Co to jest prostownik półfalowy: obwód i jego charakterystyka

W samym okresie 1880 roku rozpoczęto identyfikację i wyjątkowość prostowników. Rozwój prostowników doprowadził do wynalezienia różnych podejść w dziedzinie energoelektroniki. Początkowa dioda zastosowana w prostowniku została zaprojektowana w 1883 roku. Wraz z ewolucją diod próżniowych, która była pionierem w pierwszych dniach XX wieku, pojawiły się ograniczenia dotyczące prostowników. Podczas gdy modyfikacje rtęciowych lamp łukowych rozszerzono stosowanie prostowników na różne zakresy megawatów. A jedynym typem prostownika jest prostownik półokresowy.

Ulepszenie diod próżniowych pokazało ewolucję rtęciowych lamp łukowych, a te rtęciowe lampy łukowe nazwano lampami prostownikowymi. Wraz z rozwojem prostowników wprowadzono wiele innych materiałów. Więc to jest krótkie wyjaśnienie, jak ewoluowały prostowniki i jak się rozwijały. Pozwól nam jasno i szczegółowo wyjaśnić, czym jest prostownik półfalowy, jego obwód, zasada działania i właściwości.

Co to jest prostownik półfalowy?

Prostownik to urządzenie elektroniczne, które przekształca napięcie przemienne w napięcie stałe. Innymi słowy, przekształca prąd przemienny w prąd stały. Prostownik jest używany w prawie wszystkich urządzeniach elektronicznych. Przeważnie służy do zamiany napięcia sieciowego na napięcie stałe w zasilacz Sekcja. Dzięki zastosowaniu zasilania prądem stałym działają urządzenia elektroniczne. Ze względu na okres przewodzenia prostowniki są podzielone na dwie kategorie: prostownik półfalowy i Prostownik pełnookresowy

Budowa

W porównaniu z prostownikiem pełnookresowym, HWR jest najłatwiejszym prostownikiem do budowy. Tylko z jedną diodą można wykonać konstrukcję urządzenia.

HWR Construction

Prostownik półfalowy składa się z następujących elementów:

• Źródło prądu przemiennego
• Rezystor w sekcji obciążenia
• Dioda
• Transformator obniżający napięcie

Źródło prądu przemiennego

To źródło prądu dostarcza prąd przemienny do całego obwodu. Ten prąd AC jest generalnie reprezentowany jako sygnał sinusoidalny.

Transformator obniżający napięcie

Aby zwiększyć lub zmniejszyć napięcie AC, zwykle stosuje się transformator. Ponieważ używany jest tutaj transformator obniżający, zmniejsza on napięcie AC, a gdy używany jest transformator podwyższający, zwiększa napięcie AC z poziomu minimalnego do wysokiego. W HWR stosuje się głównie transformator obniżający napięcie, ponieważ wymagane napięcie dla diody jest bardzo minimalne. Gdy transformator nie jest używany, duża ilość napięcia zmiennego spowoduje uszkodzenie diody. Podczas gdy w kilku sytuacjach można również użyć transformatora podwyższającego.

W urządzeniu obniżającym uzwojenie wtórne ma minimalne zwoje niż uzwojenie pierwotne. Z tego powodu transformator obniżający napięcie zmniejsza poziom napięcia z uzwojenia pierwotnego do wtórnego.

Dioda

Zastosowanie diody w prostowniku półfalowym umożliwia przepływ prądu tylko w jednym kierunku, natomiast zatrzymuje przepływ prądu w innym torze.

Rezystor

To urządzenie, które blokuje przepływ prądu elektrycznego tylko do określonego poziomu.

To jest budowa prostownika półfalowego .

Działanie prostownika półfalowego

Podczas dodatniego półcyklu dioda jest w stanie spoczynku przewodzenia i przewodzi prąd do RL (rezystancja obciążenia). Na obciążeniu powstaje napięcie, które jest takie samo jak wejściowy sygnał AC dodatniego półokresu.

Alternatywnie, podczas ujemnego półcyklu, dioda jest w stanie polaryzacji wstecznej i nie ma przepływu prądu przez diodę. Na obciążeniu pojawia się tylko napięcie wejściowe AC i jest to wynik netto, który jest możliwy podczas dodatniego półokresu. Napięcie wyjściowe pulsuje napięciem stałym.

