Energia electrică este convenabil transportată și convertită în mărime sub formă de tensiune alternativă. În această formă este livrat consumatorului final. Dar pentru a alimenta multe dispozitive, ai nevoie de o tensiune constantă.
Conţinut
De ce avem nevoie de un redresor în inginerie electrică
Sarcina de a converti tensiunea AC în DC este atribuită redresoarelor. Acest dispozitiv este utilizat pe scară largă, iar principalele domenii de utilizare ale dispozitivelor de redresare în inginerie radio și electrică sunt:
- formarea curentului continuu pentru instalațiile electrice de putere (substații de tracțiune, instalații de electroliză, sisteme de excitare a generatoarelor sincrone) și motoare de curent continuu puternice;
- surse de alimentare pentru dispozitive electronice;
- detectarea semnalelor radio modulate;
- formarea unei tensiuni constante proporționale cu nivelul semnalului de intrare pentru construirea sistemelor automate de control al câștigului.
Domeniul complet al redresoarelor este extins și este imposibil să o enumerați în cadrul unei singure revizuiri.
Principii de funcționare a redresoarelor
Funcționarea dispozitivelor de redresare se bazează pe proprietatea conductivității unilaterale a elementelor. Puteți face acest lucru în moduri diferite. Multe modalități de aplicații industriale au devenit un lucru din trecut, cum ar fi utilizarea mașinilor sincrone mecanice sau a dispozitivelor electrovacuum. Acum se folosesc supape care conduc curentul într-o singură direcție. Nu cu mult timp în urmă, dispozitivele cu mercur erau folosite pentru redresoare de mare putere. În acest moment, acestea sunt practic înlocuite de elemente semiconductoare (siliciu).
Circuite redresoare tipice
Dispozitivul de redresare poate fi construit după diverse principii. Când se analizează circuitele dispozitivului, trebuie reținut că tensiunea constantă la ieșirea oricărui redresor poate fi numită numai condiționat. Acest nod produce o tensiune unidirecțională pulsatorie, care în cele mai multe cazuri trebuie netezită de filtre. Unii consumatori necesită, de asemenea, stabilizarea tensiunii redresate.
Redresoare monofazate
Cel mai simplu redresor de tensiune AC este o singură diodă.
Transmite semi-undele pozitive ale sinusoidei către consumator și le „taie” pe cele negative.
Domeniul de aplicare al unui astfel de dispozitiv este mic - în principal, redresoare de alimentare cu comutarefuncționând la frecvențe relativ înalte. Deși produce curent care curge într-o singură direcție, are dezavantaje semnificative:
- nivel ridicat de ondulație - pentru a netezi și a obține curent continuu, veți avea nevoie de un condensator mare și voluminos;
- utilizarea incompletă a puterii transformatorului descendente (sau de creștere), ceea ce duce la o creștere a indicatorilor necesari de greutate și dimensiune;
- EMF mediu la ieșire este mai mic de jumătate din EMF furnizat;
- cerințe crescute pentru diodă (pe de altă parte, este necesară o singură supapă).
Prin urmare, mai răspândită circuit cu undă completă (punte)..
Aici, curentul trece prin sarcină de două ori pe perioadă într-o singură direcție:
- semiundă pozitivă de-a lungul traseului indicat de săgeți roșii;
- semiundă negativă de-a lungul traseului indicat de săgeți verzi.
Unda negativă nu dispare, dar este și folosită, astfel încât puterea transformatorului de intrare este utilizată mai pe deplin. EMF medie este de două ori mai mare decât versiunea cu o jumătate de undă. Forma curentului de ondulare este mult mai apropiată de o linie dreaptă, dar este încă necesar un condensator de netezire. Capacitatea și dimensiunile acestuia vor fi mai mici decât în cazul precedent, deoarece frecvența de ondulare este de două ori mai mare decât frecvența tensiunii de la rețea.
Dacă există un transformator cu două înfășurări identice care pot fi conectate în serie sau cu o înfășurare cu robinet din mijloc, se poate construi un redresor cu undă completă după o schemă diferită.
Această opțiune este de fapt un circuit dublu al unui redresor cu jumătate de undă, dar are toate avantajele unui redresor cu undă completă. Dezavantajul este necesitatea de a utiliza un transformator cu un design specific.
Dacă transformatorul este realizat în condiții de amatori, nu există obstacole în înfășurarea înfășurării secundare după cum este necesar, dar va trebui să se folosească fier ceva mai mare. Dar în loc de 4 diode, sunt folosite doar 2. Acest lucru va face posibilă compensarea pierderii indicatorilor de greutate și dimensiune și chiar câștigarea.
Dacă redresorul este proiectat pentru curent ridicat și supapele trebuie instalate pe radiatoare, atunci instalarea a jumătate din numărul de diode oferă economii semnificative. De asemenea, trebuie avut în vedere că un astfel de redresor are o rezistență internă de două ori mai mare decât cea asamblată într-un circuit în punte, astfel încât încălzirea înfășurărilor transformatorului și pierderile asociate vor fi și ele mai mari.
Redresoare trifazate
Din circuitul anterior, este logic să trecem la un redresor de tensiune trifazat, asamblat după un principiu similar.
Forma tensiunii de ieșire este mult mai apropiată de o linie dreaptă, nivelul de ondulare este de numai 14%, iar frecvența este egală cu de trei ori frecvența tensiunii rețelei.
Și totuși, sursa acestui circuit este un redresor cu jumătate de undă, așa că multe dintre deficiențe nu pot fi depășite nici măcar cu o sursă de tensiune trifazată. Principala este utilizarea incompletă a puterii transformatorului, iar EMF medie este de 1,17⋅E.2eff (valoarea efectivă a EMF a înfășurării secundare a transformatorului).
Cei mai buni parametri au un circuit de punte trifazat.
Aici, amplitudinea ondulației tensiunii de ieșire este aceeași 14%, dar frecvența este egală cu frecvența hexagonală a tensiunii AC de intrare, astfel încât capacitatea condensatorului de filtru va fi cea mai mică dintre toate opțiunile prezentate. Și EMF de ieșire va fi de două ori mai mare decât în circuitul anterior.
Acest redresor este utilizat cu un transformator de ieșire având o înfășurare secundară stea, dar același ansamblu de supapă va fi mult mai puțin eficient atunci când este utilizat împreună cu un transformator a cărui ieșire este conectată în delta.
Aici amplitudinea și frecvența pulsațiilor sunt aceleași ca în circuitul anterior. Dar media EMF este mai mică decât în schema anterioară în timp. Prin urmare, această includere este rar utilizată.
Redresoare multiplicatoare de tensiune
Este posibil să se construiască un redresor a cărui tensiune de ieșire va fi un multiplu al tensiunii de intrare. De exemplu, există circuite cu dublarea tensiunii:
Aici, condensatorul C1 se încarcă în timpul semiciclului negativ și este comutat în serie cu unda pozitivă a undei sinusoidale de intrare. Dezavantajul acestei construcții este capacitatea redusă de sarcină a redresorului, precum și faptul că condensatorul C2 este sub de două ori valoarea tensiunii. Prin urmare, un astfel de circuit este utilizat în inginerie radio pentru dublarea redresării semnalelor de putere mică pentru detectoare de amplitudine, ca element de măsurare în circuitele de control automat al câștigului etc.
În inginerie electrică și electronică de putere, este utilizată o altă versiune a schemei de dublare.
Dublatorul, asamblat după schema Latour, are o capacitate mare de încărcare. Fiecare dintre condensatori este sub tensiunea de intrare, prin urmare, în ceea ce privește greutatea și dimensiunea, această opțiune o depășește și pe cea anterioară. În timpul semiciclului pozitiv, condensatorul C1 este încărcat, în timpul negativului - C2. Condensatorii sunt conectați în serie și în raport cu sarcina - în paralel, astfel încât tensiunea pe sarcină este egală cu suma tensiunea condensatoarelor încărcate. Frecvența de ondulare este egală cu dublul frecvenței tensiunii de rețea, iar valoarea depinde din valoarea capacităţilor. Cu cât sunt mai mari, cu atât mai puține ondulații. Și aici este necesar să găsim un compromis rezonabil.
Dezavantajul circuitului este interzicerea punerii la pământ a unuia dintre bornele de sarcină - una dintre diode sau condensatoare în acest caz va fi scurtcircuitată.
Acest circuit poate fi conectat în cascadă de orice număr de ori. Deci, repetând principiul includerii de două ori, puteți obține un circuit cu tensiune cvadruplă etc.
Primul condensator din circuit trebuie să reziste la tensiunea sursei de alimentare, restul - de două ori tensiunea de alimentare. Toate supapele trebuie să fie evaluate pentru tensiune inversă dublă. Desigur, pentru funcționarea fiabilă a circuitului, toți parametrii trebuie să aibă o marjă de cel puțin 20%.
Dacă nu există diode adecvate, acestea pot fi conectate în serie - în acest caz, tensiunea maximă admisă va crește cu un factor de 1. Dar în paralel cu fiecare diodă, trebuie conectate rezistențe de egalizare. Acest lucru trebuie făcut, deoarece în caz contrar, din cauza răspândirii parametrilor supapelor, tensiunea inversă poate fi distribuită neuniform între diode. Rezultatul poate fi excesul celei mai mari valori pentru una dintre diode. Și dacă fiecare element al lanțului este șuntat cu un rezistor (valoarea lor trebuie să fie aceeași), atunci tensiunea inversă va fi distribuită exact la fel. Rezistența fiecărui rezistor ar trebui să fie de aproximativ 10 ori mai mică decât rezistența inversă a diodei. În acest caz, efectul elementelor suplimentare asupra funcționării circuitului va fi minimizat.
Este puțin probabil să fie necesară conectarea în paralel a diodelor în acest circuit, curenții aici sunt mici. Dar poate fi util în alte circuite redresoare unde sarcina consumă o putere serioasă. Conexiunea paralelă înmulțește curentul admis prin supapă, dar totul strică abaterea parametrilor. Drept urmare, o diodă poate prelua cea mai curentă și nu-i poate rezista. Pentru a evita acest lucru, un rezistor este plasat în serie cu fiecare diodă.
Valoarea rezistenței este aleasă astfel încât la curentul maxim căderea de tensiune pe el să fie de 1 volt. Deci, la un curent de 1 A, rezistența ar trebui să fie de 1 ohm. Puterea în acest caz ar trebui să fie de cel puțin 1 watt.
În teorie, multiplicitatea tensiunii poate fi crescută la nesfârșit. În practică, trebuie amintit că capacitatea de încărcare a unor astfel de redresoare scade brusc cu fiecare etapă suplimentară. Ca rezultat, puteți ajunge la o situație în care căderea de tensiune pe sarcină depășește factorul de multiplicare și face ca funcționarea redresorului să nu aibă sens. Acest dezavantaj este inerent tuturor acestor scheme.
Adesea, astfel de multiplicatori de tensiune sunt produși ca un singur modul, cu o izolare bună. Dispozitive similare au fost folosite, de exemplu, pentru a crea tensiune înaltă în televizoare sau osciloscoape cu un tub catodic ca monitor. Sunt cunoscute și scheme de dublare care utilizează șocuri, dar nu au primit distribuție - piesele de bobinare sunt dificil de fabricat și nu sunt foarte fiabile în funcționare.
Există o mulțime de circuite redresoare. Având în vedere sfera largă a acestui nod, este important să se abordeze în mod conștient alegerea circuitului și calculul elementelor. Numai în acest caz este garantată o funcționare lungă și fiabilă.
Articole similare:
