Также известно, что в электрических сетях должно быть достаточное количество запаса как мощности, так и частоты. Это связано с тем, что в случае превышения или понижения частоты или мощности функционирование сети может стать невозможным. Поэтому электрики должны предотвращать подобные исключительные ситуации, устанавливая надежные трансформаторы и преобразователи.
Электрикам известно, что электростанции производят переменный ток. Для обеспечения надежной работы электрических сетей крайне важно поддерживать достаточное количество мощности и частоты. Превышение или понижение этих значений может привести к неработоспособности сети. Поэтому электрики должны принимать меры для предотвращения подобных ситуаций, устанавливая качественные трансформаторы и преобразователи.
Переменный ток можно просто и легко преобразовать через трансформаторы и передавать по проводам с минимальными потерями. Ведь многие электродвигатели работают именно на переменном токе, а промышленные и бытовые сети сегодня также используют его.
Так, например, для питания ламп накаливания требуется постоянный ток. Для его получения используются специальные устройства преобразования переменного тока в постоянный – трансформаторы.
Если речь идет о применениях, где необходим постоянный ток, то переменный ток не подходит. Например, для питания ламп накаливания требуется использование стационарного тока. Для преобразования переменного тока в постоянный используются специальные устройства – трансформаторы.
Постоянный ток достаточно просто необходим для таких задач, как зарядка аккумуляторов, работа электролизных установок и питание светодиодов. Не стоит забывать и о многочисленных гаджетах, где используются аккумуляторы.
Иногда возникает необходимость получить постоянный ток из переменного. Для этого необходимо преобразование тока, а именно его выпрямление. Выполнение этой задачи обеспечивается специальными электрическими устройствами.
Однополупериодная схема выпрямления переменного тока представляет собой примитивную цепь из диода и конденсатора.
Для того, чтобы превратить переменный ток в постоянный, электрики используют диодные выпрямители. Фигура ниже показывает однополупериодную схему выпрямления переменного тока, которая включает в себя диод и конденсатор.
Выпрямитель с одним диодом – это простейшая схема выпрямления переменного тока, называемая однополупериодным выпрямителем. Она включает в себя только один полупроводниковый диод.
Переменный ток проходит через первичную обмотку трансформатора, а вторичная обмотка соединена с анодом диода одним выводом, а другим выводом с цепью нагрузки. Та в свою очередь, подключена к катоду диода и замыкает вторичную цепь трансформатора.
Когда положительное напряжение прилагается к аноду диода, в первый момент времени происходит изменение тока в течение первого полупериода переменного тока.
Электроны подвергаются движению от катода к аноду диода, проходя через провод вторичной обмотки трансформатора, затем через дроссель и далее к нагрузке – таким образом, закрывается цепь.
Когда наступает противоположный полупериод, электроны не могут проникнуть от анода к катоду, поэтому ток в цепи в течение этого полупериода отсутствует.
Каждый раз, когда наступает следующий период, процесс повторяется.
Таким образом, ток поступает только во время одного полупериода, поэтому такой метод выпрямления именуется однополупериодным выпрямлением.
При отрицательных полупериодах ток в цепь нагрузки не попадает, поэтому его форма приобретает пульсирующий характер, так как он движется только в одном направлении, но его амплитуда постоянно меняется.
Для того, чтобы снизить уровень пульсаций на цепи и достичь максимальной постоянности тока, применяются сглаживающие фильтры, состоящие из дросселя и конденсаторов. Они помогают сгладить пульсирующее напряжение после выпрямления, которое измеряется на осциллографе.
Нагрузка не пропускает переменную составляющую схемы фильтра, а лишь постоянную составляющую.
Частота тока для данного конденсатора определяет его ёмкость.
Индуктивный компонент представляет собой катушку, которая реагирует на изменения частоты потока тока. Чем выше частота, тем больше индуктивное сопротивление и в ответ на импульсное изменение напряжения катушка выдаёт реакцию. Однако постоянный ток проходит через неё без затруднений.
Конденсатор же служит для пропуска переменных составляющих потока тока, но при этом препятствует прохождению стабильных составляющих. И в зависимости от частоты тока определяется его ёмкость.
Таким образом, при подборе компонентов для правильной работы цепи постоянного тока, необходимо учитывать вышеперечисленные характеристики.
Для обеспечения корректной работы цепи постоянного тока, электрик должен выбрать компоненты с подходящими характеристиками. Емкость конденсатора и индуктивность катушки дросселя играют важную роль в уменьшении переменной составляющей в токе, проходящем через нагрузку. В результате напряжение вторичной обмотки уменьшается, и второй конденсатор начинает разряжаться через диод.
Когда в цепи происходит положительная полуволна тока, напряжение вторичной обмотки заряжает первый конденсатор до амплитудной величины. Это в свою очередь приводит к снижению напряжения вторичной обмотки (с учётом падения напряжения на диоде), после чего второй конденсатор начинает заряжаться через диод.
При действии отрицательной полуволны, электричество не попадает в конденсатор, и он, рассеивая заряд по нагрузке, обеспечивает постоянный поток тока.
Если бы не было дросселя, то поток тока, проходящий нагрузку, имел бы сильные пульсации, потому что напряжение на конденсаторе при данном процессе постепенно уменьшалось бы.
Для понижения пульсации, в цепь добавляется дроссель (катушка) с дополнительным конденсатором, расположенным за ним.
Второй конденсатор поглощает ток, проходящий через дроссель, который эффективно предотвращает пульсации.
Такая подстанция представляет собой два независимых выпрямителя, основанных на триодах. Одна из них обрабатывает половину периода сигнала, а другая — другую половину. На картинке выше показано двухполупериодное выпрямление переменного тока.
Для улучшения качества исходного сигнала в процессе преобразования используется двухполупериодный выпрямитель переменного тока. Подобная подстанция представляет собой два изолированных от друг друга цепочки выпрямителя, основанные на триодах. Один из них обрабатывает половину периода сигнала, а второй берет на себя обработку другой половины. На иллюстрации показано, как выполняется двухполупериодное выпрямление переменного тока.
В первом случае используется две отрицательные полярности с цепями для обратной связи между ними. Во втором случае используется один положительный полюс и один отрицательный полюс с двумя различными цепями обратной связи.
Для реализации двухполупериодного выпрямителя можно применить два способа. В первом случае используется две отрицательные полярности, которые связаны обратной связью. А во втором – один положительный и один отрицательный полюс с двумя различными цепями обратной связи.
Для реализации проекта можно использовать мостовую схему с четырьмя диодами, или просто два диода, но тогда вторичная обмотка трансформатора должна быть удвоена и иметь вывод посередине по отношению к двум половинам обмотки. Он преобразует альтернативное напряжение в постоянное диаграммой силы-времени. Это означает, что напряжение меняется в зависимости от времени.
Работа двухполупериодного выпрямителя происходит по следующему принципу. Он преобразует альтернативное напряжение в постоянное, изменяя диаграмму силы-времени. Это означает, что уровень напряжения будет меняться в зависимости от времени.
Во время одного из полупериодов (например, положительного) ток направляется от анода к катоду верхнего диода, а нижний диод заперт, не пропуская ток в это время. Такое же поведение наблюдается и у единственного диода в однополупериодном выпрямителе во время отрицательной полуволны тока.
Средний вывод на обмотку трансформатора замыкает ток, который проходит через фильтр, а также через нагрузку. При двухполупериодном выпрямлении полярность тока такова, что в первом полупериоде нижний по схеме диод пропускает ток через фильтр и нагрузку, а верхний диод заперт. Затем, при втором полупериоде, это положение диодов изменяется: нижний диод заперт, а верхний диод пропускает ток через фильтр и нагрузку. Таким образом, двухполупериодное выпрямление позволяет зарядить и разрядить нагрузку тока в каждом полупериоде.
При использовании однополупериодного выпрямления, пульсации на выходе меньше, чем при использовании других вариантов выпрямления. Это происходит потому, что частота выпрямленных импульсов дважды больше, чем при использовании других методов. Это заставляет индуктивное сопротивление дросселя увеличиваться вдвое, а конденсаторы не успевают разряжаться.
Выпрямление переменного тока – это процесс преобразования переменного тока в постоянный ток. Это обычно достигается с помощью устройства, называемого выпрямительным мостом. Выпрямительный мост состоит из четырех транзисторов или двух диодов, размещенных в прямоугольном порядке. Они работают вместе для выпрямления альтернативного тока и его перевода в постоянный ток. Это делается путем преобразования входной альтернативной энергии в директивную энергию, которая может быть использована для питания различных устройств.