Схема диодного моста трехфазного: Диодный мост схема, принцип работы

Диодный мост схема, принцип работы

В подавляющем большинстве блоков питания для выпрямления переменного электрического тока используются диодные мосты. Рассмотрим диодный мост, схема включает в себя только 4 диода. На принципиальной схеме, диодный мост обозначают как квадрат повернутый на 45 градусов в центре квадрата на одной из диагоналей чертят диод, катод ближе к положительному выходу моста, анод ближе к отрицательному выходу моста. Оставшиеся две вершины квадрата являются входами переменного напряжения.

Рисуя схему моста достаточно помнить, что от каждого входа приходят к «+» выходу два диода, прием анод подключается на вход, а катод на выход. Тоже и с отрицательным выходом, только к выходу подключаются аноды диодов.

Принцип работы диодного моста

Представим, что на вход диодного моста подается переменное напряжение и в текущий момент на верхнем по рисунку входе присутствует положительный потенциал, то диоды VD2 и VD3 откроются так как к к ним приложено положительное напряжение (на рисунке путь тока показан линией красного цвета), а VD1 и VD4 будут заперты обратным напряжением. При обратной полярности входного напряжения ток потечет от нижнего входа через VD4, нагрузку и VD1 (на рисунке путь тока показан синим цветом), а VD2 и VD3 будут заперты обратным напряжением.

Получается положительный выход будет соединен с тем входом диодного моста, на котором в данный момент присутствует положительный потенциал, а отрицательный выход с тем входом на котором отрицательный потенциал.

Трехфазный диодный мост схема

Рассмотренный нами диодный мост используется для однофазного выпрямления, его и называют однофазным мостом. Для выпрямления переменного электрического тока в трехфазных сетях используют трехфазный диодный мост.

Он состоит из 6 диодов, по паре диодов на каждую фазу. В данной схеме, ток протекает от фазы с наибольшим потенциалом, через нагрузку к фазе с наименьшем потенциалом. Оставшаяся фаза ни к чему не подключена. Если в однофазном мосте проводили ток два диода из четырех, то тут тоже проводят ток 2 диода, а 4 при этом заперты.

Диодный мосты выпускаются как законченные компоненты, но если нет в наличии такой детальки, то можно использовать 4 отдельных диода включенных по схеме диодного моста.

Для плат с поверхностным монтажом удобно использовать сдвоенные диоды. Например из двух диодных сборок BAT54S или BAV99 получается полноценный диодный мост.

Зачастую использование двух сборок из двух диодов оказывается дешевле, чем использование диодного моста из четырех диодов в одном корпусе или четырех диодов по отдельности.

Схемы трёхфазных (многофазных) выпрямителей | Volt-info

Описание

 Трёхфазную (многофазную) систему напряжений можно представить как три однофазных источника переменного напряжения, электрически соединённые между собой одним из выводов. Точка соединения является общим, нулевым выводом. На диаграммах будем изображать напряжения выводов разных фаз относительно общего. Диаграмма изменения напряжения одной фазы во времени представлена на рисунке 1 а). В симметричных многофазных системах однотипные изменения напряжений чередующихся фаз сдвинуты во времени на одинаковый интервал. Этот интервал определяет угол сдвига фаз. В трёхфазной системе он равен 120 градусам. Диаграмма трёхфазной системы напряжений представлена на рисунке 1 б).

Рисунок 1. Диаграммы напряжений одной фазы (а) и трёхфазной системы (б).

 

 По аналогии с однофазными, схемы многофазных выпрямителей делятся на два типа: однополупериодные (рис. 2 и 3) и двухполупериодные (рис. 5 и 6). В однополупериодных схемах при выпрямлении полезное действие на нагрузку оказывает только один полупериод напряжения каждой фазы, и, поскольку фазы распределены по времени и перекрывают друг друга, КПД такого выпрямителя будет незначительно ниже двухполупериодного, но будут заметны пульсации, обусловленные формой кривой напряжения. При использовании двухполупериодной схемы, пульсации выпрямленного напряжения будут заметно меньше.

 

Однополупериодный многофазный выпрямитель

 Принцип работы многофазного однополупериодного выпрямителя (см. схему на рис. 2 и 3) абсолютно идентичен однофазному (см. статью Элементарный выпрямитель на одном диоде). Особенность заключается в том, что рабочие (выпрямленные) полупериоды напряжений накладываются друг на друга с фазным сдвигом по времени (перекрываются) (см. диаграммы на рис. 4 и 7). При этом полученное постоянное напряжение имеет тем меньшие пульсации, чем больше фаз участвует в процессе работы. Наиболее часто применяются трёхфазные источники многофазной системы напряжения, поэтому обычно число фаз не превышает трёх. В схеме однополупериодного трёхфазного выпрямителя, рисунок 2, за время периода полезную работу производят только три рабочих полупериода напряжения. При этом пульсации выпрямленного напряжения будут иметь вид, показанный на рисунке 4 толстой чёрной кривой.

Рисунок 2. Схема трёхфазного однополупериодного выпрямителя.

 

 При увеличении числа фаз, схема усложняется незначительно – просто добавляется диод для каждой дополнительной фазы (рисунок 3). Увеличение числа фаз не имеет значимого практического смысла и в нашем случае может позволить лишь несколько снизить пульсации напряжения на выходе выпрямителя. Например, если увеличить число фаз в два раза (до 6), то пульсации напряжения на выходе будут несколько снижены, а диаграмма напряжений будет напоминать рисунок 7. Но это не имеет практического значения, поскольку того же эффекта можно добиться просто применив схему двухполупериодного выпрямителя, показанного на рисунке 5.

 Рисунок 3. Схема многофазного однополупериодного выпрямителя.

 Рисунок 4. Пульсации выпрямленного напряжения однополупериодным трёхфазным выпрямителем.

 

Трёхфазный двухполупериодный выпрямитель

фактически является модификацией своего однофазного предшественника. При увеличении количества фаз, с каждой последующей фазой в схему будет добавляться два полуплеча диодного моста в виде двух диодов (рисунок 6).

 Рисунок 5. Схема трёхфазного двухполупериодного выпрямителя.

 Рисунок 6. Схема многофазного двухполупериодного выпрямителя.

 

 При работе двухполупериодного трёхфазного выпрямителя в работе участвуют 6 рабочих полупериодов напряжения. На выходе такого выпрямителя напряжение имеет несколько меньшие пульсации (рис. 7), чем однополупериодного.

 Рисунок 7. Пульсации выпрямленного напряжения двухполупериодным трёхфазным выпрямителем.

Что такое диодный мост — простое объяснение

Подробно рассмотрены устройство, принцип работы и назначение диодного моста. Характеристики данного элемента и схемы выпрямителей. Как спаять и подключить диодный мост.

Мы рассматривали пассивные компоненты электронных схем, такие как резисторы и конденсаторы. Но кроме них электрикам и радиолюбителям приходится сталкиваться и с другими, например полупроводниковыми диодами, стабилитронами и т.д. В этой статье мы расскажем, что такое диодный мост, как он работает и для чего нужен. Содержание:

Определение

Диодный мост – это схемотехническое решение, предназначенное для выпрямления переменного тока. Другое название – двухполупериодный выпрямитель. Строится из полупроводниковых выпрямительных диодов или их разновидности – диодов Шоттки.

Мостовая схема соединения предполагает наличие нескольких (для однофазной цепи – четырёх) полупроводниковых диодов, к которым подключается нагрузка.

Он может состоять из дискретных элементов, распаянных на плате, но в 21 веке чаще встречаются соединенные диоды в отдельном корпусе. Внешне это выглядит, как и любой другой электронный компонент – из корпуса определенного типоразмера выведены ножки для подключения к дорожкам печатной платы.

Стоит отметить, что несколько совмещенных в одном корпусе вентилей, которые соединены не по мостовой схеме, называют диодными сборками.

В зависимости от сферы применения и схемы подключения диодные мосты бывают:

• однофазные;
• трёхфазные.

Обозначение на схеме может быть выполнено в двух вариантах, какое использовать УГО на чертеже зависит от того, собирается мост из отдельных элементов или используется готовый.

Принцип действия

Давайте разбираться, как работает диодный мост. Начнем с того, что диоды пропускают ток в одном направлении. Выпрямление переменного напряжения происходит за счет односторонней проводимости диодов. За счет правильного их подключения отрицательная полуволна переменного напряжения поступает к нагрузке в виде положительной. Простыми словами – он переворачивает отрицательную полуволну.

Для простоты и наглядности рассмотрим его работу на примере однофазного двухполупериодного выпрямителя.

Принцип работы схемы основам на том, что диоды проводят ток в одну сторону и состоит в следующем:

• На вход диодного моста подают переменный синусоидальный сигнал, например 220В из бытовой электросети (на схеме подключения вход диодного моста обозначается как AC или ~).
• Каждая из полуволн синусоидального напряжения (рисунок ниже) пропускается парой вентилей, расположенных на схеме по диагонали.

Положительную полуволну пропускают диоды VD1, VD3, а отрицательную — VD2 и VD4. Сигнал на входе и выходе схемы вы видите ниже.

Такой сигнал называется – выпрямленное пульсирующее напряжение. Для того, чтобы его сгладить, в схему добавляется фильтр с конденсатором.

Основные характеристики

Рассмотрим основные характеристики полупроводниковых диодов. Латинскими буквами приведено их обозначение в англоязычной технической документации (т.н. Datasheet):

• V_rpm – пиковое или максимальное обратное напряжение. При превышении этого напряжения pn-переход необратимо разрушается.
• V_r(rms) – среднее обратное напряжение. Нормальное для работы, то же что и U_обр в характеристиках отечественных компонентов.
• I_o – средний выпрямленный ток, то же что и I_пр у отечественных.
• I_fsm – пиковый выпрямленный ток.
• V_fm – падение напряжения в прямом смещении (в открытом проводящем состоянии) обычно 0.6-0.7В, и больше у высокотоковых моделей.

При ремонте электронной техники и блоков питания или их проектировании новички спрашивают: как правильно выбрать диодный мост?

В этом случае самыми важными для вас параметрами будут обратное напряжение и ток. Например, чтобы подобрать диодный мост на 220В, нужно смотреть на модели с номинальным напряжением больше 400В и нужный ток, например, KBPC106 (или 108, 110). Его технические характеристики:

• максимальный выпрямленный ток – 3А;
• пиковый ток (кратковременно) – 50А;
• обратное напряжение – 600В (800В, 1000В у KBPC108 и 110 соответственно).

Запомните эти характеристики и вы легко сможете определить, какой выбрать вариант по каталогу.

Схемы выпрямителей

Выпрямление тока в блоках питания – основное назначение, среди других компонентов схемы можно выделить входной фильтр, который подключают после выпрямителя – он предназначен для сглаживания пульсаций. Давайте разберемся в этом вопросе подробнее!

В первую очередь стоит отметить, что диодным мостом называют схему однофазного выпрямителя из 4 диодов или трёхфазного из 6. Но любители часто так называют схему выпрямителя со средней точкой.

У двухполупериодного выпрямителя к нагрузке поступает две полуволны, а у однополупериодного – одна.

Чтобы не было путаницы, давайте разбираться в терминологии.

Ниже вы видите однофазную двухполупериодную схему, её правильное название «Схема Гретца», именно её чаще всего подразумевают под названием «диодный мост».

Схема Ларионова – трёхфазный диодный мост, на выходе сигнал двухполупериодный. Диоды в нём пропускают полуволны, открываясь на линейное напряжение, т.е. поочередно: верхний диод фазы A и нижний диод фазы B, верхний фазы B и нижний фазы C и т.д.

Для полноты картины следует рассказать и о других схемах выпрямителей переменного напряжения.

Однополупериодный выпрямитель из 1 диода, включенного последовательно с нагрузкой. Применяется в балластных блоках питания, маломощных миниатюрных блоках питания, а также в приборах, нетребовательных к коэффициенту пульсаций. К нагрузке поступает только одна полуволна.

Двухполупериодный со средней точкой – это и есть то, что ошибочно называют мостом из 2 диодов. Здесь каждую полуволну проводит только один диод. Её преимуществом является больший КПД, чем у схемы Гретца, за счет меньшего числа полупроводниковых вентилей. Однако её использование осложнено тем, что нужен трансформатор с отводом от средней точки, что отражено на схеме принципиальной. Её нельзя использовать для выпрямления сетевого напряжения 220В.

Выпрямитель из сборок Шоттки. Используется в импульсных блоках питания, потому что у диодов Шоттки меньше время обратного восстановления, малая барьерная ёмкость (быстрее переход из открытого состояния в закрытое) и малое прямое падение напряжения (меньше потерь). Чаще всего Шоттки встречаются в сборках, с общим анодом или катодом, как изображено на рисунке ниже.

Поэтому для сборки схемы моста потребуется несколько сборок. Ниже приведен пример из 3 сборок Шоттки с общим катодом.

Из 4 сборок с общим катодом. Отличается от предыдущей тем, что выдерживает больший ток, при тех же компонентах потому, что Шоттки в ней соединены параллельно.

Из 2 сборок Шоттки – одна с общим анодом и одна с общим катодом. Узнать о том, что такое анод и катод, вы можете в нашей отдельной статье.

Как спаять и подключить

Изучать и знать схемы не сложно, основные трудности возникают, когда новичок решает спаять диодный мост своими руками. Для пайки выпрямителя из 4 советских экземпляров типа кд202 используйте иллюстрацию приведенную ниже.

Для сборки диодного моста из современных дискретных диодов типа маломощных 1n4007 (и других – все выглядят аналогично и отличаются только размерами) внимательно посмотрите на следующую иллюстрацию.

Но если вы не собираете его из отдельных деталей, а используете готовый мост, то смотрите ниже, как правильно подключить его в цепь.

Также новичкам будет интересно посмотреть видео о том, как сделать простейший блок питания на 12В:

Область применения и назначение

Чаще всего диодные мосты используют в блоках питания. В трансформаторных БП они подключаются ко вторичной обмотке трансформатора

В импульсных БП – ко входу сети 220В. При этом электронная схема управления и силовая цепь ИБП питается от выпрямленного и сглаженного (не всегда) сетевого напряжения (достигает порядка 300-310 Вольт).

На выводах вторичной обмотки импульсного блока питания высокочастотное переменное напряжение. Для того, чтобы его выпрямить, устанавливают сборки из сдвоенных диодов Шоттки. В связи с этим часто используют схему выпрямления со средней точкой.

В автомобилях и мотоциклах используются трёхфазные диодные мосты, собранные по схеме Ларионова с тремя дополнительными вентилями, потому что для питания бортовой сети используется трёхфазный генератор. Мост в генераторе выполняется в виде сектора окружности и устанавливается на его задней части.

 

Исключение составляют некоторые современные автомобили Toyota и прочих марок, в них используют 6 фазный генератор, для реализации двенадцатипульсной схемы выпрямления из 12 вентилей. Это нужно для снижения пульсации и увеличения выходного тока.

Способы проверки

Для проверки диодного моста лучше всего подходит мультиметр в режиме проверки диодов.

Для этого нужно прозвонить на короткое замыкание входную, затем выходную (диодный мост должен быть выпаян).

Не выпаивая прямо на плате, вы можете измерить падение напряжения на переходах диодов. Для этого нужно определить цоколевку моста, обычно она указывается прямо на корпусе, что мы и рассматривали выше.

На экране мультиметра в прямом смещении должно отображаться цифры в пределах 500-800 мВ, а в обратном – выше 1500 и до бесконечности (зависит от конкретного компонента и измерительного прибора). Тоb же самое можно сделать в режиме Омметра, как показано на рисунке ниже.

Более подробно этот процесс описан в статье «как проверить диодный мост», где кроме методики проверки мы рассказали и о признаках неисправности. Также ознакомьтесь с видео о том, как проверить однофазный выпрямитель и диодный мост автомобильного генератора:

На этом мы и заканчиваем наше подробное объяснение. Надеемся, теперь вам стало понятно, для чего нужен диодный мост и что он делает в электрической цепи. Если возникли вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Материалы по теме:

• Как выпаивать радиодетали из плат
• Как пользоваться мультиметром — инструкция для чайников
• Как понизить напряжение в сети

Опубликовано: 20.02.2019 Обновлено: 20.02.2019 нет комментариев

Что такое диодный мост [+ схема подключения], для чего нужен и как работает

Диодный мост – электрическое устройство, предназначенное выпрямления тока, то есть для преобразования переменного тока в постоянный.

Содержание статьи

Диодные мосты – важная часть электронных приборов, питающихся от бытовой электросети напряжением 220 В и частотой 50 (60) Гц. Его второе название – двухполупериодный выпрямитель. Диодный мост состоит из полупроводниковых выпрямительных диодов или из диодов Шоттки. Элементы могут отдельно распаиваться на плате. Однако современный вариант – объединение диодов в одном корпусе, который носит название «диодная сборка». Диодные мосты активно используются в электронике, трансформаторных и импульсных блоках питания, люминесцентных лампах. В сварочные аппараты устанавливают мощные полупроводниковые сборки, которые крепятся к теплоотводящему устройству.

Схема диодного моста из 4 диодов

Что такое диодный мост и из каких элементов он состоит

Диодный мост в схемах, применяемых в сетях с однофазным напряжением, состоит из четырех диодов, представляющих собой полупроводниковый элемент с одним p-n переходом. Ток в таком полупроводнике проходит только в одном направлении при подключении анода к плюсу источника, а катода – к минусу. Если подключение будет обратным, ток закрывается. Диодный мост для трехфазного электрического тока отличается наличием шести диодов, а не четырех. Существенные различия в принципе работы между мостовыми схемами для однофазных и трехфазных сетей отсутствуют.

Устройство диода

Диод Шоттки – еще один вид полупроводниковых элементов, используемых в диодных мостах. Его основным отличием является переход металл-полупроводник, называемый «барьером Шоттки». Как и переход p-n, он обеспечивает проводимость в одну сторону. Для изготовления устройств Шоттки применяют арсенид галлия, кремний и металлы: золото, платину, вольфрам, палладий. При приложении небольших напряжений – до 60 В – диод Шоттки отличается малым падением напряжения на переходе (не более 0,4 В) и быстродействием. При бытовом напряжении 220 В он ведет себя как обычный кремниевый выпрямительный полупроводник. Сборки из таких полупроводниковых устройств часто устанавливаются в импульсных блоках питания.

Как работает диодный мост: для чайников, просто и коротко

На вход диодного моста подается переменный ток, полярность которого в бытовой электросети меняется с частотой 50 Гц. Диодная сборка «срезает» часть синусоиды, которая для прибора «является» обратной, и меняет ее знак на противоположный. В результате на выходе к нагрузке подается пульсирующий ток одной полярности.

Обозначение диодного моста на схеме

Частота этих пульсаций в 2 раза превышает частоту колебаний переменного тока и равна в данном случае 100 Гц.

Работа диодного моста

На рисунке а) изображена обычная синусоида напряжения переменного тока. На рисунке б) – срезанные положительные полуволны, полученные при использовании выпрямительного диода, который пропускает через себя положительную полуволну и запирается при прохождении отрицательной полуволны. Как видно из схемы, одного диода для эффективной работы недостаточно, поскольку «срезанная» отрицательная часть полуволн теряется и мощность переменного тока снижается в 2 раза. Диодный мост нужен для того, чтобы не просто срезать отрицательную полуволну, а поменять ее знак на противоположный. Благодаря такому схемотехническому решению, переменный ток полностью сохраняет мощность. На рисунке в) – пульсирующее напряжение после прохождения тока через диодную сборку.

Пульсирующий ток строго назвать постоянным нельзя. Пульсации мешают работе электроники, поэтому для их сглаживания после прохождения диодного моста в схему нужно включить фильтры. Простейший тип фильтра – электролитические конденсаторы значительной емкости.

На печатных платах и принципиальных схемах диодный мост, в зависимости от того, как он устроен (отдельные элементы или сборка), может обозначаться по-разному. Если он состоит из отдельно впаянных диодов, то их обозначают буквами VD, рядом с которыми указывают порядковый номер – 1-4. Буквами VDS обозначают сборки, иначе –VD.

Чем можно заменить диодный мост-сборку

Вместо диодного моста, собранного в одном корпусе, можно впаять в схему 4 кремниевых выпрямительных диода или 4 полупроводника Шоттки. Однако вариант диодной сборки более эффективен, благодаря:

• меньшей площади, занимаемой сборкой на схеме;
• упрощению работы сборщика схемы;
• единому тепловому режиму для всех четырех полупроводниковых устройств.

Различные варианты сборки диодного моста

У такого схемотехнического решения есть и минус – в случае выхода из строя хотя бы одного полупроводника придется заменять всю сборку.

Для чего нужен диодный мост в генераторе автотехники

Диодный мост в генераторе

Это схемотехническое решение используется в электрических схемах автомобилей и мотоциклов. Диодный мост, устанавливаемый на генераторе переменного тока, нужен для преобразования вырабатываемого им переменного напряжения в постоянное. Постоянный ток служит для подзарядки АКБ и питания всех электропотребителей, имеющихся в современном транспорте. Требуемая мощность полупроводников в мостовой схеме определяется номинальным током, вырабатываемым генератором. В зависимости от этого показателя, полупроводниковые приборы разделяют на следующие группы по мощности:

• маломощные – до 300 мА;
• средней мощности – от 300 мА до 10 А;
• высокомощные – выше 10 А.

Для автотехники обычно применяют мосты из кремниевых диодов, способных отвечать эксплуатационным требованиям в широком температурном диапазоне – от -60°C до +150°C.

Чем заменить диодный мост в генераторе

В большинстве моделей авто- и мототехники мостовые сборки впаивают в алюминиевый радиатор, поэтому в случае выхода из строя их придется выпаивать и выпрессовывать из радиаторной пластины и заменять на новый. Поскольку это довольно сложная процедура, лучше избегать возникновения факторов, из-за которых сгорает диодный мост. Наиболее часто встречающиеся причины этой проблемы:

• на плату попала жидкость;
• грязь вместе с маслом проникла к полупроводникам и вызвала короткое замыкание;
• изменение положения полюсов контактов на АКБ.

Видео: принцип работы диодного моста

---

Была ли статья полезна?

Да

Нет

Оцените статью

Что вам не понравилось?

---

Другие материалы по теме

Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

схема сборки своими руками, подключение к трансформатору

Автор Aluarius На чтение 5 мин. Просмотров 1.7k. Опубликовано 02.11.2015

Преобразовать переменный ток в постоянный поможет диодный мост – схема и принцип действия этого устройства приводятся ниже. В обычной осветительной цепи течет переменный ток, который 50 раз в течение одной секунды меняет свою величину и направление. Его превращение в постоянный – достаточно часто встречающаяся необходимость.

Принцип действия полупроводникового диода

Рис. 1

Название описываемого устройства ясно указывает, что эта конструкция состоит из диодов – полупроводниковых приборов, хорошо проводящих электричество в одном направлении и практически не проводящих его в противоположную сторону. Изображение этого прибора (VD1) на принципиальных схемах приведено на рис. 2в. Когда ток по нему течет в прямом направлении – от анода (слева) к катоду (справа), сопротивление его мало. При изменении направления тока на противоположное сопротивление диода многократно возрастает. В этом случае через него течет мало отличающийся от нуля обратный ток.

Поэтому при подаче на цепочку, содержащую диод, переменного напряжения U_вх (левый график), электричество через нагрузку течет только в течение положительных полупериодов, когда к аноду приложено положительное напряжение. Отрицательные полупериоды «срезаются», и ток в сопротивлении нагрузки в это время практически отсутствует.

Строго говоря, выходное напряжение U_вых (правый график) является не постоянным, хотя и течет в одном направлении, а пульсирующим. Нетрудно понять, что количество его импульсов (пульсаций) за одну секунду равно 50. Это не всегда допустимо, но пульсации можно сгладить, если подсоединить параллельно нагрузке конденсатор, имеющий достаточно большую емкость. Заряжаясь во время импульсов напряжения, в промежутках между ними конденсатор разряжается на сопротивление нагрузки. Пульсации сглаживаются, а напряжение становится близким к постоянному.

Изготовленный в соответствии в этой схемой выпрямитель называется однополупериодным, поскольку в нем используется лишь один полупериод выпрямленного напряжения. Наиболее существенные недостатки такого выпрямителя следующие:

• повышенная степень пульсаций выпрямленного напряжения;
• низкий КПД;
• большой вес трансформатора и его нерациональное использование.

Поэтому применяются такие схемы только для питания устройств малой мощности. Для исправления этой нежелательной ситуации разработаны двухполупериодные выпрямители, которые превращают отрицательные полуволны в положительные. Сделать это можно по-разному, но самый простой способ – использование диодного моста.

Схема диодного моста

Рис. 2

Диодный мост – схема двухполупериодного выпрямления, содержащая 4 диода вместо одного (рис. 2в). В каждом полупериоде два из них открыты и пропускают электричество в прямом направлении, а два других закрыты, и ток через них не течет. Во время положительного полупериода положительное напряжение приложено к аноду VD1, а отрицательное – к катоду VD3. В результате оба этих диода открыты, а VD2 и VD4 – закрыты.

Во время отрицательного полупериода положительное напряжение приложено к аноду VD2, а отрицательное – к катоду VD4. Эти два диода открываются, а открытые во время предыдущего полупериода закрываются. Ток через сопротивление нагрузки течет в том же направлении. В сравнении с однополупериодным выпрямителем количество пульсаций возрастает вдвое. Результат – более высокая степень сглаживания при той же емкости конденсатора фильтра, увеличение КПД используемого в выпрямителе трансформатора.

Диодный мост может быть не только собран из отдельных элементов, но и изготовлен как монолитная конструкция (диодная сборка). Ее легче монтировать, а диоды обычно подобраны по параметрам. Немаловажно и то, что они работают в одинаковых тепловых режимах. Недостаток диодного моста – необходимость замены всей сборки при выходе из строя даже одного диода.

Еще ближе к постоянному будет пульсирующий выпрямленный ток, который позволяет получить трехфазный диодный мост. Его вход подключается к источнику трехфазного переменного тока (генератору или трансформатору), а напряжение на выходе почти не отличается от постоянного, и сгладить его еще проще, чем после двухполупериодного выпрямления.

Выпрямитель на основе диодного моста

Рис. 3

Схема двухполупериодного выпрямителя на основе диодного моста, пригодная для сборки своими руками, изображена на рис. 3а. Выпрямлению подвергается напряжение, снимаемое со вторичной понижающей обмотки трансформатора Т. Для этого нужно подключить диодный мост к трансформатору.

Пульсирующее выпрямленное напряжение сглаживается электролитическим конденсатором С, имеющим достаточно большую емкость – обычно порядка нескольких тысяч мкФ. Резистор R играет роль нагрузки выпрямителя на холостом ходу. В таком режиме конденсатор С заряжается до амплитудного значения, которое в 1,4 (корень из двух) раза выше действующего значения напряжения, снимаемого со вторичной обмотки трансформатора.

С ростом нагрузки выходное напряжение уменьшается. Избавиться от этого недостатка можно, подключив к выходу выпрямителя простейший транзисторный стабилизатор. На принципиальных схемах изображение диодного моста часто упрощают. На рис. 3б показано, как еще может быть изображен соответствующий фрагмент на рис. 3а.

Следует заметить, что, хотя прямое сопротивление диодов невелико, тем не менее, оно отлично от нуля. По этой причине они нагреваются в соответствии с законом Джоуля-Ленца тем сильнее, чем больше величина тока, протекающего по цепи. Для предотвращения перегрева мощные диоды часто устанавливаются на теплоотводах (радиаторах).

Диодный мост – это практически обязательный элемент любого электронного устройства, питающегося от сети, будь то компьютер или выпрямитель для зарядки мобильного телефона.

Схема диодного моста выпрямителя

Диодный мост – простейшая схема, которая преобразует переменный ток в постоянный. Она используется практически во всей современной электронике, поэтому грамотный мастер должен понимать принцип работы диодного моста и уметь его ремонтировать. В российских розетках частота тока 50 Герц, и чтобы выровнять его для работы оборудования и применяют это нехитрое устройство.

Принцип работы

Давайте разберем, как работает данное устройство. Оно собирается из диодов – элементов, пропускающих ток в одну сторону. Современные диоды являются полупроводниковыми устройствами небольшого размера – в этой статье мы не будем разбирать их особенности и маркировку, а поговорим только о том, как работает диодный мост.

Состав и принцип работы диода

У диода имеется два контакта – анод и катод. Ток течет от анода к катоду практически с нулевым сопротивлением. Но если ситуация меняется и ток подается на катод, то противоположное сопротивление не дает ему пробиться через элемент (ток практически равен нулю и в большинстве случаев им можно пренебречь). Схему работы вы можете увидеть на приведенном выше рисунке.

Упрощенная схема

Вы уже знаете, что такое диодный мост, поэтому рассмотрим простейший принцип его работы. Когда переменный ток попадает на анод Uвх, оно проходит через положительные полупериоды, тогда как отрицательные полностью удаляются. При этом выходное напряжение, обозначенное с правой стороны под аббревиатурой Uвых, не является выпрямленным, хоть и проходит в одном направлении. Его частота равна тем же 50 Герц, или 50 пикам в секунду.

Чтобы сгладить эти пики к схеме подключается конденсатор высокой емкости. Получается выпрямительный диодный мост – на пике конденсатор заряжается, а на падении отдает заряд в сеть. Это позволяет частично сгладить график частоты и выровнять его, выведя на постоянное значение.

Подобная схема соединения диода и конденсатора носит название однополупериодной и не является достаточной для выравнивания тока в современных устройствах. У нее есть серьезные недостатки:

1. Нормально выровнять пульсации до настоящей прямой невозможно.
2. У схемы довольно малый коэффициент полезного действия.
3. Нерациональное использование трансформатора, чересчур большой вес устройства.

Эти системы сегодня практически не используют или применяют их для маломощных устройств. Более логичные и надежные схемы называются двухполупериодными. Их основное достоинство – возможность инвертировать нижние волны в верхние. Именно подобные системы и называют диодным мостом.

Классический диодный мост

Стандартная схема диодного моста выпрямителя содержит в себе вместо одного диода и конденсатора четыре диода, объединенных изображенным на рисунке способом. Его можно условно разбить на два полупериода. В каждом полупериоде находится два диода, работающих в одном направлении, и два – запрещающих проход тока. Положительное напряжение приходит на анод VD1, отрицательное на катод VD3. Данные диоды открываются, а VD2 и VD4 — закрываются.

Когда положительный полупериод заменяется на отрицательный, происходит смена работоспособности. Положительное напряжение приходит на анод VD2, отрицательное — на катодный выход VD4. Происходит смена направлений, но ток идет в нужном направлении. Получается, что в подобной схеме частота возрастает в два раза, за счет чего удается добиться лучшего сглаживания, используя идентичный с первой схемой конденсатор. Благодаря этому возрастает коэффициент полезного действия устройства и падают возможные потери.

Принцип работы классического моста

Изучая, как собрать диодный мост, не забывайте о том, что не обязательно спаивать его из четырех микроэлементов и подбирать соответствующий конденсатор. В большинстве случаев можно приобрести готовое решение в магазине, с подобранными параметрами и известными характеристиками. Достоинства подобной сборки в маленьких размерах, единых тепловых режимах и небольшом весе. Основной недостаток в том, что если выходит из строя один элемент, то приходится менять весь узел.

Трехфазный мост

Теперь, когда вы знаете, для чего нужен диодный мост и что он собой представляет, рассмотрим более сложную трехфазную схему, выдающую пульсирующий ток. Он максимально близок к постоянному и подходит для использования в приборах, требующих стабильную подачу. Вход этой системы присоединяется к источнику, подающему трехфазное питание (разумеется речь идет о переменном токе). Это может быть трансформатор или генератор. На выходе системы оказывается практически идеальный постоянный ток, который можно легко сгладить.

Схема выпрямителя

Чтобы сделать качественный двухполупериодный выпрямитель из схемы подключения диодного моста с конденсатором, изучите наш рисунок. В данном случае выпрямляется ток, который снимается с понижающей трансформаторной обмотки. Выравнивание происходит за счет электролитического конденсатора на 5-10 тысяч микрофарад, заряжающегося и отдающего заряд в сеть. В схему также введен дополнительный резистор, который выпрямляет ток при холостой работе. Чем выше нагрузка, тем меньше напряжение на выходе, поэтому к нему подсоединяют стабилизатор на классических транзисторах.

Используя наши схемы, вы легко разберетесь, как сделать диодный мост и как им пользоваться. Мы рекомендуем приобретать уже готовые устройства, чтобы сэкономить место и не заниматься подбором значений.

Для чего нужен диодный мост, схема, принцип работы.

Как мы знаем, в наших розетках протекает переменный электрический ток с напряжением в 220 вольт. Но как быть если нам нужно запитать низковольтный приемник, которому требуется постоянный ток? Если с напряжением все понятно – нам поможет трансформатор, то как сделать из переменного тока постоянный – вопрос.

В этой ситуации нам на помощь приходит такое устройство как выпрямитель.Это устройство содержится почти во всех электронных приборах, которые работает на постоянном токе, от сварочных полуавтоматов, до блоков питания. В статье мы рассмотрим классическую схему выпрямителя из четырех диодов, которая именуется выпрямительным диодным мостом.

 

Для чего нужен диодный мост

Как мы должны были понять, диодный мост нужен для того, чтобы сделать из переменного тока постоянный. Это устройство придумал немецкий ученый Леоц Гретц, второе название диодного моста – мостовая схема Гретца.

Принцип действия таков: на вход диодного моста подается переменный электрический ток, а на его выходах появляется постоянный пульсирующий ток. Частота пульсаций зависит от частоты переменного тока.

Если взять стандартное значение частоты для наших широт (50 Гц), то частота пульсаций постоянного тока будет равна 100 Гц. Для того, чтобы сгладить пульсации, ставиться конденсатор – это устройство будет полноценным выпрямителем.

Схема, которая рассматривается в данной статье, применяется в двухфазной сети. Для трехфазной сети применяется другие схемы, которые не будут рассмотрены в этой статье. Выполняется в виде четырех соединённых диодов или диодной сборки. Диодная сборка – это тот же диодный мост, только сделан в одном корпусе. У обоих вариантов исполнения есть свои плюсы и недостатки. Например, в случае неисправности одного из диодов, продеться заменить всю диодную сборку – это ее минус.

При подборе диодного моста или отдельных диодов для него, учитываются следующие характеристики:

• Обратное напряжение диодов;
• Обратный ток диодов;
• Длительно допустимый ток;
• Максимальная рабочая температура;
• Рабочая частота (актуально для высокочастотных приборов).

Это основные параметры, по которым подбираются диоды для самостоятельной сборки или диодные мосты. Все зависит от нагрузки, которую вы хотите запитать, но будь то блок питания или зарядное устройство, лучше взять с запасом, нежели впритык.

Это обезопасит ваше устройство. Бывают ситуации, когда диодный мост может сильно нагреваться или даже сгореть. Это происходит из-за высокого тока, которые проходя по диодам нагревает их, либо из-за плохого охлаждения, особенно в мощных устройствах.

Для лучшего охлаждения и профилактики сгораний диодного моста, рекомендуется использовать радиаторы, которые будут эффективно рассеивать тепло.

Диоды тоже имеют свое сопротивление и на каждом из них падает напряжение. Для высоковольтных аппаратов – это не существенные потери, но для низковольтных приемников (до 12 вольт) такие потери будут существенны.

В этой ситуации в место обычных диодов, в схеме применяется диоды Шоттки. На выпрямителе из таких диодов будет низкое падение напряжения, приемлемое для низковольтной аппаратуры.

Из-за особенностей диодов Шоттки, такие диодные мосты могут работать на сверхвысоких частотах. Но будьте осторожны, при малейшем превышении обратного напряжения, такие диоды выходят из строя.

Схема диодного моста

Как мы выяснили выше, схема диодного моста состоит из четырех полупроводниковых диодов, соединенных по схеме Гретца. Такая схема еще называется двухполупериодным выпрямителем.

На принципиальных схемах диодный мост может обозначаться по-разному, либо как схема из четырех диодов, либо как один большой диод в ромбике. Суть его от этого не меняется, вот несколько примеров:

А вот так обозначается выпрямитель со сглаживающим конденсатором:

Как работает диодный мост

Принцип работы диодного моста достаточно прост. Переменный ток имеет две полуволны: положительную отрицательную. Каждое плечо (2 диода) выпрямляют свою полуволну, в то время как второе плечо блокирует протекание тока в другом направлении. В результате выпрямляется два полупериода, а на выводах всегда неизменная полярность.

Подключить диодный мост не составит труда, ведь это схематично показано на всех УГО (это и есть схема подключения) этого устройства. В случае с подключением диодной сборки, ее выводы обозначены соответственными обозначениями.

Собрать диодный мост самостоятельно тоже проще простого. Если вы уже подобрали диоды, то достаточно припаять их концы соответственно схеме. Но перед этим не поленитесь проверить диоды на исправность и не перепутайте их полярность.

Обычно катод и анод указаны на корпусе диодов.

Если остались вопросы, то рекомендуем к просмотру видео, чтобы найти ответы на оставшиеся вопросы.

Вывод

В статье мы рассмотрели такое классическое электронное устройство как диодный мост. Изучили его схему и разобрались в принципе работы. Я, как автор этой статьи, надеюсь, что она будет понятна даже чайнику и эти знания помогут вам в освоении радиоэлектроники.

Следующая

РадиодеталиВаристоры – что это такое, принцип действия, характеристики и параметры.

Новый обобщенный мемристор на основе трехфазного диодного мостового выпрямителя

В данной статье предложены мемристивные характеристики в схеме трехфазного диодного мостового выпрямителя. Обсуждается проводимость диодов, а характеристики защемленной петли гистерезиса анализируются как с помощью численного моделирования, так и моделирования схем. Петли гистерезиса каждой фазы не только защемлены в начале координат, но также имеют две другие точки пересечения в первом и третьем квадранте, когда схема трехфазного мостового выпрямителя работает в нормальном режиме.Другие условия также обсуждаются при возникновении множества неисправностей. Результаты моделирования подтверждают, что схему трехфазного мостового выпрямителя можно описать как обобщенный мемристорный элемент во время нескольких рабочих состояний.

1. Введение

Доказано, что мемристивные характеристики существуют во многих системах [1, 2]. С момента открытия мемристора он широко используется в нейроморфных схемах [3], энергонезависимом хранилище информации [4], хаотических системах и генераторах [5, 6] и других приложениях.В последние годы исследование обобщенного мемристора вызвало широкий интерес ученых. Анализируется класс диодных мостовых схем по мемристивным характеристикам [7–14]. Было доказано, что простая электронная схема, состоящая всего из четырех диодов и RLC-фильтра второго порядка, обладает свойствами памяти [7]. Путем замены RLC-фильтра второго порядка на параллельный RC-фильтр первого порядка была реализована другая схема эквивалентной реализации обобщенного мемристора, уменьшающая элемент-индуктор основной цепи [8, 9].Между тем, диодная мостовая схема с последовательным RL-фильтром первого порядка также удовлетворяет определению идеального мемристора; в результате его также можно описать как обобщенный мемристор [10]. После этого была предложена модифицированная диодная мостовая схема с каскадом фильтра второго порядка, содержащая катушку индуктивности и конденсатор, и было доказано, что она представляет собой обобщенный мемристор [11]. Недавно была предложена усовершенствованная схема мемристивного диодного моста, состоящая из четырех диодов и индуктора, которая имеет гораздо более простую схемную реализацию [12, 13].На основе теории дробного исчисления была предложена схема диодного моста на основе конденсатора дробного порядка, в которой конденсатор дробного порядка реализован с использованием техники приближения Осталупа [14].

Поскольку схема однофазного диодного мостового выпрямителя может выражать мемристические характеристики, имеет ли схема трехфазного диодного мостового выпрямителя такие же характеристики? В этой статье предлагается схема диодного моста, которая содержит шесть диодов и параллельный RC-фильтр первого порядка, а входное напряжение такой схемы представляет собой трехфазное напряжение, имеющее ту же амплитуду и частоту; разность фаз каждой фазы составляет 120 градусов.Чтобы изучить, можно ли рассматривать схему трехфазного диодного мостового выпрямителя как обобщенный мемристор в нескольких рабочих условиях, в разделе 2 мы теоретически анализируем условия проводимости шести диодов в схеме трехфазного диодного мостового выпрямителя при различных рабочих условиях. . А кривые соотношения между входными напряжениями и входными токами получены с помощью численного моделирования и моделирования схем. Выводы приведены в разделе 3.

2. Схема трехфазного мостового выпрямителя, работающая в нескольких условиях

Оборудование можно охарактеризовать как идеальный мемристор, управляемый напряжением, когда на два вывода оборудования подается периодическое напряжение, а ток реакция периодическая и имеет ту же частоту [15].Кроме того, геометрическое место в плоскости v-i неизменно проходит через начало координат; ток, протекающий через устройство, всегда равен нулю, когда входное напряжение равно нулю, как показано на рисунке 1 (а). Две другие важные характеристики мемристора — это тот факт, что площади петель гистерезиса монотонно уменьшаются по мере увеличения частоты, когда частота превышает критическое значение, а сжатая петля гистерезиса сжимается до нелинейной однозначной функции, когда частота стремится к до бесконечности [16].

2.1. Работа в нормальных условиях

Рассмотрим шесть диодов и параллельный RC-фильтр, составляющий схему трехфазного диодного мостового выпрямителя, которая изображена на рисунке 2. Когда схема работает в нормальных условиях, входные напряжения задаются как, и, и предположим, что напряжение проводимости диода равно нулю; Ситуации проводимости шести диодов за один цикл показаны в таблице 1.

Временной интервал I II III IV В VI Проводящие диоды Соотношение входного напряжения

Видно, что только два диода являются проводящими одновременно, что аналогично однофазной диодной мостовой схеме, предложенной в [8].В результате, входной ток фаз и может быть получен из математической модели однофазной диодной мостовой схемы, которая записана как: , и обозначают ток обратного насыщения, коэффициент эмиссии и тепловое напряжение диода соответственно. выражает входное напряжение схемы при различных обстоятельствах, которое может быть показано как

.

Что такое трехфазный выпрямитель? — 3-фазный полуволновой, полноволновой и мостовой выпрямитель

Определение: 3-фазный выпрямитель — это устройство, которое выпрямляет входное переменное напряжение с помощью 3-фазного трансформатора и 3 диодов , подключенных каждая из трех фаз вторичной обмотки трансформатора.

Значение трехфазного выпрямителя

Однофазный выпрямитель также выполняет выпрямление, то есть преобразует источник переменного тока в источник постоянного тока, но для преобразования использует только однофазную вторичную обмотку трансформатора.А диоды подключены ко вторичной обмотке однофазного трансформатора.

Недостатком такой схемы является высокий коэффициент пульсации. В случае полуволнового выпрямителя коэффициент пульсаций составляет 1,21 , а в случае двухполупериодного выпрямителя коэффициент пульсаций составляет 0,482 . В обоих случаях нельзя пренебрегать значением коэффициента пульсации. В то время как в случае однополупериодного выпрямителя значение довольно велико, но и в двухполупериодном выпрямителе значение выпрямителя значительно больше.

Таким образом, в таких схемах нам нужна схема сглаживания, чтобы убрать эту рябь. Эти колебания представляют собой составляющие переменного тока в постоянном напряжении. Это называется пульсирующим постоянным напряжением . Если это пульсирующее напряжение постоянного тока используется в нескольких приложениях, это приводит к снижению производительности устройства. Таким образом, используется схема сглаживания, фильтр работает как схема сглаживания для выпрямительной системы.

Но после этого процесса сглаживания напряжение выпрямителя в какой-то момент падает до нуля.Следовательно, если вместо однофазного трансформатора мы используем трехфазный трансформатор, коэффициент пульсаций можно значительно снизить. Одним из значительных преимуществ трехфазного трансформатора является то, что выпрямленное напряжение не падает до нуля, даже если не используется сглаживающее устройство.

Трехфазный полуволновой выпрямитель

В трехфазном полуволновом выпрямителе , по три диода подключены к каждой из трех фаз вторичной обмотки трансформатора. Три фазы вторичной обмотки соединены звездой, поэтому ее также называют Star Connected Secondary.

Анодный вывод диода подключен ко вторичной обмотке трансформатора. И три фазы трансформатора соединены вместе в общей точке, называемой нейтралью . Эта нейтральная точка обеспечивает отрицательный вывод нагрузки и заземлена.

Каждый диод проводит одну треть цикла переменного тока, а оставшиеся два диода остаются разомкнутыми. Выходное напряжение постоянного тока будет между пиковым значением напряжения питания и половиной напряжения питания.

Коэффициент пульсаций для трехфазного полуволнового выпрямителя вычисляется по уравнениям ниже.

Из приведенных выше расчетов видно, что коэффициент пульсаций для трехфазного полуволнового выпрямителя составляет 0,17 , т.е. 17% . В однофазной половине с выпрямителем значение коэффициента пульсаций составляет 1,21 , а в случае однофазного двухполупериодного выпрямителя — 0,482. Таким образом, очевидно, что значение коэффициента пульсаций у трехфазного выпрямителя намного меньше по сравнению с однофазным выпрямителем.

Причем частота пульсаций в трехфазном выпрямителе очень высока. Таким образом, эту рябь можно легко отфильтровать. Частота пульсаций в случае трехфазных выпрямителей в три раза больше частоты питающей сети. Благодаря этому процесс сглаживания в случае трехфазного выпрямителя намного проще, чем у однофазного выпрямителя.

Трехфазный полноволновой выпрямитель

В трехфазном двухполупериодном выпрямителе используются шесть диодов. Его также называют 6-диодным полуволновым выпрямителем . В этом случае каждый диод проводит 1/6 ^-ю часть цикла переменного тока. Колебания выходного постоянного напряжения меньше в трехфазных двухполупериодных выпрямителях. Выходное напряжение колеблется между максимальным значением пикового напряжения, то есть Vsmax, и 86,6% максимального напряжения.

Преимущество трехфазных двухполупериодных выпрямителей в том, что выходное напряжение регулируется и не падает до нуля. Выходное напряжение поддерживается между 86,6% максимального напряжения и пиковым значением напряжения.Таким образом, это кажется регулируемым.

Основной причиной столь низких колебаний выходного напряжения является использование большого количества диодов. Целесообразно использовать 6 диодов. Это связано с тем, что при использовании более 6 диодов стоимость схемы увеличивается. Более того, сложность схемы возрастает, и никакого значительного увеличения регулирования выходного напряжения не будет.

Трехфазный мостовой выпрямитель

Тип устройства в виде моста широко используется, потому что нет необходимости в промежуточном трансформаторе ответвления в мостовом выпрямителе.Преимущество использования мостового выпрямителя заключается в том, что ток нагрузки I _dc в 0,95 раза больше пикового тока, протекающего через диод.

V _dc примерно в 2,34 раза больше действующего значения переменного напряжения, проходящего через вторичную обмотку трансформатора в трехфазном полуприводном выпрямителе. Каждый диод в трехфазном мостовом выпрямителе пропускает только 1/3 тока, протекающего через нагрузку.

Таким образом, этот тип перемычки более предпочтителен в различных приложениях.

Используются для преодоления недостатков однофазного выпрямителя.Мы уже обсуждали, что однофазные выпрямители обладают высоким коэффициентом пульсаций и большими колебаниями выходного постоянного тока. Чтобы преодолеть этот недостаток, появились трехфазные трансформаторы.

.

Как сделать трехфазную схему частотно-регулируемого привода

Представленная трехфазная схема частотно-регулируемого привода (, разработанная мной, ) может использоваться для управления скоростью любого трехфазного щеточного двигателя переменного тока или даже бесщеточного двигателя переменного тока. Идея была предложена г-ном Томом

Использование частотно-регулируемого привода

Предлагаемая трехфазная схема частотно-регулируемого привода может универсально применяться для большинства трехфазных двигателей переменного тока, где эффективность регулирования не слишком важна.

Его можно специально использовать для управления скоростью асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в режиме разомкнутого контура и, возможно, также в режиме замкнутого контура, который будет обсуждаться в более поздней части статьи.

Модули, необходимые для 3-фазного инвертора

Для проектирования предлагаемого 3-фазного частотно-регулируемого привода или схемы частотно-регулируемого привода, по существу, необходимы следующие основные этапы схемы:

1. Схема ШИМ-регулятора напряжения
2. Трехфазный мост высокого / низкого Схема драйвера
3. Схема трехфазного генератора
4. Схема преобразователя напряжения в частоту для генерации параметра В / Гц.

Давайте изучим детали функционирования вышеперечисленных этапов с помощью следующего пояснения:

Простую схему контроллера напряжения PWM можно увидеть на схеме, приведенной ниже:

Контроллер PWM

Я уже включил и объяснил функционирование вышеуказанного каскада генератора ШИМ, который в основном предназначен для генерации переменного выходного сигнала ШИМ на выводе 3 микросхемы IC2 в ответ на потенциал, приложенный к выводу 5 той же микросхемы.

Предустановка 1K, показанная на схеме, представляет собой ручку управления среднеквадратичным значением, которую можно соответствующим образом отрегулировать для получения желаемой пропорциональной величины выходного напряжения в форме ШИМ на выводе 3 IC2 для дальнейшей обработки. Он настроен на создание соответствующего выходного сигнала, который может быть эквивалентен среднеквадратическому напряжению сети 220 В или 120 В переменного тока.

Схема драйвера H-моста

На следующей схеме ниже показана схема трехфазного драйвера H-моста с одной микросхемой, использующая микросхему IRS2330.

Дизайн выглядит незамысловатым, поскольку большая часть сложностей решается встроенными в микросхемы сложными схемами.

Хорошо рассчитанный трехфазный сигнал подается на входы HIN1 / 2/3 и LIN1 / 2/3 IC через каскад генератора трехфазных сигналов.

Выходы IC IRS2330 можно увидеть интегрированными с 6 МОП-транзисторами или мостовой сетью IGBT, стоки которых соответствующим образом конфигурируются с двигателем, которым необходимо управлять.

Затворы МОП-транзистора / БТИЗ нижнего уровня интегрированы с выводом № 3 IC2 описанного выше каскада схемы генератора ШИМ для инициирования инжекции ШИМ в каскад мостового МОП-транзистора.Это регулирование в конечном итоге помогает двигателю набрать желаемую скорость в соответствии с настройками (с помощью предустановки 1 k на первой диаграмме).

На следующей схеме мы визуализируем требуемую схему генератора трехфазных сигналов.

Конфигурирование схемы трехфазного генератора

Трехфазный генератор построен на основе пары микросхем CMOS CD4035 и CD4009, которые генерируют трехфазные сигналы с точными размерами по показанным выводам.

Частота трехфазных сигналов зависит от поданных входных тактовых импульсов, которые должны быть в 6 раз больше предполагаемого трехфазного сигнала.Это означает, что если требуемая 3-фазная частота составляет 50 Гц, тактовая частота на входе должна быть 50 x 6 = 300 Гц.

Это также означает, что указанные выше тактовые импульсы можно изменять для изменения эффективной частоты ИС драйвера, которая, в свою очередь, будет отвечать за изменение рабочей частоты двигателя.

Однако, поскольку вышеуказанное изменение частоты должно быть автоматическим в ответ на изменение напряжения, преобразователь напряжения в частоту становится важным. На следующем этапе обсуждается простая точная схема преобразователя напряжения в частоту для требуемой реализации.

Как создать постоянное соотношение V / F

Как правило, в асинхронных двигателях для поддержания оптимальной эффективности скорости и момента вращения двигателя необходимо контролировать скорость скольжения или скорость ротора, что, в свою очередь, становится возможным при поддержании постоянное соотношение В / Гц. Поскольку магнитный поток статора всегда постоянен независимо от входной частоты питающей сети, скорость ротора становится легко управляемой, поддерживая постоянным отношение В / Гц.

В режиме разомкнутого контура это можно сделать грубо, поддерживая заранее определенные отношения В / Гц и вводя их вручную.Например, на первой диаграмме это можно сделать, соответствующим образом отрегулировав предустановку R1 и 1K. R1 определяет частоту, а 1K регулирует RMS выходного сигнала, поэтому, соответствующим образом отрегулировав два параметра, мы можем вручную установить требуемую величину В / Гц.

Однако, чтобы получить относительно точное управление крутящим моментом и скоростью асинхронного двигателя, мы должны реализовать стратегию замкнутого контура, в которой данные о скорости скольжения должны подаваться в схему обработки для автоматической регулировки отношения В / Гц, чтобы что это значение всегда остается примерно постоянным.

Реализация обратной связи по замкнутому контуру

Первую диаграмму на этой странице можно соответствующим образом изменить для разработки автоматического регулирования В / Гц с обратной связью, как показано ниже:

На приведенном выше рисунке потенциал на выводе № 5 IC2 определяет ширина SPWM, генерируемого на выводе №3 той же ИС. SPWM генерируются путем сравнения выборки пульсаций напряжения сети 12 В на выводе № 5 с треугольной волной на выводе № 7 микросхемы IC2, которая подается на МОП-транзисторы нижнего уровня для управления двигателем.

Первоначально этот SPWM установлен на некотором отрегулированном уровне (с использованием 1K perset), который запускает вентили IGBT нижней стороны трехфазного моста для инициирования движения ротора на заданном уровне номинальной скорости.

Как только ротор ротора начинает вращаться, подключенный тахометр с роторным механизмом вызывает пропорциональное увеличение напряжения на выводе № 5 IC2, это пропорционально приводит к расширению SPWM, вызывая большее напряжение на катушках статора мотор.Это вызывает дальнейшее увеличение скорости ротора, вызывая большее напряжение на выводе № 5 IC2, и это продолжается до тех пор, пока эквивалентное напряжение SPWM не перестанет увеличиваться, и синхронизация ротора статора не станет устойчивой.

Вышеупомянутая процедура автоматически регулируется в течение всего периода эксплуатации двигателя.

Как сделать и интегрировать тахометр

На следующей диаграмме можно увидеть простую конструкцию тахометра, его можно интегрировать с роторным механизмом, чтобы частота вращения могла питать основание BC547.

Здесь данные о скорости вращения ротора собираются с датчика Холла или сети ИК-светодиодов / датчиков и передаются на базу T1.

T1 колеблется на этой частоте и активирует схему тахометра, созданную путем соответствующей настройки моностабильной схемы IC 555.

Выходной сигнал вышеупомянутого тахометра изменяется пропорционально входной частоте на базе T1.

По мере увеличения частоты напряжение на крайнем правом выходе D3 также растет и наоборот, что помогает поддерживать отношение В / Гц на относительно постоянном уровне.

Как управлять скоростью

Скорость двигателя с использованием постоянного V / F может быть достигнута путем изменения частотного входа на тактовом входе IC 4035. Это может быть достигнуто путем подачи переменной частоты от нестабильной схемы IC 555 или любой другой стандартная нестабильная схема для тактового входа IC 4035.

Изменение частоты эффективно изменяет рабочую частоту двигателя, что соответственно снижает скорость скольжения.

Это обнаруживается тахометром, и тахометр пропорционально снижает потенциал на выводе № 5 микросхемы IC2, что, в свою очередь, пропорционально снижает содержание SPWM на двигателе, и, следовательно, напряжение двигателя уменьшается, обеспечивая изменение скорости двигателя с правильное требуемое соотношение V / F.

Самодельный преобразователь напряжения в частоту

В приведенной выше схеме преобразователя напряжения в частоту используется микросхема IC 4060, и на ее частотно-зависимое сопротивление влияет узел светодиода / LDR для предполагаемых преобразований.

Узел светодиода / LDR запечатан внутри светонепроницаемой коробки, а LDR размещен на частотно-зависимом резисторе 1 МОм на ИС.

Так как отклик LDR / LDR является довольно линейным, изменяющееся свечение светодиода на LDR генерирует пропорционально изменяющуюся (увеличивающую или уменьшающуюся) частоту на выводе 3 ИС.

FSD или диапазон В / Гц каскада может быть установлен путем соответствующей настройки резистора 1 МОм или даже значения C1.

Светодиод указывает на то, что напряжение выводится и загорается через ШИМ от первого каскада схемы ШИМ. Это означает, что по мере изменения ШИМ будет изменяться и освещение светодиода, что, в свою очередь, приведет к пропорциональному увеличению или уменьшению частоты на выводе 3 микросхемы IC 4060 на приведенной выше диаграмме.

Интеграция преобразователя с VFD

Эта изменяющаяся частота от IC 4060 теперь просто должна быть интегрирована с входом синхронизации трехфазного генератора IC CD4035.

Вышеупомянутые этапы являются основными составляющими для создания 3-фазной схемы частотно-регулируемого привода.

Теперь было бы важно обсудить шину постоянного тока, необходимую для питания контроллеров двигателей IGBT, и процедуры настройки для всей конструкции.

Шина постоянного тока, подключенная к рельсам H-моста IGBT, может быть получена путем выпрямления доступного трехфазного сетевого входа с использованием следующей конфигурации схемы. Шины IGBT DC BUS подключаются к точкам, обозначенным как «нагрузка»

. Для однофазного источника выпрямление может быть реализовано с использованием стандартной конфигурации сети с 4 диодными мостами.

Как настроить предлагаемую 3-фазную схему частотно-регулируемого привода

Это можно сделать в соответствии со следующими инструкциями:

После подачи напряжения шины постоянного тока на IGBT (без подключенного двигателя) отрегулируйте предустановку PWM 1k до напряжение на шинах становится равным заданному напряжению двигателя.

Затем отрегулируйте предустановку IC 4060 1M, чтобы настроить любой из входов IC IRS2330 на требуемый правильный уровень частоты в соответствии с заданными характеристиками двигателя.

После завершения вышеуказанных процедур указанный двигатель может быть подключен и запитан с различными уровнями напряжения, параметром В / Гц и подтвержден для автоматических операций В / Гц на подключенном двигателе.

.

Теория схемы мостового выпрямителя с рабочим режимом

Мостовой выпрямитель

Схема мостового выпрямителя является общей частью электронных источников питания. Для многих электронных схем требуется выпрямленный источник постоянного тока для питания различных основных электронных компонентов от доступной сети переменного тока. Мы можем найти этот выпрямитель в широком спектре электронных устройств питания переменного тока, таких как бытовая техника, контроллеры двигателей, процессы модуляции, сварочные аппараты и т. Д.

Что такое мостовой выпрямитель?

A Мостовой выпрямитель — это преобразователь переменного тока в постоянный (DC), который выпрямляет входной переменный ток сети в выход постоянного тока.Мостовые выпрямители широко используются в источниках питания, которые обеспечивают необходимое постоянное напряжение для электронных компонентов или устройств. Они могут быть сконструированы с четырьмя или более диодами или любыми другими управляемыми твердотельными переключателями.
В зависимости от требований к току нагрузки выбирается соответствующий мостовой выпрямитель. Номинальные характеристики и характеристики компонентов, напряжение пробоя, диапазоны температур, номинальный переходный ток, номинальный прямой ток, требования к установке и другие соображения принимаются во внимание при выборе источника питания выпрямителя для соответствующей области применения электронной схемы.

Типы мостовых выпрямителей

Выпрямители Bride подразделяются на несколько типов в зависимости от следующих факторов: тип источника питания, возможности управления, конфигурация схемы подключения и т.д. Оба эти типа далее подразделяются на неуправляемые, полууправляемые и полностью управляемые выпрямители. Некоторые из этих типов выпрямителей описаны ниже.

1. Однофазные и трехфазные выпрямители

Однофазные и трехфазные выпрямители

Характер питания, т.е.е. однофазное или трехфазное питание решает эти выпрямители. Однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов для преобразования переменного тока в постоянный, тогда как трехфазный выпрямитель использует шесть диодов, как показано на рисунке. Это могут быть неуправляемые или управляемые выпрямители, в зависимости от компонентов схемы, таких как диоды, тиристоры и так далее.

2. Неуправляемые мостовые выпрямители

Неуправляемые мостовые выпрямители

Этот мостовой выпрямитель использует диоды для выпрямления входа, как показано на рисунке.Поскольку диод — это однонаправленное устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Такая конфигурация диодов в выпрямителе не позволяет изменять мощность в зависимости от требований к нагрузке. Таким образом, этот тип выпрямителя используется в постоянных или фиксированных источниках питания.

3. Управляемый мостовой выпрямитель

Управляемый мостовой выпрямитель

В этом типе выпрямителя, преобразователя переменного / постоянного тока или выпрямителя — вместо неуправляемых диодов используются управляемые твердотельные устройства, такие как SCR, MOSFET, IGBT и т. Д.используются для изменения выходной мощности при разных напряжениях. Посредством срабатывания этих устройств в различные моменты времени выходная мощность на нагрузке изменяется соответствующим образом.

Схема мостового выпрямителя

Основным преимуществом мостового выпрямителя является то, что он дает почти вдвое большее выходное напряжение, чем в случае двухполупериодного выпрямителя с трансформатором с центральным отводом. Но для этой схемы не нужен трансформатор с центральным ответвлением, поэтому она похожа на недорогой выпрямитель.

Схема мостового выпрямителя состоит из различных каскадов устройств, таких как трансформатор, диодный мост, фильтрация и регуляторы.Обычно все эти комбинации блоков называют регулируемым источником постоянного тока, питающим различные электронные устройства.

Первый каскад схемы — это трансформатор понижающего типа, который изменяет амплитуду входного напряжения. В большинстве электронных проектов используется трансформатор 230/12 В для понижения напряжения сети переменного тока с 230 В до 12 В переменного тока.

Схема мостового выпрямителя

Следующим этапом является диодно-мостовой выпрямитель, в котором используются четыре или более диодов в зависимости от типа мостового выпрямителя.При выборе конкретного диода или любого другого переключающего устройства для соответствующего выпрямителя необходимо учитывать некоторые особенности устройства, такие как пиковое обратное напряжение (PIV), прямой ток If, номинальное напряжение и т. Д. Оно отвечает за создание однонаправленного или постоянного тока на нагрузке путем проведения набор диодов для каждого полупериода входного сигнала.

Так как выход после выпрямителя с диодным мостом имеет пульсирующий характер, и для его создания в виде чистого постоянного тока необходима фильтрация. Фильтрация обычно выполняется с одним или несколькими конденсаторами, подключенными к нагрузке, как вы можете видеть на рисунке ниже, где выполняется сглаживание волны.Этот номинал конденсатора также зависит от выходного напряжения.

Последней ступенью этого стабилизированного источника постоянного тока является регулятор напряжения, который поддерживает выходное напряжение на постоянном уровне. Предположим, микроконтроллер работает при 5 В постоянного тока, но выход после мостового выпрямителя составляет около 16 В, поэтому для снижения этого напряжения и поддержания постоянного уровня — независимо от изменений напряжения на входе — необходим регулятор напряжения.

Работа мостового выпрямителя

Как мы обсуждали выше, однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, и эта конфигурация подключается к нагрузке.Чтобы понять принцип работы мостового выпрямителя, мы должны рассмотреть приведенную ниже схему в демонстрационных целях.

Во время положительного полупериода входного сигнала переменного тока диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении, а D3 и D4 — в обратном направлении. Когда напряжение, превышающее пороговый уровень диодов D1 и D2, начинает проводить — через него начинает течь ток нагрузки, как показано на схеме ниже в виде красных линий.

Работа мостового выпрямителя

Во время отрицательного полупериода входного сигнала переменного тока диоды D3 и D4 смещены в прямом направлении, а D1 и D2 — в обратном направлении.Ток нагрузки начинает течь через диоды D3 и D4, когда эти диоды начинают проводить ток, как показано на рисунке.

Мы можем заметить, что в обоих случаях направление тока нагрузки одинаковое, то есть вверх-вниз, как показано на рисунке, — так однонаправлено, что означает постоянный ток. Таким образом, с помощью мостового выпрямителя входной переменный ток преобразуется в постоянный. Выход на нагрузке с этим мостовым выпрямителем имеет пульсирующий характер, но для создания чистого постоянного тока требуется дополнительный фильтр, такой как конденсатор.Такая же операция применима для разных мостовых выпрямителей, но в случае управляемых выпрямителей срабатывание тиристоров необходимо для подачи тока на нагрузку.

Это все о теории мостовых выпрямителей, их типах, схемах и принципах работы. Мы надеемся, что этот полезный материал по этой теме будет полезен при создании студентами электронных или электрических проектов, а также при наблюдении за различными электронными устройствами или приборами. Благодарим вас за внимание и внимание к этой статье.И поэтому, пожалуйста, напишите нам для выбора требуемых характеристик компонентов в этом мостовом выпрямителе для вашего приложения и для любых других технических рекомендаций.

Фото:

.