Однофазный управляемый выпрямитель

Детектирование  высокочастотного сигнала

Выпрямители (диоды) применяют для  демодуляции амплитудно-модулированного сигнала в детекторах АМ-сигнала.

Простейший  диодный АМ детектор

 
 
 
 
 

Демодулятор амплитудно модулированного  высокочастотного сигнала  в

  простейшем случае представляет собой однополупериодный выпрямитель на одном диоде с выходным фильтром из конденсатора и резистора. Соотношение номиналов ёмкости и сопротивления выбирается так, чтобы оптимально 

  сглаживать полупериоды несущей высокой частоты, при превышении амплитуды полупериодов несущей напряжения на конденсаторе ёмкость заряжается, при уменьшении амплитуды полупериодов несущей ниже напряжения на конденсаторе ёмкость разряжается, тем самым огибающая восстанавливает модулирующий (низкочастотный) сигнал. При демодуляции сигнала звуковых частот (20—20000 Гц) как правило, применяется кремниевый или германиевый диод и конденсатор ёмкостью порядка 10—47 нФ.  

Характеристики 

Номинальное выходное напряжение постоянного тока и допустимый диапазон его изменения;

• Номинальный ток нагрузки;
• Диапазон эффективного входного напряжения переменного тока (например 220В ± 10 %);
• Допустимая выходная пульсация, её амплитудно-частотные характеристики;
• Нагрузочная характеристика.
• Эквивалентное внутреннее комплексное (в первом приближении активное) сопротивление.
• Коэффициент использования габаритной мощности трансформатора.

 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Обзор технических решений выбор и обоснование.

Однофазный  управляемый выпрямитель  может быть построен по следующим схемам:

Однополупериодный выпрямитель 

Простейшая  схема однополупериодного выпрямителя состоит  только из одного выпрямляющего ток элемента. На выходе — пульсирующий постоянный ток. На промышленных частотах (50—60 Гц) не имеет широкого применения, так как для питания аппаратуры требуются сглаживающие фильтры с большими величинами емкости и индуктивности, что приводит к увеличению габаритно-весовых характеристик выпрямителя. Однако схема однополупериодного выпрямления нашла очень широкое распространение в импульсных блоках питания с частотой переменного напряжения свыше 10 КГц, широко применяющихся в современной бытовой и промышленной аппаратуре. Объясняется это тем, что при более высоких частотах пульсаций выпрямленного напряжения, для получения требуемых характеристик (заданного или допустимого коэффициента пульсаций), необходимы сглаживающие элементы с меньшими значениями емкости (индуктивности). Вес и размеры источников питания уменьшаются с повышением частоты входного переменного напряжения. 

Двухполупериодный выпрямитель 

Может строиться по мостовой или полумостовой схеме (когда, например, в случае выпрямления однофазного тока, используется специальный трансформатор с выводом от средней точки вторичной обмотки и вдвое меньшим количеством выпрямляющих ток элементов. Такая схема ныне применяется редко, так как более металлоёмка и имеет большее эквивалентное активное внутреннее сопротивление, то есть большие потери на нагрев обмоток трансформатора. При построении двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим конденсатором следует всегда помнить, что переменное напряжение всегда измеряется в «действующем» значении, которое в 1,41 раза меньше его максимальной амплитуды, а выпрямленное напряжение на

 

  конденсаторе, в отсутствии нагрузки, будет всегда равно амплитудному. Это означает, что, например, при измеренном напряжении однофазного переменного тока 12 вольт до мостового однофазного выпрямителя со сглаживающим конденсатором, на конденсаторе, (в отсутствии нагрузки), будет напряжение до 17 вольт. Под нагрузкой выпрямленное напряжение будет ниже, (но не ниже величины действующего напряжения переменного тока, если внутреннее сопротивление трансформатора — источника переменного тока — принять равным нулю) и зависеть от ёмкости сглаживающего конденсатора.

Соответсвенно, выбор величины переменного  напряжения вторичной  обмотки трансформатора, должен строиться  исходя из максимальной допустимой величины подаваемого напряжения, а ёмкость сглаживающего конденсатора — должна быть достаточно большой, чтобы напряжение под нагрузкой не снизилось меньше минимально допустимого. На практике также учитывается неизбежное падение напряжения под нагрузкой — на сопротивлении проводов,

  обмотке трансформатора, диодах выпрямительного моста, а также возможное отклонение от номинального величины питающего трансформатор напряжения электрической сети.

В своей курсовой работе я буду использовать схему однофазного мостового выпрямителя с LC — сглаживающим фильтром.

     

       

поскольку данная схема, в отличии  от однофазной нулевой  схемы имеет ряд  преимуществ.

О д н о ф а  з н а я   н у л е в  а я   с х  е м а:

1. Число вентилей в 2 раза меньше, чем в однофазной мостовой схеме.

2.  Потери мощности  в выпряителе будут  меньше, так как  в нуевой схеме  ток проходит через  один вентиль а  в мостовой последовательно  через два.

О д н о ф а  з н а я   м о с т о  в а я   с  х е м а:

1. Обратное напряжение  на вентилях в  2 раза меньше, чем в нулевой схеме.

2. Вдвое меньше напряжение (число  витков) вторичной  обмотки при одинаковом                                значении Ud0

2. Трансформатор имеет обычное исполнение , так как нет вывода средней точки на вторичной обмотке.
3. Расчетная мощность трансфрматора на 25% меньше, чем в нулевой схеме, следовательно, меньше расходуеться медии железа, меньше будут размеры и масса.
4. Данная схема выпрямителя может работать и без трансформатора, если напряжение сети U1 подходит по величине для получения необходимого значения Ud0  и не требуеться изоляция цепи выпрямительного тока от сети.

 
 
 
 
 

 

     3. Описание выбранного решения.

Однофазная  мостовая схема состоит  из трансформатора Тр с двумя обмотками.Аноды тиристоров присоединены к вторичной обмотке, а управляющие электроды связаны с ситемой управления СУ которая формирует синхронно с напряжением сети управляющие импульсы напряжения и позволяет изменить их фазу относительно фазных напряжений источника питания.Двух диодов VD1 VD2, двух тиристров VS1 VS2, соединенных по схеме моста.

Вентили в данной схеме  раблтают по очереди. В положительный  полупериод напряжения U2, проводят ток вентили VS1 и VD2. Вентиль VD2 неуправляемый, диод, условием отпирания диода являеться положительное напряжение на катоде. Вентиль VS1 управляемый, и отпираеться при наличии полодительного напряжения на аноде, и открывающего импульса на управляющем контате.

Вентиль VD2 отпираеться сразу, поскольку на него подано положительное напряжение, а вентиль VS1 в это время заперт, поскольку для его отпирания нужен отправляющий импульс на управляющем контакте, который подаеться с определенной задержкой, равной углу управления  α. После того как подан отпирающий импульс на теристор  VS1, оба вентили пропускают ток.

В отрицательный полупериод напряжения  U2, на вентили VS1 и VD2 подаеться обратное напряжение, и они запираються. Положительное положительное напряжение подаеться на вентили  VS2 и VD1, которые работаю по тому же принцыпу что и вентили  VS1 и VD2.

Ток в нагрузке проходит все время в одном направлении, от катодов вентилей VS1 и VS2 к анодам вентилей VD1 и VD2.Ток во вторичной обмотке трансформатора меняет свое направление каждые пол периода и будет синусоидальным.

4.   Расчетная часть.

Для увеличения коэфициента  мощности и экономии материалов силовую  часть выполняем  по мостовой схеме  с 4 тиртсторами. Для  уменьшения пульсаций нв выходе выпрямителя используем Г образный LC фильтр, использование которого обеспечивает хосткую внешнюю характеристику выпрямителя, а также способствующий режим работы вентилей и трансформатора. 

     Выходные  данные. 

   
 
 
 
 
 
 

Расчет диапазона регулирования

Поскольку при данном на входе выпрямителя напряжении в 110 В. Угол управления α.min=125°, что плохо влияет на на регулировочные характеристики выпрямителя, в случае его использования в качестве регуляторов (стабилизаторов) на входе выпрямителя установим силовой понижающий трансформатор, что бы добиться угла управления в α.min приближонному к 30° и соответственно напряжения на входе выпрямителя в 25 В . что обеспечивает работу выпрямителя на крутом участке регулировочной характеристики.

1)  Определяем максимальное выпрямленое напряжение.

Uвыпр.max=Ud.max+ΔUвент+ΔUдр+ΔUтр=17,84 В

ΔUвент=3

ΔUдр=0,02*Ud=0,02*12=0,24

ΔUтр=0,04*Ud=0,04*12=0,48

2) Минимальная нагрузка сети

Uм.min=Uм*(1-в)=25*(1-0,15)=21,25 В.

3)  Определяем минимальное значение угла управления

cosα.min=(Uвыпр.max*π)/(Uм.min*1,4142)-1=(17,84*П)/(21,25х1,14142)-1=0,864 

α.min = 30,23°

4) Минимальное среднее значение выпрямленого ныпряжения

Uвыпр.min=Ud.min+ΔUвент+ΔUдр+ΔUтр=13,72 В