Elektrisk energi transporteres bekvemt og omdannes i størrelsesorden i form af vekselspænding. Det er i denne form, at det leveres til slutforbrugeren. Men for at drive mange enheder har du stadig brug for en konstant spænding.
Indhold
Hvorfor har vi brug for en ensretter i elektroteknik
Opgaven med at konvertere AC-spænding til DC er tildelt ensrettere. Denne enhed er meget udbredt, og de vigtigste anvendelsesområder for ensretteranordninger i radio- og elektroteknik er:
- dannelse af jævnstrøm til elektriske elinstallationer (traktionsstationer, elektrolyseanlæg, excitationssystemer til synkrone generatorer) og kraftige jævnstrømsmotorer;
- strømforsyninger til elektroniske enheder;
- detektion af modulerede radiosignaler;
- dannelse af en konstant spænding proportional med niveauet af indgangssignalet til bygning af automatiske forstærkningskontrolsystemer.
Det fulde omfang af ensrettere er omfattende, og det er umuligt at opliste det inden for rammerne af én anmeldelse.
Principper for drift af ensrettere
Driften af ensretteranordninger er baseret på egenskaben ved ensidig ledningsevne af elementer. Du kan gøre dette på forskellige måder. Mange måder til industrielle applikationer er blevet fortid, såsom brugen af mekaniske synkrone maskiner eller elektrovakuumanordninger. Nu bruges ventiler, der leder strøm i én retning. For ikke så længe siden blev kviksølvenheder brugt til ensrettere med høj effekt. I øjeblikket er de praktisk talt afløst af halvlederelementer (silicium).
Typiske ensretterkredsløb
Ensretteranordningen kan bygges efter forskellige principper. Ved analyse af enhedskredsløb skal det huskes, at den konstante spænding ved udgangen af enhver ensretter kun kan kaldes betinget. Denne node producerer en pulserende ensrettet spænding, som i de fleste tilfælde skal udjævnes af filtre. Nogle forbrugere kræver også stabilisering af den ensrettede spænding.
Enkeltfasede ensrettere
Den enkleste AC spændingsensretter er en enkelt diode.
Det sender de positive halvbølger af sinusoiden til forbrugeren og "afskærer" de negative.
Omfanget af en sådan enhed er lille - hovedsageligt, skifte strømforsyningsensrettereopererer ved relativt høje frekvenser. Selvom det producerer strøm, der flyder i én retning, har det betydelige ulemper:
- højt niveau af krusning - for at udjævne og opnå jævnstrøm har du brug for en stor og omfangsrig kondensator;
- ufuldstændig brug af kraften fra step-down (eller step-up) transformeren, hvilket fører til en stigning i de nødvendige vægt- og størrelsesindikatorer;
- den gennemsnitlige EMF ved udgangen er mindre end halvdelen af den leverede EMF;
- øgede krav til dioden (til gengæld skal der kun én ventil til).
Derfor mere udbredt fuldbølge (bro) kredsløb.
Her løber strømmen gennem belastningen to gange pr. periode i én retning:
- positiv halvbølge langs stien angivet med røde pile;
- negativ halvbølge langs stien angivet med grønne pile.
Den negative bølge forsvinder ikke, men bruges også, så indgangstransformatorens effekt udnyttes mere fuldt ud. Den gennemsnitlige EMF er dobbelt så stor som for en halvbølge-versionen. Formen på krusningsstrømmen er meget tættere på en lige linje, men en udjævningskondensator er stadig påkrævet. Dens kapacitet og dimensioner vil være mindre end i det foregående tilfælde, fordi krusningsfrekvensen er to gange frekvensen af netspændingen.
Hvis der er en transformer med to identiske viklinger, der kan forbindes i serie eller med en vikling med et tap fra midten, kan en fuldbølge-ensretter bygges efter et andet skema.
Denne mulighed er faktisk et dobbeltkredsløb af en halvbølge ensretter, men har alle fordelene ved en fuldbølge ensretter. Ulempen er behovet for at bruge en transformer af et specifikt design.
Hvis transformeren er lavet i amatørforhold, er der ingen hindringer for at vikle sekundærviklingen efter behov, men der skal bruges lidt større jern. Men i stedet for 4 dioder bruges kun 2. Dette vil gøre det muligt at kompensere for tabet i vægt- og størrelsesindikatorer og endda vinde.
Hvis ensretteren er designet til høj strøm, og ventilerne skal installeres på radiatorer, giver det betydelige besparelser at installere halvdelen af antallet af dioder. Det skal også tages i betragtning, at en sådan ensretter har den dobbelte indre modstand i forhold til den, der er samlet i et brokredsløb, så opvarmningen af transformatorviklingerne og de tilhørende tab vil også være højere.
Trefasede ensrettere
Fra det forrige kredsløb er det logisk at gå videre til en trefaset spændingsensretter, samlet efter et lignende princip.
Udgangsspændingsformen er meget tættere på en lige linje, krusningsniveauet er kun 14%, og frekvensen er lig med tre gange frekvensen af netspændingen.
Og alligevel er kilden til dette kredsløb en halvbølge ensretter, så mange af manglerne kan ikke overvindes selv med en trefaset spændingskilde. Den vigtigste er den ufuldstændige brug af transformatoreffekten, og den gennemsnitlige EMF er 1,17⋅E2eff (effektiv værdi af EMF for sekundærviklingen af transformeren).
De bedste parametre har et trefaset brokredsløb.
Her er amplituden af udgangsspændingsrippelen den samme 14%, men frekvensen er lig med den sekskantede frekvens af input AC-spændingen, så kapacitansen af filterkondensatoren vil være den mindste af alle de præsenterede muligheder. Og output-EMF vil være dobbelt så høj som i det forrige kredsløb.
Denne ensretter bruges sammen med en udgangstransformator med en sekundær stjernevikling, men den samme ventilkonstruktion vil være meget mindre effektiv, når den bruges sammen med en transformer, hvis udgang er tilsluttet i delta.
Her er amplituden og frekvensen af pulseringer den samme som i det foregående kredsløb. Men den gennemsnitlige EMF er mindre end i den tidligere ordning i tide. Derfor bruges denne inklusion sjældent.
Spændingsmultiplikator ensrettere
Det er muligt at bygge en ensretter, hvis udgangsspænding vil være et multiplum af indgangsspændingen. For eksempel er der kredsløb med spændingsfordobling:
Her oplades kondensator C1 under den negative halvcyklus og kobles i serie med den positive bølge af inputsinusbølgen. Ulempen ved denne konstruktion er ensretterens lave belastningskapacitet, samt det faktum, at kondensatoren C2 er under det dobbelte af spændingsværdien. Derfor anvendes et sådant kredsløb i radioteknik til fordobling af ensretning af laveffektsignaler til amplitudedetektorer, som måleelement i automatiske forstærkningskontrolkredsløb mv.
I elektroteknik og kraftelektronik anvendes en anden version af fordoblingsordningen.
Dobleren, samlet efter Latour-skemaet, har en stor belastningskapacitet. Hver af kondensatorerne er under indgangsspænding, derfor overgår denne mulighed med hensyn til vægt og størrelse også den forrige. Under den positive halvcyklus oplades kondensatoren C1, under den negative - C2. Kondensatorer er forbundet i serie, og i forhold til belastningen - parallelt, så spændingen over belastningen er lig summen spænding af opladede kondensatorer. Rippelfrekvensen er lig med det dobbelte af netspændingens frekvens, og værdien afhænger af fra værdien af kapaciteter. Jo større de er, jo mindre krusning. Og her er det nødvendigt at finde et fornuftigt kompromis.
Ulempen ved kredsløbet er forbuddet mod at jorde en af belastningsterminalerne - en af dioderne eller kondensatorerne i dette tilfælde vil blive kortsluttet.
Dette kredsløb kan kaskadekobles et vilkårligt antal gange. Så hvis du gentager princippet om inklusion to gange, kan du få et kredsløb med firdobbelt spænding osv.
Den første kondensator i kredsløbet skal modstå strømforsyningens spænding, resten - to gange forsyningsspændingen. Alle ventiler skal være klassificeret til dobbelt omvendt spænding. For pålidelig drift af kredsløbet skal alle parametre naturligvis have en margin på mindst 20%.
Hvis der ikke er egnede dioder, kan de forbindes i serie - i dette tilfælde vil den maksimalt tilladte spænding stige med en faktor på 1. Men parallelt med hver diode skal udligningsmodstande tilsluttes. Dette skal gøres, fordi ellers på grund af spredningen af ventilernes parametre kan omvendt spænding fordeles ujævnt mellem dioderne. Resultatet kan være overskridelsen af den største værdi for en af dioderne. Og hvis hvert element i kæden er shuntet med en modstand (deres værdi skal være den samme), så vil den omvendte spænding blive fordelt nøjagtigt ens. Modstanden for hver modstand skal være omkring 10 gange mindre end diodens omvendte modstand. I dette tilfælde vil effekten af yderligere elementer på driften af kredsløbet blive minimeret.
Parallelforbindelse af dioder i dette kredsløb er usandsynligt nødvendigt, strømmene her er små. Men det kan være nyttigt i andre ensretterkredsløb, hvor belastningen bruger alvorlig strøm. Parallelforbindelse multiplicerer den tilladte strøm gennem ventilen, men alt ødelægger afvigelsen af parametrene. Som et resultat kan en diode tage den mest strømstyrke og ikke modstå det. For at undgå dette sættes en modstand i serie med hver diode.
Modstandsværdien er valgt således, at spændingsfaldet over den ved maksimal strøm er 1 volt. Så ved en strøm på 1 A skal modstanden være 1 ohm. Effekten i dette tilfælde skal være mindst 1 watt.
I teorien kan spændingsmangfoldigheden øges i det uendelige. I praksis skal det huskes, at belastningskapaciteten af sådanne ensrettere falder kraftigt med hvert ekstra trin. Som et resultat kan du komme til en situation, hvor spændingsfaldet over belastningen overstiger multiplikationsfaktoren og gør driften af ensretteren meningsløs. Denne ulempe er iboende i alle sådanne ordninger.
Ofte produceres sådanne spændingsmultiplikatorer som et enkelt modul i god isolering. Lignende anordninger blev for eksempel brugt til at skabe højspænding i fjernsyn eller oscilloskoper med et katodestrålerør som skærm. Fordoblingsordninger ved hjælp af choker er også kendt, men de har ikke modtaget distribution - viklingsdele er vanskelige at fremstille og ikke særlig pålidelige i drift.
Der er mange ensretterkredsløb. I betragtning af det brede omfang af denne node er det vigtigt at nærme sig valget af kredsløbet og beregningen af elementerne bevidst. Kun i dette tilfælde er en lang og pålidelig drift garanteret.
Lignende artikler:
