البته ما نمی‌توانیم مستقیماً از 220 ولت تغذیه کنیم، ولتاژ خیلی زیاد است و جریان متناوب است و برای تغذیه دستگاه‌های الکترونیکی تقریباً همیشه به جریان مستقیم و ولتاژ کمتر نیاز است. به اصطلاح آداپتور شبکه.
عکس ترانسفورماتور
می توانیم با کمک ترانسفورماتور ولتاژ را کم کنیم، در یکی از مطالب زیر در مورد آن صحبت خواهیم کرد، در حالی که کافی است بدانیم با کمک ترانسفورماتور می توانیم ولتاژ را با جریان متناوب کم یا زیاد کنیم. در مرحله بعد، ما باید یک جریان مستقیم از جریان متناوب ایجاد کنیم، و یکسو کننده برای این اهداف کار می کند. سه نوع اصلی یکسو کننده وجود دارد.
یکسو کننده نیم موج
این یکسو کننده فقط در طول نیم سیکل مثبت موج سینوسی کار می کند. این را می توان در نمودار زیر مشاهده کرد:
در خروجی بعد از دیود، یک ولتاژ ضربانی دریافت می کنیم، باید از آن یک ولتاژ ثابت بسازیم، یعنی از جریان ضربانی یک مقدار ثابت دریافت کنیم. برای این منظور از یک خازن الکترولیتی با ظرفیت بالا استفاده می شود که موازی با توان خروجی مطابق با قطبیت متصل می شود. در عکس زیر می توانید ببینید ظاهرخازن مشابه:
چنین خازنی به دلیل ظرفیت زیاد، در نیم چرخه منفی سینوسی تخلیه می شود. معمولاً از خازن های الکترولیتی 2200 میکروفاراد برای فیلتر کردن ولتاژ در یکسو کننده ها استفاده می شود. در تقویت‌کننده‌ها و سایر دستگاه‌هایی که مهم است که با افزایش توان بار، ولتاژ کاهش نیابد، خازن‌هایی با ظرفیت خازنی بیشتر از 2200 میکروفاراد قرار می‌گیرند. برای دستگاه هایی که برق تجهیزات خانگی را تامین می کنند، معمولاً خازن هایی با این ظرفیت کافی است. در نمودار بعدی (که با رنگ قرمز مشخص شده است)، می بینیم که چگونه خازن ولتاژ را در طول نیم موج منفی ثابت نگه می دارد.
یکسو کننده نقطه میانی تمام موج
این مدار به یک ترانسفورماتور با دو سیم پیچ ثانویه نیاز دارد. ولتاژ دیود دو برابر بیشتر از زمانی است که مدار یکسو کننده نیمه موج روشن است یا زمانی که مدار پل روشن است. در این طرح، هر دو نیم چرخه به طور متناوب کار می کنند. در طول نیم چرخه مثبت، یک قسمت از مدار نشان داده شده است در 1 ، در طول نیم چرخه منفی، قسمت دوم مدار نشان داده شده است در 2 . این مدار نسبت به مدار پل مقرون به صرفه تر است، به ویژه استفاده از ترانسفورماتور کمتری دارد. در این مدار یک ولتاژ ریپل نیز بعد از دیودها به دست می آید اما فرکانس ریپل دو برابر بیشتر است. آنچه در نمودار زیر می بینیم:
یکسو کننده تمام موج، مدار پل
و در نهایت مدار یکسو کننده پل را در نظر بگیرید که رایج ترین مدار است که بر اساس آن بیشتر منابع تغذیه ترانسفورماتور ساخته می شود. حالا نحوه عملکرد آن را توضیح خواهم داد:
جریان خروجی ما از ترانسفورماتور متناوب است و جریان متناوب همانطور که می دانید در طول یک دوره دو بار جهت خود را تغییر می دهد. به عبارت دیگر، البته ساده شده، با یک جریان متناوب با فرکانس 50 هرتز، جریان 100 بار در ثانیه جهت خود را تغییر می دهد. یعنی ابتدا از خروجی پل دیودی زیر عدد جاری می شود یکی، به دوم، سپس در طول نیم موج دیگر از خروجی شماره گذاری شده جریان می یابد دوبه اولی
بیایید ببینیم چه اتفاقی می افتد پل دیودیهنگامی که ولتاژ اعمال می شود، می بینیم که مسیر جریان با رنگ قرمز در شکل مشخص شده است، دیود اجازه نمی دهد که مستقیماً به خروجی پل دیود متصل به جریان متناوب برود که در اتصال معکوس آن را روشن می کنیم و در اتصال معکوس، همانطور که به یاد داریم، دیودها جریان عبور نمی کنند. تنها یک راه وجود دارد که جریان (که در شکل با رنگ آبی مشخص شده است)، از طریق بار و از طریق دیود به سیم متصل به خروجی AC برود. هنگامی که جریان ما جهت خود را تغییر می دهد، قسمت دوم پل دیودی وارد عمل می شود که مشابه آنچه در بالا توضیح داده شد عمل می کند. در نتیجه، نمودار ولتاژ خروجی مشابه با یکسو کننده تمام موج با نقطه میانی را دریافت می کنیم:
هنگام مونتاژ یکسو کننده، لازم است قطبیت خروجی پل دیود را در نظر بگیرید، اگر خازن الکترولیتی را اشتباه وصل کنیم، خطر آسیب رساندن به خازن را داریم و اگر همه اینها محدود باشد می توانیم خود را خوش شانس بدانیم. بنابراین، هنگام مونتاژ یک پل دیودی، مهم است که یک قانون را به خاطر بسپارید، به علاوه در خروجی از پل همیشه در نقطه اتصال 2 کاتد دیود و منهای در نقطه اتصال آندها خواهد بود. در نمودارهای پل دیود نیز چنین نامگذاری وجود دارد:
پل دیود را می توان از دیودهای جداگانه مونتاژ کرد، یا می توانید مجموعه خاصی از 4 دیود را که قبلاً در مدار پل متصل شده اند و دارای 4 خروجی هستند، انتخاب کنید. در این حالت فقط اعمال جریان متناوب باقی می ماند که معمولاً از سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور به دو پایانه پل می رود و مثبت و منفی دو پایانه باقی مانده را حذف می کند. معمولاً روی خود قطعه مشخص می شود که خروجی پل کجاست. شبیه یک پل دیودی وارداتی است:
عکس پل دیود kts405
یکسو کننده های سه فاز
ترانسفورماتورهای سه فاز نیز وجود دارد. یک پل دیود تک فاز معمولی از چنین ترانسفورماتور جریان مستقیم در خروجی تولید نمی کند. البته اگر بار کم باشد می توان به یک فاز و به سیم نول ترانسفورماتور وصل شد اما نمی توان چنین راه حلی را اقتصادی نامید.
برای جریان سه فاز، مدارهای یکسو کننده خاصی وجود دارد، دو مدار از این قبیل در شکل های زیر نشان داده شده است. اولین، معروف به طرح میتکویچ ضریب توان کلی ترانسفورماتور پایین است. این طرح برای بارهای کم توان استفاده می شود.
طرح دوم، معروف به
به دلیل دارا بودن شاخص های فنی و اقتصادی بهتری در مقایسه با طرح میتکویچ، کاربرد وسیعی در مهندسی برق پیدا کرده است.
طرح لاریونوف را می توان به عنوان "ستاره-لاریونوف" و "مثلث-لاریونوف" استفاده کرد. نوع اتصال بستگی به نمودار اتصال ترانسفورماتور یا ژنراتور دارد که این یکسو کننده با خروجی آن متصل می شود. نویسنده مقاله - AKV.
در مورد مقاله RECTIFIERS بحث کنید
در نورپردازی شبکه برقکه همه از آن تغذیه می شوند لوازم برقی خانگی، به عنوان یک قاعده، جریان متناوب جریان می یابد. یک استثنای نادر، سکونتگاه های کوچک روستایی است که در آن نیروگاه ها جریان مستقیم را تامین می کنند.
گیرنده های رادیویی، ضبط صوت، پخش کننده های الکتریکی و سایر دستگاه ها بر روی لوله های خلاء یا دستگاه های نیمه هادی کار می کنند که الکترودهای آنها باید با ولتاژ DC تغذیه شوند. باتری ها فقط قابل شارژ هستند جریان مستقیم. در صورت عدم وجود ولتاژ ثابت، تعدادی از فرآیندهای تولید در کارخانه ها، مانند آبکاری کروم، قابل انجام نیستند.
چرا نیروگاه های ما جریان متناوب می دهند؟ بالاخره بخاری های برقی و موتورهای الکتریکی روی جریان مستقیم هم خوب کار می کنند؟ این عمدتاً با این واقعیت توضیح داده می شود که جریان متناوب را می توان به راحتی به ولتاژهای مختلف تبدیل (تبدیل) کرد که با جریان مستقیم نمی توان انجام داد. انتقال انرژی جریان متناوب از طریق یک خط برق می تواند با تلفات بسیار کمتری نسبت به جریان مستقیم انجام شود، زیرا ولتاژ در خط در این حالت می تواند ده ها و صدها هزار ولت باشد. در محل مصرف، ولتاژ در پست های ترانسفورماتور کاهش می یابد و به آپارتمان ها و کارخانه های ما عرضه می شود. ولتاژ AC 127 یا 220 اینچ
چگونه ولتاژ ثابت لازم برای عملکرد عادی برخی از دستگاه ها را بدست آوریم؟
یکسو کننده برای تبدیل ولتاژ متناوب به ولتاژ مستقیم استفاده می شود. برای درک نحوه عملکرد یکسو کننده، فقط می توانید به وضوح بفهمید که جریان متناوب چیست. جریان متناوب جریانی است که جهت و مقدار آن با زمان تغییر می کند.
در شبکه روشنایی طبق استانداردی که در کشور ما اتخاذ شده است جهت جریان 50 بار در ثانیه یا به قول خودشان فرکانس جریان صنعتی 50 پریود (هرتز) تغییر می کند. به این معنی که برای مدتی جریان در شبکه 0 است، سپس جریان به آرامی شروع به افزایش می کند، به مقدار حداکثر (دامنه) می رسد، پس از آن جریان در شبکه به تدریج کاهش می یابد و برابر با صفر می شود. پس از آن، جهت جریان دوباره تغییر می کند و جریان دوباره به آرامی به مقدار حداکثر افزایش می یابد و سپس دوباره به صفر کاهش می یابد. این فرآیند شبیه الاکلنگ است که با چرخش در اطراف موقعیت تعادل (مقدار جریان صفر)، به حداکثر ارتفاع (حداکثر مقدار فعلی) بالا می رود، سپس پایین می آید، دوباره بالا می رود و غیره. چنین فرآیند تغییر جریان را دوره ای می نامند. در شبکه الکتریکی ما، چنین فرآیندی پنجاه بار در ثانیه تکرار می‌شود، یعنی جریان (ولتاژ) پنجاه دوره در ثانیه دارد و مقدار آن را طبق قانون سینوسی تغییر می‌دهد.
به صورت گرافیکی، تصویر تغییر جریان در شبکه در شکل 1 نشان داده شده است. 1. اگر مقادیر جریان یا ولتاژ بر روی محور عمودی رسم شود و فواصل زمانی شمارش شده از لحظه ای که به عنوان مبدأ مرجع گرفته شده است در امتداد محور افقی رسم شود، چنین نموداری به دست می آید.
وظیفه یکسو کننده به دست آوردن یک ولتاژ ثابت از یک ولتاژ متناوب است. یک ولتاژ ثابت را می توان به صورت گرافیکی همانطور که در شکل نشان داده شده است نشان داد. 2. جریان مستقیم نه جهت و نه مقدار آن را تغییر نمی دهد.
فرآیند اصلاح جریان متناوب (ولتاژ) شامل این واقعیت است که در مسیر جریان در مدار الکتریکی، یک عنصر روشن می شود - شیری که جریان را تنها در یک جهت (از یک علامت) عبور می دهد. به طور شماتیک، یک مدار جریان متناوب با یک شیر در شکل نشان داده شده است. 3. هدایت یک طرفه شیر منجر به این واقعیت می شود که فقط در نیم چرخه های مثبت جریان از شیر عبور می کند و در نیم چرخه های منفی (که در شکل 1 با علامت "-" مشخص شده است) وجود ندارد. جریان در مدار از نظر گرافیکی، جریان در چنین مداری را می توان همانطور که در شکل نشان داده شده است نشان داد. 4. با نیم موج مثبت، مقاومت شیر کم است و جریان آزادانه از آن عبور می کند. با نیم موج منفی، جریان با مقاومت زیادی روبرو می شود، زیرا در جهت مخالف مقاومت شیر صدها و حتی هزاران برابر بیشتر است و جریان از آن عبور نمی کند. بنابراین، از جمله در مدار الکتریکیشیر AC، دیگر در این مدار AC دریافت نمی کنیم. جریان در این مدار فقط از نظر بزرگی تغییر می کند و جهت خود را تغییر نمی دهد. چنین جریانی ضربان دار نامیده می شود. برای مثال می توانید از آن برای شارژ باتری استفاده کنید. این جریان برای تغذیه تجهیزات رادیویی مناسب نیست. برای اینکه جریان از حالت ضربانی به مستقیم تبدیل شود، هموارسازی بیشتری لازم است. این با استفاده از فیلتر به دست می آید.
در ساده ترین حالت، نقش یک فیلتر را می توان توسط یک خازن با ظرفیت کافی بزرگ انجام داد. روی انجیر 5 نمودار مداری را با شیر و خازن C نشان می دهد که یک فیلتر است. صاف کردن ریپل (فیلتر کردن) جریان اصلاح شده به این دلیل انجام می شود که خازن توسط جریان عبوری از شیر شارژ می شود و ذخیره می شود. انرژی الکتریکی. به محض اینکه جریان عبوری از شیر شروع به کاهش کرد و ولتاژ در بار Rn یکسو کننده شروع به کاهش کرد - و این در پایان هر نیم سیکل مثبت اتفاق می افتد - خازن انرژی انباشته شده توسط خود را در نیمه مثبت آزاد می کند. -چرخه از نظر گرافیکی، این در شکل 6 نشان داده شده است. همانطور که از شکل مشخص است، جریان هنوز کاملاً ثابت نشده است و امواج تیز قابل توجه است. فیلتر بهتری مورد نیاز است که در بارگذاری، جریان ثابتی را با امواج بسیار کوچک ارائه دهد، که تأثیر قابل توجهی بر عملکرد دستگاه تغذیه شده توسط یکسو کننده نخواهد داشت.
انواع مختلفی از یکسو کننده ها وجود دارد. ساده ترین آنها یک نیمه موج است که مدار آن در شکل نشان داده شده است. 7. در چنین یکسو کننده، فقط نیم چرخه های مثبت جریان یکسو شده استفاده می شود. فرکانس ریپل این جریان برابر فرکانس است ولتاژ شبکهو برای صاف کردن امواج، یکسو کننده مونتاژ شده بر اساس مدار نیم موج نیاز به یک فیلتر خوب دارد. چنین یکسو کننده ها برای تغذیه تجهیزاتی استفاده می شوند که جریان کمی مصرف می کنند، زیرا با افزایش جریان، لازم است فیلتر یکسو کننده پیچیده شود.
رایج‌تر یک مدار یکسوسازی تمام موج است که در آن (شکل 8 را ببینید) از دو شیر B1 و B2 استفاده می‌شود. جریان در بار در تمام مدت در یک جهت جریان دارد. تصحیح ولتاژ به شرح زیر انجام می شود. در نقطه ای از زمان، یک خروجی (بالا، طبق طرح) سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور Tr1 نسبت به انتهای دوم (پایین) ولتاژ مثبت خواهد داشت. جریان از شیر B1 عبور می کند و مقاومت کمی در جهت جلو دارد و سپس از طریق بار به نقطه میانی سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور می رسد. روی انجیر 8 عبور جریان با یک فلش ثابت نشان داده شده است. این برای نیم سیکل مثبت اول ادامه خواهد داشت. هنگامی که جهت جریان در شبکه تغییر می کند، در انتهای بالایی ترانسفورماتور یک ولتاژ منفی وجود دارد و جریان از شیر B1 عبور نمی کند، زیرا شیر مقاومت بسیار بالایی دارد. در انتهای پایین سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور، اکنون یک ولتاژ مثبت وجود خواهد داشت و جریان از شیر B2، بار و به نقطه وسط سیم پیچ ثانویه - ترانسفورماتور Tr1 می رود.
با این روشن شدن شیرها، هر دو نیم چرخه ولتاژ یکسو شده از قبل استفاده می شود. فرکانس ریپل در چنین یکسو کننده ای دو برابر بیشتر است و بنابراین فیلتر ولتاژ یکسو شده تا حد زیادی تسهیل می شود. تقریباً تمام یکسو کننده های رادیو، تلویزیون و ضبط صوت بر اساس یک مدار تمام موج مونتاژ می شوند.
همچنین یک مدار پل برای روشن کردن یکسوساز وجود دارد. در این مورد، یکسوسازی مطابق با یک مدار تمام موج رخ می دهد، اما ترانسفورماتور طراحی ساده تری دارد، سیم پیچ ثانویه آن حاوی نصف تعداد چرخش است و هیچ خروجی از نقطه میانی مورد نیاز نیست. با این حال، یک یکسو کننده پل دار به دو برابر شیرهای یکسو کننده تمام موج نیاز دارد. مدار یکسو کننده پل در شکل نشان داده شده است. 9. فلش ها عبور جریان در هر دو نیم سیکل را نشان می دهد.
به عنوان دریچه ای برای یکسو کردن جریان متناوب، می توان از واشرهای سلنیومی یا کوپروکس، کنوترون، گاسترون یا دیودهای نیمه هادی استفاده کرد.
برای تامین انرژی تجهیزات رادیویی انبوه، یکسو کننده های کنوترون و سلنیوم بیشترین استفاده را دارند. اخیراً دیودهای قدرت ژرمانیوم از نوع DG-Ts21-27 به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار گرفته است.
کنوترون یک لامپ رادیویی خلاء، معمولاً شیشه ای با دو الکترود - یک آند و یک کاتد است. یک کنوترون دو آند دارای دو آند است. خاصیت سوپاپ کنوترون در این واقعیت آشکار می شود که جریان از طریق کنوترون فقط می تواند در یک جهت حرکت کند - از آند به کاتد. در جهت مخالف، جریان جریان نخواهد داشت، زیرا الکترون ها فقط از سطح کاتد گرم شده به بیرون پرواز می کنند و تنها در صورتی می توانند به آند حرکت کنند که در حال حاضر ولتاژ مثبت نسبت به کاتد داشته باشد.
ساده ترین مدار یکسو کننده نیمه موج با استفاده از کنوترون به عنوان دریچه در شکل نشان داده شده است. 10. جهت جریان I با فلش نشان داده می شود. خازن های C1 و C2 و سلف Dr1 فیلتری را برای صاف کردن موج ها تشکیل می دهند. فیلترها در ادامه با جزئیات بیشتر مورد بحث قرار خواهند گرفت.
بسیاری وجود دارد انواع مختلفکنوترون ها، که هر کدام برای شرایط عملیاتی خاصی طراحی شده اند: برخی به شما امکان می دهند جریان تصحیح شده زیادی را با ولتاژ نسبتا کم دریافت کنید، برخی دیگر، برعکس، در یکسو کننده کار می کنند که ولتاژ بالایی را با جریان ناچیز می دهد.
هنگام طراحی یکسو کننده، ابتدا باید نوع کنوترون مناسب را انتخاب کرد. برای این کار باید بدانید باری که از یکسو کننده تغذیه می کند چه جریان و ولتاژی مصرف می کند و مطابق با این داده ها، نوع کنوترون مناسب را از کتاب مرجع انتخاب کنید. بگذارید یک کنوترون انتخاب شود که قرار است در یکسو کننده برای تغذیه گیرنده نصب شود. گیرنده دارای چهار لامپ بدون احتساب کنوترون است.
ولتاژ مستقیم مورد نیاز برای تغذیه لوله های رادیویی گیرنده 250 ولت است. مجموع جریان مصرف شده توسط مدارهای صفحه آند تمام لامپ های گیرنده حدود 40 میلی آمپر است.
مناسب ترین برای یکسو کننده ما، کنوترون 6Ts4P خواهد بود، که طبق داده های مرجع، می تواند جریانی تا 70 میلی آمپر را با مدار یکسوسازی تمام موج ارائه دهد. از نظر ولتاژ، این کنوترون نیز کاملاً مناسب است، زیرا برای یک مدار یکسوسازی تمام موج، ولتاژ معکوس که در یکسو کننده رخ می دهد از ولتاژ سه گانه در بار تجاوز نمی کند و برابر است با 250x3 = 750 V و 6Ts4P kenotron می تواند تا 1000 ولت ولتاژ معکوس را تحمل کند.
در یکسو کننده سلنیوم از واشرهای سلنیومی به عنوان شیر استفاده می شود.
واشر سلنیومی یک دیسک آهنی یا یک صفحه آهنی مستطیلی است که روی آن یک لایه نازک از یک نیمه هادی به نام سلنیوم در یک طرف آن قرار گرفته است. از بالا، لایه سلنیوم برای ایجاد تماس با یک لایه نازک از فلز قابل ذوب پوشانده شده است.
خواص دریچه ای سلنیوم در این واقعیت آشکار می شود که دارای رسانایی یک طرفه است. هنگامی که قطب مثبت منبع جریان روی صفحه آهنی اعمال می شود، واشر سلنیومی مقاومت ناچیزی دارد و برعکس، وقتی قطبیت معکوس می شود، مقاومت واشر صدها برابر افزایش می یابد.
انتخاب شیر سلنیومی برای یکسو کننده نیز با توجه به جریان و ولتاژ مورد نیاز برای بار انجام می شود. باید به خاطر داشت که یک واشر سلنیومی می تواند ولتاژهای تا 20 ولت را تحمل کند، بنابراین، اگر ولتاژی در بار بیشتر از این مقدار ایجاد شود، واشرهای سلنیومی باید به صورت سری وصل شوند.
برای مثال، کافی است 13 واشر در هر بازوی یکسو کننده تمام موج قرار دهید، زیرا ولتاژ در بار 250 ولت است و اگر 250 ولت بر 20 ولت تقسیم شود، تعداد واشرها به دست می آید. یک عدد کسریباید به نزدیکترین عدد صحیح گرد شود. برای تعیین اینکه واشرهای با چه قطری باید قرار داده شوند، باید به خاطر داشت که جریان 30 میلی آمپر در هر سانتی متر مربع از سطح واشر سلنیوم مجاز است. بنابراین، برای تعیین مساحت واشرهای سلنیومی برای یکسو کننده ما، لازم است مقدار جریان مصرف شده توسط گیرنده را بر چگالی جریان مجاز (مقدار جریان مجاز در هر 1 سانتی متر مربع) تقسیم کنیم. مساحت واشر 40/30 = 1.33 سانتی متر است. تعیین قطر واشر با استفاده از فرمول شناخته شده برای مساحت دایره آسان است.
Splosh \u003d 0.25 * π * D 2،
قطر واشر از آنجاست
D \u003d (4 * S / π) 0.5 \u003d (4 * 1.33 / 3.14) 0.5 ≈ 1.3 سانتی متر.
شما نمی توانید چنین محاسبه ای را انجام دهید و قطر واشر را مستقیماً از دایرکتوری بگیرید. اگر رادیو آماتور واشرهایی با قطر دیگری داشته باشد، می توان از آنها در این یکسو کننده استفاده کرد. اگر قطر واشرها بیشتر از اندازه محاسبه شده باشد، می توان آنها را بدون تغییر در مدار یکسو کننده به صورت شیر نصب کرد، فقط به یاد داشته باشید که ولتاژ مجاز برای هر واشر نباید از 20 ولت بیشتر شود.
اگر قطر واشرهای موجود کمتر از قطری باشد که با محاسبه به دست می آید، می توان واشرها را به صورت موازی وصل کرد به گونه ای که مساحت کل دو واشر که به صورت موازی وصل شده اند برابر یا بیشتر از مقدار بدست آمده از محاسبه باشد. هنگامی که واشرها به صورت موازی متصل می شوند، تعداد آنها دو برابر می شود، زیرا لازم است شرایط را رعایت کنید ولتاژ مجازبرای هر جفت
محاسبه شیر، که به عنوان دیود ژرمانیوم استفاده می شود (شکل 11)، به روشی مشابه انجام می شود. با دانستن جریان بار و ولتاژ روی آن، نوع دیود مناسب را از کتاب مرجع انتخاب کنید. ممکن است دیودهای ژرمانیومی موجود از نوع DG-Z برای جریان یا ولتاژ مجاز مناسب نباشند. اگر دیودها برای جریان مناسب نیستند (جریان بار بیشتر از حد مجاز است)، لازم است چندین دیود به صورت موازی متصل شوند. اگر دیودها برای ولتاژ مناسب نباشند، به صورت سری متصل می شوند. محاسبه تعداد دیودهای متصل به سری به انتخاب تعداد دیودهایی بستگی دارد که در آن افت ولتاژ در هر یک از آنها از حد مجاز تجاوز نمی کند.
در اتصال سریالدیودهای نوع DG-Ts، هر یک از آنها باید با مقاومت حداقل 100 کیلو اهم با توان حداکثر 1 وات شنت شوند. دیودهای شنت برای یکسان کردن افت ولتاژ در هر یک از آنها ضروری است. دیودهای تولید شده دارای پراکندگی قابل توجهی از پارامترها هستند و ممکن است چنین موردی وجود داشته باشد که افت ولتاژ در یکی از آنها چندین برابر بیشتر از دیگری باشد که دیودها را غیرفعال می کند. اگر هر دیود با مقاومت شنت شود و افت ولتاژ به طور مساوی بین هر دیود توزیع شود، این اتفاق نمی افتد.
با اتصال موازی دیودهای نیمه هادی از نوع DG-Ts، تعداد آنها با استفاده از فرمول های ساده محاسبه می شود. بنابراین، برای دیودهای نوع DG-Ts21 - 24، تعداد دیودهای متصل به صورت موازی برابر است با
برای دیودهای نوع DG-Ts25 - 27 تعداد دیودهای متصل به صورت موازی
n = 15.4I0 - 0.54.
در این فرمول ها، I0 به معنای جریان یکسو شده در آمپر است. ممکن است اتفاق بیفتد که تعداد دیودهای n محاسبه شده طبق این فرمول ها کسری باشد. سپس این عدد باید به نزدیکترین عدد بزرگتر گرد شود. گاهی اوقات محاسبه به 0 یا یک عدد منفی می رسد. این بدان معنی است که فقط یک دیود باید نصب شود و نه اتصالات موازینیازی به انجام نیست، زیرا دیود انتخاب شده مقدار مورد نیاز جریان اصلاح شده را ارائه می دهد.
فیلتر صاف کننده
همانطور که در بالا ذکر شد، برای صاف کردن امواج پس از یکسو کننده، یک فیلتر در خروجی آن روشن می شود. به طور معمول، فیلتر از یک خفه کننده فیلتر Dr1 (شکل 12) تشکیل شده است، سیم پیچی که از چندین هزار دور سیم نازک ساخته شده است، روی یک هسته فولادی قرار دارد. این فیلتر همچنین شامل دو یا چند خازن فیلتر می باشد. به جای این خازن ها، در اکثریت قریب به اتفاق موارد، از خازن های الکترولیتی استفاده می شود که دارای ابعاد نسبتا کوچک و ظرفیت بزرگ (10 ... 50 میکروفاراد) هستند.
فیلتر به طور قابل توجهی مولفه AC ولتاژ تصحیح شده را ضعیف می کند و تأثیر کمی بر مولفه DC دارد که برای تغذیه مدارهای محافظ آند گیرنده استفاده می شود.
کیفیت یک فیلتر با ضریب فیلتر آن تعیین می شود، که نشان می دهد چند بار جزء متغیر در خروجی فیلتر نسبت به مولفه متغیر در ورودی آن ضعیف شده است.
مقدار مجاز جزء متغیر در خروجی فیلتر بستگی به تجهیزاتی دارد که توسط این یکسو کننده تغذیه می شود. برای تقویت‌کننده‌های فرکانس پایین، دامنه ریپل ولتاژ آند نباید از 1-0.5 درصد ولتاژ سیگنال مفید اندازه‌گیری شده در مدار آند این مرحله تجاوز کند. برای مراحل تقویت فرکانس بالا و متوسط، این دامنه نباید از 0.05-0.1٪ (0.1-0.2 V) تجاوز کند.
عملکرد فیلتر به حاصل ضرب القایی سلف و ظرفیت خازن فیلتر در خروجی بستگی دارد. ظرفیت این خازن معمولاً در محدوده 10-40 میکروفاراد گرفته می شود. اندوکتانس چوک برای یکسو کننده های کم توان معمولاً از 20-30 H تجاوز نمی کند.
هنگام تخمین داده های فیلتر، می توانید از قانون زیر استفاده کنید: حاصلضرب اندوکتانس سلف فیلتر، که بر حسب هنری بیان می شود، و ظرفیت خازن در خروجی فیلتر، بیان شده در میکروفاراد، باید 200 باشد.
برای بهبود فیلترینگ، می توانید یک فیلتر صاف کننده از چندین لینک بسازید. بهبود فیلتراسیون را می توان با استفاده از یک سلف تنظیم شده نیز به دست آورد؛ برای این کار، یک خازن ثابت به موازات سلف فیلتر متصل می شود (در شکل 12 این اتصال با یک خط نقطه چین نشان داده شده است).
ظرفیت خازن در محدوده 0.05-0.1 میکروفاراد گرفته شده و در هر مورد به صورت تجربی یافت می شود.
سلف فیلتر را می توان هم در "+" و هم در "-" یکسو کننده روشن کرد، این بر کیفیت فیلتر تأثیر نمی گذارد. در برخی موارد، زمانی که استفاده از افت ولتاژ در سیم پیچ چوک فیلتر برای تامین بایاس منفی به شبکه های کنترل لامپ های تقویت کننده گیرنده مطلوب است، چوک در مدار یکسو کننده منفی قرار می گیرد.
هنگام تغذیه گیرنده های لوله پایین، به جای سلف فیلتر، می توانید سیم پیچ (یا سیم پیچ) ترانسفورماتور فرکانس پایین را روشن کنید.
از نظر ساختاری، چوک برای صاف کردن فیلترها شبیه ترانسفورماتورهای کم مصرف است. تفاوت در این واقعیت نهفته است که ترانسفورماتور چندین سیم پیچ دارد، چوک فقط یک سیم دارد. هسته سلف باید دارای یک شکاف هوا باشد که امکان اشباع مغناطیسی هسته با جریان مستقیم از سیم پیچ سلف را از بین می برد.
اشباع مغناطیسی باعث کاهش اندوکتانس سلف می شود که عملکرد فیلتر را کاهش می دهد.
از نظر ساختاری، سلف فیلتر و ترانسفورماتور قدرت یکسو کننده را می توان با راهنمای مقاله چاپ شده در پیوست شماره 1 برای مبتدیان، "محاسبه و ساخت ترانسفورماتور قدرت" (ارسال شده با مجله رادیویی شماره 5، 1957) محاسبه کرد. . فقط باید در نظر داشت که هنگام تنظیم ولتاژ در خروجی یکسو کننده، باید افت ولتاژ در سلف فیلتر را در نظر گرفت و در مورد استفاده از یکسوساز کنوترون تمام موج با فیلتر خازن، ولتاژ و جریان موثر سیم‌پیچ افزایش‌یافته به ولتاژ و جریان در خروجی یکسوساز با روابط زیر مرتبط است: ولتاژ روی سیم‌پیچ ثانویه، 2..2.2 برابر ولتاژ بیشتر در خروجی یکسوساز گرفته می‌شود، و جریان در سیم پیچ 1..1.2 I0 است. جریان و ولتاژ سیم‌پیچ‌ها برای درخشش لامپ‌ها و کنوترون با داده‌های درخشش کنوترون و لامپ‌ها تعیین می‌شود، که یکسو کننده محاسبه‌شده برای تامین انرژی در نظر گرفته شده است.
به جای یک خفه کننده فیلتر، گاهی اوقات آنها استفاده می کنند مقاومت فعال، که برای به دست آوردن فیلتراسیون خوب باید ارزش قابل توجهی داشته باشد.
نقطه ضعف چنین فیلتری افت ولتاژ زیاد در مقاومت فیلتر است، بنابراین چنین فیلتری فقط در تقویت کننده های کم مصرف قابل استفاده است. هنگام محاسبه یکسو کننده با چنین فیلتری، افت مجاز ولتاژ اصلاح شده در مقاومت موجود در فیلتر Upad تنظیم می شود، پس از آن مقدار این مقاومت R با فرمول پیدا می شود.
که در آن I0 جریان بر حسب mA است که از یکسو کننده گرفته شده است.
اغلب از دستگاه های مختلفی برای تامین انرژی یک یا آن تجهیزات استفاده می شود. تنش های ثابت. به منظور استفاده از یکسو کننده مشابه برای این منظور، زنجیره ای از چندین مقاومت ثابت چند هزار اهم متصل به سری به ورودی آن متصل می شود. این مقاومت ها نباید خیلی زیاد باشند، زیرا در غیر این صورت ولتاژ گرفته شده از تقسیم کننده تا حد زیادی به بزرگی بار بستگی دارد. آنها همچنین نباید خیلی کوچک باشند تا یکسو کننده را بیش از حد بارگذاری نکنند.
یکسو کننده نیمه موج یا یک چهارم پل ساده ترین یکسو کننده است و شامل یک شیر (دیود یا تریستور) است.
مفروضات: بار کاملاً فعال است، شیر یک سوئیچ الکتریکی ایده آل است.
ولتاژ از سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور فقط در نیم چرخه های مثبت ولتاژ متناوب از شیر به بار عبور می کند. در نیم سیکل های منفی، شیر بسته است، کل افت ولتاژ در شیر رخ می دهد و ولتاژ در بار Un صفر است. مقدار متوسط جریان متناوب نسبت به جریان جمع شده به صورت زیر خواهد بود:
این مقدار نصف مقدار در تمام پل است. توجه به این نکته ضروری است که مقدار ولتاژ ریشه-میانگین مربع (موثر قدیمی، rms) در خروجی یکسو کننده نیم موج ریشه 2 کمتر از rms عرضه شده خواهد بود و توان مصرفی بار 2 است. بار کمتر (برای شکل موج سینوسی)
نسبت مقدار متوسط ولتاژ یکسو شده Un cf به مقدار مؤثر ولتاژ AC ورودی Uin d را ضریب یکسوسازی (Kvyp) می گویند. برای طرح مورد بررسی، Kvyp=0.45.
حداکثر ولتاژ معکوس در دیود Uobr max=Uin max=πUn sr، یعنی. بیش از سه برابر متوسط ولتاژ تصحیح شده (این مورد باید هنگام انتخاب دیود برای یکسو کننده در نظر گرفته شود).
ضریب ریپل، برابر با نسبت دامنه کمترین هارمونیک (بنیادی) موج ها به مقدار متوسط ولتاژ یکسو شده، برای مدار توصیف شده یکسو کننده نیم موج برابر است با:
Kp \u003d Upulse max01Un میانگین \u003d π2 \u003d 1.57.
27. یکسو کننده نقطه میانی تمام موج. نمودارهای کاری اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد. پارامترهای اصلی
در بازه زمانی تحت عمل ولتاژ Uin1، دیود VD1 بایاس رو به جلو است (دیود VD2 در جهت مخالف بایاس می شود) و بنابراین جریان در مقاومت بار فقط با ولتاژ Uin1 تعیین می شود. در این بازه، دیود VD1 در جهت مخالف بایاس می شود و جریان بار از طریق دیود بایاس رو به جلو VD2 جریان می یابد و توسط ولتاژ Uin2 تعیین می شود. بنابراین، مقادیر متوسط جریان و ولتاژ در مقاومت بار در مورد یکسوسازی تمام موج دو برابر بیشتر از مقادیر مدار نیم موج خواهد بود:
Uin max و Iin max - مقادیر حداکثر دامنه ولتاژ ورودی و جریان یکسو کننده (با توجه به یکی از ولتاژهای تغذیه)،
Uin d و Iin d مقادیر مؤثر ولتاژ و جریان ورودی یکسو کننده هستند.
یک ویژگی منفی مدار یکسوسازی تمام موج با نقطه میانی این است که در حین عبور جریان از یکی از دیودها، ولتاژ معکوس روی دیود دیگر (بسته) در اوج به دو برابر حداکثر ولتاژ ورودی می رسد: Urev max=2Umax. . این را نباید هنگام انتخاب دیود برای یکسو کننده فراموش کرد.
فرکانس ریپل اصلی ولتاژ یکسو شده در این مدار برابر با دو برابر فرکانس ولتاژ ورودی خواهد بود. ضریب ریپل محاسبه شده بر اساس روشی مشابه با روشی که برای مدار یکسو کننده نیمه موج تک فاز (انبساط در سری فوریه و انتخاب اولین جزء موج ها) شرح داده شده است برابر با: Kp = 0.67 خواهد بود.
پارامترهای پاراگراف قبلی را ببینید.
28. یکسو کننده پل تک فاز. نمودارهای کار و اصل عملیات. پارامترهای اصلی یکسو کننده.
نمودارهای کاری:
اصل عمل:
در مدار پل تک فاز، یک منبع ولتاژ AC (سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور) به یکی از مورب های پل و یک بار به دیگری متصل می شود.
در مدار پل، دیودها به صورت جفت کار می کنند: در طول یک نیم دوره ولتاژ شبکه، جریان از سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور از طریق مدار VD1، RN، VD2 و در نیمه چرخه دوم از طریق VD3 عبور می کند. مدار RN، VD4 و در هر نیم سیکل جریان در یک جهت از بار عبور می کند که صاف شدن را فراهم می کند. تعویض دیودها در لحظاتی اتفاق می افتد که ولتاژ متناوب از صفر عبور می کند.
که در آن U2 مقدار مؤثر ولتاژ متناوب در ورودی یکسو کننده است.
مولفه های:
مقدار موثر ولتاژ در ورودی یکسو کننده
مقدار متوسط جریان عبوری از دیود نصف مقدار متوسط جریان بار است:
حداکثر مقدار جریان عبوری از دیود
جریان دیود RMS
مقدار RMS جریان متناوب در ورودی یکسو کننده
در نتیجه،
ضریب ریپل ولتاژ اصلاح شده
نسبت ترانسفورماتور
توان سیم پیچ اولیه و ثانویه ترانسفورماتور شیر
قدرت تخمینی ترانسفورماتور
29. تعیین فیلترهای صاف کننده. طرح یکسو کننده نیمه موج تک فاز با فیلتر خازنی. ویژگی های کار. ویژگی های خارجی یکسو کننده ها با فیلتر
فیلتر صاف کننده - دستگاهی که برای کاهش مولفه متغیر ولتاژ تصحیح شده به مقداری طراحی شده است که در آن از عملکرد عادی تجهیزات برقی یا آبشارهای آن اطمینان حاصل شود.
طرح یکسو کننده نیمه موج تک فاز با فیلتر خازنی .
ویژگی های کار.
برای کاهش سطح ریپل در خروجی یکسو کننده، فیلترهای مختلف القایی-خازنی گنجانده شده است. وجود خازن ها و اندوکتانس ها در مدار بار تاثیر بسزایی در عملکرد یکسو کننده دارد. در یکسو کننده های کم مصرف معمولا از ساده ترین فیلتر خازنی استفاده می شود که خازن موازی با بار متصل می شود.
در حالت پایدار، زمانی که ولتاژ در ورودی یکسو کننده است Uدر ولتاژ بیشتر روی بار U n و دیود یکسو کننده باز است، خازن با انباشته شدن انرژی از یک منبع خارجی شارژ می شود. هنگامی که ولتاژ ورودی یکسو کننده به زیر سطح باز شدن دیود می رسد و بسته می شود، خازن شروع به تخلیه می کند. آر n، در حالی که از افت سریع سطح ولتاژ در بار جلوگیری می کند. بنابراین، ولتاژ حاصل در خروجی یکسو کننده (روی بار) دیگر آنقدر ضربان دار نخواهد بود، بلکه به طور قابل توجهی صاف می شود و هر چه قوی تر باشد، ظرفیت خازن بیشتر خواهد بود.
معمولاً ظرفیت خازن فیلتر طوری انتخاب می شود که راکتانس آن بسیار کمتر از مقاومت بار باشد (1/ ωC ≪آر n). در این حالت، موج ولتاژ در سرتاسر بار کم است و قابل قبول است که این ولتاژ را ثابت فرض کنیم. U n ≈ پایان).
30. پارامترهای اساسی تثبیت کننده های ولتاژ. تثبیت کننده های پارامتریک
پارامترهای اصلی تثبیت کننده: 1. عامل تثبیت، برابر با نسبت افزایش ولتاژ ورودی و خروجی است. ضریب تثبیت کیفیت تثبیت کننده را مشخص می کند.
2. امپدانس خروجی تثبیت کننده Rout = Rdiffبرای یافتن Kst و Rout، مدار معادل تثبیت کننده برای افزایش در نظر گرفته می شود. عنصر غیر خطی در بخش تثبیت، جایی که مقاومت آن است، عمل می کند جریان متناوب Rdiff یک پارامتر تثبیت کننده است.
مقاومت دیفرانسیل Rdif از معادله تعیین می شود:
برای مدار معادل، ضریب تثبیت را با در نظر گرفتن Rn >> Rdiff و Rbal >> Rdiff بدست می آوریم:
تثبیت کننده پارامتری:
در نمودار بالا، زمانی که ولتاژ ورودی یا جریان بار تغییر می کند، ولتاژ بار عملا تغییر نمی کند (همانطور که در دیود زنر باقی می ماند)، در عوض جریان عبوری از دیود زنر تغییر می کند (در صورت تغییر در ولتاژ ورودی، جریان عبوری از مقاومت بالاست نیز). یعنی ولتاژ ورودی اضافی توسط یک مقاومت بالاست خاموش می شود، مقدار افت ولتاژ در این مقاومت به جریان عبوری از آن بستگی دارد، و جریان عبوری از آن، از جمله به جریان عبوری از دیود زنر بستگی دارد، و بنابراین ، معلوم می شود که تغییر جریان از طریق دیود زنر، میزان افت ولتاژ روی مقاومت بالاست را تنظیم می کند.
عامل تثبیتتنظیم کننده ولتاژ پارامتریک
Kst \u003d 5 ÷ 30 برای به دست آوردن افزایش ولتاژ تثبیت شده، دیودهای زنر به صورت سری متصل می شوند. اتصال موازی دیودهای زنر مجاز نیست. به منظور افزایش ضریب تثبیت، امکان آبشاری گنجاندن چندین تثبیت کننده ولتاژ پارامتریک وجود دارد.
31. بلوک دیاگرام تثبیت کننده های جبران. نمودار شماتیک یک تنظیم کننده ولتاژ پیوسته. یک عبارت برای ولتاژ خروجی دریافت کنید. معایب چنین تثبیت کننده هایی.
تثبیت کننده ولتاژ جبرانی، در واقع دستگاهی است که در آن مقدار خروجی به طور خودکار تنظیم می شود، یعنی زمانی که ولتاژ ورودی و جریان خروجی تغییر می کند، ولتاژ را در بار در محدوده های مشخص شده حفظ می کند. در مقایسه با تثبیت کننده های جبران پارامتریک، آنها با جریان های خروجی زیاد، مقاومت های خروجی کمتر و ضرایب تثبیت بزرگ متمایز می شوند.
مداوم
نمودار شماتیک یک تثبیت کننده ولتاژ پیوسته در شکل نشان داده شده است. ب. در اینجا نقش IE توسط یک تقسیم کننده ولتاژ روی مقاومت ها انجام می شود آر 1 و آر 2 . مقاومت بالاست آر ب و دیود زنر VD یک تثبیت کننده پارامتری کم مصرف هستند که به عنوان یک یون عمل می کنند. تقویت کننده عملیاتی (Op amp) DA ، موجود در مدار تقویت کننده دیفرانسیل، نقش ایالات متحده را ایفا می کند. ترانزیستور VT RE تثبیت کننده است.
ولتاژ خروجی تثبیت کننده را می توان با تغییر نسبت مقاومت تقسیم کننده تنظیم کرد. آر 1 و آر 2 :
ساده ترین یکسو کننده یک مدار یکسو کننده نیمه موج تک فاز است (شکل 3.4-1a). نمودارهایی که عملکرد آن را با ولتاژ ورودی سینوسی توضیح می‌دهند \(U_(in) = U_(در حداکثر) \sin(\left(\omega t \راست))\) در شکل نشان داده شده‌اند. 3.4-1b.
برنج. 3.4-1. یکسو کننده نیمه موج تک فاز (الف) و نمودارهای زمان بندی که عملکرد آن را توضیح می دهد (ب)
در بازه زمانی \(\left[ (0;) T/2 \right]\) دیود نیمه هادی یکسو کننده بایاس رو به جلو است و ولتاژ و در نتیجه جریان در مقاومت بار از شکل ورودی پیروی می کند. علامت. در بازه \(\چپ[ T/2 (;) T \راست]\) دیود در جهت مخالف بایاس می شود و ولتاژ (جریان) روی بار صفر است. بنابراین، مقدار متوسط ولتاژ در مقاومت بار برابر با:
\(U_(n cf) = \cfrac(1)(T) (\huge \int \normalsize)_(0)^(T) U_n \operatorname(d)t = \cfrac(1)(T) (\ عظیم \int \normalsize)_(0)^(T/2) U_(در حداکثر) \sin(\left(\omega t \راست)) \operatorname(d)t = \)
\(= - \cfrac(U_(در حداکثر))(T \omega) \cos(\left(\omega t \راست))(\huge \vert \normalsize)_(0)^(T/2) \ تقریباً \cfrac(U_(در حداکثر))(\pi) = \sqrt(2) \cfrac(U_(در d))(\pi)\),
که در آن \ (U_ (در d) \) مقدار مؤثر ولتاژ متناوب در ورودی یکسو کننده است.
به طور مشابه، برای جریان بار متوسط:
\(I_(n sr) = \cfrac(1)(2 \pi) (\huge \int \normalsize)_(0)^(\pi) I_(max) \sin(\left(\omega t \راست )) \operatorname(d) t \approx \cfrac(I_(max))(\pi) = (0.318) \cdot I_(max) \)،
که در آن \(I_(max)\) حداکثر دامنه جریان یکسو شده است.
مقدار مؤثر جریان بار \ (I_ (n d) \) (جریان یکسان از دیود عبور می کند):
\(I_(n q) = \sqrt(\cfrac(I_(حداکثر)^2)(2 \pi) (\huge \int \normalsize)_(0)^(\pi^( )) \sin(\ سمت چپ (\omega t \راست))^2 \operatorname(d) t) = \cfrac(I_(max))(2) = (0.5) \cdot I_(max) \)
نسبت مقدار متوسط ولتاژ یکسو شده \ (U_ (n cf) \) به مقدار مؤثر ولتاژ AC ورودی \ (U_ (در d) \) نامیده می شود. عامل اصلاح(\(K_(خارج)\)). برای طرح مورد بررسی \(K_(vyp) = (0.45)\).
حداکثر ولتاژ معکوس در دیود \(U_(rev max) = U_(در حداکثر) = \pi U_(n cf)\) بیش از سه برابر متوسط ولتاژ تصحیح شده (این مورد باید هنگام انتخاب دیود برای یکسو کننده در نظر گرفته شود).
ترکیب طیفی ولتاژ یکسو شده به شکل (بسط در سری فوریه) است:
\(U_n = \cfrac(1)(\pi) U_(در حداکثر) + \cfrac(1)(2) U_(در حداکثر) \sin(\left(\omega t \راست)) - \cfrac(2 )(3 \pi) \cos(\left(2 \omega t \راست)) - \)
\(- \cfrac(2)(15 \pi) U_(حداکثر) \cos(\left(4 \omega t \راست)) - (...) \)
فاکتور ریپلبرابر با نسبت دامنه کمترین هارمونیک (بنیادی) ریپل ها به مقدار متوسط ولتاژ یکسو شده، برای مدار توصیف شده یکسو کننده نیم موج برابر است با:
\(K_p = \cfrac(U_(پلس حداکثر 01))(U_(n cf)) = \cfrac(\pi)(2) = (1.57)\).
همانطور که می بینید، یکسوسازی نیم موج به دلیل ریپل زیاد ولتاژ یکسو شده، بازده کمی دارد.
یکی دیگر از جنبه های منفی یکسوسازی نیمه موج مربوط به استفاده ناکارآمد از ترانسفورماتور قدرت است که ولتاژ متناوب از آن گرفته می شود. این به این دلیل است که در جریان سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور یک جزء ثابت برابر با مقدار متوسط جریان اصلاح شده وجود دارد. چنین مولفه ای تبدیل نمی شود، به عنوان مثال:
\(I_1 \cdot w_1 = \left(I_2 - I_(n cf) \راست) w_2\) ,
که در آن \(I_1\)، \(I_2\) جریان سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه هستند و \(w_1\)، \(w_2\) تعداد دور سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور هستند.
نمودار زمانی جریان سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور (شکل 3.4-2) شبیه نمودار جریان سیم پیچ ثانویه است، اما با \(I_(n cf)\cfrac(w_2)( جابه جا می شود. w_1)\).
برنج. 3.4-2. نمودار زمان بندی جریان ها در سیم پیچ های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور قدرت بارگذاری شده روی مدار یکسو کننده نیمه موج تک فاز
در هسته ترانسفورماتور به دلیل ثابت بودن جزء جریان سیم پیچ ثانویه، شار مغناطیسی ثابت \(\Phi_0 = w_2 \cdot I_0\) ایجاد می شود. این پدیده نامیده می شود مغناطش اجباری هسته ترانسفورماتور. می تواند باعث اشباع سیستم مغناطیسی ترانسفورماتور شود، به عنوان مثال. افزایش جریان بی باری، ارزش موثرجریان اولیه و در نتیجه توان محاسبه شده سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور، که منجر به افزایش ابعاد مورد نیاز ترانسفورماتور به عنوان یک کل می شود.
یکی دیگر از معایب یکسوسازی نیم موج وجود یک بخش جریان پایدار است که باعث کاهش راندمان استفاده از ترانسفورماتور از نظر قدرت می شود. حداکثر ضریب استفاده از ترانسفورماتور از نظر توان برای چنین مداری از \(k_(tr P) \حدود (0.48)\) تجاوز نمی کند.
برای کاهش سطح ریپل در خروجی یکسو کننده، فیلترهای مختلف القایی-خازنی گنجانده شده است. وجود خازن ها و اندوکتانس ها در مدار بار تاثیر بسزایی در عملکرد یکسو کننده دارد.
در یکسو کننده های کم مصرف معمولاً از ساده ترین فیلتر خازنی استفاده می شود که خازن موازی با بار متصل می شود (شکل 3.4-3).
برنج. 3.4-3. طرح یکسو کننده نیمه موج تک فاز با فیلتر خازنی (a) و نمودارهای زمان بندی که عملکرد آن را توضیح می دهد (ب)
در حالت پایدار، زمانی که ولتاژ در ورودی یکسو کننده \ (U_ (in) \) از ولتاژ بار \ (U_n \) بیشتر باشد و دیود یکسو کننده باز باشد، خازن شارژ می شود و انرژی را از یک انباشته می کند. منبع خارجی. هنگامی که ولتاژ ورودی یکسو کننده به زیر سطح باز دیود می‌رسد و بسته می‌شود، خازن شروع به تخلیه از طریق \ (R_n\) می‌کند، در حالی که از افت سریع سطح ولتاژ در بار جلوگیری می‌کند. بنابراین، ولتاژ حاصل در خروجی یکسو کننده (روی بار) دیگر آنقدر ضربان دار نخواهد بود، بلکه به طور قابل توجهی صاف می شود و هر چه قوی تر باشد، ظرفیت خازن بیشتر خواهد بود.
معمولاً ظرفیت خازن فیلتر طوری انتخاب می شود که راکتانس آن بسیار کمتر از مقاومت بار (\(1/ \omega C \ll R_n\)) باشد. در این حالت ریپل ولتاژ روی بار کم است و قابل قبول است که این ولتاژ را ثابت فرض کنیم (\(U_н \approx (const)\)). بیایید در نظر بگیریم: \(U_n = U_(در حداکثر) \cos(\beta)\)، جایی که \(\beta\) مقداری ثابت است که مقدار ولتاژ را در بار تعیین می کند. بدیهی است که در حالت کلی، \(\beta\) به ظرفیت خازن، مقاومت بار، فرکانس ولتاژ ورودی و غیره بستگی دارد. معنای فیزیکی این کمیت را می توان از نمودارهای زمانی نشان داده شده در شکل ها فهمید. 3.4-4. همانطور که می بینید، \(\بتا\) مدت زمان بازه زمانی را در یک دوره از نوسانات ولتاژ خارجی زمانی که دیود یکسو کننده در حالت باز است منعکس می کند (\(\beta = \omega \cdot t_(open)/2 \)). زاویه \(\beta\) معمولا نامیده می شود زاویه برش.
برنج. 3.4-4. نمودار وابستگی \(A(\بتا)\)
برای جریانی که از دیود در حالت باز می گذرد، می توانیم بنویسیم:
\(I_d = \cfrac(U_(in) - U_n)(r) \) ,
که در آن \(r\) مقاومت فعال است، به دلیل مقاومت دیود در حالت باز و مقاومت سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور (گاهی اوقات به نام مقاومت فاز یکسو کننده).
با توجه به اینکه \(U_(in) = U_(در حداکثر) \sin(\left(\omega t \راست)) \):
\(I_d = \cfrac(U_(حداکثر))(r) \left(\sin(\left(\omega t \right)) - \cos(\left(\beta \راست)) \راست) = \ cfrac(U_(در حداکثر))(r) \left(\sin(\left(\varphi \right)) - \cos(\left(\beta \راست)) \راست)\) (3.4.1)
مقدار متوسط جریان دیود اصلاح شده در طول دوره (با توجه به اینکه دیود فقط در بخش \(\varphi = \left[\pi/2 - \beta ; \pi/2 + \beta \right]\ باز است. :
\(I_(d cf) =\cfrac(1)(2 \pi) (\huge \int \normalsize)_(\frac(\pi)(2) - \beta)^(\frac(\pi)( 2) + \بتا) \cfrac(U_(inmax))(r) \left(\sin( \left(\varphi \right)) - \cos(\left(\beta \right)) \right) \ نام اپراتور (د) \varphi =\)
\(= \cfrac(U_(در حداکثر))(\pi r) \left(\sin(\left(\beta \right)) - \beta \cos(\left(\بتا \راست)) \راست) \)
از آنجایی که \(U_(در حداکثر) = \cfrac(U_n)(\cos(\left(\beta \راست))) \):
\(I_(d cf) =\cfrac(U_n)(\pi r) \cdot \cfrac(\sin(\left(\beta \right)) - \beta \cos(\left(\بتا \راست)) )(\cos(\left(\بتا \راست)) = \cfrac(U_n)(\pi r) A \left(\beta \راست) \)،
جایی که \(A \left(\beta \right) = \cfrac(\sin(\left(\beta \right)) - \beta \cos(\left(\beta \right)))(\cos(\ چپ (\beta \راست))) = \operatorname(tg) \left(\beta \right) - \beta \) (3.4.2)
فرمول (3.4.2) هنگام محاسبه یکسو کننده بسیار مهم است. از این گذشته، زاویه قطع \(\بتا\) پارامتر اولیه شناخته شده قبلی نیست، به عنوان یک قاعده، باید بر اساس ولتاژ خروجی داده شده (\(U_n\))، مقاومت (\(R_n\) محاسبه شود. ) یا جریان بار (\(I_n \))، و همچنین پارامترهای دیود و ترانسفورماتور اعمال شده (که مقاومت فاز \(r\) را تعیین می کند). با داشتن این داده ها و با در نظر گرفتن (3.4.2)، می توانیم مقدار ضریب \(A\) را تعیین کنیم:
\(A \چپ(\بتا \راست) = \cfrac(I_(d cf) \pi r)(U_n) \)
میانگین جریان عبوری از دیود \(I_(d avg)\) برابر با جریان بار متوسط \(I_(n میانگین)\) است، و با توجه به اینکه ولتاژ در سراسر بار ثابت فرض می شود، پس مقدار لحظه ای جریان عبوری از بار برابر با جریان دیود است: \( I_n \u003d I_ (d cf) \). به این ترتیب:
\(A \چپ(\بتا \راست) = \cfrac(I_(n) \pi r)(U_n) = \cfrac(\pi r)(R_n) \)
برای یافتن زاویه برش \(\beta\) با ضریب شناخته شده \(A(\beta)\)، در عمل معمولاً از نمودار استفاده می شود (شکل 3.4-4).
حداکثر مقدار جریان دیود در \(U_(in) = U_(در حداکثر)\) در زمانی که \(\varphi = \pi/2 \)، یعنی. مطابق عبارت (3.4.1):
\(I_(d max) = \cfrac(U_(در حداکثر))(r) \left(1 - \cos(\left(\beta \راست)) \راست) = \cfrac(U_n)(r) \ cdot \cfrac(\pi \left(1 - \cos(\left(\beta \راست)) \راست))(\cos(\left(\beta \راست))) \)
\(I_(d max) = \cfrac(I_(d cf) \cdot \pi)(A \left(\beta \right)) \cdot \cfrac(1- \cos(\left(\beta \right) ( \بتا \راست)) \راست))(\sin(\چپ(\بتا \راست)) - \بتا \cos(\چپ(\بتا \راست)))\)
نمودار تابع \(F(\beta)\) در شکل نشان داده شده است. 3.4-5. از آن می توان دریافت که با کاهش زاویه قطع \(\بتا\)، دامنه جریان از طریق دریچه ها به طور قابل توجهی افزایش می یابد.
برنج. 3.4-5. نمودار وابستگی \(F(\بتا)\)
بنابراین، ماهیت خازنی بار یکسو کننده منجر به این واقعیت می شود که دیود یکسو کنندهمعلوم می شود که برای مدت زمان کوتاه تری باز است و دامنه جریان عبوری از دیود در این زمان بزرگتر از مدار مشابهی است که روی یک بار کاملاً فعال کار می کند. این واقعیت باید در هنگام انتخاب دیودی در نظر گرفته شود که باید جریان تکراری با دامنه مناسب را تحمل کند و علاوه بر این، تحمل جهش اولیه جریان در هنگام روشن شدن هنگامی که شارژ اولیه خازن رخ می دهد طبیعی است.
این نظم نه تنها برای طرح توصیف شده یکسوسازی نیمه موج تک فاز معتبر است. به همین ترتیب، کار سایر مدارهای در نظر گرفته شده در زیر که دارای بار خازنی هستند نیز رخ خواهد داد.
ضریب ریپل مورد نیاز در خروجی یکسو کننده نیمه موج تک فاز با فیلتر خازنی \(K_n\) را می توان با انتخاب صحیحخازن صاف کننده برای یافتن آن از فرمول زیر استفاده می شود:
\(C = \cfrac(H(\بتا))(r\cdot K_n)\)،
که در آن \(H(\beta)\) ضریب کمکی دیگری است که مقدار آن در نمودار یافت می شود (شکل 3.4-6).
برنج. 3.4-6. نمودار وابستگی \(H(\بتا)\)
فیلتر خازنی برای یکسو کننده های طراحی شده برای جریان های بار کم معمول است. در جریان های بالا معمولا از فیلترهای القایی استفاده می شود. چنین فیلتری یک سلف (معمولا با یک هسته فرومغناطیسی) است که به صورت سری با بار متصل می شود (شکل 3.4-7). وجود اندوکتانس در مدار بار و همچنین ظرفیت خازن تاثیر بسزایی در عملکرد شیرهای یکسو کننده دارد.
برنج. 3.4-7. طرح یکسو کننده نیمه موج تک فاز با فیلتر القایی (a) و نمودارهای زمان بندی که عملکرد آن را توضیح می دهد (b)
عملکرد مدار در شکل. 3.4-7 با معادله توصیف می شود:
\(U_(در حداکثر) \sin(\left(\omega t \راست)) = L \cfrac(\operatorname(d) I_n)(\operatorname(d) t) + I_n R_n \)
با در نظر گرفتن جریان در مدار در زمان اولیه \((t = 0)\) برابر با صفر، با حل این معادله، عبارت زیر را برای جریان در مدار بار بدست می آوریم:
\(I_n(t) = \cfrac(U_(در حداکثر))(\sqrt(R_n^2 + (\left(\omega L \راست))^2)) \left(\sin(\left(\omega t - \theta \right)) + e^(- \cfrac(R_n t)(L)) \sin((\theta)) \راست) \),
جایی که \(\theta = \operatorname(arctg) \left(\cfrac(\omega L)(R_n) \راست) \)
نمودار زمانی که این وابستگی را منعکس می کند در شکل نشان داده شده است. 3.4-7 (ب). معنی فیزیکی ثابت \(\theta\) را به وضوح نشان می دهد. این نشان دهنده زاویه ای است که افزایش جریان اصلی در بار نسبت به افزایش ولتاژ آغازین در ورودی یکسو کننده عقب می افتد.
اگر وابستگی جریان بار \(I_n(t)\ را تجزیه و تحلیل کنیم، می بینیم که دامنه آن با افزایش اندوکتانس سیم پیچ کاهش می یابد (و مقدار متوسط آن نیز بر این اساس کاهش می یابد). آن ها مقدار متوسط ولتاژ در سراسر بار کمتر از حالت بدون اندوکتانس است و ریپل ولتاژ خروجی نیز کاهش می یابد. نوسانات جریان خود نسبت به نوسانات ولتاژ ورودی با زاویه \(\تتا\) جابجا می شوند. این دلیل اعمال ناگهانی دیود در لحظه مسدود شدن ولتاژ معکوس منفی تا \(U_(arr) = U_(در حداکثر)\) است.
حالت توصیف شده عملکرد دریچه ها (کشیدن جریان، کاهش دامنه آن، اعمال ناگهانی ولتاژ معکوس) در حضور یک فیلتر القایی برای همه مدارهای یکسو کننده معمول است. یک فیلتر القایی معمولاً در مدارهای یکسو کننده قدرت استفاده می شود، زیرا در این مورد، اندوکتانس مورد نیاز برای تغییر قابل توجه پارامترهای ولتاژ خروجی ناچیز است.
مؤثرترین صاف کردن موج های ولتاژ اصلاح شده با استفاده از فیلترهای پیچیده چند پیوندی انجام می شود که شامل سلف ها و خازن ها می شود (اساس چنین فیلترهایی به اصطلاح پیوندهای L یا U شکل هستند).
