Tek fazlı doğrultucular: tipik devreler, dalga formları ve modelleme

AC devresinde DC'ye dönüştürmek için bir doğrultucu kullanılır. En yaygın monte edilmiş bir doğrultucu yarı iletken diyotlardan. Aynı zamanda, ayrı (ayrı) diyotlardan monte edilebilir veya bir muhafazada (diyot montajı) olabilir.

Bir doğrultucunun ne olduğuna, ne olduklarına bakalım ve makalenin sonunda Multisim ortamında simülasyon yapacağız. Modelleme, montaj ve gerçek bileşenler olmadan pratikte teoriyi sağlamlaştırmaya yardımcı olur, devredeki voltaj ve akım formlarını görüntüler.

AC doğrultucu devreler

Yukarıdaki resimler diyot köprülerinin görünümünü göstermektedir. Ancak bu tek doğrultma şeması değildir. Tek fazlı voltaj için, üç yaygın düzeltme şeması vardır:

1.1 buçuk dönem (1ph1n).

2. 2 buçuk periyot (1ph2p).

3. Orta nokta (1ph2p) ile 2 buçuk periyot.

Yarım dalga düzeltme şeması

En basit devre, çıkışta sabit bir dengesiz dalgalanma voltajı veren sadece bir diyottan oluşur. Diyotlar güç devresine bir faz teli veya transformatör sargısının terminallerinden biri, yükün ikinci ucu, ikinci yük direğinin nötr teline veya transformatör sargısının ikinci terminali ile bağlanır.

Yükteki voltajın etkin değeri, genliğin yaklaşık yarısıdır. Voltajın genlik değeri, genel olarak alternatif akım için besleme şebekesinin sinüs dalgasının genliğidir.

Uampl = İşlem * √2.

Rusya'daki elektrik ağları için, tek fazlı bir ağın çalışma voltajı 220 V'dir ve genlik yaklaşık 311'dir.

Basit bir deyişle - çıkışta 0 V'den 311 V'a yarım periyot uzunluğunda (50 Hz için 20 ms) dalgalanmalar alırız. hizmet odaları ve hizmet odaları. Bu güç tüketimini azaltır ve servis ömrünü uzatır.

Lirik kazı:

Bu tür lambaların dayanıklılığı muazzam, bir yıl önce atölyeye geldim ve lamba 2013'te geri takıldı, bu yüzden her gün 12 saat boyunca parlıyor. Ancak bu tür ışık, yüksek dalgalanma nedeniyle çalışma odalarında kullanılamaz. Giriş ve çıkış gerilimlerinin osilogramları aşağıda gösterilmiştir:

Yarım dalga devresi sadece bir yarım dalgayı keser, bu yukarıdaki diyagramda gördüğünüz şeydir. Bu güç kaynağı nedeniyle büyük bir dalgalanma faktörü elde ediyoruz.

Konuyu biraz değiştirirseniz ve ağ doğrultuculardan geçiş yaparsanız, darbeli devrede, voltajı düzelten yarım dalga devresinin yaygın olarak kullanıldığını belirtmek gerekir. darbe transformatörü sekonder.

Düşük güç anahtarlamalı güç kaynaklarında bu devre de kullanılır. Bu, cep telefonu şarj cihazınızın tam olarak nasıl yapıldığıdır.

Yarım dalga devresi

Dalgalanma katsayısını ve filtre kapasitesini azaltmak için başka bir şema kullanılır - iki buçuk döngü. Buna - diyot köprüsü. Diyotların karşı kutuplarının bağlantı noktasına alternatif voltaj verilir ve aynı isimden sabit olarak işaretlenir. Böyle bir köprünün çıkış voltajına doğrultulmuş titreşimli (veya stabilize değil) denir. Elektroniklerin tüm alanlarında en yaygın olan diyotların bu dahil edilmesidir.

Diyagramlarda, alternatif voltajın hem ikinci yarım dalgasının "ters" döndüğünü ve yüke girdiğini görüyorsunuz. Dönemin ilk yarısında, akım VD1-VD4 diyotlarından, ikincisinde bir çift VD2-VD3'ten akar.

Çıkış voltajı 100 Hz frekansında titreşir

İkinci devre, bir orta noktalı güç kaynaklarında kullanılır, aslında bunlar, bir orta noktalı bir transformatörün sekonder sargısı ile birleştirilen iki yarım dalgadır. Anotlar sargının aşırı uçlarına bağlanır, katotlar bir yük terminaline (pozitif) bağlanır, ikinci yük terminali sargının ortasından (orta nokta) musluğa bağlanır.

Çıkış voltaj grafiği benzerdir ve bunu dikkate almayacağız. Tek önemli fark, akımın bir köprüde olduğu gibi bir çiftten değil, aynı anda bir diyottan akmasıdır. Bu, diyot köprüsündeki enerji kaybını ve yarı iletkenlerin aşırı ısınmasını azaltır.

Dalgalanma faktörü azaltma

Dalgalanma faktörü, çıkış voltajının ne kadar dalgalandığını yansıtan bir değerdir. Ya da tam tersi - akımın yüke ne kadar kararlı ve eşit olarak verildiği.

Yüke (diyot köprüsünün çıkışı) paralel olarak dalgalanma katsayısını azaltmak için çeşitli filtreler monte edilir. En kolay seçenek bir kapasitör kurmaktır. Dalgaların olabildiğince küçük olması için, filtre yükünün filtre zaman sabiti R, dalgalanma süresinden (bizim durumumuzda, 10 ms) daha büyük (veya daha az sayıda) büyüklük sırası olmalıdır.

Bunun için ya yükün yüksek bir dirence ve düşük akıma sahip olması ya da kapasitörün kapasitansı yeterince büyük olmalıdır.

Bir kapasitör seçmek için hesaplanan oran aşağıdaki gibidir:

Kp gerekli dalgalanma faktörüdür.

Kп = Uampl / Uavr

Bir dizi filtre özelliğini geliştirmek için, D veya P-filtre şemasına göre bağlanan LC devreleri, bazı durumlarda diğer yapılandırmalar kullanılabilir. Amatör radyo uygulamasında LC filtreleri kullanmanın dezavantajı, bir filtre bobini seçme ihtiyacıdır. Nominal değer (endüktans ve akım) için doğru olan genellikle el altında değildir. Bu nedenle, kapasiteye benzer bir güç kaynağı ünitesini bırakarak ya kendiniz sarmanız ya da mevcut durumdan başka bir şekilde çıkmanız gerekir.

Tek fazlı redresörlerin simülasyonu

Bu bilgiyi pratikte düzeltelim ve elektrik devrelerini modellemeye geçelim. Böyle basit bir şema modeli oluşturmak için Multisim paketinin mükemmel olduğuna karar verdim - bildiğim ve en az kaynak gerektirdiği her şeyden öğrenmenin en kolay yolu.

Bununla birlikte, modelleme algoritmaları Orcad veya Simulink'ten daha basittir (bu simülasyon değil, matematiksel modelleme olmasına rağmen), bu nedenle bazı şemaların modellemesinin sonuçları güvenilir değildir. Multisim, elektronik, transistör çalışma modları, işlemsel yükselteçlerin temellerini incelemek için uygundur.

Bu programın yeteneklerini küçümsemeyin, uygun yaklaşımla karmaşık cihazların çalışmasını görüntüleyebilir.

İlk iki devrenin modellerini ele alacağız, üçüncü devre esas olarak ikinciye benzer, ancak iki anahtarın dışlanması nedeniyle daha az kayıp ve ikincil sargının ortasından bir musluk ile bir transformatör kullanma ihtiyacı nedeniyle daha fazla karmaşıklığa sahiptir.

Yarım dalga devresi

Simülasyonun yapıldığı şema

Güç kaynağı, aşağıdaki özelliklere sahip tek fazlı bir ev ağını simüle eder:

• sinüzoidal akım;

• 220 V rms voltaj;

• frekans - 50 Hz.

Programda bir ampermetre ve voltmetre bulamadım; multimetre rolünü oynar. Daha sonra, ayarlarının bolluğuna ve akım türünü seçme yeteneğine dikkat edin.

Verilen modelde, multimetre XMM1 - yükteki akımı, XMM3 - doğrultucunun çıkışındaki voltaj, XMM2 - girişteki voltaj, XSC2 - osiloskop. Elemanların imzalarına dikkat edin - bu, aşağıdaki analizleri incelerken soruları hariç tutacaktır. Bu arada, Multisim gerçek diyotların modellerini sunuyor, en yaygın 1n4007'yi seçtim.

Ölçüm sonuçlarının bulunduğu alanda girişteki (kanal A) dalga formu kırmızı ile gösterilir. Mavi çıkış voltajında ​​(kanal B). İlk kanal için, bir hücrenin dikey bölme fiyatı 200 V / böl ve ikinci kanal için 500'dür. Bunu kasıtlı olarak dalga formlarını görsel olarak bölmek için yaptım aksi takdirde birleştiler.Ekranın sol üçte birlik kısmındaki sarı dikey çizgi bir metredir, maksimum genlikli bir noktadaki voltaj değeri siyah ekranın altında açıklanmıştır.

Giriş genliği, makalenin başında söylendiği gibi 311.128 V'dir ve çıkış genliği 310.281'dir, neredeyse bir volt farkı, diyot üzerindeki bir düşüşten kaynaklanır. Görüntünün sağ tarafında multimetre ölçüm sonuçları bulunur. Pencerelerin isimleri devredeki XMM multimetrelerin isimlerine karşılık gelir.

Şemadan, yüke gerçekten sadece bir yarım dalga voltajının sağlandığını ve ortalama değerinin 98 V olduğunu, bu da işaretli giriş akım 220 V AC'den ikiden daha az olduğunu görüyoruz.

Aşağıdaki şemada, yük akımını ölçmek için bir filtreleme kapasitörü ve bir multimetre ekledik, çizimleri incelerken karışmamak için imzalarını hatırladık.

Akımı bulmak için kapasitörün şarj akımını ölçmek için diyotun önündeki direnç gereklidir - volt sayısını 1'e (direnç) bölün. Bununla birlikte, gelecekte, yüksek akımlarda, direnç boyunca, gerçek koşullarda ölçümler sırasında kafa karıştırıcı olabilen önemli bir voltaj düştüğünü fark edeceğiz - bu, direncin ısınmasına ve verimlilik kaybına neden olacaktır.

Dalga formu, giriş voltajını turuncu ve giriş akımını kırmızı olarak gösterir. Bu arada, akım değişimi voltaj ilerlemesi yönünde fark edilir.

Çıkış sinyalinin dalga formunda, nasıl çalıştığını görüyoruz kondansatör - diyot kapalıyken ve bir yarım dalga geçerken yükteki voltaj, sorunsuz bir şekilde azalır, ortalama değeri artar ve dalgalanma azalır. Pozitif bir yarım dalgada, kondansatör şarj olur ve işlem tekrar eder.

Yük direncini 10 kat artırarak, akımı azalttık, kapasitörün deşarj olma zamanı yoktu, dalgalanmalar çok daha az oldu, bu yüzden önceki bölümde dalgalanmalar ve akım ve kapasitenin bunlara etkisi hakkında açıklanan teorik bilgileri kanıtladık. Bunu göstermek için kapasitörün kapasitansını değiştirebiliriz.

Giriş sinyali de değişti - şarj akımları azaldı ve şekilleri aynı kaldı.

Yarım dalga devresi

Her iki yarı dönemin düzeltme planının nasıl işlediğine bakalım. Girişe bir diyot köprüsü kurduk.

Osilogramlar, her iki yarım dalganın yüke girdiğini, ancak dalgaların çok büyük olduğunu gösterir.

Akımdaki yarım dalganın alt yarısı (kırmızı) giriş dalga formunda göründü.

Girişe bir filtreleme elektrolitik kapasitör takarak dalgalanmayı azaltın. Uygulamada, sinüzoidin yüksek frekanslı bileşenlerini (harmonikler) azaltmak için ona paralel bir seramik monte etmek arzu edilir.

Giriş dalga formu, kondansatör şarj edildiğinde ters yarım dalganın eklendiğini gösterir (köprüden sonra pozitif olur).

Çıkış dalga formu, dalgalanmanın bir filtreleme kondansatörü ile birinci devreden daha az olduğunu gösterir, voltajın genliğe eğilimli olduğunu, dalgalanma ne kadar az olursa, ortalama değerini genliğe o kadar yakın olduğunu unutmayın.

Yük akımını 20 kat arttırır, direncini azaltırsak, çıkışta güçlü dalgalanmalar göreceğiz.

Ve girişteki daha büyük yük akımları, faz akımı kayması çok belirgindir. Kondansatörü şarj etme işlemi doğrusal olarak değil, üstel olarak gerçekleşir, bu nedenle voltajın yükseldiğini ve akımın düştüğünü görürüz.

Sonuç

Doğrultucular genel olarak elektronik ve elektriğin tüm alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Doğrultucu devreleri, minyatür güç kaynaklarından ve telsizlerden vinç ekipmanındaki en güçlü DC motorların güç devrelerine kadar her yere monte edilir.

Simülasyon, devrelerde meydana gelen süreçleri anlamaya ve devre parametreleri değiştikçe akımların nasıl değiştiğini incelemeye mükemmel bir şekilde yardımcı olur. Modern teknolojilerin geliştirilmesi, spektral analizörler, frekans ölçerler, osiloskoplar, kaydediciler ve ultra hassas voltametreler gibi pahalı ekipman olmadan karmaşık elektriksel süreçlerin incelenmesine izin verir. Montajdan önce devreleri tasarlarken hataları önler.