Wie man einen Gleichrichter und eine einfache Stromversorgung herstellt

Ein Gleichrichter ist ein Gerät zur Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung. Dies ist einer der häufigsten Teile in Elektrogeräten, angefangen von einem Haartrockner bis hin zu allen Arten von Netzteilen mit einer Ausgangsgleichspannung. Es gibt verschiedene Gleichrichtersysteme, von denen jedes bis zu einem gewissen Grad seine Aufgabe erfüllt. In diesem Artikel werden wir darüber sprechen, wie ein Einphasengleichrichter hergestellt wird und warum er benötigt wird.

Definition

Ein Gleichrichter ist ein Gerät zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom. Das Wort "Konstante" ist nicht ganz richtig, Tatsache ist, dass am Ausgang des Gleichrichters im Stromkreis einer sinusförmigen Wechselspannung in jedem Fall eine instabilisierte pulsierende Spannung auftritt. Mit einfachen Worten: konstantes Vorzeichen, aber unterschiedlich groß.

Es gibt zwei Arten von Gleichrichtern:

• Halbwelle. Es wird nur eine Halbwelle der Eingangsspannung gleichgerichtet. Gekennzeichnet durch starke Welligkeit und reduziert gegenüber der Eingangsspannung.

• Alle zwei Jahre. Dementsprechend werden zwei Halbwellen begradigt. Die Welligkeit ist geringer, die Spannung ist höher als am Eingang des Gleichrichters - dies sind zwei Hauptmerkmale.

Was bedeutet stabilisierte und nicht stabilisierte Spannung?

Stabilisiert ist eine Spannung, deren Größe sich unabhängig von der Last oder den Spannungsspitzen der Eingangsspannung nicht ändert. Für Transformatorstromversorgungen ist dies besonders wichtig, da die Ausgangsspannung vom Eingang abhängt und sich durch die Transformationszeiten davon unterscheidet.

Unstabilisierte Spannung - variiert je nach Spannungsspitzen im Versorgungsnetz und Lastcharakteristik. Bei einer solchen Stromversorgung kann es aufgrund von Absenkungen zu Fehlfunktionen der angeschlossenen Geräte oder zu deren völliger Funktionsunfähigkeit und Ausfall kommen.

Ausgangsspannung

Die Hauptwerte der Wechselspannung sind die Amplitude und der effektive Wert. Wenn sie sagen "im 220V-Netzwerk" bedeutet die aktuelle Spannung.

Wenn wir über den Amplitudenwert sprechen, meinen wir, wie viele Volt von Null bis zum oberen Punkt der Halbwelle einer Sinuswelle sind.

 

Wenn wir die Theorie und eine Reihe von Formeln weglassen, können wir das sagen Stromspannung 1,41 mal weniger als die Amplitude. Oder:

Uа = Uд * √2

Die Amplitudenspannung im 220-V-Netzwerk beträgt:

220*1.41=310

Schemata

Halbwellengleichrichter besteht aus einer Diode. Er verpasst einfach nicht die Rückkehr der Halbwelle. Der Ausgang ist eine Spannung mit starken Welligkeiten von Null bis zum Amplitudenwert der Eingangsspannung.

Wenn Sie in einer sehr einfachen Sprache sprechen, tritt in dieser Schaltung die Hälfte der Eingangsspannung in die Last ein. Das ist aber nicht ganz richtig.

Zwei-Halbwellen-Schaltkreise übertragen beide Halbwellen vom Eingang zur Last. Oben im Artikel wurde der Amplitudenwert der Spannung erwähnt, so dass die Spannung am Ausgang des Gleichrichters den gleichen Wert hat wie die aktive Variable am Eingang.

Aber wenn wir die Welligkeit glätten mit KondensatorJe kleiner die Welligkeiten sind, desto näher liegt die Spannung an der Amplitude.

Wir werden später über das Glätten von Wellen sprechen. Nun überlegen Sie Diodenbrückenschaltung.

Es gibt zwei davon:

1. Gleichrichter nach dem Gretz-Schema oder Diodenbrücke;

2. Gleichrichter mit Mittelpunkt.

Das erste Schema ist häufiger. Besteht aus einer Diodenbrücke - vier Dioden durch ein "Quadrat" verbunden, und eine Last ist mit ihren Schultern verbunden. Der Brückengleichrichter wird nach dem folgenden Schema zusammengebaut:

Es kann wie in direkt an ein 220-V-Netzwerk angeschlossen werden moderne Schaltnetzteileoder an die Sekundärwicklungen eines Netztransformators (50 Hz).Gemäß diesem Schema können Diodenbrücken aus diskreten (getrennten) Dioden zusammengesetzt werden oder eine fertige Diodenbrückenanordnung in einem einzigen Gehäuse verwenden.

Die zweite Schaltung ist ein Mittelpunktgleichrichter, der nicht direkt an das Netzwerk angeschlossen werden kann. Es bedeutet, einen Transformator mit einem Abgriff von der Mitte zu verwenden.

Im Kern sind dies zwei Halbwellengleichrichter, die mit den Enden der Sekundärwicklung verbunden sind, die Last mit einem Kontakt ist mit dem Verbindungspunkt der Dioden verbunden, und der zweite ist von der Mitte der Wicklungen aus mit dem Abgriff verbunden.

Sein Vorteil gegenüber der ersten Schaltung ist eine geringere Anzahl von Halbleiterdioden. Und der Nachteil ist die Verwendung eines Transformators mit einem Mittelpunkt oder, wie sie es nennen, einer Abzweigung von der Mitte. Sie sind weniger verbreitet als herkömmliche Sekundärtransformatoren ohne Abgriff.

Wellenglättung

Die Welligkeitsspannungsversorgung ist für eine Reihe von Verbrauchern nicht akzeptabel, beispielsweise für Lichtquellen und Audiogeräte. Darüber hinaus sind die zulässigen Lichtpulsationen in staatlichen und industriellen Zulassungsdokumenten geregelt.

Verwenden Sie zum Glätten der Pulsationen Filter - ein parallel montierter Kondensator, ein LC-Filter, eine Vielzahl von P- und G-Filtern ...

Die häufigste und einfachste Option ist jedoch ein Kondensator, der parallel zur Last installiert wird. Sein Nachteil ist, dass zur Verringerung der Welligkeit bei einer sehr starken Last Kondensatoren mit sehr großer Kapazität installiert werden müssen - Zehntausende von Mikrofarad.

Sein Funktionsprinzip besteht darin, dass der Kondensator aufgeladen wird, seine Spannung die Amplitude erreicht und die Versorgungsspannung nach dem Punkt maximaler Amplitude abnimmt. Ab diesem Moment wird die Last vom Kondensator gespeist. Der Kondensator entlädt sich abhängig vom Lastwiderstand (oder seinem äquivalenten Widerstand, wenn er nicht ohmsch ist). Je größer die Kapazität ist, desto geringer ist die Welligkeit im Vergleich zu einem Kondensator mit geringerer Kapazität, der an dieselbe Last angeschlossen ist.

Mit einfachen Worten: Je langsamer sich der Kondensator entlädt, desto geringer ist die Welligkeit.

Die Kondensatorentladungsrate hängt vom von der Last verbrauchten Strom ab. Es kann durch die Formel der Zeitkonstante bestimmt werden:

t = RC

Dabei ist R der Lastwiderstand und C die Kapazität des Glättungskondensators.

Somit wird von einem vollständig geladenen Zustand zu einem vollständig entladenen Kondensator in 3-5 t entladen. Es wird mit der gleichen Geschwindigkeit aufgeladen, wenn die Ladung über einen Widerstand erfolgt. In unserem Fall spielt dies also keine Rolle.

Daraus folgt, dass zum Erreichen eines akzeptablen Welligkeitsniveaus (das durch die Anforderungen der Last an der Stromquelle bestimmt wird) eine Kapazität benötigt wird, die über eine Zeit entladen wird, die um ein Vielfaches größer als t ist. Da der Widerstand der meisten Lasten relativ gering ist, wird daher eine große Kapazität benötigt, um Welligkeiten am Ausgang des Gleichrichters auszugleichen Elektrolytkondensatorenwerden sie auch als polar oder polarisiert bezeichnet.

Bitte beachten Sie, dass eine Verwechslung der Polarität des Elektrolytkondensators nicht empfohlen wird, da dies mit seinem Ausfall und sogar seiner Explosion behaftet ist. Moderne Kondensatoren sind explosionsgeschützt - sie haben einen Stempel auf der oberen Abdeckung in Form eines Kreuzes, entlang dessen das Gehäuse einfach gerissen wird. Aber ein Rauchstrahl wird aus dem Kondensator austreten, es wird schlimm sein, wenn er in Ihre Augen gelangt.

Die Berechnung der Kapazität basiert auf der Art des Welligkeitskoeffizienten, den Sie angeben müssen. In einfachen Worten zeigt der Welligkeitskoeffizient, wie viel Prozent der Spannung durchhängen (pulsieren).

Um die Kapazität eines Glättungskondensators zu berechnen, können Sie die ungefähre Formel verwenden:

C = 3200 * In / Un * Kp,

Wobei Laststrom, Leerlaufspannung, Kn - Welligkeitsfaktor.

Für die meisten Gerätetypen wird der Welligkeitskoeffizient mit 0,01 bis 0,001 angegeben. Darüber hinaus ist eine Installation wünschenswert Keramikkondensator möglichst große Kapazität zum Filtern vor hochfrequenten Störungen.

Wie erstelle ich ein Netzteil zum Selbermachen?

Die einfachste Gleichstromversorgung besteht aus drei Elementen:

1. Transformator;

2. Diodenbrücke;

3. Kondensator.

Wenn Sie eine Hochspannung benötigen und die galvanische Trennung vernachlässigen, können Sie den Transformator von der Liste ausschließen. Dann erhalten Sie eine konstante Spannung von bis zu 300-310V. Eine solche Schaltung befindet sich am Eingang von Schaltnetzteilen, beispielsweise an Ihrem Computer. Wir haben kürzlich einen großartigen Artikel darüber geschrieben - Wie ist ein Computer Netzteil.

Dies ist eine nicht stabilisierte Gleichstromversorgung mit einem Glättungskondensator. Die Spannung an ihrem Ausgang ist größer als die Wechselspannung der Sekundärwicklung. Dies bedeutet, dass Sie am Ausgang eine Konstante von 15-17 V erhalten, wenn Sie einen 220/12-Transformator haben (primär bei 220 V und sekundär bei 12 V). Dieser Wert hängt von der Kapazität des Glättungskondensators ab. Diese Schaltung kann zur Stromversorgung jeder Last verwendet werden. Wenn dies nicht wichtig ist, kann die Spannung „schweben“, wenn sich die Netzspannung ändert.

Wichtig:

Der Kondensator hat zwei Hauptmerkmale - Kapazität und Spannung. Wir haben herausgefunden, wie die Kapazität ausgewählt wird, aber nicht mit der Auswahl der Spannung. Die Kondensatorspannung muss mindestens die Hälfte der Amplitudenspannung am Gleichrichterausgang überschreiten. Wenn die tatsächliche Spannung an den Kondensatorplatten die Nennspannung überschreitet, ist ein Ausfall wahrscheinlich.

Alte sowjetische Kondensatoren wurden mit einem guten Spannungsabstand hergestellt, aber jetzt verwendet jeder billige Elektrolyte aus China, wo es bestenfalls einen kleinen Spielraum gibt, und im schlimmsten Fall können sie der angegebenen Nennspannung nicht standhalten. Sparen Sie daher nicht an Zuverlässigkeit.

Ein stabilisiertes Netzteil unterscheidet sich vom vorherigen nur bei Vorhandensein eines Spannungs- (oder Strom-) Stabilisators. Die einfachste Option ist die Verwendung von L78xx oder anderen. lineare Stabilisatoren, wie inländische Bank.

Damit Sie jede Spannung erhalten können, ist die einzige Bedingung bei der Verwendung solcher Stabilisatoren, dass die Spannung am Stabilisator den stabilisierten (Ausgangs-) Wert um mindestens 1,5 V überschreiten muss. Beachten Sie, was im Datenblatt 12V Stabilisator L7812 geschrieben steht:

Die Eingangsspannung sollte 35 V für Stabilisatoren von 5 bis 12 V und 40 V für Stabilisatoren bei 20 bis 24 V nicht überschreiten.

Die Eingangsspannung muss die Ausgangsspannung um 2-2,5 V überschreiten.

Das heißt, Für eine stabilisierte 12-V-Stromversorgung mit einem Stabilisator der L7812-Serie ist es erforderlich, dass die gleichgerichtete Spannung zwischen 14,5 und 35 V liegt. Um ein Absinken zu vermeiden, wäre es eine ideale Lösung, einen Transformator mit einer Sekundärwicklung auf 12 V zu verwenden.

Der Ausgangsstrom ist jedoch recht bescheiden - nur 1,5 A, er kann mit einem Durchgangstransistor verstärkt werden. Wenn du hast PNP-Transistorenkönnen Sie dieses Schema verwenden:

Es wird nur die Verbindung des Linearstabilisators "linker" Teil der Schaltung mit einem Transformator und Gleichrichter weggelassen.

Wenn Sie NPN-Transistoren wie KT803 / KT805 / KT808 haben, reicht dieser aus:

Es ist erwähnenswert, dass in der zweiten Schaltung die Ausgangsspannung um 0,6 V unter der Stabilisierungsspannung liegt - dies ist ein Abfall am Emitterbasisübergang, wir haben mehr darüber geschrieben in einem Artikel über Bipolartransistoren. Um diesen Abfall zu kompensieren, wurde eine Diode D1 in die Schaltung eingeführt.

Es ist möglich, zwei Linearstabilisatoren parallel zu installieren, dies ist jedoch nicht erforderlich! Aufgrund möglicher Abweichungen während der Herstellung wird die Last ungleichmäßig verteilt und eine davon kann dadurch ausbrennen.

Installieren Sie sowohl den Transistor als auch den Linearstabilisator am Kühler, vorzugsweise an verschiedenen Heizkörpern. Sie sind sehr heiß.

Einstellbare Netzteile

Die einfachste einstellbare Stromversorgung kann mit einem einstellbaren Linearstabilisator LM317 erfolgen, dessen Strom ebenfalls bis zu 1,5 A beträgt. Sie können die Schaltung mit einem durchgehenden Transistor verstärken, wie oben beschrieben.

Hier ist ein intuitiveres Diagramm zum Zusammenbau eines einstellbaren Netzteils.

Um mehr Strom zu erhalten, können Sie einen leistungsstärkeren einstellbaren Stabilisator LM350 verwenden.

 

In den letzten beiden Stromkreisen gibt es eine Einschaltanzeige, die das Vorhandensein von Spannung am Ausgang der Diodenbrücke anzeigt, einen 220-V-Leistungsschalter und eine Primärwicklungssicherung.

Hier ist ein Beispiel für ein einstellbares Ladegerät mit Thyristorregler in der Primärwicklung tatsächlich die gleiche einstellbare Stromversorgung.

Übrigens wird der Schweißstrom auch durch eine ähnliche Schaltung geregelt:

Dieser Artikel wurde früher angelegt: Wie man einen einfachen Stromregler für einen Schweißtransformator herstellt

Fazit

In Stromversorgungen wird ein Gleichrichter verwendet, um aus einem Wechselstrom Gleichstrom zu erzeugen. Ohne seine Teilnahme ist es nicht möglich, eine Gleichstromlast, beispielsweise einen LED-Streifen oder einen Funkempfänger, mit Strom zu versorgen.

Auch in einer Vielzahl von Ladegeräten für Autobatterien verwendet, gibt es eine Reihe von Schaltkreisen, die einen Transformator mit einer Gruppe von Abgriffen von der Primärwicklung verwenden, die durch einen Schraubenschlüsselschalter geschaltet werden, und in der Sekundärwicklung ist nur eine Diodenbrücke installiert. Der Schalter ist auf der Hochspannungsseite installiert, da dort der Strom um ein Vielfaches geringer ist und seine Kontakte dadurch nicht brennen.

Gemäß den Diagrammen aus dem Artikel können Sie das einfachste Netzteil sowohl für die dauerhafte Arbeit mit einem Gerät als auch zum Testen Ihrer elektronischen hausgemachten Produkte zusammenbauen.

Die Schaltkreise unterscheiden sich nicht im hohen Wirkungsgrad, erzeugen jedoch eine stabile Spannung ohne spezielle Welligkeiten. Sie sollten die Kapazität der Kondensatoren überprüfen und für eine bestimmte Last berechnen. Sie eignen sich perfekt für Audioverstärker mit geringem Stromverbrauch und erzeugen keinen zusätzlichen Hintergrund. Eine einstellbare Stromversorgung ist für Autoenthusiasten und Elektriker nützlich, um das Relais des Generatorspannungsreglers zu testen.

Ein einstellbares Netzteil wird in allen Bereichen der Elektronik eingesetzt. Wenn es durch einen Kurzschlussschutz oder einen Stromstabilisator mit zwei Transistoren verbessert wird, erhalten Sie eine nahezu vollständige Laborstromversorgung.