Схема диодного моста генератора: Страница не найдена

Содержание

Диодный мост на 6 диодов и диодный мост на 8 диодов — Генераторы — — Каталог статей

Все статьи на сайте

Все статьи про диодный мост

 

На автомобилях применяется трехфазный синхронный генератор переменного тока.

Для работы электрооборудования нужен постоянный ток, поэтому выпрямитель -обязательный элемент генератора.

Трехфазный выпрямитель – это диодный мост по схеме Ларионова. Три плеча по два диода

Диодный мост на шесть диодов и диодный мост на 8 диодов.

Трехфазный диодный мост по схеме Ларионова, имеет 6 диодов, три плеча по два диода.

В диодном мосте может быть 8 диодов. Это в том случае, когда используется принцип повышения мощности генератора за счет использования тока третьей гармоники, который можно отбирать от средней точки трехфазной звезды.

Генератор переменного тока в идеале должен выдавать синусоидальное переменное напряжение, но этого не получается, выходное напряжение по конструктивным причинам получается искаженным. То есть, сильно несинусоидальным – это недостаток генератора переменного тока, но его можно частично скомпенсировать тем, что третью гармонику несинусоидального переменного напряжения можно выделить и ее энергию использовать.

                    

 

Обмотка статора соединяется звездой и от средней точки звезды делается вывод, напряжение которое действует в средней точке, выпрямляется дополнительным плечом диодного моста, поэтому получается мост на 8 диодов.

              

Многие конструкции диодных мостов делаются универсальными, для использования как шести диодов, так и 8 диодов. В этом случае у шести диодного моста позиции под 7 и 8 диоды просто остаются пустыми.

Примеры конструкций диодных мостов.

БПВО 76-105/15       8 диодов

БПВО 76-105/21       6 диодов 

БВО    76.2-105/02    6 диодов без доп. диодов

БВО      3-105-02       8 диодов генераторов 3282.3771 и  7702.3701 

На ВАЗ 2110, 12, 13, 14 штатно ставится генератор 9402.3701 или 5102.3771 на 80 Ампер. с диодными мостами 6 диодов

Или генераторы увеличенной мощности 3202.3771 на 90 Ампер,  или 5102.3771 на 100 Ампер, с диодными мостами 8 диодов.

       

 

                                

 

            

 

Конструкция генератора позволяет установить и шести диодный и восьми диодный мост. Если генератор рассчитан на применение шести диодного моста, то при установке восьми диодного моста просто ничего не изменится, можно ставить. Если генератор рассчитан на установку восьми диодного моста, то использование шести диодного моста, приведет к небольшому снижению максимального тока генератора, что в обычной эксплуатации со штатным электрооборудованием будет допустимо.

Примеры схем генератора для ВАЗ 2110

 

 На многих современных генераторах применяются диодные мосты 8 диодов, но уже без дополнительных диодов. DENSO, BOSCH, MITSUBISHI

Диодный мост для генератора

Для питания потребителей в бортовой сети автомобиля и обмотки возбуждения самого генератора во время работы двигателя, необходим электрический ток постоянного напряжения.

Расположение диодного моста

Стандартно выпрямительный блок расположен в задней части генератора. Например, на генераторе 37.3701 он крепится к задней стенке его задней крышки.

Устройство диодного моста генератора

На примере выпрямительного блока БПВ56-65-01 генератора 37.3701 автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099.

Выпрямительный блок состоит из двух алюминиевых теплоотводящих пластин, которые объединены в целую конструкцию через три изоляционные втулки при помощи заклепок. Одна пластина (нижняя) соединена с «массой», через корпус генератора, другая (верхняя) с «плюсом», через выводы обмоток статора. Плюсовая пластина имеет три контакта для присоединения выводов обмоток статора и вывод через который подается напряжение к потребителям (вывод «30»).

В каждую из пластин впаяно по три диода, т.е. три положительных диода (Д104-20) и три отрицательных (Д104-20Х), рассчитанных на ток не более 20А. Положительные и отрицательные диоды объединены попарно. Помимо этого имеются три дополнительных диода (КД223А), рассчитанных на 2А. Они установлены на пластмассовом держателе, и питают обмотку возбуждения генератора. Основные и дополнительные диоды объединены в общую шину, имеющую с одной стороны штекерный вывод (вывод 61 генератора) и вывод на регулятор напряжения с другой стороны.

Принцип действия диодного моста генератора

Принцип действия диодного моста основан на свойстве диодов пропускать электрический ток только в одном направлении. Электрический ток попадает в диодный мост через крепящиеся к нему выводы обмоток статора. Он протекает через диоды в одном направлении. Но никак обратно. Поэтому ток получается постоянный (выпрямленный).

Неисправности выпрямительного блока генератора

Основных неисправностей всего две: «обрыв» и «короткое замыкание» диодов. При наличии «обрыва» диод перестает пропускать электрический ток, при «коротком замыкании» ток проходит в обоих направлениях – диод «пробит». Подробнее:

Применяемость выпрямительных блоков на автомобилях ВАЗ

— Генератор 37.3701 – выпрямительные блоки с двумя выводами (до 1996 года выпуска): БПВ-56-65-01, БПВ-56-65-02Б, с одним выводом (вывод «61» на корпусе моста): БПВ-56-65-02Г.

Примечания и дополнения

— Электрический ток переменного напряжения – ток, изменяющийся по величине и направлению через равные промежутки времени.

— Электрический ток постоянного напряжения – ток, не изменяющийся по величине направлению в течении всего времени.

— Диод (полупроводниковый) – электронный прибор, состоящий из пластин кремния или магния имеющих определенные свойства. Если к его положительному выводу (анод) подсоединить «плюс», а к отрицательному (катод) «минус», то по нему потечет электрический ток в одном направлении (диод открыт). Если полярность поменять местами, то ток не пройдет (диод закрыт).

Еще статьи по автомобильному генератору

Выпрямительный блок генератора (диодный мост) автомобиля предназначен для преобразования переменного тока, вырабатываемого генератором, в постоянный с дальнейшей подачей его в бортовую сеть и на зарядку аккумуляторной батареи. Неисправность диодного моста (короткое замыкание, обрыв или «пробой») является причиной исчезновения или уменьшения выдаваемого им тока.

Исправный диод проводит ток только в одном направлении и никак в другом. Если он пропускает ток в обеих направлениях, налицо неисправность — короткое замыкание (диод «пробит»). Если он вообще не пропускает ток ни в каком направлении, налицо другая неисправность — «обрыв». От этого и будем отталкиваться при проведении проверки.

Проверить исправность диодного моста в домашних условиях можно с помощью обычного мультиметра в режиме «прозвонки диодов». Однако, хотя этот способ и проще, но не такой надежный, так как прибор дает совсем небольшие токи нагрузки и неисправный диод можно просто не определить.

Поэтому, диоды следует проверять под нагрузкой, например, с помощью контрольной лампы в несколько ватт — чем больше, тем лучше. Для этого воспользуемся обычной автомобильной лампочкой 12В мощностью 21 Вт, источником тока послужит аккумуляторная батарея. К плюсовой «+» клемме последовательно подключаем лампу с плюсовым проводом, к минусовой «-» клемме минусовой провод. При замыкании проводов лампа загорается.

1. Для начала, проверим диодный мост на короткое замыкание между пластинами.
Прижимаем положительный «+» провод к верхней пластине, а отрицательный к нижней. Если лампа не загорелась, то короткое замыкание отсутствует.

*При смене полярности лампа должна загореться, так как ток от нижней пластины свободно проходит через отрицательный и положительный диоды к верхней пластине — цепь замыкается.

2. Проверим положительные диоды на «пробой» и обрыв.

Положительный «+» провод прижимаем к верхней пластине, отрицательный «-» поочередно к точкам соединения диодов.

Если диоды исправны, то лампочка не загорается. При смене полярности лампочка загорается — обрыва нет.

3. Проверим отрицательные диоды на «пробой» и обрыв.
Отрицательный «-» провод прижимаем к нижней пластине, положительный «+» поочередно к точкам соединения диодов.

Если диоды исправны, то лампочка не загорается. При смене полярности лампочка загорается — обрыва нет.

4. Проверяем дополнительные диоды на «пробой» и обрыв.
Прижимаем положительный «+» провод к входу «61» генератора. Отрицательный «-» провод поочередно к точкам соединения диодов.

Если диоды исправны, то лампочка не загорается. При смене полярности лампочка загорается — обрыва нет.

Кроме исправности и неисправности диодов с помощью мультиметра косвенно мы можем определить их качество. Для этого переводим прибор в режим «прозвона диодов» или измерения сопротивления 2000 Ом и проверяем каждый диод.

Он должен показать сопротивление порядка 400-700 Ом, при этом различие в показаниях между тремя диодами не должно превышать 5 Ом. Если какой-либо из диодов показывает значительную разницу, то диодный мост может работать неправильно и его лучше заменить.

Более подробная проверка диодного моста проводится на специальном стенде при помощи осциллографа.

1. Позволяет провести ток возбуждения прямо внутри генератора минуя контакты замка зажигания

2. Цепь возбуждения с дополнительными диодами отделена от аккумулятора лампочкой, это снижает первоначальный ток возбуждения и исключает быструю разрядку аккумулятора, если двигатель не завелся, а зажигание включено.

3. При запуске двигателя, в генератор через лампочку проходит очень маленький ток возбуждения, поэтому генератор вращается очень легко, что облегчает работу стартера.

4. Лампочка в цепи возбуждения ограничивает ток первоначального возбуждения и позволяет контролировать работу генератора

Теперь более подробно

На автомобилях применяется трехфазный синхронный генератор переменного тока.

Для работы электрооборудования нужен постоянный ток, поэтому в генераторе обязательно установлен выпрямитель. Выпрямитель трехфазного генератора – это диодный мост

по схеме Ларионова.-Три плеча по два диода

Такие диодные мосты использовались на ранних типах генераторов для автомобилей «Москвич», «Зил 130», «Жигули»

Простой диодный мост на Жигули без дополнительных диодов

Любой автомобильный генератор работает в паре с регулятором напряжения. Регулятор поддерживает заданный уровень напряжения генератора. Через регулятор напряжения проходит ток возбуждения, который создает магнитное поле ротора. При вращении ротора происходит изменение магнитного поля, пересекающего обмотку генератора, что рождает в обмотке генератора ЭДС.

В ранних генераторах использовался самый простой транзисторный регулятор напряжения

Для возбуждения генератора сначала нужно подать в него ток от аккумулятора. При включении зажигания этот ток проходит от аккумулятора, через точку выхода выпрямителя и далее, через щетки в обмотку возбуждения. Когда генератор возбудился, то он уже сам становится источником, и начинает заряжать аккумулятор, питать все нагрузки. Часть своего тока генератор отдает на собственное возбуждение. Ток возбуждения идет через замок зажигания

Ток возбуждения мощного генератора достигает 5 Ампер, это довольно большой ток, который греет провода и нагрузки, а при размыкании создает сильную искру. Весь ток возбуждения проходит через контакты замка зажигания, и контакты постепенно сгорают. Это снижает надежность замка зажигания – ухудшается зарядка аккумулятора и нарушается стабильность работы системы зажигания. Надо сделать так, чтобы ток возбуждения, не проходил через замок зажигания. Питание обмотки возбуждения можно сделать прямо в генераторе, если отвести часть тока обмоток, через дополнительные диоды.

По мере накопления опыта использования генераторов переменного тока первого поколения, выявилась такая проблема. Аккумулятор оказывался разряженным, неожиданно для водителя. Причина была в том, что забытый или случайно оставленный включенным замок зажигания, держал цепь возбуждения генератора включенной и аккумулятор разряжался через обмотку возбуждения током 3-5 ампер. Для не очень нового и, как обычно, не полностью заряженного аккумулятора достаточно 2-3 часа и аккумулятор уже не мог завести двигатель. Такое явление объяснялось тем, что для первоначального возбуждения генератора при запуске двигателя, обмотка возбуждения питалась от аккумулятора через замок зажигания. Если замок зажигания выключен, то проблемы не было. Но один – два раза в год многие водители не выключали зажигание по разным причинам.

Применение дополнительных диодов и предварительное возбуждение через лампочку, позволило решить эту проблему.

Аккумулятор, по-прежнему, был необходим для первоначального возбуждения, но в цепь возбуждения включали лампочку, которая сильно ограничивала ток возбуждения на уровне 100 миллиампер, для первоначально возбуждения генератора этого было достаточно, но для работы генератора на полную мощность, нужен уже большой ток возбуждения – примерно 5 Ампер.

В такой схеме генератора – с лампочкой в цепи возбуждения, рабочий ток возбуждения подводится в ротор от дополнительного выпрямителя, который не связан с аккумулятором, поэтому, если двигатель не работал, оставленный включенным, замок зажигания, не приводил к быстрой разрядке аккумулятора, так как на пути тока разрядки стояла лампочки и сильно ограничивала ток.

Через замок зажигания проходит проходит только ток первоначального возбуждения, ограниченный лампочкой, это разгружает контакты замка зажигания и делает систему зарядки более надежной.

Лампочка становится очень удобным индикатором процесса зарядки. Если она горит, при работающем двигателе, значит генератор не заряжает аккумулятор.

Таким образом, смысл применения дополнительных диодов для питания обмотки возбуждения генератора состоит в том, чтобы ток возбуждение генератора отбирался прямо в генераторе и не проходил через замок зажигания, и чтобы не происходила неожиданная разрядка аккумулятора, если замок зажигания оставался включенным при неработающем двигателе.

Еще одно важное достоинство схемы генератора с дополнительными диодами:

При запуске двигателя в схеме без доп. диодов, сразу идет большой ток возбуждения от аккумулятора, генератор полностью возбуждается и сильно сопротивляется вращению стартера.

В схеме с лампочкой, ток первоначального возбуждения получается небольшим и генератор крутить легко, он полностью возбуждается уже после отключения стартера, что заметно облегчает запуск двигателя.

Схема с дополнительными диодами широко применялась всеми производителями генераторов в 80 и 90-е годы, и до сих пор, генераторы по этой схеме производятся для автомобилей прежних лет выпуска.

Для современных генераторов схема с дополнительными диодами не применяется. Диодные мосты с дополнительными диодами выпускаются только для генераторов, разработанных в прошлом.

В современных, в генераторах применяют более сложные регуляторы напряжения с микроконтроллерами, они позволяют точно регулировать напряжение, разгружать замок зажигания, защищать аккумулятор от разрядки, облегчать работу стартера при запуске. (См статью «Генераторы S IG L Denso Toyota.) . и обеспечивать расширенные функции диагностики генератора.

К такому типу генераторов относится и последнее поколение российских генераторов без дополнительных диодов с многофункциональным регулятором напряжения.

Это генераторы на «Шеви -Ниву», «Калину», «Гранту» и все последующие модели ВаЗ, а также наиболее современные генераторы для ГАЗа и КАМАЗА

В настоящее время производятся диодные мосты трех поколений. Для старых генераторов без дополнительных диодов, для генераторов среднего поколения с дополнительными диодами и для современных генераторов, снова без дополнительных диодов.

Если конструктивно диодные мосты совпадают, то для старых генераторов вполне можно использовать диодный мост с доп. диодами, при этом про доп. диоды надо просто забыть.

Можно использовать и наоборот, все будет работать, лампочку придется шунтировать, то есть, восстановить старую схему, только не надо забывать выключить зажигание, если двигатель не работает.

Для многих современных генераторов диодные мосты без доп диодов, имеют конструкцию выходящую из предыдущей с дополнительными диодами, (сравним БВО 3 -105-01 и БВО 4-105-01 см. последний рисунок) поэтому они полностью совместимы по размерам и местам крепления.

Старый диодный мост с доп диодами можно смело ставить в более современный генератор (9402.3701-03 без доп диодов), но регулятор напряжения нужно поставить тоже старого типа (778.3702). Можно поставить и с новым регулятором (845.3702) только дополнительные диоды не присоединять, но придется сделать дополнительный вывод фазы для работы многофункционального регулятора напряжения и соединить второй вывод регулятора с плюсовым выводом диодного моста.. Наоборот тоже можно ставить. Если есть диодный мост без доп. диодов, его можно поставить в старый генератор (9402.3701), но нужно, либо припаять доп. диоды, либо подобрать регулятор напряжения, который работает с управлением от фазы (845. 3702). Внешняя проводка в переделках не нуждается.

Диодные мосты с доп. диодами могут иметь дополнительную клемму, подключенную к фазе. Она нужна для очень ранних генераторов, которые стояли на «Волгах» и «Газелях», с тахометрами, которые как у дизельных машин, работали от генератора. Эти диодные мосты можно смело ставить на более современные генераторы.

Зачем нужен диодный мост

Одним из базовых элементов в современной электронике является диод. Он используется в схемах, где необходимо выпрямление переменного тока, и применяется практически во всех бытовых приборах. Найти его можно в телевизоре, компьютере, холодильнике, магнитофоне и т.д. Так же он широко используется в промышленной электронике, входит в состав схем, управляющих технологическими процессами. Мощные силовые диоды используются в полууправляемых тиристорных преобразователях. На базе диода собрана так называемая схема Гертца, которая получила название диодный мост. Соединение диодов по мостовой схеме позволило выпрямлять переменное напряжение и преобразовывать его в пульсирующее, которое потом можно стабилизировать и выпрямить с помощью схем стабилизации напряжения и конденсаторов. В результате на выходе такого прибора можно получить постоянное напряжение.

Во времена Лео Гертца использовать диодный мост было проблематично, так как диоды в то время были ламповые. Ставить на выпрямление переменного тока сразу четыре лампы было, по крайней мере, непрактично, в то время они были очень дорогими. Ситуация сильно изменилась с появлением полупроводниковых приборов, они гораздо компактнее и дешевле.

Собрать диодный мост можно и самому, например, для собственной домашней лаборатории. Для этого подбираем четыре диода с допустимым обратным напряжением 400-500 Вольт. Катоды одной пары диодов соединяем вместе — это будет плюсовой вывод моста. Аноды второй пары также соединяем вместе – это, соответственно, минусовой вывод. Теперь объединяем две пары в мостовую схему, на оставшиеся два вывода можно подавать переменное напряжение. На выходе диодного моста запаиваем полярный конденсатор и параллельно ему — разрядное сопротивление. Получился диодный мост, который можно вмонтировать в рабочий стол и подсоединить через переменное высокоомное сопротивление к питающей сети. Выходное напряжение такого устройства будет регулироваться от нуля и до величины амплитудного значения питающей сети, что очень удобно для питания маломощных схем в процессе наладки или для создания опорного напряжения.

Также мостовая схема применяется в автомобиле, здесь используется так называемый диодный мост генератора. Он служит для преобразования переменного напряжения, которое вырабатывает генератор, в постоянное напряжение, которое используется во всех устройствах автомобиля. Постоянное напряжение также необходимо для подзарядки автомобильного аккумулятора. Выход из строя даже одного элемента диодного моста приводит к нестабильной работе всей схемы.

Для сварки постоянным током также необходимо использование диодного моста. В этом случае применяют диоды большей мощности, чем в автомобиле, и с большим допустимым значением обратного напряжения. Диодный мост для сварочного аппарата можно собрать самостоятельно, используя мощные диоды. Класс диодов выбирается в зависимости от питающего напряжения, получаемого со сварочного трансформатора.

Диодный мост: основные особенности » Онлайн Вологда

Под диодным мостом понимается радиодеталь, составляющими элементами которой являются диоды, соединённые между собой особым способом. На схемах диодный мост обозначается специальными символами: треугольником с пересеченными линиями. Основной функцией такой конструкции является получение из переменного тока постоянный.

Особенности диодного моста

По сути любой диод – это выпрямитель. Он способен пропускать электрический ток лишь в одном направлении. Именно для того чтобы повысить эффективность такой конструкции используют диодные мосты. Чаще всего они состоят из четырёх диодов. Иногда используют шестидиодные мосты. В процессе своей работы подобные устройства способны создавать пульсирующее напряжение. Эту пульсацию сглаживают особые фильтры. Именно такая схема применяется в таких технических устройствах, как зарядное устройство для мобильного телефона, а также в различных блоках питания.

Элементы таких конструкций чаще всего отличаются небольшой мощностью, именно по этой причине такие диодные мосты используются в агрегатах, работающих на напряжениях ниже 1000 В.

Что такое вращающийся выпрямитель

В том случае, если стандартный диодный мост не подходит для какого-либо технического устройства, можно использовать вращающийся выпрямитель. Чаще всего такое устройство состоит только лишь из проводников. Его функция – снятие напряжения при помощи контактов. Для создания таких выпрямителей применяют также мостовую схему. Она позволит конструкции работать бесперебойно. Обычно для синхронных генераторов используют следующую схему: две вентильные цепи, прикреплённые к корпусу.

Вращающиеся выпрямители можно использовать при высоких напряжениях. Именно такие устройства устанавливаются на промышленных электростанциях, в автомобильных генераторах и т.д. Другие схемы в данных случаях использовать не получится.

Вращающиеся выпрямители отличает:

  • — надёжность;
  • — прочность;
  • — долговечность;
  • — высокая эффективность в процессе работы.

Корпус подобного выпрямителя всегда выполнен из металла. Именно поэтому подобную конструкцию отличает повышенная надёжность и прочность. Кроме этого корпус такого выпрямителя является цельным, с двигателями он соприкасается исключительно контактами. По внешнему виду они могут быть самыми различными. Для каждого вида генератора следует подбирать специальный тип вращающегося выпрямителя.

Двухполупериодный выпрямитель-мостовой выпрямитель-Схема схемы с конструкцией и теорией

Двухполупериодный выпрямитель представляет собой схему, которая использует оба полупериода входного переменного тока (AC) и преобразует их в постоянный ток (DC). В нашем руководстве по однополупериодным выпрямителям мы видели, что однополупериодный выпрямитель использует только один полупериод входного переменного тока. Таким образом, двухполупериодный выпрямитель намного эффективнее (двойной +), чем однополупериодный выпрямитель.Этот процесс преобразования обоих полупериодов входного питания (переменного тока) в постоянный ток (DC) называется двухполупериодным выпрямлением.

Двухполупериодный выпрямитель может быть выполнен двумя способами. В первом методе используется трансформатор с отводом от середины и 2 диода. Эта компоновка известна как двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом .

Во втором методе используется обычный трансформатор с 4 диодами в виде моста. Эта компоновка известна как мостовой выпрямитель .

Теория двухполупериодного выпрямителя

Чтобы в совершенстве понять теорию двухполупериодного мостового выпрямителя   , сначала необходимо изучить однополупериодный выпрямитель. В учебнике по однополупериодному выпрямителю мы четко объяснили основные принципы работы выпрямителя. Кроме того, мы также объяснили теорию , лежащую в основе p-n перехода , и характеристики диода с p-n переходом .

Двухполупериодный выпрямитель — работа и эксплуатация

Работа двухполупериодного мостового выпрямителя довольно проста.Принципиальные схемы и формы сигналов, которые мы привели ниже, помогут вам лучше понять работу мостового выпрямителя. На принципиальной схеме 4 диода расположены в виде моста. Вторичная обмотка трансформатора подключена к двум диаметрально противоположным точкам моста в точках A и C. Нагрузочное сопротивление R L подключено к мосту через точки B и D.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель — принципиальная схема с формами входных и выходных сигналов

 

 

В течение первого полупериода

Во время первого полупериода входного напряжения верхний конец вторичной обмотки трансформатора положителен по отношению к нижнему концу.Таким образом, в течение первого полупериода диоды D1 и D 3 смещены в прямом направлении, и ток, протекающий через плечо AB, входит в сопротивление нагрузки R L и возвращается назад, протекая через плечо DC. В течение этой половины каждого входного периода диоды D 2 и D 4 смещены в обратном направлении, и ток не может течь по плечам AD и BC. Течение тока показано сплошными стрелками на рисунке 1.2 выше. Мы разработали еще одну диаграмму ниже, чтобы помочь вам быстро понять текущий поток.См. схему ниже – зеленые стрелки указывают на начало протекания тока от источника (вторичной обмотки трансформатора) к сопротивлению нагрузки. Красные стрелки указывают обратный путь тока от сопротивления нагрузки к источнику, замыкая таким образом цепь.

Течение тока в мостовом выпрямителе

Во время второй половины периода

Во время второго полупериода входного напряжения нижний конец вторичной обмотки трансформатора положителен по отношению к верхнему концу.Таким образом, диоды D 2 и D 4 смещаются в прямом направлении, и ток протекает через плечо CB, входит в сопротивление нагрузки R L и возвращается обратно к источнику, протекая через плечо DA. Поток тока показан пунктирными стрелками на рисунке 1.3. При этом направление протекания тока через сопротивление нагрузки R L остается одинаковым в течение обоих полупериодов входного напряжения питания. См. схему ниже – зеленые стрелки указывают на начало протекания тока от источника (вторичной обмотки трансформатора) к сопротивлению нагрузки.Красные стрелки указывают обратный путь тока от сопротивления нагрузки к источнику, замыкая таким образом цепь.

Путь тока во 2-м полупериоде

Пиковое обратное напряжение двухполупериодного мостового выпрямителя:

Давайте проанализируем пиковое обратное напряжение (PIV) двухполупериодного мостового выпрямителя, используя принципиальную схему. В любой момент, когда вторичное напряжение трансформатора достигает положительного пикового значения Vmax, диоды D1 и D3 будут смещены в прямом направлении (проводящие), а диоды D2 и D4 будут смещены в обратном направлении (непроводящие).Если рассматривать идеальные диоды в мосте, то диоды D1 и D3, смещенные в прямом направлении, будут иметь нулевое сопротивление. Это означает, что падение напряжения на проводящих диодах будет равно нулю. Это приведет к тому, что все вторичное напряжение трансформатора будет вырабатываться на сопротивлении нагрузки RL.

Таким образом, PIV мостового выпрямителя = Vmax (макс. вторичное напряжение)

Анализ схемы мостового выпрямителя

Единственная разница в анализе между двухполупериодным выпрямителем и выпрямителем с центральным отводом заключается в том, что

  1. В схеме мостового выпрямителя два диода проводят ток в течение каждого полупериода, и прямое сопротивление удваивается (2R F ).
  2. В схеме мостового выпрямителя Vsmax представляет собой максимальное напряжение на вторичной обмотке трансформатора, тогда как в выпрямителе с центральным отводом Vsmax представляет максимальное напряжение на каждой половине вторичной обмотки.

Различные параметры объясняются приведенными ниже уравнениями:

  1. Пиковый ток

Мгновенное значение напряжения, подаваемого на выпрямитель, определяется как

vs = Vsmax Sin wt

 Если предполагается, что диод имеет прямое сопротивление R F Ом и обратное сопротивление, равное бесконечности, ток, протекающий через сопротивление нагрузки, определяется как

i1 = Imax Sin wt и i2 = 0 для первой половины цикла

и i1 = 0 и i2 = Imax Sin wt для второго полупериода

Полный ток, протекающий через сопротивление нагрузки R L , сумма токов i1 и i2 определяется как

i = i1 + i2 = Imax Sin wt для всего цикла.

Где пиковое значение тока, протекающего через сопротивление нагрузки R L , указано как

Imax = Vsmax/(2R F + R L )

2.     Выходной ток

Поскольку ток через сопротивление нагрузки RL в двух половинах цикла переменного тока одинаков, величина постоянного тока Idc, равная среднему значению переменного тока, может быть получена путем интегрирования тока i1 между 0 и pi или текущий i2 между pi и 2pi.

Выходной ток двухполупериодного выпрямителя
3.     Выходное напряжение постоянного тока

Среднее или постоянное значение напряжения на нагрузке задается как

Выходное напряжение постоянного тока двухполупериодного выпрямителя
4.     Среднеквадратичное (СКЗ) значение тока

Действующее значение тока, протекающего через сопротивление нагрузки R L   задается как

Среднеквадратичное значение тока двухполупериодного выпрямителя
5.    Среднеквадратичное (СКЗ) значение выходного напряжения

Среднеквадратичное значение напряжения на нагрузке задается как

Среднеквадратичное значение выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя
6. Эффективность ректификации

Мощность, подаваемая на нагрузку,

Эффективность выпрямления двухполупериодного выпрямителя
7.     Коэффициент пульсации

Форм-фактор выпрямленного выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя задается как

Коэффициент пульсаций двухполупериодного выпрямителя

Итак, коэффициент пульсаций, γ = 1,11 2 – 1) = 0,482

8.    Положение

Выходное напряжение постоянного тока указано как

Регулировка двухполупериодного выпрямителя

Достоинства и недостатки двухполупериодного выпрямителя по сравнению с двухполупериодным выпрямителем

Достоинства – Давайте сначала поговорим о преимуществах двухполупериодного мостового выпрямителя перед его полуволновой версией.На данный момент я могу думать о трех конкретных достоинствах.

  • Эффективность двухполупериодного мостового выпрямителя вдвое выше. Причина в том, что однополупериодный выпрямитель использует только половину входного сигнала. В мостовом выпрямителе используются обе половины и, следовательно, двойная эффективность
  • .
  • Остаточные пульсации переменного тока (до фильтрации) очень малы на выходе мостового выпрямителя. Такой же процент пульсаций очень высок в однополупериодном выпрямителе. Достаточно простого фильтра, чтобы получить от мостового выпрямителя постоянное напряжение постоянного тока.
  • Мы знаем, что эффективность двухполупериодного выпрямителя вдвое больше, чем у однополупериодного выпрямителя. Это означает более высокое выходное напряжение, более высокий коэффициент использования трансформатора (TUF) и более высокую выходную мощность.

Недостатки – Двухполупериодный выпрямитель требует больше элементов схемы и стоит дороже.

Достоинства и недостатки мостового выпрямителя по сравнению с выпрямителем с центральным отводом.

Выпрямитель с центральным отводом всегда сложно реализовать из-за использования специального трансформатора.Трансформатор с центральным ответвлением также является дорогостоящим. Одно из ключевых различий между центральным отводом и мостовым выпрямителем заключается в количестве диодов, используемых в конструкции. Для двухполупериодного выпрямителя со средним отводом требуется всего 2 диода, тогда как для мостового выпрямителя требуется 4 диода. Но поскольку кремниевые диоды дешевле, чем трансформатор с центральным отводом, мостовой выпрямитель является более предпочтительным решением в источнике питания постоянного тока. Ниже приведены преимущества мостового выпрямителя перед выпрямителем с центральным отводом.

  • Мостовой выпрямитель может быть с трансформатором или без него.Если задействован трансформатор, то подойдет любой обычный повышающий/понижающий трансформатор. Эта роскошь недоступна в выпрямителе с центральным отводом. Здесь конструкция выпрямителя зависит от трансформатора с центральным отводом, который нельзя заменить.
  • Мостовой выпрямитель подходит для высоковольтных приложений. Причина заключается в высоком пиковом обратном напряжении (PIV) мостового выпрямителя по сравнению с PIV выпрямителя с центральным отводом.
  • Коэффициент использования трансформатора (TUF) выше для мостовых выпрямителей.

Недостатки мостового выпрямителя по сравнению с выпрямителем с центральным отводом

Существенным недостатком мостового выпрямителя по центральному отводу является участие 4-х диодов в конструкции мостового выпрямителя. В мостовом выпрямителе 2 диода проводят ток одновременно на полупериоде входа. Выпрямитель с центральным отводом имеет только 1 диод, проводящий полпериода. Это увеличивает чистое падение напряжения на диодах в мостовом выпрямителе (оно вдвое превышает значение среднего отвода).

Применение двухполупериодного мостового выпрямителя

Двухполупериодный выпрямитель

находит применение в создании источников питания постоянного напряжения, особенно в источниках питания общего назначения. Мостовой выпрямитель с эффективным фильтром идеально подходит для любого типа общего источника питания, такого как зарядка аккумулятора, питание устройства постоянного тока (например, двигателя, светодиода и т. д.) и т. д. Однако для аудиоприложения обычный источник питания может не подойти. довольно. Это происходит из-за остаточного коэффициента пульсаций в мостовом выпрямителе.Существуют ограничения на фильтрацию пульсаций. Для аудиоприложений идеально подходят специально сконструированные источники питания (использующие стабилизаторы на ИС).

Двухполупериодный мостовой выпрямитель с конденсаторным фильтром

Выходное напряжение двухполупериодного выпрямителя непостоянно, оно всегда пульсирует. Но это нельзя использовать в реальных приложениях. Другими словами, нам нужен источник питания постоянного тока с постоянным выходным напряжением. Для достижения плавного и постоянного напряжения используется фильтр с конденсатором или катушкой индуктивности.На приведенной ниже принципиальной схеме показан однополупериодный выпрямитель с емкостным фильтром.

Двухполупериодный выпрямитель с емкостным фильтром
Коэффициент пульсации мостового выпрямителя

Коэффициент пульсаций представляет собой отношение остаточной составляющей переменного тока к составляющей постоянного тока в выходном напряжении. Коэффициент пульсаций двухполупериодного мостового выпрямителя вдвое меньше, чем у однополупериодного выпрямителя.

 

Вот несколько проектов, основанных на двухполупериодном выпрямителе

.
  • Переменный блок питания для лабораторного стола
  • Зарядное устройство для мобильных телефонов и ноутбуков
  • Двухполупериодный выпрямитель с SCR
  • Блок питания 12 В для светодиодной ленты
  • Источник бесперебойного питания (ИБП)

Ссылки 

  1. Чтобы лучше объяснить концепции, мы обратились к нескольким учебникам, особенно к Основы электроники .
  2. Для создания понятных изображений мы использовали эту статью .

 

Прикладные науки | Бесплатный полнотекстовый | Усовершенствованная схема выпрямителя для получения пьезоэлектрической энергии от движения человека

1. Введение

Энергия является основной потребностью современного человека. В последние годы спрос на него быстро растет для поддержки различных видов деятельности человека. Общепризнано, что существует ограничение на использование ископаемого топлива.Таким образом, многие ученые и исследователи последовательно ведут поиск новых источников энергии. В окружающей среде доступен широкий спектр вариантов, а именно тепловая [1], солнечная [2,3], ветровая [4] и механическая энергия [5,6]. Недавнее появление портативной и носимой электроники повышает спрос на повсеместно распространенные источники с низким энергопотреблением [7]. Генерация электрической энергии (ЭЭ) из механической энергии (МЭ), такой как структурные колебания, представляет собой активную область интересов, которая становится практичной благодаря постепенному снижению энергопотребления портативных электронных устройств.Энергию вибрации легко получить из широкого спектра источников, таких как движение транспорта по мосту, работающее оборудование, движущиеся самолеты или автомобили, вибрация, вызванная ветром, и движение человека. Использование этих возобновляемых источников энергии потенциально может уменьшить или даже полностью устранить потребность в химических батареях, тем самым оказав положительное влияние на жизнь человека и окружающую среду. МЭ, в виде вибрации, в ЭЭ, в виде напряжения переменного тока (AC).Типичная пьезоэлектрическая система сбора энергии (PEH) включает в себя электромеханическую систему [8] (например, пьезоэлектрическое устройство (PD), прикрепленное к консольной балке), источник механической вибрации, электронную схему и запоминающее устройство/нагрузку. Блок-схема, иллюстрирующая типичную систему PEH, представлена ​​на рисунке 1.

Когда PD подвергается механическому возбуждению, он генерирует переменный ток. Для питания любого электронного устройства, такого как мобильные телефоны, светодиодные лампы, зарядные батареи или наручные часы, необходимо стабильное напряжение постоянного тока (DC).По этой причине напряжение переменного тока, генерируемое PD, необходимо преобразовать в напряжение постоянного тока с помощью схемы выпрямителя переменного тока в постоянный.

В литературе было представлено несколько ловких схем [9,10,11,12,13,14,15]. Некоторые широко используемые схемы представляют собой двухполупериодный мостовой выпрямитель (FBR) и удвоитель напряжения (VD) [16,17,18]. Несмотря на свою простоту и популярность, эти схемы имеют несколько ограничений:
  • Они состоят из диодов, которые имеют потери прямого напряжения (V f ).Таким образом, выходное напряжение и мощность низкие.

  • Выпрямленное напряжение нестабильно.

Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи в этой области предложили различные стратегии. Одним из примеров является безмостовой преобразователь переменного тока в постоянный, предложенный в [14] для улучшения потока мощности в нагрузочный конденсатор и энергоэффективности. Схема безмостового преобразователя с разделенным конденсатором показана на рисунке 2а. Переключатели MOSFET (полевой транзистор с оксидом металла и кремния), используемые в схеме, работают от внешнего источника питания как в положительных, так и в отрицательных полупериодах.Это устранило проблему потерь на диодах. Однако конденсаторы C1 и C2 имеют большие пульсации, а конденсатор C3 имеет установившийся выходной сигнал. Таким образом, это делает эти методы сложными из-за ограничения размера сборщика энергии, потерь и стоимости [19]. Кроме того, дополнительные переключатели могут вызывать потери при переключении. С другой стороны, повышающий преобразователь, показанный на рис. 2b, с дополнительными ключами приводит к значительному улучшению преобразования мощности от PD [20].Однако он довольно сложный. Потребляемая мощность коммутаторов также выше, чем мощность, генерируемая PD, что делает его нецелесообразным. Автономная адаптивная схема с низким энергопотреблением была предложена [21] для максимизации мощности, извлекаемой из PD. Он состоит из удвоителя напряжения (ВД) и понижающего импульсного преобразователя. Принятый контроллер использует напряжение PD в качестве сигнала обратной связи для улучшения извлечения энергии. Результат показывает, что предложенная схема управляет выпрямленным напряжением, выходной мощностью и КПД.Однако для этого требуется сложная схема включения и дополнительная схема контроллера. Другой подход к максимизации выходной мощности ЧР, а именно метод комплексного сопряжения, был использован в [22]. В этом методе источник-генератор (т. е. ФД) имеет большую внутреннюю емкость с низкой резонансной частотой [23,24]. Следовательно, для этого метода требуется большая катушка индуктивности, порядка десятков или сотен Генри, что нецелесообразно [25]. Другой возможный способ максимизации мощности от ФД — прямое подключение ФД к запоминающему устройству/конденсатору.Концепция нелинейных цепей или синхронного переключения на индукторе (SSHI) показала значительное улучшение мощности, извлекаемой из частичного разряда. Нелинейный метод был предложен в [26], он продемонстрировал тщательное извлечение мощности и заявил, что при аналогичных условиях/возбуждениях предложенная схема значительно улучшила извлекаемую мощность на несколько сотен процентов по сравнению со схемой FBR. Для реализации коммутации цепей СШИ в [21,27,28] предложены схемы СШИ с автономным питанием.Кроме того, в [29] был предложен СШИ с автономным питанием с некоторыми дискретными электронными компонентами. Результаты эксперимента показали значительное улучшение отбора мощности от ЧР, что в 1,6 раза выше, чем у схемы FBR. Однако диоды, использованные в предложенных схемах, вызывали падение напряжения в процессе преобразования. В результате потери преобразования превышают мощность, вырабатываемую ПД. Кроме того, по литературным данным потери в процессе переключения велики. Следовательно, необходимо разработать схему с низкими потерями и постоянным выходным напряжением.Чтобы свести к минимуму потери прямого напряжения на диодах, Майорка [30] предложил бездиодную схему, как показано на рисунке 3. Исследование не показало выходную мощность, извлекаемую из предложенной схемы. Сравнение с обычными схемами не проводилось. Практическое применение и соответствующие электрические граничные условия также не рассматривались. Арул и др. [31] показал, что использование схемы мостового выпрямителя на полевых МОП-транзисторах способно снизить потери мощности в процессе преобразования за счет минимизации потерь прямого напряжения на диодах.МОП-транзисторы, используемые в схеме, не имеют собственного источника питания. В результате коммутационные потери МОП-транзисторов высоки. Следовательно, потери мощности в коммутаторах выше, чем мощность, генерируемая частичным разрядом. Недавнее исследование Edla et al. [32] усовершенствовал описанную выше схему мостового выпрямителя на полевых МОП-транзисторах до H-моста с автономным питанием. Предложенная схема успешно применялась для сверхнизких напряжений и высоких частот. Результат показывает, что предложенная схема заметно увеличивает напряжение и мощность, вырабатываемую частичным разрядом, по сравнению с традиционными схемами FBR.Однако это исследование в основном было сосредоточено на процессе выпрямления на высокой частоте; его применимость при низкочастотном и высокоамплитудном антропогенном возбуждении не рассматривается. До сих пор было проведено много исследований схем выпрямителей для PEH. Однако обзор литературы, проведенный авторами, также пришел к выводу, что в предыдущих исследованиях в основном использовался источник управляемой синусоидальной вибрации, обычно генерируемый механическим вибратором. Когда движение человека является источником механической энергии, преобразование переменного тока в постоянный является более сложной задачей.Напряжение переменного тока, создаваемое движениями человека, такими как ходьба, бег и езда на велосипеде, не является чисто синусоидальным. Генерируемый сигнал часто имеет низкую частоту, большую амплитуду и относительно нестабилен из-за сложной природы таких движений [5,33]. Типичная форма волны переменного тока, генерируемая частичным разрядом с консольной балкой, прикрепленной к механическому вибратору, показана на рис. синусоидальная вибрация неизвестна.Таким образом, существует потребность в разработке схемы выпрямителя с автономным питанием с малыми потерями, способной обеспечить стабильную подачу постоянного напряжения в таком приложении.

В этой статье предлагается модифицированная схема Н-моста для преобразования переменного тока в постоянный для приложений движения человека, которая является продолжением работ Edla et al. [32], Maiorca et al. [30] и Арул и соавт. [31]. Предлагаемая схема Н-моста представляет собой модифицированную версию типичной схемы Н-моста (которая получает внешнее питание от постоянного напряжения), в которой основные компоненты (т.e., MOSFET) в схеме заменены MOSFET усовершенствованного типа. Кроме того, это схема H-Bridge с автономным питанием, которая не требует внешнего источника питания для запуска компонентов в схеме. Ожидается, что выпрямленное постоянное напряжение будет сравнительно выше и стабильнее из-за низкого порогового напряжения (V th ) полевых МОП-транзисторов по сравнению с обычной схемой FBR.

Для изучения возможностей преобразования предлагаемой схемы Н-моста в рамках этого исследования была проведена серия экспериментальных испытаний для сравнения производительности предложенной схемы Н-моста с обычной схемой FBR.Рассмотрены источники переменного напряжения, генерируемые частичными разрядами, прикрепленными к консольной балке, на которую воздействует ряд низкочастотных возбуждений. Сначала были проведены испытания с использованием механического встряхивателя в качестве источника контролируемой низкочастотной механической вибрации. Затем были проведены тесты в реальных условиях с заменой источников возбуждения на взрослого человека, выполняющего непрерывные движения на велосипеде и ходьбу с разной скоростью.

Схема выпрямителя — голубые голуби

Это подраздел моих сообщений, описывающий групповой проект курса «Проектирование устойчивой энергетики 3» «Проектирование и строительство микроветряной турбины» — для получения дополнительной информации см. здесь

Дизайн

Для максимальной эффективности мы используем двухполупериодный выпрямитель.Двумя наиболее распространенными вариантами для этого являются выпрямители с диодным мостом или выпрямители с трансформаторным мостом — включение трансформаторов означает, что требуется меньше диодов, но это значительно больше финансовых затрат и времени и обычно используется, когда трансформатор все равно должен использоваться. Поэтому вместо этого мы используем трехфазный диодный мостовой выпрямитель.

Рисунок 1 – Схема трехфазного двухполупериодного диодного мостового выпрямителя

Это означает, что мы создаем падение напряжения на каждом диоде, которое обычно составляет около 0.7 В для «обычных» диодов на основе транзисторов NPN, но это, поскольку 1,4 В — это значительные потери, пропорциональные 12 В, и поэтому, чтобы уменьшить это, мы используем диоды Шоттки. У них только падение напряжения составляет от 0,15 до 0,45 В. Они добавляют дополнительную стоимость в несколько фунтов, что было бы значительным в наиболее распространенных приложениях, где используется большое количество диодов, но минимально в нашем приложении для выпрямления.

Мы использовали расчеты генератора для оценки производимых напряжений и токов, чтобы получить I ACmax около 5 А и около 15 В.

Мы указали идеальную теоретическую выходную мощность пикового значения 15 В из конструкции генератора. Теоретически среднее значение постоянного тока на выходе выпрямителя должно быть примерно таким, за вычетом падения напряжения на двух диодах Шоттки, проходящих через выпрямитель, умноженного на 2/pi, отображаемого в уравнении 1.

Уравнение 1

Поскольку это напряжение слишком низкое для зарядки аккумулятора, нам потребуется использовать повышающий преобразователь для усиления напряжения позже.

Выход от выпрямителя будет импульсным, даже если не переменный, и импульсы будут особенно ярко выражены, если какая-либо из катушек не соответствует или повреждена, как в статоре, который мы изготовили.Это может повредить компоненты в цепи зарядки, если мы не будем осторожны, и, кроме того, создаст много шума для показаний тока и напряжения, которые микроконтроллеру придется интерпретировать, что является особенно сложной задачей, поскольку будет сниматься не непрерывные показания, а последовательные дискретные. те, которые могут быть синхронизированы в разные моменты импульсов. Поэтому мы должны добавить катушку индуктивности и конденсатор, чтобы сгладить выходной сигнал — в идеале они должны быть достаточно большими, чтобы соответствовать нашей высокой выходной мощности, но большие катушки индуктивности и конденсаторы очень дороги, поэтому нам придется выбрать неоптимальные значения для нашего прототипа. .

 

Изображение Эрин Нолан 2016 || pigeonsblue.com

 

Тестирование

Однофазный (Отдельный диод) Тестирование

Первоначально каждая фаза выпрямителя тестировалась отдельно, чтобы определить, есть ли какие-либо уникальные неисправности, поскольку диоды Шоттки могут нуждаться в индивидуальной замене, используя маломощный источник питания для подачи переменного тока 15 В на каждый вход выпрямителя, смоделированного на макетную плату по одному для изучения результатов на осциллографе.

Первоначально это было сделано для измерения обрыва цепи, и был заметный шум, поэтому затем он был повторен с использованием резистора 1 кОм для имитации нагрузки, и это устранило шум (рис. xx ниже). Видно, что диоды успешно преобразовывают сигналы переменного тока в постоянный.

Рисунок 2 || Изображение Эрин Нолан 2016 || pigeonsblue.com

3-фазный (полномостовой выпрямитель) Тестирование

С помощью и под наблюдением Дугласа Кармайкла мы смогли протестировать трехфазный вход и выход постоянного тока всей схемы выпрямителя.Пришлось использовать источник питания на 415 В, изначально установленный на 0 В, а затем постепенно увеличивая его до 15 В для одновременного питания всех трех входов, как показано на фотографиях ниже.

Изображение Эрин Нолан 2016 || pigeonsblue.com

Изображение Эрин Нолан 2016 || pigeonsblue.com

Подтвердив выход постоянного тока, пропустив его через выпрямитель только с диодами, мы затем повторили процедуру, используя конденсатор для сглаживания, чтобы получить лучшее представление о поведении.

Рисунок 3 || Изображение Эрин Нолан || pigeonsblue.com

Общий выходной сигнал с конденсатором намного более плавный, чем предполагалось, только одна фаза создает небольшой импульс, но он достаточно мал, чтобы не оказывать существенного влияния на остальные компоненты схемы зарядки.

Заключение

Мы обнаружили, что выходной сигнал выпрямителя достаточно сглажен конденсатором 100 мкФ , поэтому дополнительные затраты на катушку индуктивности не оправдались, поэтому решили не включать ее.

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.