Električna energija se prikladno prenosi i pretvara u veličini u obliku izmjeničnog napona. U tom obliku se isporučuje krajnjem potrošaču. Ali za napajanje mnogih uređaja i dalje vam je potreban konstantan napon.
Sadržaj
Zašto nam je potreban ispravljač u elektrotehnici
Zadatak pretvaranja izmjeničnog napona u istosmjerni dodijeljen je ispravljačima. Ovaj uređaj ima široku primjenu, a glavna područja upotrebe ispravljačkih uređaja u radio i elektrotehnici su:
- formiranje istosmjerne struje za energetske električne instalacije (vučne trafostanice, postrojenja za elektrolizu, sustave uzbude sinkronih generatora) i snažnih istosmjernih motora;
- Napajanja za elektroničke uređaje;
- detekcija moduliranih radio signala;
- formiranje konstantnog napona proporcionalnog razini ulaznog signala za izgradnju sustava automatske kontrole pojačanja.
Potpuni opseg ispravljača je opsežan i nemoguće ga je navesti u okviru jednog pregleda.
Principi rada ispravljača
Rad ispravljačkih uređaja temelji se na svojstvu jednostrane vodljivosti elemenata. To možete učiniti na različite načine. Mnogi načini za industrijsku primjenu postali su stvar prošlosti, poput korištenja mehaničkih sinkronih strojeva ili elektrovakuumskih uređaja. Sada se koriste ventili koji provode struju u jednom smjeru. Ne tako davno, živini uređaji korišteni su za ispravljače velike snage. Trenutno su praktički zamijenjeni poluvodičkim (silicijskim) elementima.
Tipični ispravljački krugovi
Uređaj za ispravljanje može se izraditi prema različitim principima. Prilikom analize sklopova uređaja, treba imati na umu da se konstantni napon na izlazu bilo kojeg ispravljača može nazvati samo uvjetno. Ovaj čvor proizvodi pulsirajući jednosmjerni napon, koji se u većini slučajeva mora izgladiti filtrima. Neki potrošači također zahtijevaju stabilizaciju ispravljenog napona.
Jednofazni ispravljači
Najjednostavniji ispravljač izmjeničnog napona je jedna dioda.
Propušta pozitivne poluvalove sinusoida do potrošača i "odsijeca" one negativne.
Opseg takvog uređaja je mali - uglavnom, prekidački ispravljači napajanjarade na relativno visokim frekvencijama. Iako proizvodi struju koja teče u jednom smjeru, ima značajne nedostatke:
- visoka razina mreškanja - za izglađivanje i dobivanje istosmjerne struje trebat će vam veliki i glomazni kondenzator;
- nepotpuna upotreba snage opadajućeg (ili pojačanog) transformatora, što dovodi do povećanja potrebnih pokazatelja težine i veličine;
- prosječni EMF na izlazu manji je od polovice isporučenog EMF-a;
- povećani zahtjevi za diodu (s druge strane, potreban je samo jedan ventil).
Stoga, rašireniji punovalni (most) krug.
Ovdje struja teče kroz opterećenje dva puta po periodu u jednom smjeru:
- pozitivni poluval duž staze označene crvenim strelicama;
- negativan poluval duž staze označene zelenim strelicama.
Negativni val ne nestaje, već se također koristi, pa se potpunije koristi snaga ulaznog transformatora. Prosječni EMF je dvostruko veći od poluvalne verzije. Oblik struje mreškanja mnogo je bliži ravnoj liniji, ali je i dalje potreban kondenzator za izravnavanje. Njegov kapacitet i dimenzije bit će manji nego u prethodnom slučaju, jer je frekvencija mreškanja dvostruko veća od frekvencije mrežnog napona.
Ako postoji transformator s dva identična namota koja se mogu spojiti u seriju ili s namotom koji ima izvod iz sredine, punovalni ispravljač može se izgraditi prema drugoj shemi.
Ova opcija je zapravo dvostruki krug poluvalnog ispravljača, ali ima sve prednosti punovalnog ispravljača. Nedostatak je potreba za korištenjem transformatora određenog dizajna.
Ako je transformator izrađen u amaterskim uvjetima, nema prepreka za namotavanje sekundarnog namota prema potrebi, ali će se morati koristiti nešto veće željezo. Ali umjesto 4 diode koriste se samo 2. To će omogućiti nadoknadu gubitka u pokazateljima težine i veličine, pa čak i pobjedu.
Ako je ispravljač dizajniran za veliku struju i ventili se moraju ugraditi na radijatore, tada ugradnja polovice broja dioda daje značajne uštede. Također treba uzeti u obzir da takav ispravljač ima dvostruko veći unutarnji otpor u odnosu na onaj sklopljen u mosnom krugu, pa će i zagrijavanje namota transformatora i povezani gubici biti veći.
Trofazni ispravljači
Iz prethodnog kruga logično je prijeći na trofazni ispravljač napona, sastavljen po sličnom principu.
Oblik izlaznog napona je mnogo bliži ravnoj liniji, razina valovitosti je samo 14%, a frekvencija je jednaka trostrukoj frekvenciji mrežnog napona.
Pa ipak, izvor ovog kruga je poluvalni ispravljač, pa se mnogi nedostaci ne mogu prevladati ni trofaznim izvorom napona. Glavni je nepotpuno korištenje snage transformatora, a prosječni EMF je 1,17⋅E2eff (efektivna vrijednost EMF-a sekundarnog namota transformatora).
Najbolji parametri imaju trofazni mostni krug.
Ovdje je amplituda mreškanja izlaznog napona istih 14%, ali je frekvencija jednaka heksagonalnoj frekvenciji ulaznog izmjeničnog napona, tako da će kapacitet filterskog kondenzatora biti najmanji od svih prikazanih opcija. A izlazni EMF će biti dvostruko veći nego u prethodnom krugu.
Ovaj se ispravljač koristi s izlaznim transformatorom koji ima zvjezdasti sekundarni namot, ali će isti sklop ventila biti mnogo manje učinkovit kada se koristi u kombinaciji s transformatorom čiji je izlaz spojen u trokut.
Ovdje su amplituda i frekvencija pulsiranja iste kao u prethodnom krugu. Ali prosječni EMF je u vremenima manji nego u prethodnoj shemi. Stoga se ova inkluzija rijetko koristi.
Multiplikatori napona
Moguće je izgraditi ispravljač čiji će izlazni napon biti višekratnik ulaznog napona. Na primjer, postoje krugovi s udvostručavanjem napona:
Ovdje se kondenzator C1 puni tijekom negativnog poluperioda i prebacuje se u seriju s pozitivnim valom ulaznog sinusnog vala. Nedostatak ove konstrukcije je mala nosivost ispravljača, kao i činjenica da je kondenzator C2 ispod dvostruke vrijednosti napona. Stoga se takav sklop koristi u radiotehnici za udvostručenje ispravljanja signala male snage za amplitudske detektore, kao mjerni element u krugovima automatske kontrole pojačanja itd.
U elektrotehnici i energetskoj elektronici koristi se druga verzija sheme udvostručavanja.
Dvostruki, sastavljen prema Latour shemi, ima veliku nosivost. Svaki od kondenzatora je pod ulaznim naponom, stoga, u smislu težine i veličine, ova opcija također nadmašuje prethodnu. Tijekom pozitivnog poluciklusa, kondenzator C1 je napunjen, tijekom negativnog - C2. Kondenzatori su spojeni serijski, a u odnosu na opterećenje - paralelno, pa je napon na opterećenju jednak zbroju napon nabijenih kondenzatora. Frekvencija mreškanja jednaka je dvostrukoj frekvenciji mrežnog napona, a vrijednost ovisi od vrijednosti kapaciteta. Što su veće, to je manje mreškanje. I ovdje je potrebno pronaći razuman kompromis.
Nedostatak kruga je zabrana uzemljenja jednog od terminala opterećenja - jedna od dioda ili kondenzatora u ovom slučaju će biti kratko spojena.
Ovaj se krug može kaskadno povezati bilo koji broj puta. Dakle, dvaput ponavljajući princip uključivanja, možete dobiti krug s četverostrukim naponom itd.
Prvi kondenzator u krugu mora izdržati napon napajanja, ostatak - dvostruko veći napon napajanja. Svi ventili moraju biti ocijenjeni za dvostruki obrnuti napon. Naravno, za pouzdan rad kruga, svi parametri moraju imati marginu od najmanje 20%.
Ako nema prikladnih dioda, mogu se spojiti u seriju - u ovom slučaju maksimalni dopušteni napon će se povećati za faktor 1. Ali paralelno sa svakom diodom moraju se spojiti izjednačujući otpornici. To se mora učiniti, jer inače, zbog širenja parametara ventila, obrnuti napon može biti neravnomjerno raspoređen između dioda. Rezultat može biti višak najveće vrijednosti za jednu od dioda. A ako se svaki element lanca šantira otpornikom (njihova vrijednost mora biti ista), tada će se obrnuti napon raspodijeliti potpuno isto. Otpor svakog otpornika trebao bi biti oko 10 puta manji od obrnutog otpora diode. U tom slučaju, učinak dodatnih elemenata na rad kruga bit će minimiziran.
Paralelno spajanje dioda u ovom krugu vjerojatno neće biti potrebno, struje su ovdje male. Ali može biti korisno u drugim krugovima ispravljača gdje opterećenje troši ozbiljnu snagu. Paralelna veza umnožava dopuštenu struju kroz ventil, ali sve pokvari odstupanje parametara. Kao rezultat toga, jedna dioda može preuzeti najaktualniju i ne izdržati je. Kako bi se to izbjeglo, otpornik se postavlja u seriju sa svakom diodom.
Vrijednost otpora je odabrana tako da pri maksimalnoj struji pad napona na njoj bude 1 volt. Dakle, pri struji od 1 A, otpor bi trebao biti 1 ohm. Snaga u ovom slučaju treba biti najmanje 1 vat.
U teoriji, višestrukost napona može se neograničeno povećavati. U praksi, treba imati na umu da nosivost takvih ispravljača naglo pada sa svakim dodatnim stupnjem. Kao rezultat toga, možete doći u situaciju da pad napona na opterećenju premašuje faktor množenja i čini rad ispravljača besmislenim. Ovaj nedostatak je svojstven svim takvim shemama.
Često se takvi množitelji napona proizvode kao jedan modul u dobroj izolaciji. Slični uređaji korišteni su, na primjer, za stvaranje visokog napona u televizorima ili osciloskopima s katodnom cijevi kao monitorom. Poznate su i sheme udvostručavanja pomoću prigušnica, ali nisu dobile distribuciju - dijelovi namota su teški za proizvodnju i nisu vrlo pouzdani u radu.
Postoji mnogo ispravljačkih krugova. S obzirom na širok opseg ovog čvora, važno je svjesno pristupiti izboru kruga i proračunu elemenata. Samo u ovom slučaju zajamčen je dug i pouzdan rad.
Slični članci:
