Orta noktalı voltaj doğrultucu. Doğrultucu nasıl çalışır

Doğrultucu, elektrik enerjisini alternatif akımdan doğru akıma dönüştürmek için tasarlanmış elektronik bir cihazdır. Doğrultucular, tek yönlü iletim - diyotlar ve tristörler ile yarı iletken cihazlara dayanır.

Küçük bir yük gücüyle (birkaç yüz watt'a kadar), alternatif akımın doğru akıma dönüştürülmesi, tek fazlı doğrultucular kullanılarak gerçekleştirilir. Bu tür doğrultucular, çeşitli elektronik cihazlara doğru akım, küçük ve orta güçteki DC motorların uyarma sargıları vb.

Çalışmayı anlamayı kolaylaştırmak için düzeltme şemaları doğrultucunun aktif bir yükte çalıştığı hesaplamasından ilerleyeceğiz.

Şekil 1, en basit düzeltme devresini göstermektedir. Devre, transformatörün sekonder sargısı ile yük arasına bağlı bir doğrultucu diyot içerir.

Şekil 1 - Tek fazlı yarım dalga doğrultucu: a) devre - diyot açık, b) devre - diyot kapalı, c) çalışma zamanlama şemaları

Voltaj u2, sinüsoidal bir yasaya göre değişir, yani. pozitif ve negatif yarım dalgalar (yarım döngüler) içerir. Yük devresindeki akım, VD diyotun anotuna pozitif bir potansiyel uygulandığında yalnızca pozitif yarım döngülerde geçer (Şekil 1, a). u2 voltajının ters polaritesi ile diyot kapanır, yükte akım akmaz, ancak diyota ters voltaj Uobr uygulanır (Şekil 1, b).

O. yükte sekonder sargı voltajının sadece bir yarım dalgası serbest bırakılır. Yükteki akım sadece bir yönde akar ve titreşimli olmasına rağmen doğrultulmuş bir akımdır (Şekil 1, c). Bu voltaj (akım) formuna sabit darbe denir.

Doğrultulmuş gerilimler ve akımlar, sabit (yararlı) bir bileşen ve alternatif bir bileşen (dalgalanma) içerir. Doğrultucu çalışmasının nitel tarafı, faydalı bileşen ile voltaj ve akım dalgalanmaları arasındaki oranlarla tahmin edilir. Bu devrenin dalgalanma faktörü 1.57'dir. Un = 0.45U2 dönemi için doğrultulmuş voltajın ortalama değeri. Diyottaki ters voltajın maksimum değeri Uobr.max = 3.14 Un.

Bu devrenin avantajı basitlik, dezavantajlar: transformatörün zayıf kullanımı, diyot boyunca büyük ters voltaj, doğrultulmuş voltajın yüksek dalgalanması.

Bir köprü devresine bağlı dört diyottan oluşur. Transformatörün sekonder sargısı köprünün bir köşegenine, yük ise diğerine bağlanır (Şekil 2). VD2, VD4 diyotlarının katotlarının ortak noktası, doğrultucunun pozitif kutbu, VD1, VD3 diyotlarının anotlarının ortak noktası ise negatif kutuptur.

Şekil 2 - Tek fazlı köprü doğrultucu: a) devre - pozitif bir yarım dalganın düzeltilmesi, b) negatif bir yarım dalganın düzeltilmesi, c) işin zamanlama diyagramları

Sekonder sargıdaki voltajın polaritesi, besleme şebekesinin frekansı ile değişir. Bu devredeki diyotlar dönüşümlü olarak çiftler halinde çalışır. u2 voltajının pozitif yarı döngüsünde, VD2, VD3 diyotları akımı iletir ve VD1, VD4 diyotlarına ters voltaj uygulanır ve bunlar kapatılır. u2 voltajının negatif yarı döngüsünde, akım VD1, VD4 diyotlarından akar ve VD2, VD3 diyotları kapalıdır. Yükteki akım her zaman tek yönde akar.

Devre tam dalgadır (itme-çekme), çünkü. Un = 0.9U2 şebeke geriliminin her iki yarım döngüsü de yüke tahsis edilmiştir, dalgalanma katsayısı 0,67'dir.

Bir diyot köprü devresinin kullanılması, iki yarım çevrimi düzeltmek için tek fazlı bir transformatörün kullanılmasını mümkün kılar. Ayrıca diyota uygulanan ters voltaj 2 kat daha azdır.

Orta ve yüksek güç tüketicileri için DC gücü, kullanımı diyotların akım yükünü azaltan ve dalgalanma faktörünü azaltan üretilir.

Devre, iki gruba ayrılan altı diyottan oluşur (Şekil 2.61, a): katot - diyotlar VD1, VD3, VD5 ve anot VD2, VD4, VD6. Yük, katotların bağlantı noktaları ile diyotların anotları arasına bağlanır, yani. düzleştirilmiş köprünün köşegenine. Devre üç fazlı bir ağa bağlıdır.

Şekil 3 - Üç fazlı köprü doğrultucu: a) devre, b) işin zamanlama diyagramları

Herhangi bir zamanda, yük akımı iki diyottan geçer. Katot grubunda, en yüksek anot potansiyeline sahip diyot, periyodun her üçte birinde çalışır (Şekil 3b). Anot grubunda, dönemin bu bölümünde, katodun en negatif potansiyele sahip olduğu diyot çalışır. Diyotların her biri döngünün üçte biri için çalışır. Bu devrenin dalgalanma faktörü sadece 0.057'dir.

Kontrollü redresörler- alternatif voltajın (akım) düzeltilmesi ile birlikte, doğrultulmuş voltajın (akım) büyüklüğünün düzenlenmesini sağlayan redresörler.

Kontrollü redresörler, DC motorların hızını, akkor lambaların parlaklığını, pilleri şarj ederken vb. kontrol etmek için kullanılır.

Kontrollü doğrultucu devreleri tristörlere dayalıdır ve tristörlerin açılma momentinin kontrol edilmesine dayanır.

Şekil 4a, tek fazlı kontrollü bir doğrultucunun bir diyagramını göstermektedir. Şebeke voltajının iki yarım dalgasını düzeltebilmek için, iki fazlı sekonder sargılı bir transformatör kullanılır, burada zıt fazlı iki voltaj oluşur. Her fazda bir tristör devreye girer. U2 geriliminin pozitif yarı döngüsü, tristör VS1'i doğrultur, negatif yarı döngü, tristör VS2'yi doğrular.

CS kontrol devresi, tristörleri açmak için darbeler üretir. Açma darbelerinin zamanlaması, yüke yarım dalganın ne kadarının tahsis edildiğini belirler. Anotta pozitif bir voltaj ve kontrol elektrotunda bir açma darbesi varlığında tristörün kilidi açılır.

Darbe t0 zamanında gelirse (Şekil 4, b), tristör tüm yarım döngü boyunca açıktır ve maksimum voltaj yüktedir, eğer t1, t2, t3 zamanlarında ise, şebeke voltajının sadece bir kısmı yükte serbest bırakılır.

Şekil 4 - Tek fazlı doğrultucu: a) devre, b) işin zamanlama diyagramları

Derece olarak ifade edilen, tristörün doğal ateşleme anından itibaren sayılan gecikme açısına kontrol veya düzenleme açısı denir ve α harfi ile gösterilir. A açısını değiştirerek (kontrol darbelerinin tristörlerin anotlarındaki voltaja göre faz kayması), tristörlerin açık durumunun zamanını ve buna bağlı olarak yükteki doğrultulmuş voltajı değiştiririz.

Doğrultucu, AC voltajını DC'ye dönüştürmek için bir cihazdır. Saç kurutma makinelerinden DC çıkış voltajına sahip her türlü güç kaynağına kadar elektrikli ev aletlerinde en çok kullanılan parçalardan biridir. Farklı doğrultucu şemaları vardır ve her biri göreviyle bir dereceye kadar başa çıkmaktadır. Bu yazıda, tek fazlı bir doğrultucunun nasıl yapılacağı ve neden buna ihtiyacınız olduğu hakkında konuşacağız.

Tanım

Doğrultucu, AC'yi DC'ye dönüştüren bir cihazdır. "Sabit" kelimesi tamamen doğru değil, gerçek şu ki, doğrultucu çıkışında, sinüzoidal alternatif voltaj devresinde, her durumda, dengesiz bir titreşimli voltaj olacaktır. Basit bir deyişle: işarette sabit, ancak büyüklükte değişiyor.

İki tür doğrultucu vardır:

yarım dalga. Giriş voltajının yalnızca bir yarım dalgasını düzeltir. Giriş voltajına göre güçlü dalgalanmalar ve düşük karakteristiktir.

tam dalga. Buna göre, iki yarım dalga düzleştirilir. Dalgalanma daha düşüktür, voltaj doğrultucu girişinden daha yüksektir - bunlar iki ana özelliktir.

Stabilize edilmiş ve stabilize edilmemiş voltaj ne anlama geliyor?

Stabilize bir voltaj, yük veya giriş voltajındaki dalgalanmalardan bağımsız olarak büyüklük olarak değişmeyen bir voltajdır. Transformatör güç kaynakları için bu özellikle önemlidir, çünkü çıkış voltajı giriş voltajına bağlıdır ve ondan Kdönüşüm süreleri ile farklıdır.

Kararsız voltaj - besleme ağındaki dalgalanmalara ve yük özelliklerine bağlı olarak değişir. Böyle bir güç kaynağı ile, dezavantajlar nedeniyle bağlı cihazlar arızalanabilir veya tamamen çalışmaz hale gelebilir ve arızalanabilir.

çıkış voltajı

Alternatif voltajın ana değerleri, genlik ve etkili değerdir. “220V şebekede” dedikleri zaman, mevcut voltajı kastediyorlar.

Genlik değerinden bahsediyorlarsa, sinüzoidin yarım dalgasının sıfırdan tepe noktasına kadar kaç volt olduğu anlamına gelir.

Teoriyi ve bir takım formülleri atlayarak, genlikten 1,41 kat daha az olduğunu söyleyebiliriz. Veya:

220V ağdaki genlik voltajı:

İlk şema daha yaygındır. Bir "kare" ile birbirine bağlanan bir diyot köprüsünden oluşur ve omuzlarına bir yük bağlanır. Köprü tipi doğrultucu aşağıdaki şemaya göre monte edilir:

Yapıldığı gibi doğrudan 220V şebekeye veya bir şebeke (50 Hz) transformatörünün sekonder sargılarına bağlanabilir. Bu şemaya göre diyot köprüleri, ayrı (ayrı) diyotlardan monte edilebilir veya tek bir pakette hazır bir diyot köprüsü montajı kullanabilirsiniz.

İkinci devre - bir orta nokta doğrultucu doğrudan ağa bağlanamaz. Anlamı, ortasından musluklu bir transformatör kullanmaktır.

Özünde, bunlar ikincil sargının uçlarına bağlı iki yarım dalga doğrultucudur, yük bir kontakla diyotların bağlantı noktasına ve ikincisi - sargıların ortasından musluğa bağlanır.

İlk devreye göre avantajı, daha az sayıda yarı iletken diyottur. Ve dezavantajı, orta noktalı bir transformatörün veya aynı zamanda dedikleri gibi, ortadan bir musluk kullanılmasıdır. Konvansiyonel kademesiz sekonder transformatörlerden daha az yaygındırlar.

dalgalanma yumuşatma

Titreşimli voltajlı güç kaynağı, örneğin ışık kaynakları ve ses ekipmanı gibi bir dizi tüketici için kabul edilemez. Ayrıca, izin verilen ışık titreşimleri eyalet ve endüstri düzenlemelerinde düzenlenir.

Dalgalanmaları yumuşatmak için paralel monte edilmiş bir kapasitör, bir LC filtresi, çeşitli P ve G filtreleri kullanırlar ...

Ancak en yaygın ve en basit seçenek, yüke paralel olarak kurulmuş bir kapasitördür. Dezavantajı, çok güçlü bir yükteki dalgalanmaları azaltmak için, çok büyük kapasiteli kapasitörlerin - on binlerce mikrofarad - kurulmasının gerekli olmasıdır.

Çalışma prensibi, kapasitörün şarj edilmesi, voltajının bir genliğe ulaşması, maksimum genlik noktasından sonra besleme voltajının düşmeye başlaması, o andan itibaren yüke kondansatör tarafından güç verilmesidir. Kondansatör, yükün direncine (veya dirençli değilse eşdeğer direncine) bağlı olarak boşalır. Kondansatörün kapasitansı ne kadar büyük olursa, aynı yüke bağlı daha küçük kapasitanslı bir kapasitör ile karşılaştırıldığında dalgalanma o kadar küçük olacaktır.

Basit bir deyişle: kapasitör ne kadar yavaş boşalırsa, dalgalanma o kadar az olur.

Kondansatörün deşarj hızı, yükün çektiği akıma bağlıdır. Zaman sabiti formülü ile belirlenebilir:

burada R, yük direncidir ve C, yumuşatma kapasitörünün kapasitansıdır.

Böylece tam şarjlı durumdan tamamen boşalmış bir kondansatöre kadar 3-5 t'de boşalacaktır. Yük bir direnç üzerinden gerçekleşirse aynı oranda şarj olur, bu nedenle bizim durumumuzda önemli değil.

Bundan, kabul edilebilir bir dalgalanma seviyesi elde etmek için (güç kaynağındaki yükün gereksinimleri ile belirlenir), t'den birçok kez daha büyük bir sürede boşaltılacak bir kapasitans gerekli olduğu sonucuna varılır. Çoğu yükün direnci nispeten küçük olduğundan, büyük bir kapasitans gereklidir, bu nedenle doğrultucu çıkışındaki dalgalanmaları yumuşatmak için kullanılırlar, bunlara polar veya polarize de denir.

Bir elektrolitik kapasitörün polaritesini karıştırmanın kesinlikle tavsiye edilmediğini lütfen unutmayın, çünkü bu, arıza ve hatta patlama ile doludur. Modern kapasitörler patlamaya karşı korunur - üst kapakta, kasanın basitçe çatlayacağı bir çarpı şeklinde bir damgaları vardır. Ancak kondenserden bir duman fışkıracak, gözünüze kaçarsa kötü olur.

Kapasitans, hangi dalgalanma faktörünün sağlanması gerektiğine göre hesaplanır. Basit bir ifadeyle, dalgalanma katsayısı, voltajın yüzde kaç düştüğünü (darbeler) gösterir.

C=3200*In/Un*Kp,

In yük akımı, Un yük voltajı, Kn dalgalanma faktörüdür.

Çoğu ekipman türü için dalgalanma faktörü 0.01-0.001 olarak alınır. Ek olarak, yüksek frekanslı paraziti filtrelemek için mümkün olduğunca büyük bir kapasitans kurulması arzu edilir.

Kendi elinizle bir güç kaynağı nasıl yapılır?

En basit DC güç kaynağı üç unsurdan oluşur:

1. Transformatör;

3. Kapasitör.

Bu, yumuşatma kapasitörlü düzensiz bir DC güç kaynağıdır. Çıkışındaki voltaj, sekonder sargının alternatif voltajından daha büyüktür. Bu, bir 220/12 transformatörünüz varsa (birincil 220V'da ve ikincil 12V'de), çıkışta 15-17V DC alacağınız anlamına gelir. Bu değer, yumuşatma kapasitörünün kapasitansına bağlıdır. Bu devre, şebeke voltajındaki değişikliklerle voltajın "yüzmesi" önemli değilse, herhangi bir yüke güç sağlamak için kullanılabilir.

Bir kondansatörün iki ana özelliği vardır - kapasitans ve voltaj. Kapasitansın nasıl seçileceğini bulduk, ancak voltaj seçimi ile değil. Kondansatörün voltajı, doğrultucu çıkışındaki genlik voltajını en az yarı yarıya aşmalıdır. Kondansatör plakalarındaki gerçek voltaj, nominal voltajı aşarsa, arızalanma olasılığı yüksektir.

Eski Sovyet kapasitörleri iyi bir voltaj marjıyla yapıldı, ancak şimdi herkes Çin'den ucuz elektrolitler kullanıyor, burada en iyi ihtimalle küçük bir marj var ve en kötü ihtimalle belirtilen nominal voltaja dayanmıyor. Bu yüzden güvenilirlikten ödün vermeyin.

Stabilize edilmiş bir güç kaynağı, yalnızca bir voltaj (veya akım) dengeleyicisinin varlığında öncekinden farklıdır. En basit seçenek, L78xx veya ev tipi ROOL gibi diğerlerini kullanmaktır.

Böylece herhangi bir voltaj elde edebilirsiniz, bu tür stabilizatörleri kullanırken tek koşul, stabilizatöre giden voltajın stabilize (çıkış) değerini en az 1,5V aşması gerektiğidir. L7812 sabitleyicinin 12V veri sayfasında yazılanları düşünün:

Giriş voltajı, 5 ila 12V arasındaki stabilizatörler için 35V'u ve 20-24V'deki stabilizatörler için 40V'u geçmemelidir.

Giriş voltajı, çıkış voltajını 2-2,5V aşmalıdır.

Şunlar. L7812 serisi stabilizatörlü stabilize 12V güç kaynağı için, düşmeleri önlemek için doğrultulmuş voltajın 14,5-35V aralığında olması gerekir, 12V sekonder sargılı bir transformatör kullanmak ideal bir çözüm olacaktır.

Ancak çıkış akımı oldukça mütevazı - sadece 1,5A, bir geçiş transistörü kullanılarak yükseltilebilir. Eğer varsa, bu şemayı kullanabilirsiniz:

Sadece bir lineer stabilizatörün bağlantısını gösterir Devrenin bir transformatör ve bir doğrultucu ile "sol" kısmı atlanmıştır.

KT803 / KT805 / KT808 gibi NPN transistörleriniz varsa, bu şunları yapacaktır:

İkinci devrede, çıkış voltajının 0,6V stabilizasyon voltajından daha az olacağını belirtmekte fayda var - bu, yayıcı-temel bağlantısında bir düşüş, bunun hakkında daha fazla yazdık. Bu düşüşü telafi etmek için devreye bir diyot D1 yerleştirildi.

Paralel olarak iki lineer stabilizatör kurmak mümkündür, ancak gerekli değildir! İmalattaki olası sapmalar nedeniyle yük eşit olmayan bir şekilde dağılacaktır ve bu nedenle bunlardan biri yanabilir.

Hem transistörü hem de lineer regülatörü bir soğutucu üzerine, tercihen ayrı soğutucular üzerine kurun. Çok ısınırlar.

Düzenlenmiş güç kaynakları

En basit ayarlanabilir güç kaynağı, ayarlanabilir bir lineer stabilizatör LM317 ile yapılabilir, akımı da 1,5 A'ya kadardır, devreyi yukarıda açıklandığı gibi bir geçiş transistörü ile yükseltebilirsiniz.

Ayarlanabilir bir güç kaynağının montajı için daha görsel bir şema.

Birincil sargıda bir tristör regülatörü ile, esasen aynı düzenlenmiş güç kaynağı.

Bu arada, benzer bir şema kaynak akımını düzenler:

Çözüm

Alternatif akımdan doğru akım üretmek için güç kaynaklarında bir doğrultucu kullanılır. Katılımı olmadan, LED şerit veya radyo gibi bir DC yüküne güç sağlamak mümkün olmayacaktır.

Ayrıca çeşitli araç akü şarj cihazlarında kullanılan, birincil sargıdan bir jak anahtarı ile değiştirilen bir grup musluklu bir transformatör kullanan bir dizi devre vardır ve ikincil sargıya sadece bir diyot köprüsü takılır. Anahtar, yüksek voltaj tarafına kurulur, çünkü akım orada birkaç kat daha düşüktür ve kontakları bundan yanmaz.

Makaledeki şemalara göre, hem bir tür cihazla sürekli çalışma için hem de elektronik ev yapımı ürünlerinizi test etmek için en basit güç kaynağını monte edebilirsiniz.

Devreler yüksek verimliliğe sahip değildir, ancak fazla dalgalanma olmadan stabilize bir voltaj üretirler, kapasitörlerin kapasitansını kontrol etmeli ve belirli bir yük için hesaplamalısınız. Düşük güçlü ses amplifikatörleri için mükemmeldirler ve ek arka plan oluşturmazlar. Ayarlanabilir bir güç kaynağı, sürücülerin ve oto elektrikçilerinin jeneratör voltaj regülatörü rölesini test etmeleri için faydalı olacaktır.

Elektroniğin tüm alanlarında ayarlanabilir bir güç kaynağı kullanılır ve kısa devre koruması veya iki transistörde bir akım dengeleyici ile iyileştirilirse, neredeyse tam teşekküllü bir laboratuvar güç kaynağı elde edersiniz.

Öyleyse canlarım, planımızı topladık ve şimdi kontrol etme, test etme ve bu mutluluğun tadını çıkarma zamanı. Sırada devreyi bir güç kaynağına bağlamak var. Başlayalım. Piller, akümülatörler ve diğer güç zilleri ve ıslıkları üzerinde durmayacağız, doğrudan ana güç kaynaklarına gideceğiz. Burada mevcut düzeltme planlarını, nasıl çalıştıklarını ve neler yapabileceklerini ele alıyoruz. Deneyler için tek fazlı (evde prizden) bir voltaja ve ilgili parçalara ihtiyacımız var. Endüstride üç fazlı doğrultucular kullanılır, onları da dikkate almayacağız. Burada elektrikçi olarak büyüyeceksiniz - o zaman lütfen.

Güç kaynağı, en önemli parçalardan birkaçından oluşur: Şebeke trafosu - şemada şekildeki ile benzer şekilde gösterilmiştir,

Doğrultucu - tanımı farklı olabilir. Doğrultucu, hangi doğrultucuya bağlı olarak bir, iki veya dört diyottan oluşur. Şimdi anlayacağız.

a) basit bir diyottur.
b) - diyot köprüsü. Şekildeki gibi dahil edilen dört diyottan oluşur.
c) - aynı diyot köprüsü, sadece kısalık için daha basit çizilir. Pim atamaları, b) harfinin altındaki köprü ile aynıdır.

filtre kondansatörü. Bu şey hem zamanda hem de uzayda değişmezdir, şöyle gösterilir:

Kapasitör için, gösterim sistemleri dünyasında olduğu kadar çok sayıda atama vardır. Ama genel olarak hepsi aynı. Kafamız karışmasın. Ve netlik için, yükü çizelim, Rl - yük direnci olarak gösterelim. Bu bizim planımız. Bu yükü bağlayacağımız güç kaynağının kontaklarını da özetleyeceğiz.

Sonraki - birkaç varsayım.
- Çıkış voltajı Ucont = U*1.41 olarak tanımlanır. Yani, sargıda 10 volt alternatif voltajımız varsa, kapasitörde ve yükte 14.1V alacağız. Aşağı yukarı böyle.
- Yük altında, voltaj biraz düşer ve ne kadar transformatörün tasarımına, gücüne ve kapasitörün kapasitansına bağlıdır.
- Doğrultucu diyotlar gereğinden 1.5-2 kat daha fazla akım olmalıdır. Stok için. Diyot bir radyatöre (bir somun veya cıvata deliği ile) monte edilmek üzere tasarlandıysa, o zaman 2-3A'dan fazla bir akımda bir radyatöre yerleştirilmelidir.

Bipolar voltajın ne olduğunu da hatırlatayım. Birisi unuttuysa. İki pil alıp seri bağlarız. Orta nokta yani pillerin bağlantı noktası ortak nokta diyeceğiz. Halk arasında kütle, toprak, vücut, ortak tel olarak da bilinir. Burjuva, genellikle 0V (sıfır volt) olarak adlandırılan GND (toprak - toprak) olarak adlandırır. Bu tele voltmetreler ve osiloskoplar bağlanır buna göre devrelere giriş sinyalleri uygulanır ve çıkış sinyalleri alınır. Bu yüzden adı ortak bir teldir. Yani, test cihazını bu noktaya siyah bir kabloyla bağlarsak ve pillerdeki voltajı ölçersek, test cihazı bir pilde artı 1,5 volt, diğerinde eksi 1,5 volt gösterecektir. Bu voltaj +/-1.5V olarak adlandırılır. Her iki kutup, yani artı ve eksi eşit olmalıdır. Yani +/-12, +/-36V, +/-50 vb. Bipolar voltajın bir işareti, devreden güç kaynağına üç kablonun (artı, ortak, eksi) gitmesidir. Ancak bu her zaman böyle değildir - devrenin +12 ve -5 tarafından desteklendiğini görürsek, bu güce iki seviyeli denir, ancak yine de güç kaynağına üç kablo olacaktır. Pekala, devreye en fazla dört voltaj giderse, örneğin +/-15 ve +/-36, o zaman bu güce sadece iki kutuplu iki seviyeli diyeceğiz.

Pekala, şimdi konuya.

1. Köprü düzeltme devresi.
En yaygın şema. Transformatörün bir sargısından tek kutuplu bir voltaj almanızı sağlar. Devre minimum voltaj dalgalanmasına sahiptir ve tasarımı basittir.

2. Yarım dalga devresi.
Tıpkı köprü gibi, bize transformatörün bir sargısından tek kutuplu bir voltaj hazırlar. Tek fark, bu devrenin köprüye kıyasla iki katı dalgalanmaya sahip olmasıdır, ancak dört yerine bir diyot devreyi büyük ölçüde basitleştirir. Düşük yük akımlarında ve sadece yük gücünden çok daha büyük bir transformatör ile kullanılır, çünkü. böyle bir doğrultucu, transformatörün tek taraflı bir manyetizasyon tersine dönmesine neden olur.

3. Orta noktalı tam dalga.
İki diyot ve iki sargı (veya orta noktalı bir sargı) bize düşük dalgalanma voltajı sağlayacaktır, ayrıca bir köprü devresine kıyasla daha az kayıp alacağız, çünkü dört yerine 2 diyotumuz var.

4. Bipolar doğrultucunun köprü devresi.
Birçokları için bu acı verici bir konudur. İki sargımız var (veya orta noktası olan bir tane), onlardan iki özdeş voltajı kaldırıyoruz. Eşit olacaklar, dalgalanmalar küçük olacak, çünkü devre köprülendiğinden, her kondansatördeki voltaj, her sargıdaki voltajın iki kök ile çarpımı olarak hesaplanır - her şey her zamanki gibi. Pozitif ve negatif yükler farklı ise sargıların ortasından gelen tel kapasitörlerdeki gerilimleri eşitler.

5. Voltaj katlamalı şema.
Bunlar iki yarım dalga devresidir, ancak diyotlar farklı şekillerde bağlanır. Voltajı iki katına çıkarmamız gerekiyorsa kullanılır. Her bir kondansatör üzerindeki voltaj formülümüzle belirlenecek ve üzerlerindeki toplam voltaj iki katına çıkacaktır. Yarım dalga devresi gibi, bu devrede de büyük dalgalanmalar var. İçinde bipolar bir çıkış görebilirsiniz - kapasitörlerin orta noktasına toprak denirse, pillerde olduğu gibi çıkıyor, daha yakından bakın. Ancak böyle bir şemadan çok fazla güç kaldırılamaz.

6. İki doğrultucudan bipolar gerilim alınması.
Bunların aynı güç kaynakları olması gerekli değildir - voltajda farklı veya güçte farklı olabilirler. Örneğin, devremiz +12 voltta 1A ve -5 voltta 0,5A tüketiyorsa, iki güç kaynağına ihtiyacımız var - + 12V 1A ve -5V 0,5A. Bipolar voltaj elde etmek için, örneğin bir amplifikatöre güç sağlamak için iki özdeş doğrultucu da bağlayabilirsiniz.

7. Aynı doğrultucuların paralel bağlantısı.
Bize aynı voltajı verir, sadece akımın iki katı ile. İki doğrultucu bağlarsak, akımda çift, üç - üçlü vb.

Peki, canlarım, sizin için her şey açıksa, o zaman muhtemelen size ödev vereceğim. Tam dalga doğrultucu için filtre kapasitörünün kapasitansını hesaplama formülü:

Yarım dalga doğrultucu için formül biraz farklıdır:

Paydada iki - düzeltmenin "döngülerinin" sayısı. Üç fazlı bir doğrultucu için payda üç olacaktır.

Tüm formüllerde değişkenler şu şekilde adlandırılır:
Cf - filtre kapasitörünün kapasitansı, uF
Ro - çıkış gücü, W
U - çıkış doğrultulmuş voltaj, V
f - AC voltaj frekansı, Hz
dU - titreşim aralığı, V

Referans için - izin verilen titreşimler:
Mikrofon amplifikatörleri - %0,001 ... %0,01
Dijital teknoloji - dalgalanma 0.1...1%
Güç amplifikatörleri - yüklenen güç kaynağının dalgalanması, amplifikatörün kalitesine bağlı olarak %1 ... %10'dur.

Bu iki formül, 30 kHz'e kadar frekanslara sahip voltaj redresörleri için geçerlidir. Daha yüksek frekanslarda, elektrolitik kapasitörler etkinliklerini kaybeder ve doğrultucu biraz farklı hesaplanır. Ama bu başka bir konu.

En yaygın akım dönüştürücülerden biri, AC'den darbeli (taşıyıcıların hareket yönünde sabit, ancak anlık değerde değişken) akımdır. Çok geniş bir uygulama alanına sahiptirler. Geleneksel olarak, düşük güçlü doğrultuculara bölünebilirler (birkaç yüz watt'a kadar ve yüksek güçlü doğrultucular (kilowatt ve daha fazlası)).

Ana kısmı, özel bir şekilde birleştirilmiş diyotlardan oluşan doğrultma cihazı B'dir. Alternatif akımın titreşimli doğru akıma dönüştürülmesi burada gerçekleşir. Doğrultucu cihaza trafo Tr aracılığıyla alternatif voltaj sağlanır. Bazı durumlarda, bir transformatör olmayabilir (güç şebekesinin voltajı, doğrultucunun çalışması için gerekli olana karşılık geliyorsa). Transformatör (varsa) çoğunda sargılarının bağlantısında da özelliklere sahiptir. Darbeli akım, kural olarak, zamanın her anında büyüklük olarak sabit değildir ve doğrultucudan sonra elde edilenden daha yumuşak bir değere sahip olmak gerektiğinde, F filtreleri kullanılır.Gerekirse, doğrultucuya bir ek güç ağının parametreleri çeşitli nedenlerle değişirse, bunları sabit bir seviyede tutan voltaj veya akım dengeleyici St. Blok diyagram, tüm cihazın çalışmasını önemli ölçüde etkileyen ve bu nedenle tüm dönüştürücünün ayrılmaz bir parçası olarak kabul edilen H yükü ile tamamlanır.

Doğrultucunun kendisi, yukarıdaki şekilde noktalı bir çizgi ile daire içine alınmış ve bir transformatör ve bir doğrultucu cihazdan oluşan kısmıdır.

Bu alt bölüm, kontrol, regülasyon, akım yükselticileri, düşük güçlü jeneratörler vb. alanlardaki tüm cihazlara sabit voltaj sağlamak için gerekli olan düşük güçlü doğrultucularla ilgilidir. Kural olarak, 50 Hz frekanslı 220 veya 380 V'luk tek fazlı bir AC voltajı ile çalıştırılırlar.

Sıfır düzeltme devresi

Sıfır devre olarak adlandırılan en basit tek fazlı akım doğrultucunun çalışma prensibinin dikkate alınması tavsiye edilir. Şimdi nispeten nadir olmasına rağmen (daha sonra tartışılacaktır), bu şemada meydana gelen fiziksel süreçlerin bilgisi, daha fazla materyali anlamak için çok önemlidir.

Boş devre şöyle görünür:

Trafo Tp'nin ikincil tarafında, orta noktaya göre seri olarak bağlanmış iki sargı vardır. a sargıların serbest uçlarındaki voltaj içinde ve İle birlikte büyüklük olarak eşit fakat faz olarak zıttır. Doğrultucu cihaz, her bir anot ilgili bir sargıya bağlıyken, katotları ile birbirine bağlanan iki diyot D1 ve D2'den oluşur. Zn yükü, diyotların katotları ile transformatörün noktası arasına bağlanır.

Bir yükte titreşimli bir voltajın nasıl oluştuğunu düşünün. İlk olarak, yükü tamamen aktif bir direnç olarak ele alacağız, Z n \u003d R n. Sargılardaki voltaj sinüzoidal bir yasaya göre değiştiğinde, o yarım döngüde diyotun anotuna pozitif bir potansiyel uygulandığında, bir doğru akım akacaktır. Diyot üzerindeki voltaj bir voltun kesri olduğundan, onu ihmal edeceğiz. Daha sonra, alternatif voltajın tüm pozitif yarım dalgası basitçe R n yüküne uygulanacaktır. Voltaj anoda negatif olarak uygulandığında akım olmayacaktır (diyotun küçük ters akımını da ihmal edeceğiz). Böylece, periyodun yarısında sadece pozitif bir yarım dalga alternatif voltaj yüke ulaşacaktır. Dönemin ikinci yarısı akımsız olacak.

Sekonder sargılar antifazda bağlanır, yük her iki sargı için de ortaktır, bu nedenle akımın birinden (örneğin üstte) geçeceği anda, diğeri ondan arınmış olacaktır ve bunun tersi de geçerlidir. .

Bu nedenle, yükte, her yarım döngü, bir yarım dalga alternatif voltaj ile doldurulacaktır:

Ve doğrultulmuş voltaj U d, güç kaynağındaki alternatif voltajın (2π radyan) süresinin yarısı kadar bir süre ile tekrarlanan özdeş yarı dalgalar şeklinde olacaktır. Uygun olacak genelleme için, ayrıca doğrultulmuş voltajın değişim periyodunun 2π'den daha az olduğunu varsayacağız. mçarpı ve eşittir 2π/ m(bizim durumumuzda m-2). Yük aktif direnç R n ise, içindeki akım i d voltaj eğrisini tekrarlayacaktır.

Dikkate alınan devre, ikincil sargılarda, birincil ile karşılaştırıldığında, önemli akım dalgalanmalarının olması dezavantajına sahip olacaktır, çünkü bu sargılar sırayla çalışır. Bir çekirdeğe sarıldıklarından, ikincisindeki manyetik akı değişken olacaktır, bu nedenle birincil sargıda akım da değişken olacaktır, hem pozitif hem de negatif yarım dalgalara sahip olacaktır. Elektrik mühendisliği dersinden bilindiği gibi akım veya gerilimin efektif ve ortalama değerleri sadece doğru akım için aynıdır. Dalgalanma ne kadar büyükse, etkin değer ortalamaya göre o kadar büyük olacaktır. Bu nedenle, transformatörün her iki tarafının gücü aynı olmayacaktır. Ancak sadece bir transformatör vardır ve çekirdeği için demir miktarı tek bir güç değerine göre seçilmelidir.

Bu nedenle, transformatörün tipik gücü kavramı, her iki tarafın ortalama gücüne eşit olan koşullu olarak tanıtıldı:

Doğrultucu köprü veya Graetz devresi

Bu dezavantaj, köprü adı verilen bir doğrultucu cihaz kullanılarak düzeltilebilir (Graetz şeması):

Bu durumda, ilk yarı döngüler, örneğin D2 ve D4 diyotları ve ikinci yarı döngüler - D1 ve D3 çalışacaktır. Yükte her seferinde ikincil voltajın tam bir yarım dalgası olacaktır:

Köprü devresi ayrıca daha az karmaşık, daha hafif ve daha ucuz bir transformatöre sahiptir. başka birçok avantajı vardır.

Bu devrenin tarihsel olarak sıfırdan önce ortaya çıkması ilginçtir, ancak dağıtım almamıştır, çünkü ilk önce iki yerine dört diyota sahipti. Bununla birlikte, asıl şey onların sayısı değildi, ancak çalışma sırasında her yarım döngüde akımın, üzerine çift voltajın düştüğü seri bağlı iki diyottan geçmesiydi. O zamanlar, yarı iletken diyotlar yoktu ve vakum veya cıva diyotları, doğru akımın geçişi sırasında önemli bir voltaj düşüşüne sahipti ve bu da verimliliği önemli ölçüde azalttı. Daha karmaşık bir sıfır devre transformatörünün, ancak mevcut doğrultma dairesinde bir diyot bulunan, iki kat diyotlu bir köprü devresinden ekonomik olarak daha karlı olduğu ve onlar için enerji tüketimini iki katına çıkardığı ortaya çıktı. Ve yalnızca çok küçük bir ileri voltaj düşüşüne sahip nispeten ucuz yarı iletken diyotların görünümü, şimdi neredeyse sıfırın yerini alan köprü devrelerine dönmeyi mümkün kıldı (isterseniz, diyalektik yasalardan birinin tezahürünü görebilirsiniz - sarmal geliştirme).

Doğrultucu için temel oranlar

Bu şemada var olan süreçleri tanımlayan bazı önemli formüller türetelim. Verilen değerlerin, U d yükündeki voltajın ortalama değerleri ve içindeki akımın ortalama değeri I d olduğunu varsayacağız.

Bu ifadeyi daha sonra hatırlayalım. Bizim durumumuzda m=2 ve . U d verilen kabul edildiğinden, o zaman

Önceki ifadeden elimizde:

Bu katsayı, besleme ağının ikincil yan sargıdaki gerilime oranını belirler:

Sekonder sargı akımının etkin değeri

Sekonder sargının akımı aynı zamanda yükteki akımdır. Yük tamamen aktif olduğundan ve içindeki akım titreşen voltajın şeklini tekrarladığından, ortalama değeri ile etkin değeri arasında voltajlarla aynı bağımlılık vardır, yani

Birincil sargının akımının etkin değeri

Birincil sargıdaki akım, ikincil sargının akımı olan n'yi dikkate alarak tekrarlar:

Trafo gücü

Bu devredeki transformatörün birincil ve ikincil taraflarının kapasiteleri aynıdır, bu nedenle:

Düzeltilmiş voltaj dalgalanması

Titreşimli voltaj, ortalama U d değerinden ve genlikleri Fourier formülleriyle belirlenebilen sonsuz sayıda harmonik bileşenden oluşur. Şekildeki gibi koordinatların orijinini seçerseniz, harmonik kompozisyonda sadece kosinüs harmonikleri bulunacaktır (çünkü eğri koordinat eksenine göre simetriktir). k-th harmoniğinin genliği aşağıdaki formülle belirlenir:

Burada: l – yarım periyot π/m;

İlk harmonik U (1) m en büyük genliğe sahip olacaktır, bu nedenle onu yalnızca k=1 olduğunu varsayarak belirleyeceğiz:

Değiştirerek şunları elde ederiz:

İlk harmoniğin ortalama değere oranına dalgalanma faktörü denir:

Bu formülü gelecek için hatırlayalım ve şimdi bizim durumumuzda m - 2, q - 2/3 için not edelim. Bunlar büyük dalgalanmalardır - ilk harmoniğin genliği, doğrultulmuş voltajın ortalama değerinin %67'sidir.

Ortalama diyot akımı

Daha önce gördüğümüz gibi, diyotlar sırayla çalışır - her biri yükteki toplam akımın ortalama yarısını iletir. Bu nedenle, diyotların her biri \u003d I d / 2'deki akım I için derecelendirilmelidir.

Diyottaki en yüksek ters voltaj

B1 diyotu iletirken kapalı kabul edilebilir ve daha sonra sekonder sargının voltajı B2 diyotuna ters yönde uygulanacaktır. Bu nedenle diyotların her biri kendi genlik değerine göre tasarlanmalıdır:

Doğrultucular, alternatif voltajdan direkt olarak elde etmek için kullanılan elektrikli cihazlardır. Doğrultucuların ana bileşenleri vanalardır ve. Yük devresinde akımın bir yönde akması için koşullar yaratırlar, yani onu düzeltirler. Dalgalanmaların varlığı ile alternatif bir voltajdan sabit bir voltaj oluşur.

Alınan doğrultulmuş voltaj darbelerini yumuşatmak için, doğrultucu çıkışından sonra, kapasitanslar, bobinler ve dirençlerden oluşan bir dengeleme filtresi bağlanır. Alınan akımı ve voltajı eşitlemek ve ayarlamak için, yumuşatma filtresinin çıkışına bir dengeleyici devre bağlanır. Bu tür cihazlar genellikle cihazın girişinde alternatif akıma bağlanır.

Doğrultucu, stabilizatör, regülatör ve filtrenin ayrı bileşenlerinin çalışma modları ve özellikleri, tüketici yükünün belirli çalışma koşulları ile koordine edilir. Bu nedenle, doğrultucu cihazların tasarımındaki ana görev, dengeleyici bileşenlerin ve diğer parçaların elektriksel özelliklerini ve parametrelerini tüketicinin çalışma moduna göre belirlemeyi mümkün kılan oranların hesaplanmasıdır. Ardından, bu öğeleri hesaplamanız ve dağıtım ağındaki katalogdan seçim yapmanız gerekir.

Doğrultucunun cihazı ve yapısı

Pirinç. bir

Genel anlamda doğrultucular, aşağıdakileri içeren bir blok diyagram (Şekil 2) ile gösterilebilir:

1 - Güç trafosu.
2 - Diyotlardan oluşan valf bloğu.
3 - Filtreleme cihazı.
4 - Dengeleyicili yük zinciri.

Pirinç. 2

Güç transformatörü

Bu cihaz, doğrultucunun giriş ve çıkışındaki voltajlara uyacak şekilde tasarlanmıştır (Şekil 1 - a). Başka bir deyişle, yük ağını güç kaynağı ağından ayırır. Seçimi cihazın doğrultma devresinin tipine bağlı olan bu transformatörün sargılarını bağlamak için her türlü seçenek vardır. Transformatörün çıkış voltajının değeri üzerinde sen 2 doğrultucu köprüsünün çıkışındaki voltajı etkiler Bir.

Transformatör, frekansı galvanik olarak izole etme yeteneğine sahiptir. f1 güç kaynağı ile U 1 , ben 1, ve ile bir yük devresi Bir n, ben n eşzamanlı. Artık yüksek frekansta çalışan ve gerilimi doğrulayan yüksek gerilim inverterleri tasarlamak ve üretmek mümkündür. Bunu yapmak için, valf bloğunun doğrudan birincil güç kaynağına bağlandığı transformatörsüz düzeltme şemaları kullanılır.

valf bloğu

Bu blok, doğrultucu cihazdaki ana işlevi, alternatif akımı doğru akıma dönüştürerek gerçekleştirir (Şekil 1 - b). Valf bloğunda, içindeki elemanlar en sık kullanılır.

Valf bloğunun çıkışında, güç kaynağı ağının faz sayısına ve doğrultucu devresine bağlı olarak artan darbe seviyesine sahip sabit bir voltaj çıkarılır.

Filtrasyon cihazı

Doğrultucunun filtreleme kısmı, yük gereksinimlerine göre doğrultucu çıkışında gerekli gerilim dalgalanmasını sağlar (Şekil 1 - c). Filtre cihazı devresi, seri olarak bağlanmış bir yumuşatma bobini veya direnç ve güç çıkışına paralel olarak bağlanmış kapasitörler kullanır.

Bununla birlikte, çoğu zaman filtreler, biraz daha karmaşık şemalara göre gerçekleştirilir. Düşük güçlü doğrultucularda jikle ve direnç kullanımına gerek yoktur. Üç fazlı bir ağ için doğrultucu devrelerinde, darbelerin büyüklüğü daha küçüktür, bu nedenle filtre çalışma koşullarını kolaylaştırır.

Voltaj regülatörü

Voltaj dengeleyici, çıkış voltajı üzerindeki dış etkiyi azaltmak için tasarlanmıştır. Etkiler şunlar olabilir: akımın frekansındaki değişiklik, sıcaklık, voltaj düşüşleri ve diğer faktörler. Stabilizatörün tasarımı, cihazı ve çalışması ayrı olarak ele alınacak olan triyaklar ve diğer yarı iletkenler şeklinde yarı iletken elemanlar kullanır.

sınıflandırma

Yarı iletken elemanlar bazında yapılan redresörler çeşitli kriterlere göre sınıflandırılmaktadır. Doğrultucuların ayrılmasının ana özelliklerini düşünün.

Çıkış gücü:

• artan güç- 100 kilovattan fazla.
• Orta güç– 100 kW'dan az.
• düşük güç- 0,6 kilowatt'a kadar.

Güç kaynağının fazına göre:

• 1 fazlı.
• 3 fazlı.

Bir periyotta doğrultulmuş U 2 geriliminin bir kutbunun darbe sayısı ile:

• Tek döngü (bir yarım döngüye sahip olun).
• İki zamanlı (iki yarım döngü).

Valf kontrolünün tipine göre doğrultucular ayrılır:

• Yönetilen . Devre tristör kullanır.
• yönetilmeyen . Kullanılmış .

Doğrultucular aşağıdaki yük türleri için ayrılmıştır:

• Aktif-kapasitif.
• Aktif-endüktif.
• Aktif.

doğrultucu hesaplama

Yükün doğası, akım tüketiminin şekli, doğrultucu hesaplama yöntemlerini etkiler ve önemli ölçüde farklılık gösterir. Doğrultucu hesabı, doğrultucu devresi seçilerek, vana tipi, trafo üzerindeki yük, filtre ve diyotlar, enerji ve elektrik parametreleri belirlenerek yapılır.

Cihaz devresinin seçimini bir dizi faktör etkiler. Doğrultucu ihtiyacına göre bu faktörler dikkate alınmalıdır.

Bu faktörler şunları içerir:

• Güç ve voltaj.
• Çıkış voltajının dalgalanması ve frekansı.
• Diyotlardaki ters voltajın değeri ve sayıları.
• Güç faktörü ve diğer parametreler.

Transformatörün güç açısından uygulama katsayısı, doğrultucunun hesaplanmasında büyük etkiye sahiptir. Bu parametre şu formülle hesaplanır:

Neresi ben d u d, - doğrultulmuş akım ve voltajın ortalama değeri, ben 1, 1 - Akım ve voltajın çalışan birincil değeri, ben 2, U2 - ikincil akım ve voltajın çalışma değeri.

Transformatörün kullanım faktörünün artmasıyla, cihazın boyutları genellikle küçülür ve verim artar.

Düzeltme şemaları

1 fazlı ve 3 fazlı doğrultucular için voltaj doğrultucu devrelerini ayrı ayrı düşünün.

Tek fazlı doğrultucular

Tek fazlı bir ağa bağlanmak için cihaz devreleri, çoğunlukla elektrikli ev cihazları için kullanılır. Faz ve sıfır ile çalışan tek fazlı transformatörler kullanırlar. Bu tür cihazların transformatörünün her iki sargısı da tek fazlıdır.

Tek fazlı tek uçlu devre

Yarım dalga devresi çoğunlukla, doğrultucu çıkışında ideal voltaj eşitlemeye gerek olmadığında, düşük güç akımlarını (birkaç miliamper) eşitlemek için kullanılır. Böyle bir şema, önemli çıkış voltajı dalgalanması ve düşük transformatör kullanımı ile karakterize edilir.

Diyagram, aktif bir yük için tek çevrimli bir doğrultucunun çalışmasını gösterir.

İkincil sargının (e 2) EMF'sinin etkisi altındaki yük akımı id, yalnızca diyotun anodunun katoda göre pozitif bir potansiyele sahip olduğu yarım döngüler için geçebilir. Akım, ilk yarı döngüde diyottan akar. ben vd , ve ikinci yarı çevrimde akım sıfır olur (negatif anot potansiyelinde).

doğrultucu çıkış voltajı sen voltajın belirli bir kısmının kaybolması nedeniyle her zaman sargının EMF'sinin altındadır. U obrmax valfinin en büyük ters direnci, sekonder sargının EMF'sinin genlik değerine ulaşır.

Transformatörün her iki sargısının akım diyagramları, mıknatıslanma akımı dışında benzerdir ve değeri ondan çıkarır. ben, çünkü birincil sargıya dönüştürülmez. Bu değerden dolayı, transformatörün çekirdeğinde çekirdeği doyuran bir yardımcı manyetik akı oluşur.

Bu etkiye zorlama yanlılığı denir. Bu, planın ana dezavantajı olarak tanımlanabilir. Doygunluktan sonra transformatörün mıknatıslanma akımı normal moda göre artar. Bu akımdaki bir artış, birincil sargının iletkeninin enine kesitini arttırmak için koşullar yaratır. Sonuç olarak, transformatörün boyutları artar.