Подробно о методах подключения светодиодов

Как подключить светодиод к сети 220 вольт

Светодиод – это разновидность полупроводниковых диодов с напряжением и током питания намного меньшим, чем в бытовой электросети. При прямом подключении в сеть 220 вольт, он мгновенно выйдет из строя.

Поэтому светоизлучающий диод обязательно подключается только через токоограничивающий элемент. Наиболее дешевыми и простыми в сборке является схемы с понижающим элементом в виде резистора или конденсатора.

Первое, что нужно знать при подключении к сети 220В, — для номинального свечения через светодиод должен проходить ток в 20мА, а падение напряжения на нем не должно превышать 2,2-3В. Исходя из этого, необходимо рассчитать номинал токоограничивающего резистора по следующей формуле:

  • где:
  • 0,75 – коэффициент надежности LED;
  • U пит – это напряжения источника питания;
  • U пад – напряжение, которое падает на светоизлучающем диоде и создает световой поток;
  • I – номинальный ток, проходящий через него;
  • R – номинал сопротивления для регулирования проходящего тока.

После соответствующих вычислений, номинал сопротивления должен соответствовать 30 кОм.

Однако не стоит забывать, что на сопротивлении будет выделятся большое количество тепла за счет падения напряжения. По этой причине дополнительно необходимо рассчитать мощность этого резистора по формуле:

Для нашего случая U – это будет разность напряжения питающей сети и напряжения падения на светодиоде. После соответствующих вычислений, для подключения одного led мощность сопротивления должна равняться 2Вт.

Важный момент, на который нужно обратить внимание при подключении светодиода в сеть переменного тока – это ограничение обратного напряжения. С этой задачей легко справляется любой кремниевый диод, рассчитанный на ток не менее того, что течет в цепи

Подключается диод последовательно после резистора или обратной полярностью параллельно светодиоду.

Существует мнение, что можно обойтись без ограничения обратного напряжения, так как электрический пробой не вызывает повреждения светоизлучающего диода. Однако обратный ток может вызвать перегрев p-n перехода, в результате чего произойдет тепловой пробой и разрушение кристалла светодиода.

Вместо кремниевого диода можно использовать второй светоизлучающий диод с аналогичным прямым током, который подключается обратной полярностью параллельно первому светодиоду. Отрицательной стороной схем с токоограничивающим резистором является необходимость в рассеивании большой мощности.

Эта проблема становится особо актуальной, в случае подключения нагрузки с большим потребляемым током. Решается данная проблема путем замены резистора на неполярный конденсатор, который в подобных схемах называют балластным или гасящим.

Включенный в сеть переменного тока неполярный конденсатор, ведет себя как сопротивление, но не рассеивает потребляемую мощность в виде тепла.

В данных схемах, при выключении питания, конденсатор остается не разряженным, что создает угрозу поражения электрическим током. Данная проблема легко решается путем подключения к конденсатору шунтирующего резистора мощностью 0,5 ватт с сопротивлением не менее 240 кОм.

Как подключить светодиод к 220 ВКак подключить светодиод к 220 В

Расчет резистора для светодиода

Во всех выше представленных схемах с токоограничивающим резистором расчет сопротивления производится согласно закону Ома:

R = U/I

  • где:
  • U – это напряжение питания;
  • I – рабочий ток светодиода.

Рассеиваемая резистором мощность равна P = U * I.

Если планируется использовать схему в корпусе с низкой конвекцией, рекомендуется увеличить максимальное значение рассеиваемой резистором мощности на 30%.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Расчёт ёмкости гасящего конденсатора (в мкФ) производится по следующей формуле:

C = 3200*I/U

  • где:
  • I – это ток нагрузки;
  • U – напряжение питания.

Данная формула является упрощенной, но ее точности достаточно для последовательного подключения 1-5 слаботочных светодиодов.

Для защиты схемы от перепадов напряжения и импульсных помех, гасящий конденсатор нужно выбирать с рабочим напряжением не менее 400 В.

Конденсатор лучше использовать керамический типа К73–17 с рабочим напряжением более 400 В или его импортный аналог. Нельзя использовать электролитические (полярные) конденсаторы.

Последовательное соединение проводников

Схема последовательного соединения подразумевает, что они включаются в определенной последовательности один за другим. Причем сила тока во всех из них равна. Данные элементы создают на участке суммарное напряжение. Заряды не накапливаются в узлах электроцепи, поскольку в противном случае наблюдалось бы изменение напряжения и силы тока. При постоянном напряжении ток определяется значением сопротивления цепи, поэтому при последовательной схеме сопротивление меняется в случае изменения одной нагрузки.

Недостатком такой схемы является тот факт, что в случае выхода из строя одного элемента остальные также утрачивают возможность функционировать, поскольку цепь разрывается. Примером может служить гирлянда, которая не работает в случае перегорания одной лампочки. Это является ключевым отличием от параллельного соединения, в котором элементы могут функционировать по отдельности.

Последовательная схема предполагает, что по причине одноуровневого подключения проводников их сопротивление в любой точки сети равно. Общее сопротивление равняется сумме уменьшения напряжений отдельных элементов сети.

При данном типе соединения начало одного проводника подсоединяется к концу другого. Ключевая особенность соединения состоит в том, что все проводники находятся на одном проводе без разветвлений, и через каждый из них протекает один электроток. Однако общее напряжение равно сумме напряжений на каждом. Также можно рассмотреть соединение с другой точки зрения – все проводники заменяются одним эквивалентным резистором, и ток на нем совпадает с общим током, который проходит через все резисторы. Эквивалентное совокупное напряжение является суммой значений напряжения по каждому резистору. Так проявляется разность потенциалов на резисторе.

Watch this video on YouTube

Использование последовательного подключения целесообразно, когда требуется специально включать и выключать определенное устройство. К примеру, электрозвонок может звенеть только в момент, когда присутствует соединение с источником напряжения и кнопкой. Первое правило гласит, что если тока нет хотя бы на одном из элементов цепи, то и на остальных его не будет. Соответственно при наличии тока в одном проводнике он есть и в остальных. Другим примером может служить фонарик на батарейках, который светит только при наличии батарейки, исправной лампочки и нажатой кнопки.

В некоторых случаях последовательная схема нецелесообразна. В квартире, где система освещения состоит из множества светильников, бра, люстр, не стоит организовывать схему такого типа, поскольку нет необходимости включать и выключать освещение во всех комнатах одновременно. С этой целью лучше использовать параллельное соединение, чтобы иметь возможность включения света в отдельно взятых комнатах.

Преимущества «плетёного моста»

Изобретение Леонардо было, пожалуй, первым в истории вариантом разборного моста. Его нетрудно было поставить и столь же легко разобрать, когда в нём исчезнет необходимость. На плетёную конструкцию можно было установить настил из досок. Разборный мост был призван не просто поразить воображение обывателей. В те суровые времена мост – это, прежде всего военное сооружение. Конструкция Леонардо позволяла быстро поставить мост над любым водным пространством прямо во время боевых действий, пропустить большую армию и незамедлительно его убрать, создав преграду для преследователей.

«Плетёный» мост имеет небольшую массу и может быть построен из любых подручных материалов. Каменный вариант, конечно, был бы не таким лёгким, как бревенчатый; по идее, очёнь лёгкий и вместе с тем прочный мост получится даже из бамбука, хотя его размеры не будут такими грандиозными.

Автор статьи: Сергей Семёнов (рисунки сбора моста взяты из видео)

Особенности германиевых и кремниевых вд

ВД
изготавливаются из монокристаллов. Они
могут быть точечными и плоскостными.
Особенностью плоскостных диодов является
большая ёмкость, что позволяет им
работать при меньших частотах. Диоды
помещаются в герметизированный корпус,
что обеспечивает возможность их работы
в условиях высокой влажности и
загрязнённости.

Tраб.гр.Ge=70C,Tраб.гр.Si=150C.
Для обеспечения лучшего теплоотвода
используется металлический корпус, к
которому припаиваются пластины п/п.
Часто диоды дополнительно устанавливаются
на внешний радиатор и могут иметь
устройство для воздушного или жидкого
охлаждения.

Iобр.Si<Iобр.Ge

Uпр.Si>Uпр.Ge

jдоп.Si>jдоп.Ge

Uобр.доп.Si= 1500 В

Uобр.доп.Ge= 400 В.

