Co je usměrňovač poloviční vlny: Obvod a jeho charakteristiky

Vyzkoušejte Náš Nástroj Pro Odstranění Problémů





V samotném období 1880 byla zahájena identifikace a jedinečnost usměrňovačů. Pokrok usměrňovačů vynalezl různé přístupy v oblasti výkonové elektroniky. Počáteční dioda, která byla použita v usměrňovači, byla navržena v roce 1883. S vývojem vakuových diod, který byl průkopníkem v prvních dnech 20. století, došlo k omezením usměrňovačů. Zatímco s úpravami v rtuťových obloukových trubicích bylo použití usměrňovačů rozšířeno na různá megawatová rozmezí. A jeden typ usměrňovače je půlvlnný usměrňovač.

Vylepšení vakuových diod ukázalo vývoj pro rtuťové obloukové trubice a tyto rtuťové obloukové trubice byly označeny jako trubice usměrňovače. S vývojem usměrňovačů bylo propagováno mnoho dalších materiálů. Toto je tedy stručné vysvětlení toho, jak se usměrňovače vyvíjely a jak se vyvíjely. Pojďme mít jasné a podrobné vysvětlení toho, co víme, co je půlvlnný usměrňovač, jeho obvod, pracovní princip a vlastnosti.




Co je usměrňovač poloviční vlny?

Usměrňovač je elektronické zařízení, které převádí střídavé napětí na stejnosměrné. Jinými slovy, převádí střídavý proud na stejnosměrný. Usměrňovač se používá téměř ve všech elektronických zařízeních. Většinou se používá k převodu síťového napětí na stejnosměrné napětí v zdroj napájení sekce. Použitím stejnosměrného napětí fungují elektronická zařízení. Podle doby vedení jsou usměrňovače rozděleny do dvou kategorií: Usměrňovač poloviční vlny a Usměrňovač plné vlny

Konstrukce

Ve srovnání s plně vlnovým usměrňovačem je HWR nejjednodušší usměrňovač pro konstrukci. Konstrukci zařízení lze provést pouze s jedinou diodou.



Konstrukce HWR

Konstrukce HWR

Půlvlnný usměrňovač se skládá z následujících komponent:

  • Zdroj střídavého proudu
  • Rezistor v zatěžovací sekci
  • Dioda
  • Transformátor sestupný

AC zdroj


Tento zdroj proudu dodává střídavý proud do celého obvodu. Tento střídavý proud je obecně reprezentován jako sinusový signál.

Sestupný transformátor

Za účelem zvýšení nebo snížení střídavého napětí se obvykle používá transformátor. Protože se zde používá sestupný transformátor, snižuje střídavé napětí, zatímco když se používá stupňovitý transformátor, zvyšuje střídavé napětí z minimální úrovně na vysokou úroveň. V HWR se používá převážně sestupný transformátor, kde protože požadované napětí pro diodu je velmi minimální. Pokud není použit transformátor, může velké množství střídavého napětí způsobit poškození diody. Zatímco v několika situacích lze použít i zesilovací transformátor.

V sestupném zařízení má sekundární vinutí minimální otáčky než primární vinutí. Z tohoto důvodu sestupný transformátor snižuje úroveň napětí z primárního na sekundární vinutí.

Dioda

Použití diody v půlvlnovém usměrňovači umožňuje tok proudu pouze v jednom směru, zatímco zastaví tok proudu v jiné cestě.

Rezistor

Jedná se o zařízení, které blokuje tok elektrického proudu pouze na určitou úroveň.

To je konstrukce polovodičového usměrňovače .

Práce polovodičového usměrňovače

Během kladného polovičního cyklu je dioda v předpjatém stavu a vede proud do RL (odpor zátěže). Napětí je vyvíjeno napříč zátěží, které je stejné jako vstupní střídavý signál kladného polovičního cyklu.

Alternativně, během záporného polovičního cyklu je dioda ve stavu obráceného předpětí a diodou neprotéká žádný proud. Přes zátěž se objeví pouze střídavé vstupní napětí a je to čistý výsledek, který je možný během kladného polovičního cyklu. Výstupní napětí pulzuje stejnosměrné napětí.

Usměrňovací obvody

Jednofázové obvody nebo vícefázové obvody spadají pod usměrňovací obvody . Pro domácí aplikace se používají jednofázové nízkoenergetické obvody usměrňovače a průmyslové aplikace HVDC vyžadují třífázové usměrnění. Nejdůležitější aplikace a Přechodová dioda PN je oprava a je to proces převodu AC na DC.

Poloviční vlnová náprava

V jednofázovém půlvlnném usměrňovači proudí záporná nebo kladná polovina střídavého napětí, zatímco druhá polovina střídavého napětí je blokována. Proto výstup přijímá pouze jednu polovinu střídavé vlny. Pro jednofázovou půlvlnnou usměrnění a je vyžadována jedna dioda tři diody pro třífázové napájení. Polovodičový usměrňovač produkuje větší množství zvlnění než usměrňovače s plnou vlnou a pro eliminaci harmonických vyžaduje mnohem více filtrování.

Jednofázový usměrňovač poloviční vlny

Jednofázový půlvlnný usměrňovač

Pro sinusové vstupní napětí je stejnosměrné napětí bez zátěže pro ideální půlvlnný usměrňovač

Vrms = Vpeak / 2

Vdc = Vpeak /

Kde

  • Vdc, Vav - stejnosměrné výstupní napětí nebo průměrné výstupní napětí
  • Vpeak - špičková hodnota vstupního fázového napětí
  • Vrms - výstupní napětí střední kvadratické hodnoty

Provoz polovodičového usměrňovače

Přechodová dioda PN vede pouze během stavu předpětí. Polovodičový usměrňovač používá stejný princip jako přechodová dioda PN a tak převádí AC na DC. V polovodičovém usměrňovacím obvodu je zátěžový odpor zapojen do série s přechodovou diodou PN. Střídavý proud je vstup polovodičového usměrňovače. Transformátor sestupného proudu přijímá vstupní napětí a výsledný výstup transformátor je dán zátěžovému odporu a diodě.

Fungování HWR je vysvětleno ve dvou fázích, které jsou

  • Pozitivní půlvlnný proces
  • Negativní proces půlvlny

Pozitivní poloviční vlna

Když je frekvence 60 Hz jako vstupní střídavé napětí, transformátor s postupným snižováním to sníží na minimální napětí. Na sekundárním vinutí transformátoru je tedy generováno minimální napětí. Toto napětí na sekundárním vinutí se označuje jako sekundární napětí (Vs). Minimální napětí se přivádí jako vstupní napětí do diody.

Když vstupní napětí dosáhne diody, v době kladného polovičního cyklu se dioda přepne do předpěťového stavu a umožní tok elektrického proudu, zatímco v době záporného polovičního cyklu se dioda přepne do záporného předpětí a brání toku elektrického proudu. Kladná strana vstupního signálu přiváděného na diodu je stejná jako dopředné stejnosměrné napětí přiváděné na diodu P-N. Stejným způsobem je záporná strana vstupního signálu přivedeného na diodu stejná jako reverzní stejnosměrné napětí přivedené na diodu P-N

Bylo tedy známo, že dioda vede proud v předpjatém stavu a brání toku proudu v obráceném předpětí. Stejným způsobem v obvodu střídavého proudu umožňuje dioda tok proudu po dobu kladného cyklu a blokuje tok proudu v době cyklu -ve. Když přijde kladný HWR, nebude to úplně blokovat -ve půlcyklů, umožňuje několik segmentů -ve půlcyklů nebo umožňuje minimální záporný proud. Toto je současná generace kvůli menšinovým nosičům náboje, které jsou v diodě.

Generování proudu prostřednictvím tohoto menšinového nosiče náboje je velmi minimální, a proto ho lze zanedbávat. Tato minimální část -ve polovičních cyklů není schopna pozorovat v zatěžovací sekci. U praktické diody se má za to, že záporný proud je „0“.

Odpor v zátěžové sekci využívá stejnosměrný proud, který je vytvářen diodou. Rezistor se tedy nazývá rezistor elektrického zatížení, kde se na tomto rezistoru počítá stejnosměrné napětí / proud (RL). Elektrický výstup je považován za elektrický faktor obvodu, který využívá elektrický proud. V HWR využívá rezistor proud vyrobený diodou. Z tohoto důvodu se odpor nazývá zatěžovací odpor. RLv HWR se používá pro omezení nebo omezení dalšího stejnosměrného proudu generovaného diodou.

Byl tedy učiněn závěr, že výstupní signál v polovodičovém usměrňovači je spojitý + ve polovičních cyklů, které mají sinusový tvar.

Negativní poloviční vlna

Provoz a konstrukce půlvlnného usměrňovače v negativním způsobem je téměř totožný s kladným půlvlnným usměrňovačem. Jediným scénářem, který se zde změní, je směr diody.

Když je frekvence 60 Hz jako vstupní střídavé napětí, transformátor s postupným snižováním to sníží na minimální napětí. Na sekundárním vinutí transformátoru je tedy generováno minimální napětí. Toto napětí na sekundárním vinutí se označuje jako sekundární napětí (Vs). Minimální napětí je přiváděno jako vstupní napětí do diody.

Když vstupní napětí dosáhne diody, v době záporného polovičního cyklu se dioda přepne do stavu předpětí a umožní tok elektrického proudu, zatímco v době kladného půl cyklu se dioda přepne do záporného předpětí a brání toku elektrického proudu. Záporná strana vstupního signálu, který je přiveden na diodu, je stejná jako dopředné stejnosměrné napětí, které je přivedeno na diodu P-N. Stejným způsobem je kladná strana vstupního signálu přivedeného na diodu stejná jako reverzní stejnosměrné napětí přivedené na diodu P-N

Bylo tedy známo, že dioda vede proud ve stavu s předpětím a brání toku proudu ve stavu s předpětím. Stejným způsobem v obvodu střídavého proudu umožňuje dioda tok proudu po dobu trvání -ve cyklu a blokuje tok proudu v době kladného cyklu. Když přijde na -ve HWR, nebude to úplně blokovat kladné půlcykly, umožňuje několik segmentů kladných polovičních cyklů nebo umožňuje minimální kladný proud. Toto je současná generace kvůli menšinovým nosičům náboje, které jsou v diodě.

Generování proudu prostřednictvím tohoto menšinového nosiče náboje je velmi minimální, a proto ho lze zanedbávat. Tato minimální část kladných polovin cyklů není schopna pozorovat v zatěžovací sekci. U praktické diody se má za to, že kladný proud je „0“.

Odpor v zátěžové sekci využívá stejnosměrný proud, který je vytvářen diodou. Rezistor se tedy nazývá rezistor elektrického zatížení, kde se na tomto rezistoru počítá stejnosměrné napětí / proud (RL). Elektrický výstup je považován za elektrický faktor obvodu, který využívá elektrický proud. V HWR využívá rezistor proud vyrobený diodou. Z tohoto důvodu se odpor nazývá zatěžovací odpor. RLv HWR se používá pro omezení nebo omezení dalšího stejnosměrného proudu generovaného diodou.

V ideální diodě se poloviční cykly kladné a záporné ve výstupní sekci jeví jako podobné polovičním cyklům kladné a záporné. V praktických scénářích se kladné a záporné poloviční cykly od vstupních cyklů poněkud liší. a to je zanedbatelné.

Byl tedy učiněn závěr, že výstupní signál v půlvlnném usměrňovači je spojitý -ve půlcyklů, které mají sinusový tvar. Takže výstup půlvlnného usměrňovače je spojitý sinusový signál + ve a -ve signál, ale ne čistý signál DC a v pulzující formě.

Práce polovodičového usměrňovače

Práce polovodičového usměrňovače

Tato pulzující stejnosměrná hodnota se během krátké doby změní.

Práce s napůl vlnovým usměrňovačem

Během kladného polovičního cyklu, kdy je sekundární vinutí horního konce kladné vzhledem ke spodnímu konci, je dioda v předpětí předpětí a vede proud. Během kladných půlcyklů je vstupní napětí aplikováno přímo na odpor zátěže, když se předpokládá, že přední odpor diody je nulový. Tvary výstupního napětí a výstupního proudu jsou stejné jako průběhy vstupního střídavého napětí.

Během záporného polovičního cyklu, kdy je sekundární vinutí dolního konce kladné vzhledem k hornímu konci, je dioda ve stavu obráceného předpětí a nevodí proud. Během záporného polovičního cyklu zůstává napětí a proud v zátěži nulové. Velikost zpětného proudu je velmi malá a je zanedbávána. Během záporného polovičního cyklu tedy nedochází k napájení.

Řada pozitivních polovičních cyklů je výstupní napětí, které je vyvíjeno napříč zátěžovým odporem. Výstupem je pulzující stejnosměrná vlna a pro vytvoření plynulých filtrů výstupní vlny, které by měly být napříč zátěží, se používají. Pokud je vstupní vlna polovičního cyklu, je známá jako půlvlnný usměrňovač.

Třífázové obvody polovodičového usměrňovače

Třífázový neřízený usměrňovač s poloviční vlnou vyžaduje tři diody, z nichž každá je připojena k fázi. Obvod třífázového usměrňovače trpí velkým množstvím harmonického zkreslení na stejnosměrném i střídavém připojení. Na výstupním napětí na straně stejnosměrného proudu existují tři odlišné pulsy na cyklus.

Třífázový HWR se používá hlavně k přeměně třífázového střídavého proudu na třífázový stejnosměrný proud. Přitom se místo diod používají spínané, které se nazývají nekontrolované spínače. Zde neřízené spínače odpovídají tomu, že neexistuje žádný způsob regulace časů zapnutí a vypnutí spínačů. Toto zařízení je konstruováno pomocí třífázového napájecího zdroje, který je připojen k 3fázovému transformátoru, kde sekundární vinutí transformátoru má vždy hvězdicové připojení.

Zde je sledováno pouze hvězdné připojení z důvodu, že je nutný neutrální bod, aby bylo opět připojeno zatížení k sekundárnímu vinutí transformátoru, čímž je zajištěn směr zpětného toku toku energie.

Obecná konstrukce 3fázového HWR poskytujícího čistě odporovou zátěž je uvedena na následujícím obrázku. V konstrukčním návrhu je každá fáze transformátoru označována jako samostatný zdroj střídavého proudu.

Účinnost získaná třífázovým transformátorem je téměř 96,8%. I když je účinnost třífázového HWR více než jednofázový HWR, je to méně než výkon třífázového plně vlnového usměrňovače.

Třífázový HWR

Třífázový HWR

Charakteristiky usměrňovače půlvlny

Vlastnosti půlvlnného usměrňovače pro následující parametry

PIV (špičkové inverzní napětí)

Během stavu s reverzním předpětím musí dioda vydržet kvůli svému maximálnímu napětí. Během záporného polovičního cyklu neprotéká zátěží žádný proud. Přes diodu se tedy objeví celé napětí, protože v důsledku odporu zátěže dochází k poklesu napětí.

PIV půlvlnného usměrňovače = VSMAX

To je PIV polovodičového usměrňovače .

Průměrné a špičkové proudy v diodě

Za předpokladu, že napětí na sekundárním transformátoru je sinusové a jeho špičková hodnota je VSMAX. Okamžité napětí, které je dáno polovodičovému usměrňovači, je

Vs = VSMAXBez hm

Proud protékající zatěžovacím odporem je

MAX= VSMAX/ (R.F+ R.L)

Nařízení

Regulace je rozdíl mezi napětím naprázdno a napětím při plném zatížení s ohledem na napětí při plném zatížení a procentuální regulace napětí je dána jako

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

Účinnost

Poměr vstupního střídavého proudu k výstupnímu stejnosměrnému proudu se označuje jako účinnost (?).

? = Pdc / Pac

Stejnosměrný proud dodávaný do zátěže je

Pdc = IdvaDCRL= (JáMAX/ ᴨ)dvaRL

Vstupní střídavý proud do transformátoru,

Pac = ztrátový výkon v odporu zátěže + ztrátový výkon ve spojovací diodě

= JádvarmsRF+ JádvarmsRL= {IdvaMAX/ 4} [R.F+ R.L]

? = Pdc / Pac = 0,406 / {1 + RF/ R.L}

Účinnost půlvlnného usměrňovače je 40,6%, když RFje zanedbáván.

Faktor zvlnění (γ)

Obsah zvlnění je definován jako množství AC obsahu přítomného ve výstupním DC. Pokud je faktor zvlnění menší, bude výkon usměrňovače vyšší. Hodnota faktoru zvlnění je u polovodičového usměrňovače 1,21.

Stejnosměrný výkon generovaný HWR není přesným stejnosměrným signálem, ale pulzujícím stejnosměrným signálem a v pulzující stejnosměrné formě existují zvlnění. Tyto zvlnění lze snížit použitím filtračních zařízení, jako jsou induktory a kondenzátory.

Pro výpočet počtu zvlnění ve stejnosměrném signálu se používá faktor, který se nazývá faktor zvlnění, který je reprezentován jako γ . Když je faktor zvlnění vysoký, ukazuje prodlouženou pulzující DC vlnu, zatímco minimální faktor zvlnění ukazuje minimální pulzující DC vlnu,

Když je hodnota γ velmi minimální, znamená to, že výstupní stejnosměrný proud je téměř stejný jako čistý stejnosměrný signál. Lze tedy konstatovat, že čím nižší je faktor zvlnění, tím hladší je stejnosměrný signál.

V matematické formě je tento faktor zvlnění označen jako podíl RMS hodnoty sekce AC na sekci DC výstupního napětí.

Faktor zvlnění = RMS hodnota sekce AC / RMS hodnota sekce DC

dva= JádvaDC+ Jádva1+ Jádvadva+ Jádva4= JádvaDC+ Jádvaa

y =a/ JáDC= (Jádva- JádvaDC) / I.DC= {(Járms/ JádvaDC) / Idc = {(járms/ JádvaDC)-1} = kFdva-1)

Kde kf - tvarový faktor

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

Tak, C = (1,572 - 1) = 1,21

Faktor využití transformátoru (TUF)

Je definován jako poměr střídavého výkonu dodávaného k zátěži a sekundárnímu střídavému jmenovitému výkonu transformátoru. TUF polovodičového usměrňovače je asi 0,287.

HWR s kondenzátorovým filtrem

Podle obecné teorie, která byla výše diskutována pro výstup půlvlnného usměrňovače, je pulzující stejnosměrný signál. To se získá výstup, když je HWR provozován bez implementace filtru. Filtry jsou zařízení, které slouží k transformaci pulzujícího stejnosměrného signálu na stabilní stejnosměrné signály, což znamená (převod pulzujícího signálu na hladký signál). Toho lze dosáhnout potlačením zvlnění stejnosměrného proudu, ke kterému dochází v signálu.

I když tato zařízení lze teoreticky použít bez filtrů, předpokládá se, že budou implementována pro jakékoli praktické aplikace. Protože stejnosměrné zařízení bude potřebovat stálý signál, musí být pulzující signál převeden na hladký, aby mohl být použit pro skutečné aplikace. To je důvod, proč se HWR používá s filtrem v praktických scénářích. Místo filtru lze použít buď induktor, nebo kondenzátor, ale nejčastěji se používá HWR s kondenzátorem.

Níže uvedený obrázek vysvětluje schéma zapojení konstrukce polovodičový usměrňovač s kondenzátorovým filtrem a jak vyhlazuje pulzující stejnosměrný signál.

Výhody a nevýhody

Ve srovnání s plným vlnovým usměrňovačem se poloviční vlnový usměrňovač v aplikacích tolik nepoužívá. I když toto zařízení má několik výhod. The výhody polovodičového usměrňovače jsou :

  • Levné - Protože se používá minimální počet komponent
  • Jednoduché - z důvodu, že design obvodu je zcela přímočarý
  • Snadné použití - Jelikož konstrukce je snadná, využití zařízení bude také efektivní
  • Nízký počet komponent

The nevýhody polovodičového usměrňovače jsou:

  • V zátěžové sekci je výstupní výkon zahrnut jak u DC, tak u AC komponent, kde je základní úroveň frekvence podobná úrovni frekvence vstupního napětí. Rovněž bude zvýšen faktor zvlnění, což znamená, že šum bude vysoký, a je nutné rozšířené filtrování, aby byl zajištěn konstantní stejnosměrný výstup.
  • Protože k dodávce energie dojde pouze v době jednoho půl cyklu vstupního střídavého napětí, je jejich rektifikační výkon minimální a také výstupní výkon bude menší.
  • Polovodičový usměrňovač má minimální faktor využití transformátoru
  • V jádře transformátoru dochází k nasycení stejnosměrným proudem, kde to vede k magnetizačnímu proudu, ztrátám hystereze a také k vývoji harmonických.
  • Množství stejnosměrného proudu, které bylo dodáno z polovodičového usměrňovače, není dostatečné pro generování ani obecného množství napájecího zdroje. Zatímco toto lze využít pro několik aplikací, jako je nabíjení baterie.

Aplikace

Hlavní aplikace půlvlnného usměrňovače je získat střídavé napětí ze stejnosměrného proudu. Usměrňovače se používají hlavně vnitřní obvody napájecích zdrojů téměř v každém elektronickém zařízení. V napájecích zdrojích je usměrňovač obvykle umístěn sériově a skládá se z transformátoru, vyhlazovacího filtru a regulátoru napětí. Několik dalších aplikací HWR je:

  • Implementace usměrňovače do napájecího zdroje umožňuje převod AC na DC. Můstkové usměrňovače jsou široce využívány pro obrovské aplikace, kde mají schopnost převádět vysokonapěťové střídavé napětí na minimální stejnosměrné napětí.
  • Implementace HWR pomáhá získat požadovanou úroveň stejnosměrného napětí prostřednictvím krokových nebo zesilovacích transformátorů.
  • Toto zařízení se také používá při svařování železa typy obvodů a také se používá v repelentech proti komárům, aby se posílilo vedení par.
  • Používá se na rádiovém zařízení AM pro účely detekce
  • Používá se jako vypalovací a generátorové obvody
  • Implementováno v napěťových zesilovačích a modulačních zařízeních.

To je všechno o Obvod usměrňovače poloviční vlny a práce s jeho charakteristikami. Věříme, že informace uvedené v tomto článku jsou užitečné pro lepší pochopení tohoto projektu. Dále v případě jakýchkoli dotazů týkajících se tohoto článku nebo jakékoli pomoci s implementací elektrické a elektronické projekty , neváhejte nás kontaktovat komentováním v sekci komentářů níže. Zde je otázka, jaká je hlavní funkce polovodičového usměrňovače?