Obwody prostownika

Obwody jednofazowe lub wielofazowe znajdują się pod obwody prostownika . W zastosowaniach domowych stosowane są jednofazowe obwody prostownika małej mocy, a przemysłowe aplikacje HVDC wymagają trójfazowego prostowania. Najważniejsze zastosowanie pliku Dioda złączowa PN jest prostowaniem i jest to proces zamiany prądu przemiennego na prąd stały.

Rektyfikacja półfalowa

W jednofazowym prostowniku półfalowym przepływa ujemna lub dodatnia połowa napięcia przemiennego, podczas gdy druga połowa napięcia przemiennego jest blokowana. Stąd wyjście otrzymuje tylko połowę fali prądu przemiennego. Do prostowania jednofazowego półfalowego wymagana jest pojedyncza dioda trzy diody do zasilania trójfazowego. Prostownik półokresowy wytwarza więcej tętnień niż prostowniki pełnookresowe, a aby wyeliminować harmoniczne, wymaga znacznie większego filtrowania.

Jednofazowy prostownik półfalowy

Dla sinusoidalnego napięcia wejściowego, wyjściowe napięcie DC bez obciążenia dla idealnego prostownika półfalowego wynosi

Vrms = Vpeak / 2

Vdc = Vpeak / ᴨ

Gdzie

• Vdc, Vav - napięcie wyjściowe DC lub średnie napięcie wyjściowe
• Vpeak - wartość szczytowa napięcia fazy wejściowej
• Vrms - napięcie wyjściowe wartości średniej kwadratowej

Działanie prostownika półfalowego

Dioda złączowa PN przewodzi tylko w stanie przewodzenia. Prostownik półokresowy wykorzystuje rozszerzenie taka sama zasada jak dioda złączowa PN iw ten sposób przekształca prąd przemienny w prąd stały. W obwodzie prostownika półfalowego rezystancja obciążenia jest połączona szeregowo z diodą złączową PN. Prąd przemienny jest wejściem prostownika półfalowego. Transformator obniżający napięcie pobiera napięcie wejściowe i wynikowe wyjście transformator jest podawany do rezystora obciążenia i do diody.

Działanie HWR jest wyjaśnione w dwóch fazach, którymi są

• Pozytywny proces półfalowy
• Negatywny proces półfalowy

Pozytywna półfala

Gdy częstotliwość 60 Hz jako napięcie wejściowe AC, transformator obniżający napięcie zmniejsza je do minimalnego napięcia. Zatem minimalne napięcie jest generowane na uzwojeniu wtórnym transformatora. To napięcie na uzwojeniu wtórnym jest określane jako napięcie wtórne (Vs). Minimalne napięcie jest podawane jako napięcie wejściowe do diody.

Gdy napięcie wejściowe dociera do diody, w czasie dodatniego półcyklu, dioda przechodzi w stan polaryzacji przewodzenia i zezwala na przepływ prądu elektrycznego, podczas gdy w czasie półcyklu ujemnego dioda przechodzi w stan polaryzacji ujemnej i utrudnia przepływ prądu elektrycznego. Dodatnia strona sygnału wejściowego, który jest przyłożony do diody, jest taka sama, jak przewodzące napięcie DC, które jest przykładane do diody P-N. W ten sam sposób ujemna strona sygnału wejściowego, który jest przyłożony do diody, jest taka sama, jak odwrotne napięcie DC, które jest podawane na diodę P-N

Tak więc było wiadomo, że dioda przewodzi prąd w stanie spolaryzowanym do przodu i blokuje przepływ prądu w stanie spolaryzowanym odwrotnie. W ten sam sposób w obwodzie prądu przemiennego dioda umożliwia przepływ prądu przez czas trwania + ve cyklu i blokuje przepływ prądu w czasie -ve cyklu. Dochodząc do + ve HWR, nie będzie całkowicie blokować -ve półcyklów, pozwala na kilka segmentów -ve półcyklów lub pozwala na minimalny prąd ujemny. Jest to obecna generacja ze względu na mniejszościowe nośniki ładunku, które znajdują się w diodzie.

Generowanie prądu przez te mniejszościowe nośniki ładunku jest bardzo minimalne i dlatego można je zaniedbać. Ta minimalna część z połowy cykli nie jest w stanie zaobserwować w sekcji obciążenia. W praktycznej diodzie przyjmuje się, że prąd ujemny wynosi „0”.

Rezystor w sekcji obciążenia wykorzystuje prąd stały wytwarzany przez diodę. Tak więc rezystor jest określany jako rezystor obciążenia elektrycznego, w którym napięcie / prąd stały jest obliczany na tym rezystorze (R_L). Moc elektryczna jest uważana za współczynnik elektryczny obwodu, który wykorzystuje prąd elektryczny. W HWR rezystor wykorzystuje prąd wytwarzany przez diodę. Z tego powodu rezystor nazywany jest rezystorem obciążenia. R_Lw HWR jest używany do ograniczenia lub ograniczenia dodatkowego prądu stałego generowanego przez diodę.

Stwierdzono więc, że sygnał wyjściowy w prostowniku półokresowym jest ciągłym dodatnim pięcioma półcyklami, które mają postać sinusoidalną.

Negatywna półfala

Działanie i konstrukcja prostownika półokresowego w sposób ujemny jest prawie identyczna jak prostownika półokresowego dodatniego. Jedynym scenariuszem, który zostanie tutaj zmieniony, jest kierunek diody.

Gdy częstotliwość 60 Hz jako napięcie wejściowe AC, transformator obniżający napięcie zmniejsza je do minimalnego napięcia. Zatem minimalne napięcie jest generowane na uzwojeniu wtórnym transformatora. To napięcie na uzwojeniu wtórnym jest określane jako napięcie wtórne (Vs). Minimalne napięcie jest podawane jako napięcie wejściowe do diody.

Kiedy napięcie wejściowe dociera do diody, w czasie ujemnego półcyklu, dioda przechodzi w stan polaryzacji przewodzenia i zezwala na przepływ prądu elektrycznego, podczas gdy w czasie dodatniego półcyklu dioda przechodzi w stan polaryzacji ujemnej i utrudnia przepływ prądu elektrycznego. Ujemna strona sygnału wejściowego, który jest przyłożony do diody, jest taka sama, jak przewodzące napięcie DC, które jest przykładane do diody P-N. W ten sam sposób dodatnia strona sygnału wejściowego, który jest podawany na diodę, jest taka sama, jak odwrotne napięcie prądu stałego, które jest przykładane do diody P-N

Tak więc było wiadomo, że dioda przewodzi prąd w stanie spolaryzowanym do tyłu i blokuje przepływ prądu w stanie spolaryzowanym do przodu. W ten sam sposób w obwodzie prądu przemiennego dioda umożliwia przepływ prądu przez czas trwania -v cyklu i blokuje przepływ prądu w czasie + ve cyklu. Dochodząc do -ve HWR, nie będzie całkowicie blokować + ve pół cykli, pozwala na kilka segmentów + ve pół cykli lub pozwala na minimalny prąd dodatni. Jest to obecna generacja ze względu na mniejszościowe nośniki ładunku, które znajdują się w diodzie.

Generowanie prądu przez te mniejszościowe nośniki ładunku jest bardzo minimalne i dlatego można je zaniedbać. Ta minimalna część + ve pół cykli nie jest w stanie zaobserwować w sekcji obciążenia. W praktycznej diodzie przyjmuje się, że prąd dodatni wynosi „0”.

Rezystor w sekcji obciążenia wykorzystuje prąd stały wytwarzany przez diodę. Tak więc rezystor jest określany jako rezystor obciążenia elektrycznego, w którym napięcie / prąd stały jest obliczany na tym rezystorze (R_L). Moc elektryczna jest uważana za współczynnik elektryczny obwodu, który wykorzystuje prąd elektryczny. W HWR rezystor wykorzystuje prąd wytwarzany przez diodę. Z tego powodu rezystor nazywany jest rezystorem obciążenia. R_Lw HWR jest używany do ograniczenia lub ograniczenia dodatkowego prądu stałego generowanego przez diodę.

W idealnej diodzie, + ve i -ve półcykli w sekcji wyjściowej wydaje się być podobne do + ve i -ve półcyklu.Ale w praktycznych scenariuszach, + ve i -ve pół cykli są nieco inne i to jest pomijalne.

Stwierdzono więc, że sygnał wyjściowy w prostowniku półfalowym jest ciągłym półokresem o przebiegu sinusoidalnym. Tak więc wyjście prostownika półfalowego to ciągłe sygnały sinusoidalne + ve i -ve, ale nie czysty sygnał DC i pulsujący.

Działanie prostownika półfalowego

Ta pulsująca wartość prądu stałego zmienia się w krótkim okresie czasu.

Działanie prostownika półfalowego

Podczas dodatniego półcyklu, gdy uzwojenie wtórne górnego końca jest dodatnie w stosunku do dolnego końca, dioda jest w stanie polaryzacji przewodzenia i przewodzi prąd. Podczas dodatnich półcykli napięcie wejściowe jest przykładane bezpośrednio do rezystancji obciążenia, gdy przyjmuje się, że rezystancja przewodzenia diody wynosi zero. Przebiegi napięcia wyjściowego i prądu wyjściowego są takie same, jak napięcia wejściowego AC.

Podczas ujemnego półcyklu, gdy uzwojenie wtórne dolnego końca jest dodatnie w stosunku do górnego końca, dioda jest w stanie polaryzacji wstecznej i nie przewodzi prądu. Podczas ujemnego półcyklu napięcie i prąd na obciążeniu pozostają zerowe. Wielkość prądu wstecznego jest bardzo mała i jest zaniedbywana. Zatem żadna moc nie jest dostarczana podczas ujemnego półcyklu.

Seria dodatnich półokresów to napięcie wyjściowe, które powstaje na rezystancji obciążenia. Sygnał wyjściowy jest pulsującą falą prądu stałego i do uzyskania gładkich fal wyjściowych stosowane są filtry, które powinny znajdować się w poprzek obciążenia. Jeśli fala wejściowa jest półokresowa, jest znana jako prostownik półokresowy.

Trójfazowe obwody prostownika półfalowego

Niesterowalny prostownik trójfazowy półfalowy wymaga trzech diod, z których każda jest podłączona do jednej fazy. Trójfazowy obwód prostownika cierpi z powodu dużej ilości zniekształceń harmonicznych na połączeniach DC i AC. Po stronie napięcia wyjściowego DC występują trzy różne impulsy na cykl.

Trójfazowy HWR jest używany głównie do przekształcania trójfazowej mocy prądu przemiennego w trójfazową moc prądu stałego. W tym miejscu zamiast diod stosuje się przełączniki, które nazywane są przełącznikami niekontrolowanymi. Tutaj niekontrolowane przełączniki odpowiadają, że nie ma podejścia do regulacji czasów włączenia i wyłączenia przełączników. To urządzenie jest zbudowane przy użyciu trójfazowego źródła zasilania, które jest podłączone do trójfazowego transformatora, w którym uzwojenie wtórne transformatora jest zawsze połączone w gwiazdę.

Tutaj następuje tylko połączenie w gwiazdę, ponieważ punkt neutralny jest konieczny, aby ponownie podłączyć obciążenie do uzwojenia wtórnego transformatora, zapewniając w ten sposób kierunek powrotu dla przepływu mocy.

Ogólna konstrukcja 3-fazowego HWR zapewniającego czysto rezystancyjne obciążenie jest pokazana na poniższym rysunku. W projekcie konstrukcyjnym każda faza transformatora jest określana jako indywidualne źródło prądu przemiennego.

Sprawność uzyskana dzięki transformatorowi trójfazowemu wynosi prawie 96,8%. Chociaż wydajność trzech faz HWR jest większa niż jednofazowego HWR, jest mniejsza niż wydajność trójfazowego prostownika pełnookresowego.

Trójfazowy HWR

Charakterystyka prostownika półfalowego

Charakterystyka prostownika półfalowego dla następujących parametrów

PIV (szczytowe napięcie odwrotne)

W stanie polaryzacji wstecznej dioda musi wytrzymać ze względu na swoje maksymalne napięcie. Podczas ujemnego półcyklu przez obciążenie nie przepływa prąd. Tak więc całe napięcie pojawia się na diodzie, ponieważ nie ma spadku napięcia na rezystancji obciążenia.

PIV prostownika półfalowego = V._SMAX

To jest PIV prostownika półokresowego .

Prądy średnie i szczytowe w diodzie

Zakładając, że napięcie na uzwojeniu wtórnym transformatora jest sinusoidalne, a jego wartość szczytowa wynosi V._SMAX. Chwilowe napięcie podawane do prostownika półokresowego wynosi

Vs = V_SMAXBez wt

Prąd przepływający przez rezystancję obciążenia wynosi

ja_MAX= V_SMAX/ (R_fa+ R._L)

Rozporządzenie

Regulacja to różnica między napięciem bez obciążenia a napięciem pełnego obciążenia w odniesieniu do napięcia pełnego obciążenia, a procentowa regulacja napięcia jest podana jako

% Regulacji = {(V bez obciążenia - V pełne obciążenie) / V pełne obciążenie} * 100

Wydajność

Stosunek wejściowego prądu przemiennego do wyjściowego prądu stałego nazywany jest wydajnością (?).

? = Pdc / Pac

Moc prądu stałego dostarczana do obciążenia wynosi

Pdc = I^dwa_dcR_L= (I_MAX/ ᴨ)^dwaR_L

Moc wejściowa AC do transformatora,

Pac = Strata mocy w rezystancji obciążenia + rozpraszanie mocy w diodzie złączowej

= Ja^dwa_rmsR_fa+ I^dwa_rmsR_L= {I^dwa_MAX/ 4} [R_fa+ R._L]

? = Pdc / Pac = 0,406 / {1 + R_fa/ R_L}

Sprawność prostownika półfalowego wynosi 40,6%, gdy R._fajest zaniedbany.

Współczynnik tętnienia (γ)

Zawartość tętnienia jest definiowana jako ilość zawartości prądu przemiennego obecnego w wyjściowym DC. Jeśli współczynnik tętnienia jest mniejszy, wydajność prostownika będzie większa. Wartość współczynnika tętnienia wynosi 1,21 dla prostownika półokresowego.

Moc DC generowana przez HWR nie jest dokładnym sygnałem DC, ale pulsującym sygnałem DC, aw postaci pulsującego prądu stałego występują tętnienia. Te tętnienia można zmniejszyć, stosując urządzenia filtrujące, takie jak cewki indukcyjne i kondensatory.

Aby obliczyć liczbę tętnień w sygnale DC, używany jest współczynnik nazywany współczynnikiem tętnienia, który jest reprezentowany jako γ . Gdy współczynnik tętnienia jest wysoki, pokazuje wydłużoną pulsującą falę prądu stałego, podczas gdy minimalny współczynnik tętnienia pokazuje minimalną pulsującą falę prądu stałego,

Gdy wartość γ jest bardzo minimalna, oznacza to, że wyjściowy prąd stały jest prawie taki sam, jak czysty sygnał DC. Można więc stwierdzić, że im niższy współczynnik tętnienia, tym gładszy jest sygnał DC.

W formie matematycznej ten współczynnik tętnienia jest oznaczony jako stosunek wartości skutecznej sekcji AC do sekcji DC napięcia wyjściowego.

Współczynnik tętnienia = wartość RMS sekcji AC / wartość RMS sekcji DC

ja^dwa= Ja^dwa_dc+ I^dwa₁+ I^dwa_dwa+ I^dwa₄= Ja^dwa_dc+ I^dwa_i

γ = ja_i/ JA_dc= (I^dwa- JA^dwa_dc) / JA_dc= {(I_rms/ JA^dwa_dc) / Idc = {(I_rms/JA^dwa_dc) -1} = k_fa^dwa-1)

Gdzie kf - współczynnik kształtu

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

Więc, do = (1,572 - 1) = 1,21

Współczynnik wykorzystania transformatora (TUF)

Jest definiowany jako stosunek mocy AC dostarczanej do obciążenia i wtórnej wartości znamionowej AC transformatora. TUF prostownika półokresowego wynosi około 0,287.

HWR z filtrem kondensatorowym

Zgodnie z ogólną teorią, którą omówiono powyżej, wyjście prostownika półfalowego jest pulsującym sygnałem prądu stałego. Jest to uzyskiwane, gdy HWR działa bez implementacji filtra. Filtry są urządzeniem służącym do przekształcania pulsującego sygnału DC na stabilne sygnały DC, czyli (konwersja sygnału pulsującego na sygnał gładki). Można to osiągnąć poprzez tłumienie tętnień prądu stałego, które występują w sygnale.

Chociaż te urządzenia mogą być teoretycznie używane bez filtrów, ale powinny być zaimplementowane do jakichkolwiek praktycznych zastosowań. Ponieważ urządzenie prądu stałego będzie wymagało stałego sygnału, sygnał pulsujący musi zostać przekształcony na gładki, aby mógł być używany w rzeczywistych zastosowaniach. To jest powód, dla którego HWR jest używany z filtrem w praktycznych scenariuszach. W miejsce filtra można zastosować cewkę indukcyjną lub kondensator, ale najczęściej używanym urządzeniem jest HWR z kondensatorem.

Poniższy rysunek przedstawia schemat obwodu budowy prostownik półfalowy z filtrem kondensatorowym i jak wygładza pulsujący sygnał DC.

Zalety i wady

W porównaniu z prostownikiem pełnookresowym prostownik półokresowy nie jest tak często używany w zastosowaniach. Mimo że to urządzenie ma kilka zalet. Plik zalety prostownika półfalowego to :

• Tani - ponieważ używana jest minimalna liczba komponentów
• Prosty - ze względu na to, że projekt obwodu jest całkowicie prosty
• Łatwy w użyciu - ponieważ konstrukcja jest łatwa, wykorzystanie urządzenia również będzie usprawnione
• Mała liczba komponentów

Plik wady prostownika półfalowego są:

• W sekcji obciążenia moc wyjściowa jest zawarta zarówno w składowych DC, jak i AC, gdzie podstawowy poziom częstotliwości jest podobny do poziomu częstotliwości napięcia wejściowego. Wystąpi również zwiększony współczynnik tętnienia, co oznacza, że ​​szum będzie wysoki i potrzebne jest rozszerzone filtrowanie, aby zapewnić stałą moc wyjściową DC.
• Ponieważ moc będzie dostarczana tylko w czasie jednego półokresu napięcia wejściowego AC, ich wydajność prostowania jest minimalna, a także moc wyjściowa będzie mniejsza.
• Prostownik półfalowy ma minimalny współczynnik wykorzystania transformatora
• W rdzeniu transformatora dochodzi do nasycenia DC, co skutkuje prądem magnesującym, stratami histerezy, a także rozwojem harmonicznych.
• Ilość prądu stałego dostarczona z prostownika półfalowego nie jest wystarczająca do wygenerowania nawet ogólnej ilości zasilania. Podczas gdy można to wykorzystać do kilku zastosowań, takich jak ładowanie baterii.

Aplikacje

Główny zastosowanie prostownika półfalowego polega na uzyskaniu zasilania AC z zasilania DC. Prostowniki stosowane są głównie w układach wewnętrznych zasilaczy w prawie każdym urządzeniu elektronicznym. W zasilaczach prostownik jest zwykle umieszczony szeregowo, a więc składa się z transformatora, filtra wygładzającego i regulatora napięcia. Kilka innych zastosowań HWR to:

• Zastosowanie prostownika w zasilaczu pozwala na konwersję prądu przemiennego na prąd stały. Mostki prostownicze są szeroko wykorzystywane w ogromnych zastosowaniach, w których mają zdolność przekształcania wysokiego poziomu napięcia zmiennego na minimalne napięcie prądu stałego.
• Wdrożenie HWR pomaga uzyskać wymagany poziom napięcia stałego za pomocą transformatorów obniżających lub podwyższających.
• To urządzenie jest również używane do spawania żelaza rodzaje obwodów i jest również stosowany jako środek odstraszający komary, aby wypychać ołów dla oparów.
• Używany w urządzeniu radiowym AM do celów wykrywania
• Używane jako obwody zapłonowe i generujące impulsy
• Stosowany we wzmacniaczach napięcia i urządzeniach modulujących.

Chodzi o Obwód prostownika półfalowego i pracy z jego cechami. Uważamy, że informacje podane w tym artykule są pomocne dla lepszego zrozumienia tego projektu. Ponadto w przypadku jakichkolwiek pytań dotyczących tego artykułu lub jakiejkolwiek pomocy w implementacji projekty elektryczne i elektroniczne , możesz skontaktować się z nami, komentując w sekcji komentarzy poniżej. Oto pytanie do Ciebie, jaka jest główna funkcja prostownika półokresowego?