Η ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρεται εύκολα και μετατρέπεται σε μέγεθος με τη μορφή εναλλασσόμενης τάσης. Με αυτή τη μορφή παραδίδεται στον τελικό καταναλωτή. Αλλά για να τροφοδοτήσετε πολλές συσκευές, χρειάζεστε μια σταθερή τάση.
Περιεχόμενο
Γιατί χρειαζόμαστε ανορθωτή στην ηλεκτρική μηχανική
Το έργο της μετατροπής της τάσης AC σε DC ανατίθεται στους ανορθωτές. Αυτή η συσκευή χρησιμοποιείται ευρέως και οι κύριοι τομείς χρήσης των συσκευών ανόρθωσης στη ραδιοφωνική και την ηλεκτρική μηχανική είναι:
- σχηματισμός συνεχούς ρεύματος για ηλεκτρικές εγκαταστάσεις ισχύος (υποσταθμοί έλξης, εγκαταστάσεις ηλεκτρόλυσης, συστήματα διέγερσης σύγχρονων γεννητριών) και ισχυρών κινητήρων συνεχούς ρεύματος.
- Τροφοδοτικά για ηλεκτρονικές συσκευές.
- ανίχνευση διαμορφωμένων ραδιοσημάτων.
- σχηματισμός σταθερής τάσης ανάλογης με το επίπεδο του σήματος εισόδου για την κατασκευή συστημάτων αυτόματου ελέγχου απολαβής.
Το πλήρες φάσμα των ανορθωτών είναι εκτεταμένο και είναι αδύνατο να καταγραφεί στο πλαίσιο μιας αναθεώρησης.
Αρχές λειτουργίας ανορθωτών
Η λειτουργία των συσκευών ανόρθωσης βασίζεται στην ιδιότητα της μονόπλευρης αγωγιμότητας των στοιχείων. Μπορείτε να το κάνετε αυτό με διαφορετικούς τρόπους. Πολλοί τρόποι για βιομηχανικές εφαρμογές έχουν γίνει παρελθόν, όπως η χρήση μηχανικών σύγχρονων μηχανών ή συσκευών ηλεκτροκενού. Τώρα χρησιμοποιούνται βαλβίδες που μεταφέρουν ρεύμα προς μία κατεύθυνση. Όχι πολύ καιρό πριν, οι συσκευές υδραργύρου χρησιμοποιήθηκαν για ανορθωτές υψηλής ισχύος. Προς το παρόν, πρακτικά αντικαθίστανται από στοιχεία ημιαγωγών (πυρίτιο).
Τυπικά κυκλώματα ανορθωτή
Η συσκευή ανόρθωσης μπορεί να κατασκευαστεί σύμφωνα με διάφορες αρχές. Κατά την ανάλυση των κυκλωμάτων της συσκευής, πρέπει να θυμόμαστε ότι η σταθερή τάση στην έξοδο οποιουδήποτε ανορθωτή μπορεί να καλείται μόνο υπό όρους. Αυτός ο κόμβος παράγει μια παλλόμενη μονοκατευθυντική τάση, η οποία στις περισσότερες περιπτώσεις πρέπει να εξομαλυνθεί με φίλτρα. Ορισμένοι καταναλωτές απαιτούν επίσης σταθεροποίηση της ανορθωμένης τάσης.
Μονοφασικοί ανορθωτές
Ο απλούστερος ανορθωτής εναλλασσόμενου ρεύματος είναι μια μονή δίοδος.
Περνάει τα θετικά μισά κύματα του ημιτονοειδούς στον καταναλωτή και «κόβει» τα αρνητικά.
Το πεδίο εφαρμογής μιας τέτοιας συσκευής είναι μικρό - κυρίως, ανορθωτές τροφοδοσίας μεταγωγήςλειτουργούν σε σχετικά υψηλές συχνότητες. Αν και παράγει ρεύμα που ρέει προς μία κατεύθυνση, έχει σημαντικά μειονεκτήματα:
- υψηλό επίπεδο κυματισμού - για εξομάλυνση και λήψη συνεχούς ρεύματος, θα χρειαστείτε έναν μεγάλο και ογκώδη πυκνωτή.
- ατελής χρήση της ισχύος του μετασχηματιστή υποβάθμισης (ή ανόδου), που οδηγεί σε αύξηση των απαιτούμενων δεικτών βάρους και μεγέθους.
- το μέσο EMF στην έξοδο είναι μικρότερο από το μισό του παρεχόμενου EMF.
- αυξημένες απαιτήσεις για τη δίοδο (από την άλλη, χρειάζεται μόνο μία βαλβίδα).
Ως εκ τούτου, πιο διαδεδομένη κύκλωμα πλήρους κύματος (γέφυρα)..
Εδώ, το ρεύμα ρέει μέσω του φορτίου δύο φορές ανά περίοδο προς μία κατεύθυνση:
- θετικό μισό κύμα κατά μήκος της διαδρομής που υποδεικνύεται με κόκκινα βέλη.
- αρνητικό μισό κύμα κατά μήκος της διαδρομής που υποδεικνύεται με πράσινα βέλη.
Το αρνητικό κύμα δεν εξαφανίζεται, αλλά χρησιμοποιείται επίσης, επομένως η ισχύς του μετασχηματιστή εισόδου χρησιμοποιείται πληρέστερα. Το μέσο EMF είναι διπλάσιο από αυτό της έκδοσης ενός μισού κύματος. Το σχήμα του ρεύματος κυματισμού είναι πολύ πιο κοντά σε μια ευθεία γραμμή, αλλά απαιτείται ακόμα ένας πυκνωτής εξομάλυνσης. Η χωρητικότητα και οι διαστάσεις του θα είναι μικρότερες από την προηγούμενη περίπτωση, επειδή η συχνότητα κυματισμού είναι διπλάσια από τη συχνότητα της τάσης του δικτύου.
Εάν υπάρχει ένας μετασχηματιστής με δύο πανομοιότυπες περιελίξεις που μπορούν να συνδεθούν σε σειρά ή με μια περιέλιξη με βρύση από τη μέση, μπορεί να κατασκευαστεί ένας ανορθωτής πλήρους κύματος σύμφωνα με διαφορετικό σχήμα.
Αυτή η επιλογή είναι στην πραγματικότητα ένα διπλό κύκλωμα ανορθωτή μισού κύματος, αλλά έχει όλα τα πλεονεκτήματα ενός ανορθωτή πλήρους κύματος. Το μειονέκτημα είναι η ανάγκη χρήσης μετασχηματιστή συγκεκριμένου σχεδίου.
Εάν ο μετασχηματιστής κατασκευάζεται σε ερασιτεχνικές συνθήκες, δεν υπάρχουν εμπόδια στην περιέλιξη της δευτερεύουσας περιέλιξης όπως απαιτείται, αλλά θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί ελαφρώς μεγαλύτερο σίδερο. Αλλά αντί για 4 διόδους, χρησιμοποιούνται μόνο 2. Αυτό θα καταστήσει δυνατή την αντιστάθμιση της απώλειας σε δείκτες βάρους και μεγέθους, ακόμη και τη νίκη.
Εάν ο ανορθωτής έχει σχεδιαστεί για υψηλό ρεύμα και οι βαλβίδες πρέπει να εγκατασταθούν σε θερμαντικά σώματα, τότε η εγκατάσταση του μισού αριθμού διόδων δίνει σημαντική εξοικονόμηση πόρων. Θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι ένας τέτοιος ανορθωτής έχει διπλάσια εσωτερική αντίσταση σε σύγκριση με αυτόν που συναρμολογείται σε ένα κύκλωμα γέφυρας, επομένως η θέρμανση των περιελίξεων του μετασχηματιστή και οι σχετικές απώλειες θα είναι επίσης υψηλότερες.
Τριφασικοί ανορθωτές
Από το προηγούμενο κύκλωμα, είναι λογικό να προχωρήσουμε σε τριφασικό ανορθωτή τάσης, συναρμολογημένο σύμφωνα με παρόμοια αρχή.
Το σχήμα της τάσης εξόδου είναι πολύ πιο κοντά σε μια ευθεία γραμμή, το επίπεδο κυματισμού είναι μόνο 14% και η συχνότητα είναι ίση με το τριπλάσιο της συχνότητας της τάσης δικτύου.
Και όμως η πηγή αυτού του κυκλώματος είναι ένας ανορθωτής μισού κύματος, έτσι πολλές από τις ελλείψεις δεν μπορούν να ξεπεραστούν ακόμη και με μια πηγή τάσης τριών φάσεων. Το κύριο είναι η ατελής χρήση της ισχύος του μετασχηματιστή και το μέσο EMF είναι 1,17⋅E2eff (ενεργή τιμή του EMF της δευτερεύουσας περιέλιξης του μετασχηματιστή).
Οι καλύτερες παράμετροι έχουν τριφασικό κύκλωμα γέφυρας.
Εδώ, το πλάτος του κυματισμού της τάσης εξόδου είναι το ίδιο 14%, αλλά η συχνότητα είναι ίση με την εξαγωνική συχνότητα της τάσης AC εισόδου, επομένως η χωρητικότητα του πυκνωτή φίλτρου θα είναι η μικρότερη από όλες τις επιλογές που παρουσιάζονται. Και το EMF εξόδου θα είναι διπλάσιο από το προηγούμενο κύκλωμα.
Αυτός ο ανορθωτής χρησιμοποιείται με έναν μετασχηματιστή εξόδου που έχει δευτερεύουσα περιέλιξη αστέρι, αλλά το ίδιο συγκρότημα βαλβίδας θα είναι πολύ λιγότερο αποδοτικό όταν χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με έναν μετασχηματιστή του οποίου η έξοδος είναι συνδεδεμένη στο δέλτα.
Εδώ το πλάτος και η συχνότητα των παλμών είναι ίδια όπως στο προηγούμενο κύκλωμα. Αλλά το μέσο EMF είναι μικρότερο από ό,τι στο προηγούμενο σχήμα σε χρόνους. Επομένως, αυτή η συμπερίληψη χρησιμοποιείται σπάνια.
Ανορθωτές πολλαπλασιαστή τάσης
Είναι δυνατή η κατασκευή ενός ανορθωτή του οποίου η τάση εξόδου θα είναι πολλαπλάσιο της τάσης εισόδου. Για παράδειγμα, υπάρχουν κυκλώματα με διπλασιασμό τάσης:
Εδώ, ο πυκνωτής C1 φορτίζεται κατά τη διάρκεια του αρνητικού μισού κύκλου και ενεργοποιείται σε σειρά με το θετικό κύμα του ημιτονοειδούς κύματος εισόδου. Το μειονέκτημα αυτής της κατασκευής είναι η χαμηλή ικανότητα φόρτισης του ανορθωτή, καθώς και το γεγονός ότι ο πυκνωτής C2 είναι κάτω από τη διπλάσια τιμή τάσης. Επομένως, ένα τέτοιο κύκλωμα χρησιμοποιείται στη ραδιομηχανική για τον διπλασιασμό της διόρθωσης σημάτων χαμηλής ισχύος για ανιχνευτές πλάτους, ως στοιχείο μέτρησης σε κυκλώματα αυτόματου ελέγχου απολαβής κ.λπ.
Στην ηλεκτρική μηχανική και τα ηλεκτρονικά ισχύος, χρησιμοποιείται μια άλλη έκδοση του σχήματος διπλασιασμού.
Ο διπλασιαστής, συναρμολογημένος σύμφωνα με το σχέδιο Latour, έχει μεγάλη χωρητικότητα φορτίου. Κάθε ένας από τους πυκνωτές είναι υπό τάση εισόδου, επομένως, όσον αφορά το βάρος και το μέγεθος, αυτή η επιλογή υπερέχει επίσης από την προηγούμενη. Κατά τη διάρκεια του θετικού μισού κύκλου, ο πυκνωτής C1 φορτίζεται, κατά τη διάρκεια του αρνητικού - C2. Οι πυκνωτές συνδέονται σε σειρά και σε σχέση με το φορτίο - παράλληλα, έτσι η τάση στο φορτίο είναι ίση με το άθροισμα τάση φορτισμένων πυκνωτών. Η συχνότητα κυματισμού είναι ίση με τη διπλάσια συχνότητα της τάσης του δικτύου και η τιμή εξαρτάται από την αξία των δυνατοτήτων. Όσο μεγαλύτερα είναι, τόσο μικρότερος κυματισμός. Και εδώ είναι απαραίτητο να βρεθεί ένας εύλογος συμβιβασμός.
Το μειονέκτημα του κυκλώματος είναι η απαγόρευση γείωσης ενός από τους ακροδέκτες φορτίου - μία από τις διόδους ή τους πυκνωτές σε αυτή την περίπτωση θα βραχυκυκλωθεί.
Αυτό το κύκλωμα μπορεί να καταρρεύσει πολλές φορές. Έτσι, επαναλαμβάνοντας την αρχή της συμπερίληψης δύο φορές, μπορείτε να πάρετε ένα κύκλωμα με τετραπλή τάση κ.λπ.
Ο πρώτος πυκνωτής στο κύκλωμα πρέπει να αντέχει την τάση του τροφοδοτικού, ο υπόλοιπος - διπλάσια από την τάση τροφοδοσίας. Όλες οι βαλβίδες πρέπει να είναι ονομαστικές για διπλή αντίστροφη τάση. Φυσικά, για αξιόπιστη λειτουργία του κυκλώματος, όλες οι παράμετροι πρέπει να έχουν περιθώριο τουλάχιστον 20%.
Εάν δεν υπάρχουν κατάλληλες δίοδοι, μπορούν να συνδεθούν σε σειρά - σε αυτήν την περίπτωση, η μέγιστη επιτρεπόμενη τάση θα αυξηθεί κατά 1. Αλλά παράλληλα με κάθε δίοδο, πρέπει να συνδέονται αντιστάσεις εξισορρόπησης. Αυτό πρέπει να γίνει, γιατί διαφορετικά, λόγω της διάδοσης των παραμέτρων των βαλβίδων, η αντίστροφη τάση μπορεί να κατανεμηθεί άνισα μεταξύ των διόδων. Το αποτέλεσμα μπορεί να είναι η υπέρβαση της μεγαλύτερης τιμής για μία από τις διόδους. Και αν κάθε στοιχείο της αλυσίδας διακλαδίζεται με αντίσταση (η τιμή τους πρέπει να είναι η ίδια), τότε η αντίστροφη τάση θα κατανεμηθεί ακριβώς το ίδιο. Η αντίσταση κάθε αντίστασης πρέπει να είναι περίπου 10 φορές μικρότερη από την αντίστροφη αντίσταση της διόδου. Σε αυτή την περίπτωση, η επίδραση πρόσθετων στοιχείων στη λειτουργία του κυκλώματος θα ελαχιστοποιηθεί.
Η παράλληλη σύνδεση των διόδων σε αυτό το κύκλωμα είναι απίθανο να χρειαστεί, τα ρεύματα εδώ είναι μικρά. Αλλά μπορεί να είναι χρήσιμο σε άλλα κυκλώματα ανορθωτή όπου το φορτίο καταναλώνει σοβαρή ισχύ. Η παράλληλη σύνδεση πολλαπλασιάζει το επιτρεπόμενο ρεύμα μέσω της βαλβίδας, αλλά όλα χαλούν την απόκλιση των παραμέτρων. Ως αποτέλεσμα, μια δίοδος μπορεί να πάρει το πιο ρεύμα και να μην το αντέξει. Για να αποφευχθεί αυτό, μια αντίσταση τοποθετείται σε σειρά με κάθε δίοδο.
Η τιμή αντίστασης επιλέγεται έτσι ώστε στο μέγιστο ρεύμα η πτώση τάσης σε αυτό να είναι 1 volt. Έτσι, σε ρεύμα 1 Α, η αντίσταση πρέπει να είναι 1 Ω. Η ισχύς σε αυτή την περίπτωση θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 1 watt.
Θεωρητικά, η πολλαπλότητα της τάσης μπορεί να αυξηθεί επ' αόριστον. Στην πράξη, πρέπει να θυμόμαστε ότι η χωρητικότητα φορτίου τέτοιων ανορθωτών μειώνεται απότομα με κάθε πρόσθετο στάδιο. Ως αποτέλεσμα, μπορείτε να έρθετε σε μια κατάσταση όπου η πτώση τάσης στο φορτίο υπερβαίνει τον συντελεστή πολλαπλασιασμού και καθιστά τη λειτουργία του ανορθωτή χωρίς νόημα. Αυτό το μειονέκτημα είναι εγγενές σε όλα αυτά τα συστήματα.
Συχνά τέτοιοι πολλαπλασιαστές τάσης παράγονται ως ενιαία μονάδα με καλή μόνωση. Παρόμοιες συσκευές χρησιμοποιήθηκαν, για παράδειγμα, για τη δημιουργία υψηλής τάσης σε τηλεοράσεις ή παλμογράφους με καθοδικό σωλήνα ως οθόνη. Τα σχήματα διπλασιασμού με χρήση τσοκ είναι επίσης γνωστά, αλλά δεν έχουν λάβει διανομή - τα εξαρτήματα περιέλιξης είναι δύσκολο να κατασκευαστούν και δεν είναι πολύ αξιόπιστα στη λειτουργία.
Υπάρχουν πολλά κυκλώματα ανορθωτή. Δεδομένης της ευρείας εμβέλειας αυτού του κόμβου, είναι σημαντικό να προσεγγίσουμε την επιλογή του κυκλώματος και τον υπολογισμό των στοιχείων συνειδητά. Μόνο σε αυτή την περίπτωση είναι εγγυημένη μια μακρά και αξιόπιστη λειτουργία.
Παρόμοια άρθρα:
