Sep 022016
 
bridge-diode (1)
Принцип на действие на схема Грец

Схема Грец е двуполупериоден токоизправител. Схема Грец служи за изправяне на променливо напрежение, когато се налага захранване на консуматор с постоянно напрежение. Състои се от четири диода свързани два по два последователно. Ако мислено разделим диодите на две двойки D1 – D3 и D2 и D4, променливото напрежение се подава между анода на D4 и катода на D1 на едната двойка и между катода на D2 и анода на D3. Постоянното напрежение се получава между анодите на D1 и D3 и катодите на D2 и D4, където трябва да се постави товара. Във всеки полупериод на променливото напрежение двете двойки диоди пропускат по една вълна. схема Грец

През първия полупериод горният край на източника на напрежение е положителен. Работят диодите D1 и D2 и пропускат положителната полувълна, а D3 и D4 са запушени и не участват в първия полупериод, защото тяхното съпротивление от катод към анод е безкрайно голямо. Токът преминава първо през рамото на диода D1, влиза в товарното съпротивление и се връща обратно, минавайки през рамото на диода D2. Зелените стрелки на фигурата по-долу показват движението на тока от източника до товара, а червените стрелки показват движението на тока от товара обратно до източника, като по този начин се затваря веригата.

pozitiv

През втория полупериод на синусоидата на променливото напрежение, работят диоди D3 и D4 и пропускат отрицателната полувълна, а D1 и D2 са запушени (показани са с пунктир). Във втората половина на цикъла, долният край на източника на напрежение е с положителна полярност спрямо горния. Токът започва да тече през рамото на диода D3 (зелените стрелки), след което протича през товара отново в същата посока и се връща към източника през рамото на диода D4 (червените стрелки).

negativ

Както се вижда от схемите токът през товара тече винаги от „+“ към „-„.wave

Свързване на схема Грец и изглаждане на пулсациите

На изхода на моста (токоизправителя) напрежението не изправено, а все още има вълнов характер с честота два пъти по-голяма от входната, затова почти винаги се използва кондензатор, който играе ролята на капацитивен филтър, т.е. изглажда формата на вълната. При избора на кондензатор се съблюдават два основни параметъра: работно напрежение, което трябва да е по-високо от изходната стойност на напрежението на токоизправителя без товар и неговият капацитет. Ако кондензатора има твърде малък капацитет, влиянието му върху вълновия характер на изходното напрежение ще бъде незначително, но ако кондензаторът е достатъчно голям, а товарният ток не твърде голям, изглаждането на вълната ще бъде почти пълно.

bridge_rectifier_with_capacitor_filter

Избор на кондензатор

При избор на кондензатор може да се използва следната проста формула:

diode41

където:

Vripple е напрежението (с вълнов характер)

I е изправеният ток върху товара в ампери

f е честотата след изправяне или удвоената входна честота в херци

С е капацитета във фаради

За да намерим капацитета на кондензатора, от горната формула ще имаме:

 

 

 

 

formula
Избор на трансформатор

Схема Грец се използва почти винаги с трансформатор, който служи за намаляване на мрежовото напрежение до нужното ни ниво, за включването на консуматора.

За да определим изходното напрежение на трансформатора, спрямо това, което излиза след изправителя, се използва следната формула:

diode19

което означава, че изправеното напрежение ще е 0.637 от максималната пикова стойност на напрежението преди моста или 0.9 от неговата ефективна стойност. Средната стойност на напрежението в товара се получава, като умножим тока в товара по неговото съпротивление (закон на Ом) или разделим 2 на максималния ток през товара, съпротивлението му и числото пи.

Vdc

Където максималния ток през товара може да се намери от:RMS-Value-of-Current-of-Full-Wave-Rectifier

 

bridge_rectifier1

За практически цели се използва формулата:

Udc

Предимства на схема Грец пред еднополупериодния монофазен токоизправител
  • Ефективността на схемата Грец е двойно по-голяма. Причината за това е, че еднополупериодния токоизправител изправя само половината от входния сигнал, докато схемата Грец пропуска към товара и положителната и отрицателната вълна на синусоидата на напрежението;
  • Остатъчните АС вълни, преди филтрирането, са много по-ниски отколкото при мостът с два диода и един прост филтър е достатъчен за пълното изглаждане на напрежението. При еднополупериодният токоизправител пулсациите на напрежение са значителни и могат да доведат до повреди на постояннотоковото устройство, което ще се включи след моста.
  • По-високата ефективност води до по-високо изходно напрежение, по-висока мощност, както и висок фактор на използване на трансформатора.

bridge-diode (1)

Филтърът при по-съвременните схеми се състои вместо един кондензатор от два кондензатора и индуктивност, събрани в общ корпус на филтър, изглаждащ пулсациите до минимум. Търсената стойност на пулсациите е под 100mV.

grez2

Заключение

Схема Грец или мостовия двуполупериоден токоизправител на монофазно напрежение е най-разпространената схема за изправяне на напрежението, използва се навсякъде, затова това схемно решение се произвежда в общ блок и така може да бъде намерено по магазините за електроника.

grez

Основен параметър е пробивното напрежение на блока, което може да и 1000V, както и номиналния ток в права посока, който зависи от големината на товара, посочено е и пиковото натоварване в ампери. Грец схемите излъчват висока температура при натоварване, затова към тях се поставят охлаждащи радиатори. За улеснение на монтирането на радиатори, често схемите Грец имат отвор в средата.

grez1

Диодите в капсулования блок са с еднакви характеристики, намират се в постоянен топлинен режим и работят като едно цяло. Когато към този блок се добави електронен трансформатор, полученото устройство се нарича адаптер. Адаптерът за улеснение е с отлято тяло, към което е присъединен кабел с двуполюсен щепсел от страната, която ще се включи към мрежовото напрежение, а от постояннотоковата страна има кабел, завършващ с различни видове конектори.

 

Nov 172015
 

Токоизправителят преобразува променливия електрически ток в постоянен. Полученият на изхода ток, при повечето токоизправители, не е постоянен, а пулсиращ. За изглаждане на пулсациите се използват различни филтри. Има много видове токоизправители. Ето някои популярни класификации:

  • Според вида на устройството – механически, тиристорен, транзисторен, диоден;
  • Според мощността – силов и маломощен;
  • Според броят на изправените полупериоди – еднополупериодни (пропускат само едната полувълна на синусоидата), двуполупериодни (пропускат и двете полупериода), непълновълнови (използват само част от синусоидалната полувълна на тока), пълновълнови (използват пълната полувълна на тока);
  • По големината на изправеното напрежение – нисковолтов (до 100V), средноволтов (от 100 до 1000V), високоволтов (над 1000V);
  • По броя на използваните фази – еднофазен, двуфазен, трифазен и многофазен;
  • По схемата – мостов, с умножение на напрежението, трансформаторен, с галваническо разделение;
  • По управляемост – неуправляеми (диоден), управляем (тиристорен);

Тук ще се спрем на най-разпространените токоизправители: схема Грец и схема Иларионов.

Схема Грец

Схемата Грец е диоден, двуполупериоден мост, преобразуващ променливия ток в пулсиращ. Изобретена е от немският физик Лео Грец. На входа се подава променливо напрежение, което може и да не е синусоидално. Във всеки от полупериодите, токът протича само през два диода.

схема Грец 1

Първи полупериод

Другите два са запушени. В резултат на изхода се получава напрежение, пулсиращо с честота, два пъти по-голяма от захранващото напрежение.

схема Грец 2

Втори полупериод

За да се постигне изправено, а не пулсиращо напрежение, е необходимо поставянето на кондензатор, но може и дросел или стабилизатор на напрежение.

Предимствата на двуполупериодното (двупътното) изправяне на напрежението от еднополупериодното, са очевидни: полученото на изхода напрежение е с удвоена честота и след това лесно може да се „изглади“ с кондензаторен филтър, избягва се постоянното подмагнитване на вторичната намотка на трансформатора, по-високо КПД.

Схемата Грец може да се конструира от отделни диоди, а може и да бъде в капсулован блок. Вторият вид токоизправител е по-евтин и по-компактен, а и монтажа на подобен модул е по-лесен. Освен това подбраните в компонента диоди са с еднакви характеристики и се намират в постоянен топлинен режим. Недостатъкът на блока е, че ако изгори един от диодите, трябва да се изхвърли цялата конструкция.

Grez

Схема Грец в общ блок

Често схемата Грец се поставя в един корпус с трансформатор, като така създаденото устройство се нарича адаптер или захранване. Параметрите, които напълно определят един адаптер са: номинален постоянен ток на изхода на адаптера и диапазон на неговото изменение, мощност, номинално входно напрежение и диапазон на неговото изменение. При конструиране или избор на двуполупериоден токоизправител трябва да се помни, че входящото променливо напрежение винаги трябва да се измерва и отчита по неговата ефективна стойност, а изправеното напрежение след кондензатора, при липса на товар – по неговата амплитудна стойност и то е 1.41 пъти по-голямо от ефективното. Например: ако измереното еднофазно напрежение преди моста е 12VAC, то след моста и кондензатора ще бъде 17VDC. При натоварване, напрежението на изхода на изправителя ще намалее, но само до стойността на ефективното напрежение. Това намаление зависи от вътрешното съпротивление на трансформатора и капацитета на филтриращия кондензатор. От тук следва, че при избор на напрежение на вторичната намотка на трансформатора, трябва да се изхожда от максимално допустимата стойност на входящото напрежение, а капацитета на изглаждащия кондензатор трябва да бъде достатъчно голям, така че напрежението на изхода, под товар, да не слиза под минимално допустимото за схемата, която ще захранва. Разбира се за по-голяма точност, трябва да се вземе в предвид съпротивлението на свързващите проводници, както и възможно най-голямата амплитуда на входящото напрежение.

Схема Иларионов

Най-разпространените трифазни токоизправители са по схема Миткевич

Миткевич

Схема Миткевич

– с 3 диода, при който всеки вентил (диод) е отпушен през част от единия полупериод на съответната фаза

 

Edc Mitkevich

Средна електродвижеща сила при схема Миткевич

3f токоизправител Миткевич

Токоизправител Миткевич

и схема Иларионов – с 6 диода.

3f токоизправител

Токоизправител Иларионов

По-малко познатите схеми са схемата с 3 паралелни моста с 12 диода и схемата с 3 последователни моста с 12 диода. В зависимост от включването на трифазният трансформатор или трифазният генератор (звезда или триъгълник) различаваме изправител триъгълник Иларионов и звезда Иларионов. В изправителя триъгълник Иларионов загубите в медта са по-големи, затова по-често използваната схема е звезда Иларионов.

image479

Първичните намотки на трифазния трансформатор са три и могат да се свържат като звезда или като триъгълник, вторичните намотки са или също три или кратни на три. В работата на схемата триъгълник на Иларионов има два периода: големият период е равен на 360° (2) малък период равен на 60° () и се повтаря повече от 6 пъти. Малкият период се състои от два малки полупериода от по 30° (), които са огледално симетрични.

formula Ilarionov

Площта под интеграла

Изправителят триъгълник Иларионов

има по-голяма средна електродвижеща сила от схемата Миткевич, както се вижда от формулата.

Edc Ilarionov triagalnik

Средна електродвижеща сила при схема триъгълник Иларионов

Изправителят звезда Иларионов

zvezda Ilarionov

Звезда Иларионов

 

се използва в генераторите за електрозахранване на почти всички транспортни средства (автотракторни, наводни, подводни, въздушни и др. ), В захранването на дизел-електроходите (локомотиви и кораби) почти цялата мощност се получава от токоизправител звезда Иларионов. Средната електродвижеща сила в схемата звезда Иларионов е по-голяма от тази в схемата триъгълник Иларионов.

Edc Ilarionov zvezda

Средна електродвижеща сила при схема звезда Иларионов

Други използвани схеми са 12 импулсен статичен трифазен изправител, представляващ включени два изправителя на Иларионов с изместване на фазата на входния трифазен ток. Така се получава удвояване на броя на изправените полупериоди в сравнение със стандартните мостове на Иларионов. Относителната амплитуда на пулсациите се намалява, при удвояване на честотата на пулсациите на изправеното напрежение.

Tri_mosta paralelno

Тримостов токоизправител с паралелно свързване

Tri_posledowatelnyh_mosta

Три моста последоватално

Още по слабо позната схема е трифазен изправител „шест моста“ последователно и паралелно. Състои се от два трифазни трансформатора, на които първичните намотки са свързани – на единия в звезда, а на другия в триъгълник, което измества фазата на 30°.

Шест_моста паралелно

Шестмостов токоизправител паралелно свързване

Шестте вторични намотки се свързват с шест моста (24 диода), като мостовете могат да се свързват по различни начини, например паралелно всичките шест моста.

Шесть_мостов_последовательно

Шестмостов токоизправител последователно свързване

Пулсациите на изправеното трифазно напрежение са толкова малки, че на практика няма нужда от допълнителни филтри. Такъв тип изправители се наричат пълномостови.

6parallmostow

6 моста паралелно

Този изправител, както и изправителая с три паралелни моста, по много параметри превъзхождат както мостовете на Иларионов, така и мостовете на Миткевич, като при това използва много по малки по ток диоди, т.е. получаваме изправител с голяма мощност създаден от елементи с малка мощност.