Различные
зависимости напряжения пробоя от
температуры: в германиевых диодах –
тепловой пробой, в кремниевых – лавинный.

Прямое
напряжение Geуменьшается
при увеличении температуры, аSi– увеличивается.

ВЧ — и СВЧ –
диоды

Обычно
это точечные диоды, которые используются
на частотах до нескольких сотен МГц
для:

  • выпрямления;

  • детектирования;

  • других нелинейных
    преобразований.

Площадь
их мала, поэтому рассеиваемая мощность
20–30 мВт,

Преимущество параллельного включения диодов

Параллельное соединение позволяет добавить 2 или 5, или 10 светодиодов, или больше. Ограничением является мощность источника питания и габариты прибора, в котором вы хотите применить такое соединение.

Лампочки для каждой параллельной ветки берут строго одинаковые, чтобы у них были максимально похожие значения допустимого тока, прямого и обратного напряжения.

Преимущество параллельного соединения светодиодов в том, что если один из них перегорит, вся цепь продолжит работать. Лампочки будут светиться и при перегорании их большего количества, главное, чтобы хоть одна ветка оставалась неповрежденной.

Как видно, параллельное соединение – это довольно полезная вещь. Просто надо уметь правильно собрать цепь, не забывая обо всех свойствах светодиодов и о законах физики.

Во многих схемах параллельное соединение комбинируют с последовательным, что позволяет создать функциональные электрические приборы.

Чем отличаются параллельное и последовательное подключения

Последовательное подключение представляет собой последовательное соединение проводников в одной общей электрической цепи.

Почему оно последовательное?

Всё очень просто – проводники располагаются в электрической цепи аналогично птицам, которые сидят на проводе – один за другим. В данном случае представим, что птицы держатся за лапы – каждая птица держит своей левой лапой правую лапу ближайшей птицы. Получаем ёлочную гирлянду. Все сидят последовательно.

Кстати говоря, если свободные лапы крайних птиц прислонить к источнику питания, то выйдет фейерверк :)…

Представим, например, светодиод, который имеет + и -. Для того, чтобы объединить такие светодиоды в единую последовательную цепь, мы должны соединить ножку + первого светодиода с плюсом источника постоянного тока, а ножку – соединить с ножкой + следующего светодиода. Ножку – следующего светодиода мы подключаем также к ножке + следующего светодиода, а – подключаем к – источника постоянного тока. Вот мы и собрали простейшую последовательную цепь из трех элементов.

Параллельное подключение выглядит немного иначе.

Если вернуться к примеру с птицами, то птицы уже не сидят на проводе одна за другой, а держат друг друга лапами.

Причем, птицы так извернулись, что одна птица держит своей правой лапой, правую лапу соседней птицы, а левой лапой левую лапу этой же птицы.

Для того, чтобы зажарить таких птиц, остаётся только прислонить букет из этих соответствующих друг другу лап к полюсам источника тока.

Здесь мы берем, скажем, два светодиода, которые имеют ножки + и – соответственно, и соединяем сначала ножки светодиодов по принципу + к + и – к -.

Собранную цепь мы подключаем к источнику тока соответственно полюсам, т.е. общий плюс от двух светодиодов присоединяем к + источника тока, а общий – к минусу источника тока. В результате получили параллельную цепь.

Смешанное соединение сочетает в себе как параллельное, так и последовательные соединения. В зависимости от цели, эти комбинации могут быть различными.

На практике чаще всего используются именно смешанные схемы. Часто анализ такого соединения вызывает затруднения у студентов и школьников.

На самом же деле, тут нет ничего сложного.

Для того, чтобы разобраться во всех параметрах, нужно попросту разложить цепь на удобные фрагменты.

Так, если мы имеем ряд последовательно подключенных резисторов, которые скомпонованы вместе с параллельно соединенными резисторами, то цепь можно разбить на два обобщенных условных участка, где и определить значимый параметр.

Часто испуг вызывает появление в схеме поворотов, углов и изгибов. Человек теряется и не понимает, что от смены направления линии соединительных проводов, логика не меняется.  

Как определить полярность диода

При правильном подключении светодиодов электроток течет в верном направлении, лампочка светится. Если подключить контакты на оборот, свечения нет, возможен выход LED-лампочки из строя. Для предотвращения перед созданием схемы обязательно следует определить полярность.

Использование тестирующих устройств

Мультиметр (тестер) обладает некоторыми преимуществами:

  • определяется плюс и минус;
  • можно узнать цвет света;
  • определяется работоспособность чипа.

Чтобы узнать полярность, нужно:

  • установить прибор на проверку при 2 кОм и коснуться выводов щупами (если на экране значение число 1600–1800, LED-лампочку можно подключать);
  • установить прибор на прозвон, коснуться черным щупом минуса, красным – плюса (на экране должно появиться число);
  • использовать в PNP гнезда C (коллектор) и E (эмиттер) – если в C вставить минус, в E – плюс, исправная лампочка светится.

Визуальное определение полярности

Если лампочка новая, плюсовой контакт всегда длиннее. Некоторые производители помечают минусовой контакт срезом на корпусе или точкой. У б/у диода контакты одной длины. В подобной ситуации может помочь осмотр кристалла. У плюса внутри линзы контакт меньших размеров, минус внешне похож на флажок.

КАК подключить СВЕТОДИОДКАК подключить СВЕТОДИОД

Подключение к источнику питания

Для проверки подходит источник тока на 3-6 В (простая батарейка или аккумулятор). К одному контакту припаивается резистор на 300–470 Ом. Если коснуться анодом плюса, а катодом минуса, исправный диод светится.

В ремонтных мастерских лучшими источниками питания считают батарейки из настенных часов или плат компьютеров на 3 вольта (если электроток до 30 мА). Их на короткое время вставляют между ножками (резистор не нужен). Плюс и минус определяются по свечению.

Распиновка светодиода

Светодиод – кристалл, дополненный добавками, которые излучают свет в процессе прохождения электротока. Свечение появляется, если на анод подается положительный вольтажа, на катод – отрицательный.

Слово «распиновка» произошло от английского «Pin», которое можно перевести как «вывод» или «ножка». Распиновка светодиода – это определение функций контактов. Они обозначены вместе с предназначением на микросхемах и в таблицах. Схемы достаточно простые, на них видно, куда подключить «плюс», куда «минус». Если лед-лампочка сверхяркая, на ее корпусе или контактах имеется маркировка. Катод – это всегда ножка на широком основании.

Классическое подключение через электромагнитный балласт

Особенности схемы

В соответствии с этой схемой в цепь включается дроссель. Также в составе схемы обязательно присутствует стартер.

Стартер для люминесцентных ламп — Philips Ecoclick StartersS10 220-240V 4-65W

Последний представляет собой маломощный неоновый источник света. Устройство оснащено биметаллическими контактами и питается от электросети с переменными значениями тока. Дроссель, стартерные контакты и электродные нити подключаются последовательно.

Вместо стартера в схему может включаться обыкновенная кнопка от электрозвонка. В данном случае напряжение будет подаваться путем удерживания кнопки звонка в нажатом положении. Кнопку нужно отпустить после зажигания светильника.

Порядок действия схемы с балластом электромагнитного типа выглядит следующим образом:

  • после включения в сеть, дроссель начинает накапливать электромагнитную энергию;
  • через стартерные контакты обеспечивается поступление электричества;
  • ток устремляется по вольфрамовым нитям нагрева электродов;
  • электроды и стартер нагреваются;
  • происходит размыкание контактов стартера;
  • аккумулированная дросселем энергия высвобождается;
  • величина напряжения на электродах меняется;
  • люминесцентная лампа дает свет.

В целях повышения показателя полезного действия и уменьшения помех, возникающих в процессе включения лампы, схема комплектуется двумя конденсаторами. Один из них (меньший) размещается внутри стартера. Его главная функция заключается в погашении искр и улучшении неонового импульса.

Среди ключевых преимуществ схемы с балластом электромагнитного типа можно выделить:

  • надежность, проверенную временем;
  • простоту;
  • доступную стоимость.
  • Недостатков, как показывает практика, больше, чем преимуществ. Среди их числа нужно выделить:
  • внушительный вес осветительного прибора;
  • продолжительное время включения светильника (в среднем до 3 секунд);
  • низкую эффективность системы при эксплуатации на холоде;
  • сравнительно высокое потребление энергии;
  • шумную работу дросселя;
  • мерцание, негативно воздействующее на зрение.

Порядок подключения

Подсоединение лампы по рассмотренной схеме выполняется с задействованием стартеров. Далее будет рассмотрен пример установки одного светильника с включением в схему стартера модели S10. Это современное устройство имеет невозгораемый корпус и высококачественную конструкцию, что делает его лучшим в своей нише.

Главные задачи стартера сводятся к:

  • обеспечению включения лампы;
  • пробою газового промежутка. Для этого цепь разрывается после довольно длительного нагрева электродов лампы, что приводит к выбросу мощного импульса и непосредственно пробою.

Дроссель используется для выполнения таких задач:

  • ограничения величины тока в момент замыкания электродов;
  • генерации напряжения, достаточного для пробоя газов;
  • поддержания горения разряда на постоянном стабильном уровне.

В рассматриваемом примере подключается лампа на 40 Вт. При этом дроссель должен иметь аналогичную мощность. Мощность же используемого стартера равна 4-65 Вт.

Подключаем в соответствии с представленной схемой. Для этого делаем следующее.

Первый шаг

Параллельно подключаем стартер к штыревым боковым контактам на выходе люминесцентного светильника. Эти контакты представляют собой выводы нитей накаливания герметичной колбы.

Третий шаг

К питающим контактам подключаем конденсатор, опять-таки, параллельно. Благодаря конденсатору будет компенсироваться реактивная мощность и уменьшаться помехи в сети.

Методы подключения

Простейшим методом подключения светильника к сети на 220 В является использование гасящего сопротивления, расположенного последовательно светодиоду. Напряжение постоянно изменяется, амплитудное значение может достигать 310 В. Данная величина должна обязательно учитываться при расчетах сопротивления.

Также следует обеспечить защиту диода от обратного напряжения, равного прямому. Рассмотрим основные способы.

Последовательное подключение диода с высоким напряжением обратного пробоя (400 В и более)

В данном случае правильно подключить к схеме выпрямительный диод 1N4007, обратное напряжение которого составляет 1000 В. Если будет изменена полярность и напряжение пойдет в обратном направлении, то оно будет сглажено выпрямительным диодом, защищающим светодиод от пробоя.

Шунтирование светодиода обычным диодом

Этот способ подразумевает использование простого маломощного полупроводника, подключаемого по встречно-параллельному курсу со светодиодом. Обратное напряжение будет воздействовать на гасящее сопротивление, поскольку диод включен в прямом направлении.

Встречно-параллельное подключение двух светодиодов

Способ схож с предыдущим методом, за исключением того, что светодиоды будут гореть только на своем отрезке синусоиды, обеспечивая друг для друга защиту от пробоя.

Существенным недостатком подключения светодиодов к сети 220 В через гасящий резистор является то, что на сопротивлении выделяется огромная мощность.

Рассмотрим пример. Предположим, что используется гасящий резистор сопротивлением 24 кОм при подключении светодиодов к сети 220 В с выходящим током 9 мА. Рассчитаем мощность на гасящем сопротивлении: 9*9*24=1944 мВт (около 2 Вт). Таким образом, чтобы обеспечить оптимальную эксплуатацию, нужно взять резистор мощностью не ниже 3 Вт.

Когда используется несколько led-диодов, потребляющих ток большего значения, то мощность будет расти пропорционально квадрату выходного тока, из-за чего использовать гасящий резистор будет просто нецелесообразно. В случае применения сопротивления меньшей мощности, чем требуется по регламенту, резистор быстро выйдет из строя и произойдет короткое замыкание.

Поэтому роль токоограничивающего элемента должен играть конденсатор, на котором не рассеивается мощность, поскольку сопротивление является реактивным.

В простейшей схеме подключения светодиодного осветительного прибора через конденсатор наблюдается следующая картина: после прекращения питания в конденсаторе сохраняется остаточный заряд – источник угрозы для безопасности человека, который должен разряжаться с помощью сопротивления. Второй резистор требуется при включении питания для защиты схемы от тока, идущего через конденсатор. Выпрямительный диод служит для защиты led-диода от обратного напряжения. Выбирайте конденсатор неполярного типа, рассчитанный для эксплуатации в сети с напряжением не ниже 400 В.

Категорически запрещено использовать полярные конденсаторы в сети переменного тока, поскольку проходящий в обратном направлении ток приведет к разрушению конструкции.

Для расчета нужной емкости конденсатора используют эмпирическую формулу, где производное 4,45 и тока, проходящего через светодиоды, нужно разделить на разницу между амплитудной величиной тока (указана выше – 310 В) и падением напряжения на светодиоде после прямого прохождения.

Например, если нужно подключить led-диод с падением напряжения 3 В и током 9 мА, то по формуле выше емкость конденсатора будет равна 0,13 мкФ. На данную величину в большей степени влияет сила тока, меньшей – падение напряжения.

Эмпирическая формула может использоваться при расчетах емкости конденсатора для сети частотой 50 Гц, поскольку в остальных случаях коэффициент 4,45 требует перерасчета.

Подключение светодиода к сети 220 В — простейшие схемы

В данном разделе будем рассматривать схемы, которые можно самостоятельно и быстро воплотить в жизнь, для того, чтобы выполнить подключение светодиода к сети 220 В самостоятельно.

Подключение светодиода к 220 В с использованием резистора — схема

Выше вы можете видеть схему, которая используется повсеместно в цепях индикации. Т.е. если Вы разберете выключатель со светодиодной подсветкой, то обязательно увидите именно такую схему подключения светодиодов к сети 220 В. Такое соединение к 220 В у светодиода не только в выключателях. но и в индикации чайника, утюга и т.п. электротехнических устройствах. Мало того, что это самая простая схема подключения светодиодов к сети 220 В, так она еще и самая надежная.

Схема — подключение светодиода к сети 220 В при помощи резистора и диода

Для защиты светодиода используют схему подключения встречно-параллельного обычного диода.

Для чего в этой схеме надо использовать диод? А все просто… В проводящий полупериод на светодиоде напряжение снижается до 3В. В момент когда он заперт (непроводящий полупериод) к его выводам прикладывается обратное полное действующее напряжение 220 В, амплитуда которого может достигать аж 310 В. А это, само-собой влечет возможность вывода из строя светодиод. Но… Если мы создадим путь протекания тока в непроводимый полупериод времени, то амплитуда обратного напряжения будет снижена. Именно для этого и применяется шунтирующий диод, показанный на схеме. В общем, если Вы хотите, чтобы Ваш светодиод при подключении к сети 220 В с резистором не погорел синем пламенем, используйте диод.

Схема — подключение светодиода к сети 220 В с диодом подключенным не встречно-параллельно

Существует возможность подключать ограничительный диод и не встречно-параллельно.

По сравнению с предыдущей схемой мы можем видеть, что ток протекает через резистор в 2 раза меньше. А это означает, что на нем выделится мощности ровно в 4 раза меньше.

Отрицательная сторона такого подключения светодиода к 220 В

К защитному диоду прикладывается ПОЛНОЕ напряжение сети, поэтому абы какой диод мы тут установить не можем. Для этого нам необходимо подобрать диод с обратным напряжением не менее 440 В — 1N4007.

Развенчаю домыслы многих радиолюбителей… В отрицательные полупериоды светодиод будет находиться в состоянии электрического пробоя! Но благодаря тому, что сопротивление p-n перехода защитного диода велико, тока будет недостаточно, чтобы вывести его из строя.

Электробезопасность при подключении светодиода к сети 220 В

Не забываем, что любая простая схема подключения светодиода к 220 В при прикосновении к ней человека может привести к негативным последствиям. Поэтому, дабы обезопасить себя и возможно детей от высокого напряжения необходимо поделить номинал резистора по полам и определить его на обе «линии».

Данное видоизменение используйте не только к такому типу подключения светодиодов, но и на ВСЕ схемы, где вы будете подключать светодиоды к сети 220 В без специальных устройств в виде драйвера.

Схема — подключение светодиода к сети 220 В при помощи аналогичного светодиода

Если подходящего диода нет, то подойдет и светодиод, с аналогичными характеристиками, для подключения его встречно-параллельно.

После того, как соберете данную схему, будет казаться, что в момент подключения оба светодиода будут светиться. Однако, это ошибочное представление, т.к. они мерцают с частотой в 50 Гц.

Светодиоды работают в противофазе. Когда первый работает, второй гаснет.

Здесь Вам стоит отметить следующее:

  1. Ток протекает через оба полупериода
  2. Ток протекает через резистор

Соответственно и номинал резистора стоит снизить вдвое.

4 Однофазная однополупериодная схема выпрямления

Однофазная
однополупериодная схема выпрямления
с активной нагрузкой является наиболее
простой из всех выпрямительных схем
(рисунок 4.1, а).

На
рисунке 4.1,б представлены графики
напряжений и токов в схеме. По оси абсцисс
этих графиков отложен фазовый
угол
t,
где
— круговая частота питающего сетевого
напряжения. Вместо величиныt
на графиках может быть отложено текущее
время t.

Ha
данной схеме (рисунок 4.1, а) и в нижеследующих
схемах выпрямления
вентильные элементы представим обобщенно
в виде диодов (VD).

Рисунок
4.1 — Однофазная однополупериодная схема
выпрямления (а) и
диа­граммы напряжений и токов в схеме
(б)

Известно,
что условием прохождения тока через
вентиль (выпрямительный диод) является
наличие на его аноде положительного
потенциала по отношению к катоду.
Допустим, что положительный потенциал
на аноде VD
в данной схеме появляется
при положительной полуволне напряжения
(потенциал точки а схемы
положителен, а точки б
— отрицателен),
следовательно, в первую половину периода
диод открывается и по цепи последовательно
соединенных обмотки трансформатора,
диода и нагрузки протекают равные токи
iVD=i=i2.
Во вторую половину периода точка а имеет
отрицательный потенциал, следовательно
диод закрывается и ток в цепи отсутствует.

Таким
образом, ток через диод и нагрузку
протекает только в течение одного
полупериода, поэтому схема назы­вается
однополупериодной.

Поскольку
в идеализированной схеме выпрямления
в трансформаторе и вентиле (диоде) потерь
нет, то в пер­вом полупериоде все
напряжение вторичной обмотки
транс­форматора u2
оказывается приложенным к нагрузке RH,
и поэтому график
выпрямленного напряжения u
повторя­ет положительную полусинусоиду
графика напряжения u2
(рисунок 4.1, б).

Графики
токов, протекающих по выпрямительному
дио­ду VD,
нагрузке RH,
вторичной обмотке
трансформатора, будут одинаковы, т.е.
iVD=i=i2;
ординаты графика этих
токов в данной (идеализированной) схеме
определяются со­отношением u/RH.

Мгновенное
значение тока в первичной обмотке
трансформатора определяется выражением

i1=(i2
— Io)n21,

где
n21
= U2/U1,
а I
— постоянная составляющая выпрямленного
тока i.

Ток
первичной обмотки определяется переменным
напряжением сети u
и не может содержать
постоянной составляющей. Поэтому
значение постоянной составляющей Iо
вычитается из мгновенного значения i
тока вторичной обмотки.
Таким образом, разность (i2
— Iо),
измененная в n21
раз, будет представлять собой график
тока первичной обмотки i1
(n21
в данном случае для простоты принят
равным единице).

Во
время второго полупериода напряжения
u2
диод закрыт
а, следовательно, все
напряжение вторичной обмотки трансформатора
u2
оказывается приложенным
к последовательно соединенным нагрузке
RН
и диоду VD.
Поскольку обратное
сопротивление диода намного больше
сопротивления нагрузки RН,
то с достаточной для практики точностью
сопротивлением нагрузки в данном случае
можно пренебречь, т. е. можно считать,
что во время второго полупериода к
зажимам диода в обратном направлении
приложено напряжение uобр,
график которого повторяет отрицательную
полусинусоиду напряжения вторичной
обмотки трансформатора u2
(рисунок 4.1,б).

В
рассматриваемой схеме постоянная
составляющая выпрямленного тока Iо,
протекая по вторичной обмотке
трансформатора, создает вынужденное
подмагничивание его магнитопровода.

Основным
преимуществом однополупериодной схемы
является простота.

К
недостаткам схемы относятся:

1)
большой коэффициент пульсации
выпрямленного напряжения КП01

2)
большие масса и объем трансформатора
(вследствие плохого использования
обмоток и вынужденного подмагничивания
магнитопровода трансформатора).

Вследствие
указанных недостатков однофазная
однополупериодная схема при работе на
активную нагрузку практического
применения не нашла.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий