Sähköenergiaa kuljetetaan kätevästi ja muunnetaan suuruusluokaltaan vaihtojännitteen muodossa. Tässä muodossa se toimitetaan loppukuluttajalle. Mutta monien laitteiden käyttämiseksi tarvitset silti jatkuvan jännitteen.
Sisältö
Miksi tarvitsemme tasasuuntaajan sähkötekniikassa
Tehtävä AC-jännitteen muuntaminen DC:ksi on annettu tasasuuntaajille. Tätä laitetta käytetään laajalti, ja radio- ja sähkötekniikan tasasuuntauslaitteiden pääasialliset käyttöalueet ovat:
- tasavirran muodostaminen voimasähköasennuksia (vetoasemat, elektrolyysilaitokset, synkronisten generaattorien viritysjärjestelmät) ja tehokkaita tasavirtamoottoreita varten;
- sähkölaitteiden virtalähteet;
- Moduloitujen radiosignaalien havaitseminen;
- tulosignaalin tasoon verrannollisen vakiojännitteen muodostaminen automaattisten vahvistuksensäätöjärjestelmien rakentamiseksi.
Tasasuuntaajien koko valikoima on laaja, eikä sitä voi luetella yhden katsauksen puitteissa.
Tasasuuntaajien toimintaperiaatteet
Tasasuuntauslaitteiden toiminta perustuu elementtien yksipuolisen johtavuuden ominaisuuteen. Voit tehdä tämän eri tavoilla. Monet tavat teollisiin sovelluksiin ovat jääneet menneisyyteen, kuten mekaanisten synkronisten koneiden tai sähkötyhjiölaitteiden käyttö. Nyt käytetään venttiileitä, jotka johtavat virtaa yhteen suuntaan. Ei niin kauan sitten elohopealaitteita käytettiin suuritehoisissa tasasuuntaajissa. Tällä hetkellä ne ovat käytännössä korvattu puolijohde-elementeillä (pii).
Tyypilliset tasasuuntaajan piirit
Tasasuuntauslaite voidaan rakentaa eri periaatteiden mukaan. Laitepiirejä analysoitaessa on muistettava, että minkä tahansa tasasuuntaajan lähdön vakiojännitettä voidaan kutsua vain ehdollisesti. Tämä solmu tuottaa sykkivän yksisuuntaisen jännitteen, joka useimmissa tapauksissa on tasoitettava suodattimilla. Jotkut kuluttajat vaativat myös tasasuuntaisen jännitteen stabilointia.
Yksivaiheiset tasasuuntaajat
Yksinkertaisin AC-jännitetasasuuntaaja on yksidiodi.
Se välittää sinusoidin positiiviset puoliaallot kuluttajalle ja "leikkaa" negatiiviset.
Tällaisen laitteen laajuus on pieni - pääasiassa, hakkuriteholähteen tasasuuntaajattoimivat suhteellisen korkeilla taajuuksilla. Vaikka se tuottaa virtaa yhteen suuntaan, sillä on merkittäviä haittoja:
- korkea aaltoilu - tasoittaaksesi ja saadaksesi tasavirran, tarvitset suuren ja tilaa vievän kondensaattorin;
- alemman (tai nostavan) muuntajan tehon epätäydellinen käyttö, mikä johtaa vaadittujen paino- ja kokoindikaattoreiden kasvuun;
- keskimääräinen EMF lähdössä on alle puolet toimitetusta EMF:stä;
- lisääntyneet vaatimukset diodille (toisaalta tarvitaan vain yksi venttiili).
Siksi yleisempi täyden aallon (silta) piiri.
Tässä virta kulkee kuorman läpi kahdesti jaksossa yhteen suuntaan:
- positiivinen puoliaalto punaisilla nuolilla osoitetulla polulla;
- negatiivinen puoliaalto vihreiden nuolien osoittamalla polulla.
Negatiivinen aalto ei katoa, vaan sitä myös käytetään, joten tulomuuntajan tehoa käytetään täydellisemmin. Keskimääräinen EMF on kaksi kertaa suurempi kuin puoliaaltoversiossa. Aaltoiluvirran muoto on paljon lähempänä suoraa, mutta tasoituskondensaattori tarvitaan silti. Sen kapasiteetti ja mitat ovat pienemmät kuin edellisessä tapauksessa, koska aaltoilutaajuus on kaksi kertaa verkkojännitteen taajuus.
Jos on muuntaja kahdella identtisellä käämityksellä, joka voidaan kytkeä sarjaan tai käämillä, jossa on hana keskeltä, voidaan täysaaltotasasuuntaaja rakentaa eri kaavion mukaan.
Tämä vaihtoehto on itse asiassa puoliaaltotasasuuntaajan kaksoispiiri, mutta sillä on kaikki täysaaltotasasuuntaajan edut. Haittana on tarve käyttää tietyn mallin muuntajaa.
Jos muuntaja valmistetaan amatööriolosuhteissa, ei ole esteitä toisiokäämin käämittämiselle tarpeen mukaan, vaan on käytettävä hieman suurempaa rautaa. Mutta 4 diodin sijasta käytetään vain 2. Tämä mahdollistaa paino- ja kokoindikaattoreiden menetyksen kompensoinnin ja jopa voiton.
Jos tasasuuntaaja on suunniteltu korkealle virralle ja venttiilit on asennettava pattereihin, puolet diodien asentamisesta säästää merkittävästi. On myös otettava huomioon, että tällaisen tasasuuntaajan sisäinen vastus on kaksinkertainen siltapiiriin koottuun verrattuna, joten myös muuntajan käämien lämpeneminen ja siihen liittyvät häviöt ovat suurempia.
Kolmivaiheiset tasasuuntaajat
Edellisestä piiristä on loogista siirtyä kolmivaiheiseen jännitetasasuuntaajaan, joka on koottu samanlaisen periaatteen mukaan.
Lähtöjännitteen muoto on paljon lähempänä suoraa linjaa, aaltoilutaso on vain 14%, ja taajuus on kolme kertaa verkkojännitteen taajuus.
Ja kuitenkin tämän piirin lähde on puoliaaltotasasuuntaaja, joten monia puutteita ei voida voittaa edes kolmivaiheisella jännitelähteellä. Pääasiallinen on muuntajan tehon epätäydellinen käyttö, ja keskimääräinen EMF on 1,17⋅E2eff (muuntajan toisiokäämin EMF:n tehollinen arvo).
Parhailla parametreilla on kolmivaiheinen siltapiiri.
Tässä lähtöjännitteen aaltoilun amplitudi on sama 14%, mutta taajuus on yhtä suuri kuin sisääntulon vaihtojännitteen kuusikulmainen taajuus, joten suodatinkondensaattorin kapasitanssi on pienin kaikista esitetyistä vaihtoehdoista. Ja lähtö EMF on kaksi kertaa suurempi kuin edellisessä piirissä.
Tätä tasasuuntaajaa käytetään lähtömuuntajan kanssa, jossa on tähti toisiokäämi, mutta sama venttiilikokoonpano on paljon vähemmän tehokas, kun sitä käytetään yhdessä muuntajan kanssa, jonka lähtö on kytketty kolmioon.
Tässä pulsaatioiden amplitudi ja taajuus ovat samat kuin edellisessä piirissä. Mutta keskimääräinen EMF on pienempi kuin edellisessä järjestelmässä kertaa. Siksi tätä sisällytystä käytetään harvoin.
Jännitteenkerroin tasasuuntaajat
On mahdollista rakentaa tasasuuntaaja, jonka lähtöjännite on tulojännitteen kerrannainen. Esimerkiksi on olemassa piirejä, joissa jännite kaksinkertaistuu:
Tässä kondensaattori C1 latautuu negatiivisen puolijakson aikana ja kytketään sarjaan sisääntulon siniaallon positiivisen aallon kanssa. Tämän rakenteen haittana on tasasuuntaajan alhainen kuormituskyky sekä se, että kondensaattori C2 on alle kaksinkertaisen jännitteen arvon. Siksi tällaista piiriä käytetään radiotekniikassa amplituditunnistimien pienitehoisten signaalien tasasuuntauksen kaksinkertaistamiseen, mittauselementtinä automaattisissa vahvistuksensäätöpiireissä jne.
Sähkötekniikassa ja tehoelektroniikassa käytetään toista versiota tuplauskaaviosta.
Latour-järjestelmän mukaan kootulla tuplalaitteella on suuri kantavuus. Jokainen kondensaattori on syöttöjännitteellä, joten painon ja koon suhteen tämä vaihtoehto on myös parempi kuin edellinen. Positiivisen puolijakson aikana kondensaattori C1 latautuu, negatiivisen aikana - C2. Kondensaattorit on kytketty sarjaan ja suhteessa kuormaan - rinnan, joten kuorman yli oleva jännite on yhtä suuri kuin summa ladattujen kondensaattorien jännite. Aaltoilutaajuus on yhtä suuri kuin kaksi kertaa verkkojännitteen taajuus, ja arvo riippuu kapasiteettien arvosta. Mitä suurempia ne ovat, sitä vähemmän aaltoilua. Ja tässä on välttämätöntä löytää järkevä kompromissi.
Piirin haittapuoli on kielto maadoittaa yksi kuormitusliittimistä - tässä tapauksessa yksi diodeista tai kondensaattoreista on oikosulussa.
Tämä piiri voidaan kaskadoida kuinka monta kertaa tahansa. Joten toistamalla sisällyttämisperiaatetta kahdesti, voit saada piirin nelinkertaisella jännitteellä jne.
Piirin ensimmäisen kondensaattorin on kestettävä virtalähteen jännite, loput - kaksi kertaa syöttöjännite. Kaikki venttiilit on mitoitettu kaksinkertaiselle käänteisjännitteelle. Tietenkin piirin luotettavan toiminnan varmistamiseksi kaikkien parametrien marginaalin on oltava vähintään 20%.
Jos sopivia diodeja ei ole, ne voidaan kytkeä sarjaan - tässä tapauksessa suurin sallittu jännite nousee kertoimella 1. Mutta rinnakkain jokaisen diodin kanssa on kytkettävä tasausvastukset. Tämä on tehtävä, koska muuten venttiilien parametrien hajaantumisesta johtuen kääntöjännite voi jakautua epätasaisesti diodien välillä. Tuloksena voi olla yhden diodin suurimman arvon ylitys. Ja jos jokainen ketjun elementti on ohitettu vastuksella (niiden arvon on oltava sama), käänteinen jännite jakautuu täsmälleen samalla tavalla. Jokaisen vastuksen vastuksen tulisi olla noin 10 kertaa pienempi kuin diodin käänteinen vastus. Tässä tapauksessa lisäelementtien vaikutus piirin toimintaan minimoidaan.
Diodien rinnakkaiskytkentää tässä piirissä ei todennäköisesti tarvita, virrat ovat pieniä. Mutta se voi olla hyödyllinen muissa tasasuuntaajapiireissä, joissa kuorma kuluttaa vakavasti tehoa. Rinnakkaiskytkentä moninkertaistaa sallitun virran venttiilin läpi, mutta kaikki pilaa parametrien poikkeaman. Tämän seurauksena yksi diodi voi ottaa suurimman virran eikä kestä sitä. Tämän välttämiseksi vastus asetetaan sarjaan jokaisen diodin kanssa.
Vastusarvo valitaan siten, että suurimmalla virralla jännitehäviö sen yli on 1 voltti. Joten 1 A virralla vastuksen tulisi olla 1 ohm. Tehon tulee tässä tapauksessa olla vähintään 1 watti.
Teoriassa jännitteen monikertaisuutta voidaan lisätä loputtomasti. Käytännössä on syytä muistaa, että tällaisten tasasuuntaajien kuormituskyky laskee jyrkästi jokaisen lisävaiheen myötä. Tämän seurauksena voit joutua tilanteeseen, jossa jännitehäviö kuorman yli ylittää kertoimen ja tekee tasasuuntaajan toiminnan merkityksettömäksi. Tämä haitta on luontainen kaikille tällaisille järjestelmille.
Usein tällaiset jännitteenkertoimet valmistetaan yhtenä moduulina hyvässä eristyksessä. Vastaavia laitteita käytettiin esimerkiksi korkean jännitteen luomiseen televisioissa tai oskilloskoopeissa, joissa oli katodisädeputki monitorina. Tuplausjärjestelmät kuristimia käyttämällä tunnetaan myös, mutta ne eivät ole saaneet jakelua - käämitysosia on vaikea valmistaa ja ne eivät ole kovin luotettavia.
Tasasuuntaajapiirejä on paljon. Tämän solmun laajan laajuuden vuoksi on tärkeää lähestyä piirin valintaa ja elementtien laskemista tietoisesti. Vain tässä tapauksessa pitkä ja luotettava toiminta taataan.
Samanlaisia artikkeleita:
