпрямителя является необходимость использования четырех вентилей.

Задача.

Для питания постоянным током потребителя мощностью Вт при напряжении В необходимо собрать схему однополупериодного выпрямителя, использовав имеющиеся стандартные диоды Д242А.

Решение.

1. Параметры диода Д242А: A, B.

2. Определяем ток потребителя А.

3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период: В.

4. Проверяем диод по параметрам и . Для данной схемы диод должен удовлетворять условиям ,. В данном случае второе условие не соблюдается (А, т.е. ). Первое условие выполняется (В).

5. Составляем схему выпрямителя. Чтобы выполнялось условие , надо два диода соединить параллельно, тогдаА; А. Полная схема выпрямителя приведена на рис. 4.1.

Литература:

1. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. "Промышленная электроника". Москва "Энергоатомиздат" 1988.
2. Герасимов В.Г. "Основы промышленной электроники" часть 2. Москва "Высшая школа"1971.
3. Герасимов В.Г. "Основы промышленной электроники". Москва "Высшая школа"1986.
4. Панфилов Д.И. "Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях. Практикум на Electronics Workbench" том 2.Москва "Додека" 2000

Содержание
Вернуться на страницу <Методические разработки>