Elektrisk energi transporteras bekvämt och omvandlas i storlek i form av växelspänning. Det är i denna form som den levereras till slutkonsumenten. Men för att driva många enheter behöver du fortfarande en konstant spänning.
Innehåll
Varför behöver vi en likriktare inom elteknik
Uppgiften att omvandla AC-spänning till DC är tilldelad likriktare. Denna enhet används ofta, och de huvudsakliga användningsområdena för likriktaranordningar inom radio- och elteknik är:
- bildning av likström för kraftelektriska installationer (traktionsstationer, elektrolysanläggningar, excitationssystem för synkrona generatorer) och kraftfulla DC-motorer;
- strömförsörjning för elektroniska anordningar;
- detektering av modulerade radiosignaler;
- bildning av en konstant spänning proportionell mot nivån på insignalen för att bygga automatiska förstärkningskontrollsystem.
Hela omfattningen av likriktare är omfattande, och det är omöjligt att lista det inom ramen för en översyn.
Principer för drift av likriktare
Driften av likriktaranordningar är baserad på egenskapen hos elements ensidiga ledningsförmåga. Du kan göra detta på olika sätt. Många sätt för industriella tillämpningar har blivit ett minne blott, såsom användningen av mekaniska synkronmaskiner eller elektrovakuumanordningar. Nu används ventiler som leder ström i en riktning. För inte så länge sedan användes kvicksilverenheter för högeffektslikriktare. För närvarande är de praktiskt taget ersatta av halvledarelement (kisel).
Typiska likriktarkretsar
Likriktaranordningen kan byggas enligt olika principer. När man analyserar enhetskretsar måste man komma ihåg att den konstanta spänningen vid utgången av någon likriktare endast kan anropas villkorligt. Denna nod producerar en pulserande enkelriktad spänning, som i de flesta fall måste utjämnas av filter. Vissa konsumenter kräver också stabilisering av den likriktade spänningen.
Enfaslikriktare
Den enklaste AC-spänningslikriktaren är en enkel diod.
Den skickar de positiva halvvågorna av sinusformen till konsumenten och "klipper av" de negativa.
Omfattningen av en sådan enhet är liten - främst, byta strömförsörjningslikriktarearbetar med relativt höga frekvenser. Även om den producerar ström som flyter i en riktning, har den betydande nackdelar:
- hög nivå av rippel - för att jämna ut och få likström behöver du en stor och skrymmande kondensator;
- ofullständig användning av kraften hos nedtrappningstransformatorn (eller upptrappningstransformatorn), vilket leder till en ökning av de nödvändiga vikt- och storleksindikatorerna;
- den genomsnittliga EMF vid utgången är mindre än hälften av den tillförda EMF;
- ökade krav på dioden (å andra sidan behövs bara en ventil).
Därför mer utbredd helvågskrets (brygga)..
Här flyter strömmen genom lasten två gånger per period i en riktning:
- positiv halvvåg längs vägen indikerad med röda pilar;
- negativ halvvåg längs vägen som indikeras av gröna pilar.
Den negativa vågen försvinner inte utan används också, så kraften hos ingångstransformatorn används mer fullt ut. Den genomsnittliga EMF är dubbelt så stor som för en halvvågsversion. Formen på krusningsströmmen är mycket närmare en rak linje, men en utjämningskondensator krävs fortfarande. Dess kapacitet och dimensioner kommer att vara mindre än i föregående fall, eftersom rippelfrekvensen är dubbelt så stor som nätspänningen.
Om det finns en transformator med två identiska lindningar som kan kopplas i serie eller med en lindning som har ett uttag från mitten, kan en helvågslikriktare byggas enligt ett annat schema.
Detta alternativ är egentligen en dubbelkrets av en halvvågslikriktare, men har alla fördelar med en helvågslikriktare. Nackdelen är behovet av att använda en transformator av en specifik design.
Om transformatorn är gjord i amatörförhållanden finns det inga hinder för att linda sekundärlindningen efter behov, men något större järn måste användas. Men istället för 4 dioder används bara 2. Detta kommer att göra det möjligt att kompensera för förlusten i vikt- och storleksindikatorer och till och med vinna.
Om likriktaren är konstruerad för hög ström och ventilerna måste installeras på radiatorer, ger det betydande besparingar att installera hälften av antalet dioder. Man bör också ta hänsyn till att en sådan likriktare har dubbelt så mycket inre resistans jämfört med det som är monterat i en bryggkrets, så uppvärmningen av transformatorlindningarna och de tillhörande förlusterna blir också högre.
Trefaslikriktare
Från föregående krets är det logiskt att gå vidare till en trefas spänningslikriktare, monterad enligt en liknande princip.
Utspänningsformen är mycket närmare en rät linje, rippelnivån är bara 14%, och frekvensen är lika med tre gånger frekvensen av nätspänningen.
Och ändå är källan till denna krets en halvvågslikriktare, så många av bristerna kan inte övervinnas ens med en trefasspänningskälla. Den viktigaste är den ofullständiga användningen av transformatorkraften, och den genomsnittliga EMF är 1,17⋅E2eff (effektivt värde för EMF för transformatorns sekundärlindning).
De bästa parametrarna har en trefas bryggkrets.
Här är amplituden för utspänningsrippeln densamma 14%, men frekvensen är lika med den hexagonala frekvensen för ingångsväxelspänningen, så kapacitansen för filterkondensatorn kommer att vara den minsta av alla presenterade alternativ. Och uteffekten EMF kommer att vara dubbelt så hög som i föregående krets.
Denna likriktare används med en utgångstransformator som har en stjärn-sekundärlindning, men samma ventilenhet kommer att vara mycket mindre effektiv när den används i kombination med en transformator vars utgång är kopplad i delta.
Här är amplituden och frekvensen av pulseringar desamma som i föregående krets. Men den genomsnittliga EMF är mindre än i det tidigare systemet i tider. Därför används denna inkludering sällan.
Spänningsmultiplikatorlikriktare
Det är möjligt att bygga en likriktare vars utspänning kommer att vara en multipel av ingångsspänningen. Till exempel finns det kretsar med spänningsfördubbling:
Här laddas kondensatorn C1 under den negativa halvcykeln och kopplas i serie med den positiva vågen för ingångssinusvågen. Nackdelen med denna konstruktion är likriktarens låga belastningskapacitet, liksom det faktum att kondensatorn C2 är under två gånger spänningsvärdet. Därför används en sådan krets inom radioteknik för dubblering av likriktning av lågeffektsignaler för amplituddetektorer, som ett mätelement i automatiska förstärkningsstyrkretsar, etc.
Inom elektroteknik och kraftelektronik används en annan version av dubbleringsschemat.
Dubblaren, monterad enligt Latour-schemat, har stor lastkapacitet. Var och en av kondensatorerna är under ingångsspänning, därför överträffar det här alternativet vad gäller vikt och storlek också det föregående. Under den positiva halvcykeln laddas kondensatorn Cl, under den negativa - C2. Kondensatorer är seriekopplade och i förhållande till lasten - parallellt, så spänningen över lasten är lika med summan spänning hos laddade kondensatorer. Rippelfrekvensen är lika med två gånger frekvensen av nätspänningen, och värdet beror på från kapacitetens värde. Ju större de är, desto mindre krusning. Och här är det nödvändigt att hitta en rimlig kompromiss.
Nackdelen med kretsen är förbudet mot att jorda en av belastningsterminalerna - en av dioderna eller kondensatorerna i detta fall kommer att kortslutas.
Denna krets kan kaskadkopplas hur många gånger som helst. Så, genom att upprepa principen om inkludering två gånger, kan du få en krets med fyrdubbel spänning, etc.
Den första kondensatorn i kretsen måste motstå spänningen från strömförsörjningen, resten - två gånger matningsspänningen. Alla ventiler måste vara klassade för dubbel backspänning. Naturligtvis, för tillförlitlig drift av kretsen måste alla parametrar ha en marginal på minst 20%.
Om det inte finns några lämpliga dioder kan de anslutas i serie - i det här fallet kommer den maximalt tillåtna spänningen att öka med en faktor 1. Men parallellt med varje diod måste utjämningsmotstånd anslutas. Detta måste göras, eftersom annars, på grund av spridningen av parametrarna för ventilerna, kan den omvända spänningen fördelas ojämnt mellan dioderna. Resultatet kan vara överskottet av det största värdet för en av dioderna. Och om varje element i kedjan shuntas med ett motstånd (deras värde måste vara detsamma), kommer den omvända spänningen att fördelas exakt likadant. Resistansen för varje motstånd bör vara cirka 10 gånger mindre än diodens omvända resistans. I detta fall kommer effekten av ytterligare element på driften av kretsen att minimeras.
Parallell anslutning av dioder i denna krets är osannolikt att behövas, strömmarna här är små. Men det kan vara användbart i andra likriktarkretsar där belastningen förbrukar rejäl ström. Parallell anslutning multiplicerar den tillåtna strömmen genom ventilen, men allt förstör parametrarnas avvikelse. Som ett resultat kan en diod ta på sig den mest aktuella och inte motstå det. För att undvika detta placeras ett motstånd i serie med varje diod.
Resistansvärdet väljs så att vid maximal ström spänningsfallet över det är 1 volt. Så vid en ström på 1 A bör motståndet vara 1 ohm. Effekten i detta fall bör vara minst 1 watt.
I teorin kan spänningsmångfalden ökas i det oändliga. I praktiken bör man komma ihåg att belastningskapaciteten för sådana likriktare sjunker kraftigt med varje ytterligare steg. Som ett resultat kan du komma till en situation där spänningsfallet över lasten överstiger multiplikationsfaktorn och gör driften av likriktaren meningslös. Denna nackdel är inneboende i alla sådana system.
Ofta produceras sådana spänningsmultiplikatorer som en enda modul med god isolering. Liknande anordningar användes till exempel för att skapa högspänning i tv-apparater eller oscilloskop med ett katodstrålerör som monitor. Dubblingsscheman som använder choker är också kända, men de har inte fått distribution - lindningsdelar är svåra att tillverka och inte särskilt tillförlitliga i drift.
Det finns många likriktarkretsar. Med tanke på den breda omfattningen av denna nod är det viktigt att närma sig valet av kretsen och beräkningen av elementen medvetet. Endast i detta fall garanteras en lång och pålitlig drift.
Liknande artiklar:
