Мостовая схема соединения

8. Мостовые схемы

ЭКСПЕРИМЕНТ 8 Мостовые схемы

После проведения данного эксперимента Вы сможете распознавать, собирать и уравновешивать мостовую схему.

* Источник постоянного напряжения

* Один потенциометр 10 кОм * Резисторы — 1/4 Вт, 5%:

один резистор 4, 7 кОм,

один резистор 12 кОм,

один резистор 18 кОм,

один резистор 100 кОм.

Мостовая схема — это специальное соединение элементов, которое формирует выходное напряжение, сбалансированное относительно массы. Эта схема широко используется в измерительных приборах и во множестве промышленных схем, предназначенных для контроля.

Основная мостовая схема показана на рисунке 8-1А. Схема представлена в типичной ромбовидной конфигурации, чтобы ясно распознавать ее в качестве мостовой схемы. При более детальном рассмотрении Вы можете видеть, что мостовая схема — это по существу два делителя напряжения, параллельно подключенные к источнику питания. Это четко можно видеть по мостовой схеме, представленной в виде, показанном на рисунке 8-1 Б. Заметьте, что выходной сигнал снимается между двумя выходами делителей напряжения (точки А и В).



Обычно выходное напряжение делителя напряжения снимается с точки соединения двух резисторов относительно массы. В мостовой схеме выходное напряжение снимается между двумя выходами делителей напряжения, а не относительно массы. Такой тип выхода называется дифференциальным (или симметричным) выходом.

Основное нейтральное состояние в мостовой схеме называется равновесием моста. Уравновешенный мост — это такой мост, выходное напряжение которого равно нулю. Такое состояние имеет место в том случае, когда выходное напряжение одного делителя напряжения равно выходному напряжению другого делителя напряжения, относительно массы. Если ввести в мостовую схему один или больше резистивных элементов с варьируемым сопротивлением, можно легко привести мост к такому уравновешенному состоянию. Равновесие моста имеет место в том случае, если сопротивления моста связаны следующим соотношением:

Иными словами, если отношения резисторов в делителях напряжения одинаковы, мост уравновешен, и выходное напряжение равно нулю.

Мост не уравновешен, если выходное напряжение одного делителя напряжения выше или ниже выходного напряжения другого делителя напряжения. Например, если на рисунке 8-1 напряжение в точке А больше, чем напряжение в точке В,

точка А будет иметь больший положительный потенциал, чем точка В. Если возникнет такое состояние, через нагрузку потечет ток от А к В.

Если же мост нс уравновешен в другом направлении, и напряжение в точке В выше напряжения и точке А, произойдет противоположное, то есть, ток потечет через нагрузку от точки В к точке А.

В данной работе Вы соберете мостовую схему и поэкспериментируете с ней. В одном из плечей моста будет использоваться потенциометр для обеспечения различных только что описанных состояний.

1. Обратитесь к схеме на рисунке 8-2. Значения сопротивлений R1, R2 и R3, заданы. R4 —это потенциометр, подключенный в качестве переменного резистора, который может подстраиваться на любое значение между 0 и 10кОм. Используются только два из трех выводов потенциометра — центральный подвижный и один неподвижный вывод. Используя формулу, приведенную для уравновешенного моста, рассчитайте сопротивление, на которое должен быть установлен потенциометр R4, чтобы уравновесить мост. Для этого преобразуйте формулу, чтобы вычислить R4, и запишите полученное значение.

2. Соберите схему, показанную на рисунке 8-2. Установите резистор R4 на середину его диапазона в качестве начальной позиции.


3. Включите Ваш мультиметр между точками А и В для измерения напряжения. Вы должны сосчитать на индикаторе некоторое значение напряжения. Установите на мультиметре переключатель пределов измерения в позицию для максимальной разрешающей способности.

4. Теперь регулируйте потенциометр R4 до тех пор, пока напряжение между точками А и В не станет

равным нулю. Когда Вы получите нулевое показание, переключите мультиметр на следующий более низкий предел измерения. Вы можете заметить некоторое остаточное напряжение. В данном случае продолжайте точную настройку потенциометром, пока не получите нулевого показания. Это будет уравновешенное состояние моста.

5. При уравновешенном состоянии моста измерьте напряжение в точке А по отношению к массе (в качестве которой служит отрицательный вывод источника питания) и в точке В по отношению к массе. Запишите полученные значения.

6. Удалите потенциометр R4 из макетной панели. Делайте это осторожно, чтобы не нарушить настройку. После того, как Вы удалите потенциометр, измерьте его сопротивление между двумя выводами, которые Вы присоединяли к мостовой схеме. Запишите полученное значение сопротивления. R4 = ____ Ом

7. Сравните ваши расчетное и измеренное значения R4 для уравновешенного моста.

8. Снова включите потенциометр в мостовую схему. При этом Вы должны вставить выводы потенциометра в те же самые отверстия. Выполните измерение напряжения между точками А и В, чтобы убедиться в том, что оно все еще равно нулю. Если это не так, перенастройте R4 таким образом, чтобы обеспечить уравновешенное состояние моста.

9. Непрерывно контролируя напряжение между точками А и В, перемещайте движок потенциометра как в направлении по часовой стрелке, так и против часовой стрелки, из положения, при котором мост уравновешен. Замечайте амплитуду и полярность напряжения во время варьирования. Запишите амплитуду и полярность напряжения в положениях максимального выведения подвижного контакта резистора R4 в направлении по часовой стрелке и против часовой стрелки. Выходное напряжение = _______ В

(макс. против часовой стрелки) Выходное напряжение =_____ В

(макс. по часовой стрелке) 10. Размонтируйте схему.

1. Когда мост уравновешен, выходное напряжение:

а) равно напряжению источника питания,

в) имеет бесконечную величину,

2. Мостовая схема составлена из двух более простых схем следующего типа:

а) делители напряжения,

б) последовательные схемы,

в) параллельные схемы,

г) делители тока.

3. В мостовой схеме на рисунке 8-1 напряжение между точкой А и массой равно +7,5 В. Напряжение между точкой В и массой равно +4,6 В, В каком направлении будет протекать ток в нагрузке?

а) слева направо,

б) справа налево,

в) ток протекать не будет.

4. В мостовой схеме на рисунке 8-1 сопротивление R1 неизвестно, R2, = 1 кОм, R3 = 3 кОм, R4 = 8 кОм. Каким должно быть сопротивление R1 для равновесия моста?

5. Один выходной контакт моста соединен с массой:

а) высказывание верно,

б) высказывание неверно.

Рис. 8-1 Б. Мостовая схема — это по существу два делителя напряжения, параллельно подключенные к источнику питания.

Мостовые схемы в электрических измерениях

При измерении таких параметров электрических цепей, как сопротивление, емкость, индуктивность, добротность катушки и тангенс угла диэлектрических потерь, широкое применение получили мостовые схемы (МС).

Измерение с помощью МС заключается в сравнении измеряемых элементов с образцовыми элементами. МС позволяют производить измерения в широких диапазонах от 10-8 до 1010 Ом, с высокой точностью (погрешность от 0,02–2%).

Это обеспечило популярность мостовых схем среди других методов измерений. По роду тока различают мосты постоянного и переменного тока, по количеству плечей мосты бывают четырехплечие и шестиплечие.

На рисунке 1 приведена простейшая схема одинарного моста. Плечо 1-2 называется выходным, в него включается нагрузка в виде нуль-индикатора или гальванометра. Ток в плече 1-2 находится из соотношения:

Из выражения видно, что I=0 только при условии:

Если комплексные сопротивления Z представить в развернутом виде Z=R+jX, получим выражение для полного сопротивления:

Наличие двух уравнений указывает, что уравновешивание моста производится регулированием двух параметров. Мост называется сходимым, если удается уравновесить его путем поочередного изменения регулируемых параметров.

Чтобы получить уравнение равновесия для реактивных элементов, представим комплексные сопротивления в показательной форме:

Тогда условие сходимости моста для реактивных элементов будет выглядеть так:

Последнее выражение показывает, какая очередность подключения реактивных элементов позволит уравновесить мост. Так, например, если смежные плечи Z1 и Z2 имеют чисто активное сопротивление, то два других смежных плеча Z3 и Z4 могут иметь индуктивное или емкостное сопротивление.

Если противоположные плечи имеют чисто активное сопротивление, то два других плеча должны иметь индуктивное и емкостное сопротивления, компенсирующие друг друга.

Если неизвестный параметр находится по выражению Z1Z4=Z2Z3, мост называют уравновешенным. Если измеряемая величина определяется по показаниям гальванометра или милливольтметра – такие мосты называют неуравновешенными.

Смотрите так же:  Контактор 220 схема подключения

Недостатком одинарных мостов переменного тока является невысокая чувствительность при определении сопротивлений менее 10 Ом. Дело в том, что соединительные провода и штепсельные разъемы прибора имеют сопротивление сопоставимое с измеряемым сопротивлением.

В этом случае используют МС измерения на постоянном токе с четырьмя зажимами. При измерении Rx более 10 Ом элемент подключают к зажимам 2 и 3, замыкают перемычки 1-2 и 3-4. Измерение происходит по обычной схеме.

Если Rx менее 10 Ом перемычки 1-2 и 3-4 размыкают, а измеряемый элемент подключают в схему четырьмя проводами. Тогда сопротивления r1 и r3 включены в диагональ и не влияют на схему, а r2 и r4 пренебрежимо малы в сравнении с R3 и R2.

Измерения сопротивления на постоянном токе более точные, так как гальванометр более чувствителен к отклонениям тока.

Как было указано выше, условие равновесия моста позволяет производить измерения параметров реактивных элементов. При условии, что смежные элементы R1 и R2 обладают чисто активным сопротивлением, в два других смежных плеча включаются измеряемый и образцовый элементы.

В качестве примера приведена схема с емкостным элементом Cx, параметры которого предстоит узнать. В смежное плечо включен образцовый конденсатор известной величины СN.

Схема замещения образцового конденсатора может быть представлена последовательным или параллельным соединением емкости и активного сопротивления, которое обуславливает потери в реальном конденсаторе. Для измеряемого конденсатора также находят и .

Схемы с последовательным соединением CN и RN используют при измерениях конденсаторов с малыми потерями. Условие равновесия такого моста записываются в следующем виде:

Тангенс угла диэлектрических потерь определяется по формуле:

При измерениях конденсаторов с большими потерями эквивалентная схема реального конденсатора представлена параллельным соединением емкости и активного сопротивления.

Условия равновесия такого моста полностью совпадают со схемой последовательного соединения. Тангенс угла диэлектрических потерь при этом имеет обратное значение:

Схемы мостов с емкостными элементами применяют для определения емкостного сопротивления изоляции высоковольтного оборудования.

Измерение параметров индуктивной катушки может быть выполнено по нескольким схемам: с применением образцовой катушки, включаемой в смежное плечо, с помощью образцового конденсатора, включаемого в противоположное плечо.

Условия равновесия МС с применением образцовой катушки при последовательном включении R с катушкой Lx:

При последовательном соединении R с катушкой LN:

При использовании образцового конденсатора С для определения Lx, условие равновесия моста записывают так:

Добротность катушки Q можно найти по известным параметрам R и C или Rx и Lx.

Применение четырехплечих МС с образцовыми конденсаторами имеет плохую сходимость при Q≤1, поэтому в этих случаях применяют шестиплечие мосты (рис.4).

Для определения условия равновесия схемы, треугольник с емкостью и сопротивлениями R5 и R4 преобразуют в эквивалентную звезду, после чего расчеты производятся как для обычного четырехплечего моста.

Конструктивно, современные мосты выполняют в виде отдельных измерительных приборов, имеющих корпус, переключатели и набор сопротивлений, емкостей и индуктивных катушек, как регулируемых, так и образцовых значений.

Смешанное соединение (мостовая схема)

Частным случаем смешанного соединения является мостовая схема.

Мостовая схема имеет четыре плеча A – C – B – D, каждое плечо моста включает в себя потребитель (на данной схеме – резисторы, но могут быть электродвигатели). Так же мост имеет две диагонали

А – С — питающая диагональ

В – D — измерительная диагональ.

При одинаковых параметрах потребителей (R1 = R2 = R3 =R4или, в схеме с двигателями – если они работают в одном режиме)падение напряжений на плечах моста будет равным, и потенциалы точек ВиD будут равны (φв = φD ). Тогда напряжение на гальванометре равно нулю, т.е. ток через измерительную диагональ не идет. Такой мост называется уравновешенным. При изменении сопротивления любого плеча (один из двигателей выходит из общего режима работы) равновесие моста нарушается, на измерительной диагонали появляется напряжение и ток. Поэтому такая схема используется, в частности, для срабатывания реле боксования в электровозах, тепловозах, секциях электропоездов.

1.17. Способы соединения источников тока.

1. Последовательное соединение.

В данной схеме «плюс» одного источника соединяется с «минусом» другого.

При этом ЭДС источников складываются ЕБЩ = Е1 + Е2,поэтому данный способ

используется для увеличения общего напряжения UОБЩ = U1 + U2. Применяется тогда, когда напряжение для потребителя недостаточно, но один источник тока способен выдержать весь ток нагрузки.

При параллельном соединении «плюс» одного источника соединяется с «плюсом» другого (соответственно соединяются и «минусы»).

При равенстве ЭДС, ток через потребитель не изменяется, но уменьшается ток через каждый из источников, что позволяет поддержать большой ток нагрузки (если для одного источника потребитель слишком мощный). Но при этом очень важно чтобы источники имели одинаковые параметры (то есть были одного и того же типа — Е1 = Е2, r1 =r2), иначе между ними будут проходить вредные уравнительные токи, которые могут повредить их.

Параллельное соединение применяется, когда мощный потребитель нужно запитать от маломощных источников.

Прим. За счет меньшего тока, проходящего через каждый источник, расход электроэнергии на них уменьшается, а время работы увеличивается.

Дата добавления: 2015-06-12 ; просмотров: 324 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Мостовая схема соединения резисторов и ее применение

При электрических измерениях, а также в некоторых других случаях резисторы включают по схеме электрического моста, или мостовой схеме (рис. 1, а).

Резисторы с сопротивлениями R1, R2, R3, R4 образуют так называемые плечи моста. Участки цепи, соединяющие точки а и с, а также b u d, называются диагоналями моста. Обычно на одну из диагоналей, в данном случае ас (питающая диагональ), подается напряжение U от источника электрической энергии; в другую диагональ bd (измерительная диагональ) включают электроизмерительный прибор или какой-либо аппарат.

При равенстве сопротивлений R1= R4 и R2 = R3 напряжения на участках ab и ad от токов I1 и I2 (а также на участках bc и dc) будут одинаковыми, поэтому точки b u d будут иметь одинаковые потенциалы. Следовательно, если включить в диагональ bd какой-либо резистор R или электроизмерительный прибор, то в диагонали I = 0 (рис. 1, б). Такой мост называется уравновешенным.

Для равновесия моста необходимо, чтобы напряжения Uab = Uad и Ubc = Udc, эти условия имеют место не только при равенстве сопротивлений R1 = R4 и R2 = R3, но и при равенстве отношений R1/R4 = R2/R3. Следовательно, мост будет уравновешен при равенстве произведений сопротивлений резисторов, включенных в противоположные его плечи: R1R3 = R2R4. При несоблюдении этого условия через резистор R будет проходить ток I; такой мост называется неуравновешенным.

Рис. 1. Мостовые схемы включения резисторов

Пример использования мостовой схемы соединения резисторов

Мостовую схему применяют также для включения реле боксования на некоторых электровозах. Реле служит датчиком для выявления боксования колесной пары. Реле Р (рис. 2) включают в диагональ моста, образованного двумя последовательно включенными электродвигателями M1 и М2, по которым проходит ток Iд (электродвигатели в данном случае рассматриваются как источники с э. д. с. Е1 и E2), и двумя резисторами сопротивлением R.

Рис. 2. Схема включения реле боксования

При отсутствии боксования Е1=Е2, следовательно, токи, проходящие через резисторы, I1=I2. Поэтому ток в катушке реле I = I1 — I2 = 0.

При возникновении боксования частота вращения тягового двигателя, связанного с боксующей колесной парой, резко возрастает. При этом резко увеличиваются его э. д. с, например Е1, и ток I1. В результате по катушке реле Р начнет проходить ток I = I1 — I2, который вызовет его срабатывание. Реле Р своим блок-контактом включает сигнализацию и подачу песка или воздействует на систему управления электровоза.

Виды соединения проводников

При решении задач принято преобразовывать схему, так, чтобы она была как можно проще. Для этого применяют эквивалентные преобразования. Эквивалентными называют такие преобразования части схемы электрической цепи, при которых токи и напряжения в не преобразованной её части остаются неизменными.

Существует четыре основных вида соединения проводников: последовательное, параллельное, смешанное и мостовое.

Последовательное соединение

Последовательное соединение – это такое соединение, при котором сила тока на всем участке цепи одинакова. Ярким примером последовательного соединения является старая елочная гирлянда. Там лампочки подключены последовательно, друг за другом. Теперь представьте, одна лампочка перегорает, цепь нарушена и остальные лампочки гаснут. Выход из строя одного элемента, ведет за собой отключение всех остальных, это является существенным недостатком последовательного соединения.

При последовательном соединении сопротивления элементов суммируются.

Параллельное соединение

Параллельное соединение – это соединение, при котором напряжение на концах участка цепи одинаково. Параллельное соединение наиболее распространено, в основном потому, что все элементы находятся под одним напряжением, сила тока распределена по-разному и при выходе одного из элементов все остальные продолжают свою работу.

Смотрите так же:  Сварочные провода челябинск

При параллельном соединении эквивалентное сопротивление находится как:

В случае двух параллельно соединенных резисторов

В случае трех параллельно подключенных резисторов:

Смешанное соединение

Смешанное соединение – соединение, которое является совокупностью последовательных и параллельных соединений. Для нахождения эквивалентного сопротивления нужно, “свернуть” схему поочередным преобразованием параллельных и последовательных участков цепи.

Сначала найдем эквивалентное сопротивление для параллельного участка цепи, а затем прибавим к нему оставшееся сопротивление R3. Следует понимать, что после преобразования эквивалентное сопротивление R1R2 и резистор R3, соединены последовательно.

Итак, остается самое интересное и самое сложное соединение проводников.

Мостовая схема

Мостовая схема соединения представлена на рисунке ниже.

Для того чтобы свернуть мостовую схему, один из треугольников моста, заменяют эквивалентной звездой.

Затем находят общее эквивалентное сопротивление, учитывая, что резисторы R3,R4 и R5,R2 соединены между друг другом последовательно, а в парах параллельно.

На этом всё! Примеры расчета сопротивления цепей тут.

Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова)

Трехфазная мостовая схема (рис. 1.6, а) обладает наилучшим коэффициентом использования трансформатора по мощности, наименьшим обратным напряжением на диодах и высокой частотой пульсации (шестипульсная) выпрямленного напряжения, что, в некоторых случаях, позволяет использовать эту схему без фильтра. Схема приме­няется в широком диапазоне выпрямленных напряжений и мощностей.

Схема трехфазного мостового выпрямителя содержит выпрямительный мост из шести вентилей, в котором последовательно соединены две трехфазные группы. В нижней группе вентили соединены катодами (катодная группа), а в верхней – анодами (анодная группа). Нагрузка подключается между точками соединения катодов и анодов вентилей. Схема допускает соединение как первичных, так и вторичных обмоток трансформатора звездой или треугольником.

Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу идеализированного трехфазного мостового выпрямителя на активную нагрузку, представлены на рис. 1.6 (б, в).

Рис. 1.6. Трехфазная мостовая схема выпрямления (схема Ларионова) (а) и диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку (б, в).

Каждая из двух групп выпрямителя повторяет работу трехфазного выпрямителя со средней точкой, поэтому при таком же значении напряжения вторичной обмотки трансформатора , как и в трехфазном выпрямителе со средней точкой, среднее выпрямленное напряжениеданного выпрямителя будет в два раза больше или наоборот, при том же значениивеличинабудет в два раза меньше [2, 3]:

, ,

что сокращает число витков вторичных обмоток трансформатора и снижает требования к изоляции.

Максимальное обратное напряжение вентиля данной схемы, как и в трехфазной схеме со средней точкой, равно амплитуде линейного вторичного напряжения. Однако ввиду того, что при том же значении величинав данной схеме в два раза меньше, соотношение здесь получается более предпочтительным

В схеме трехфазного выпрямителя со средней точкой ток нагрузки создается под действием фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора, а в мостовой схеме – под действием линейного напряжения. Ток нагрузки здесь протекает через два вентиля: один – с наиболее высоким потенциалом анода относительно нулевой точки трансформатора из катодной группы, другой – с наиболее низким потенциалом катода из анодной группы. Иными словами, в проводящем состоянии будут находиться те два накрест лежащих вентиля выпрямительного моста, между которыми действует в проводящем направлении наибольшее линейное напряжение.

За период напряжения питания происходит шесть переключений вентилей и схема работает в шесть тактов, в связи с чем ее часто называют шестипульсной. Таким образом, выпрямленное напряжение имеет шестикратные пульсации, хотя угол проводимости каждого вентиля такой же, как в трехфазной схеме со средней точкой, т.е. 2π/3 (120º). Среднее значение тока вентиля соответственно составляет . При этом интервал совместной работы двух вентилей равен π/3 (60º).

Кривая тока вторичной обмотки трансформатора определяется токами двух вентилей, подключенных к данной фазе. Один из вентилей входит в анодную группу, а другой – в катодную. Вторичный ток является переменным с паузой между импульсами длительностью π/3 (60º), когда оба вентиля данной фазы закрыты. Постоянная составляющая во вторичном токе отсутствует, в связи с чем поток вынужденного подмагничивания магнитопровода трансформатора в мостовой схеме не создается.

На базе этой схемы возможно построение 12-ти и 24-х пульсных схем выпрямления, которые используют последовательное и параллельное соединение схем при различном сочетании соединений («звезда» или «треугольник») вторичных обмоток трансформатора.

Коэффициент использования трансформатора для различных схем выпрямления при активной нагрузке

Аналогично рассмотренной схеме со средней точкой могут быть определены габаритная мощность и коэффициент использования трансформатора по мощности для любых схем выпрямления при чисто активной нагрузке [2, 3]:

Выпрямители. Часть 1. Силовые элементы.

Сегодняшний мой пост о выпрямителях. Что это такое и с чем их едят? Ну во-первых начнём с того что большинство электронных устройств потребляет для своей работы электрическую энергию постоянного тока. Источниками постоянного тока могут быть различные гальванические элементы (батарейки), аккумуляторы, термоэлектрогенераторы, электромашины постоянного тока и выпрямители. Наиболее распространённым источником постоянного тока является выпрямитель – устройство, преобразующее переменный ток в постоянный ток.

Как правило, выпрямители состоят из силовых элементов (чаще всего диодов), трансформатора (для преобразования переменного напряжения и электрической изоляции между входными и выходными цепями выпрямителя) и сглаживающего фильтра (уменьшает пульсации напряжения на нагрузке). В зависимости от числа фаз системы электроснабжения различают однофазные и трёхфазные выпрямители.

В качестве силовых элементов выпрямителей используются германиевые и кремневые диоды. Кремниевые диоды практически полностью вытеснили германиевые. Единственный недостаток кремниевых диодов по сравнению с германиевыми – высокое прямое падение напряжение порядка 0,6…0,8 В вместо 0,1…0,3 В.

Общие недостатки большинства мощных выпрямительных диодов – длительный процесс рассасывания неосновных носителей заряда и большое время восстановления обратного сопротивления. Это становится особенно заметным при выпрямлении напряжения прямоугольной формы с частотой переменного тока выше 1 кГц и проявляется в уменьшении среднего значения выпрямленного напряжения, увеличении пульсаций, снижении КПД выпрямителя.

В настоящее время всё более широкое распространение получают диоды Шотки (диоды на основе контакта между металлом и полупроводником). У этих диодов отсутствуют явления накопления и рассасывания неосновных носителей заряда, что позволяет им работать на частотах в сотни килогерц. Кроме того, прямое падение напряжения у них примерно в два раза меньше, чем у обычных кремниевых диодов.

Последовательное и параллельное соединения диодов.

Если для выпрямительной схемы нельзя выбрать нужный тип диода в соответствии с заданным значением обратного напряжения или прямого тока, то используют два или более однотипных диодов с меньшими значениями параметров, включая эти диоды последовательно или параллельно.

Параллельное соединение диодов



Параллельное соединение диодов

При параллельном соединении диодов из-за возможного разброса параметров их токи будут неодинаковыми. Один из этих токов может превысить максимально допустимое значение, что приведёт к выходу из строя сначала одного, а затем и другого диода. Более равномерное распределения тока между параллельно соединёнными диодами достигается включением последовательно с каждым из них одинаковых по номиналу резисторов Rд. Сопротивление резисторов Rд должно быть в 5…10 раз больше, чем сопротивление диода в прямом направлении. В мощных выпрямительных устройствах для этой же цели используются индуктивные выравниватели токов.

Расчёт параллельного соединения диодов

Для начала расчёта необходимо определить требуемое количество параллельно соединённых диодов, исходя из того, что ток, проходящий через один диод не должен превышать значения максимально допустимого значения тока для данного типа диода, тогда количество параллельно соединённых диодов будет равно

, где Im — максимальное значение тока проходящее через диоды,
kT – коэффициент нагрузки по току (может принимать значения от 0,5 до 0,8),
Inp — средний прямой ток для данного типа диода.

При дробных значениях расчётного количества диодов округление ведётся в большую сторону.

Значение сопротивления добавочных резисторов определяется по формуле

, где n — количество выпрямительных диодов,
Unp.cp — постоянное прямое напряжение для данного типа диодов

Расчитаное сопротивление добавочных резисторов округляют до ближайшего стандартного сопротивления.

Пример расчёта параллельного соединения диодов

Рассчитать выпрямительную цепь, позволяющую получить выпрямленный ток Iвыпр = 550 мА, если используются диоды Д226Б.

Так как средний прямой ток диода Д226Б Iпр. ср = 300 мА, то необходимо применить несколько параллельно соединённых диодов с добавочными резисторами. Рассчитаем количество параллельно соединённых диодов, примем kT = 0,8

Найдём значение сопротивлений добавочных резисторов

Выберем резистор из стандартного ряда сопротивлений Е24 (± 5%) Rдоб = 6,2 Ом

Последовательное соединение диодов



Последовательное соединение диодов

Для обеспечения возможности работы выбранного типа диода в схеме выпрямителя с обратным напряжением, превышающим его максимально допустимое значение, следует соединять однотипные диоды последовательно. Если параметры не совпадают, то один из диодов оказывается под значительно большим напряжением, чем другой. Это может привести к пробою одного, а затем и другого диода. Выравнивание обратного напряжения на последовательно соединенных диодах достигается шунтированием каждого из диодов резистором Rш. Ток, протекающий через эти резисторы, должен быть в 5…10 раз больше максимально возможного обратного тока диодов. В мощных высоковольтных выпрямительных устройствах для этой же цели диоды шунтируют конденсаторами Сш или RC-цепью.

Смотрите так же:  Что такое коэффициент возврата реле тока

Расчёт последовательного соединения диодов

Для начала расчёта необходимо определить количество последовательно соединенных диодов, исходя из того что падение напряжения на каждом отдельно взятом диоде не должно превышать амплитудного значения напряжения, тогда количество последовательно включённых диодов будет равно

, где

Um — амплитудное значение напряжения проходящее через диод,
kH – коэффициент нагрузки по напряжению (может принимать значения от 0,5 до 0,8),
Uobp max — максимально допустимое обратное напряжение диода.

При дробных значениях расчётного количества диодов округление ведётся в большую сторону.

Значение сопротивлений шунтирующих резисторов определяется по формуле

, где

Iобp max — максимально допустимый обратный ток диода при максимальной температуре.

Пример расчёта последовательного соединения диодов

Рассчитать выпрямительную цепь для напряжения с амплитудным значением 700В, используя диоды Д226Б.

Так как максимально допустимое обратное напряжение диода Uобр.max = 300В, то для выпрямления необходимо применить цепочку из последовательно соединённых диодов с шунтирующими резисторами. Рассчитаем количество последовательных диодов, примем kH = 0,7

Найдём значение сопротивлений шунтирующих резисторов

Выберем резистор из стандартного ряда сопротивлений Е24 (± 5%) Rш = 1 MОм

Включение дополнительных и шунтирующих резисторов неизбежно связано с увеличением потерь мощности и уменьшением КПД выпрямительной схемы.

Основные схемы выпрямления и их сравнительная характеристика.

Радиолюбительская и бытовая радиоэлектронная аппаратура питается только от однофазной сети переменного тока. Поэтому ниже рассматриваются однофазные схемы выпрямления.

Основные схемы выпрямления однофазного напряжения: однополупериодная, двухполупериодная со средней точкой, двухполупериодная мостовая, схема умножения напряжения. В практике применяются и сложные схемы выпрямления, образованные из двух или более простых схем путём их комбинирования. Комбинированные схемы выпрямления целесообразно применять только при постоянной нагрузке по всем выходным цепям; в противном случае будет наблюдаться взаимное влияние выходных каналов источника питания.

Однополупериодная схема выпрямления

Однофазная однополупериодная схема выпрямления может работать как без входного трансформатора, так и с трансформатором. Ток через диод VD протекает только тогда, когда полярность соответствующего полупериода напряжения сети будет способствовать открыванию диода. Ток диода в любой момент времени одновременно является током вторичной обмотки трансформатора и током нагрузки. При активной нагрузке он имеет форму однополярных импульсов с длительностью, равной половине периода сети. В течении другого полупериода питающего напряжения Uc диод VD находится в закрытом состоянии. При проектировании трансформатора для однополупериодных схем выпрямления следует учитывать подмагничивание магнитопровода, поэтому габаритную расчётную мощность трансформатора следует увеличить до значения Рг = (3,36…3,5) Ро.


Однофазная однополупериодная схема выпрямления

Достоинство схемы – простота, минимальное количество вентилей.

Недостатки однополупериодной схемы выпрямления – большое значение пульсаций выпрямленного напряжения и низкая частота пульсаций, равная частоте сети; плохое использование трансформатора; высокое обратное напряжение на диоде (3,14 раз больше выпрямленного напряжения); большой импульс тока через диод.

Однополупериодная схема выпрямления применяется при малой выходной мощности (1…3 Вт) и низких требованиях к пульсациям выпрямленного напряжения. Чаще всего подобная схема выпрямления используется в сочетании с однотактным преобразователем напряжения и емкостным фильтром для преобразования низковольтного напряжения питания постоянного тока в высоковольтное.

Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой

Однофазная двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой представляет собой сочетание двух параллельно включённых однополупериодных схем, работающих поочерёдно на одно общее сопротивление нагрузки. Схема может работать от сети переменного тока только при наличии входного трансформатора, имеющего во вторичной обмотке отвод от средней точки. Подводимое к первичной обмотке напряжение Uc трансформируется во вторичные таким образом, что одно из них (например, U’в) является открывающим для диода VD1, а другое (U’’в) – закрывающим для диода VD2. Через диод VD1 и сопротивление нагрузки Rн в течении половины периода напряжения сети протекает импульс тока, аналогичный импульсу однополупериодной схемы выпрямления. В следующий полупериод полярность напряжения на полуобмотках меняется на обратную, диод VD1 закрывается, а VD2 открывается. В этом случае импульс тока будет протекать через диод VD2 и сопротивление нагрузки Rн, то есть ток через нагрузку протекает в течении каждого полупериода в одном направлении.


Однофазная двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой

Поскольку токи во вторичных полуобмотках трансформатора протекают поочерёдно в противоположных направлениях, подмагничивание магнитопровода осутствует.

Частота пульсаций выпрямленного напряжения равна удвоенной частоте сети.

Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой имеет ряд преимуществ перед однополупериодной: при одинаковой выходной мощности меньше габариты и масса трансформатора (из-за отсутствия подмагничивания); вдвое меньше амплитуда тока через выпрямительные диоды; вдвое выше частота пульсаций выпрямленного напряжения. По сравнению с мостовой в двухполупериодной схеме выпрямления со средней точкой меньше число диодов в плече и соответственно больше КПД. Оба диода могут быть установлены на общем радиаторе без электроизоляции.

Недостатки схемы – наличие на входе трансформатора; худшее по сравнению с другими двухполупериодными схемами выпрямления использование обмоток трансформатора (ток через каждую полуобмотку протекает только в течении половины периода); высокое обратное напряжение на диодах; возможность появления на выходе схемы пульсаций с частотой сети из-за несимметрии плеч.

Схема универсальна в применении, однако из-за большого обратного напряжения на диодах для выпрямления высоковольтного напряжения применяется редко.

Мостовая схема выпрямителя

Однофазная мостовая двухполупериодная схема выпрямления представляет собой выпрямитель, выполненный на четырёх диодах, включённых по мостовой схеме. В одну диагональ моста включена вторичная обмотка трансформатора, а в другую диагональ – сопротивление нагрузки. Напряжение электросети может быть подключено к мостовому выпрямителю непосредственно.


мостовая двухполупериодная схема выпрямления

В течении одного из полупериодов напряжение сети ток нагрузки протекает через два последовательно соединённых диода, например VD1 и VD4, в течении следующего полупериода через два других диода (VD2 и VD3). При наличии трансформатора ток через вторичную обмотку протекает в течении каждого полупериода, но в противоположных направлениях, поэтому подмагничивание магнитопровода исключается.

Преимущества мостовой схемы выпрямления перед схемой со средней точкой – меньшая габаритная мощность трансформатора; вдвое меньшее обратное напряжение на закрытом диоде; схема может работать без входного трансформатора; при наличии отвода от части вторичной обмотки возможно получение двух выходных напряжений.

Недостатки схемы – большое число диодов, что снижает её КПД; невозможность установки всех четырёх диодов на общем радиаторе без электроизоляции.

Мостовая схема выпрямления универсальна в применении. Однако для выпрямления сравнительно низких напряжений она применяется редко, так как при выходных напряжениях, соизмеримых с падением напряжения на диодах, КПД выпрямителя резко снижается.

Сравнительная характеристика параметров выпрямительных схем

Сравнительная характеристика параметров выпрямительных схем представлена в таблице, которая содержит некоторые сведения о параметрах токов и напряжений в выпрямительных схемах. В таблице в качестве базового напряжения считается постоянное напряжение U на выходе выпрямителя

Похожие статьи:

  • Электропроводка matiz 41.1.2 Схема электропроводки A — автомобиль, оборудованный системой «Дневной свет» 1 — блок управления электроникой кузова 2 — приборная панель 3 — блок управления системы отопления, вентиляции и кондиционирования 4 — функциональный […]
  • Электропроводка на ваз-2115 Электропроводка на ваз-2115 Расшифровка электросхемы автомобиля ВАЗ-21015 (ВАЗ 2115)1 - блок фар ваз 2115;2 - моторедукторы очистителей фар*; 3 - противотуманные фары*; 4 - датчик температуры окружающего воздуха ваз 2115; 5 - звуковые […]
  • Электропроводка азлк 2141 Электропроводка азлк 2141 Сборник цветных схем автомобиля Москвич. Имеются варианты для всех модификаций - "Москвич" 21412-01, 214122, 214123 и Москвич 2335. Для увеличения - кликните на схеме. Схема соединений генератора москвича 1 – […]
  • Т-16 электропроводка Т-16 электропроводка Трактор Т-16. Электросхема трактора Трактор Т-16 оснащен электрическим оборудованием, согласно схеме, предназначенным для пуска дизеля, питания электрических приборов и устройств, обеспечения возможности работы в […]
  • Электрические схемы сандеро Электросхемы ВА GR NO SA CY Прозрачный или белый BE JA OR VE BJ МА RG VI КАК ЧИТАТЬ ПРИНЦИПИАЛЬНУЮ СХЕМУ 1 - Модельный ряд , 2- Критерии выбора схемы, 3 - Текущий модельный год, 4 - Цвет разъема, 5 - Схема разъема, 6 - Схема […]
  • Схемы электрические ваз 21093 Схемы электрические ваз 21093 Представлен бесплатный справочный материал по электрооборудованию отечественного автомобиля ВАЗ-21093. В том числе блок реле и предохранителей, с указанием силы тока и функций защиты. Электрика ВАЗ выполнена […]