Penerus fasa tunggal: litar biasa, bentuk gelombang dan pemodelan

Penyearah digunakan dalam litar AC untuk menukarnya ke DC. Yang paling biasa adalah penerus yang dipasang daripada diod semikonduktor. Pada masa yang sama, ia boleh dipasang dari dioda diskret (terpisah), atau ia boleh berada dalam satu perumahan (pemasangan diod).

Mari lihat apa penerus, apa yang mereka ada, dan pada akhir artikel kami akan menjalankan simulasi dalam persekitaran Multisim. Pemodelan membantu menyatukan teori dalam praktik, tanpa pemasangan dan komponen sebenar, melihat bentuk tegangan dan arus dalam litar.

Litar penerus AC

Imej di atas menunjukkan penampilan jambatan dioda. Tetapi ini bukan satu-satunya skim pelurus. Untuk voltan fasa tunggal, terdapat tiga skim pembetulan umum:

1.1-setengah tempoh (1ph1n).

2. 2-setengah tempoh (1ph2p).

3. 2-setengah tempoh dengan titik tengah (1ph2p).

Skim pembetulan gelombang separuh

Litar paling mudah terdiri daripada hanya satu diod, yang memberikan voltan riak yang tidak stabil pada output. Diod disambungkan kepada litar kuasa dengan wayar fasa, atau dengan salah satu terminal pengubah penggulungan, hujung kedua pada beban, tiang beban kedua ke dawai neutral atau terminal kedua penggulungan pengubah.

Nilai berkesan voltan dalam beban kira-kira separuh amplitud. Nilai amplitud voltan adalah amplitud gelombang sinus rangkaian pembekalan dalam kes umum untuk arus bolak

Uampl = Uaction * √2.

Untuk rangkaian elektrik di Rusia, voltan operasi rangkaian fasa tunggal ialah 220 V, dan amplitudnya adalah lebih kurang 311

Dalam kata-kata ringkas - pada output kita mendapat riak separuh tempoh panjang (20 ms untuk 50 Hz) dari 0 V hingga 311 V. Rata-rata, voltan kurang daripada 220 volt, ini digunakan untuk kuasa pengguna yang tidak mengendahkan kualiti voltan atau menghidupkan lampu pijar di bilik utiliti dan bilik utiliti. Ini mengurangkan penggunaan tenaga dan meningkatkan hayat perkhidmatan.

Penggalian Lyrical:

Kekuatan lampu sedemikian adalah sangat besar, saya datang ke bengkel setahun lalu, dan lampu dipasang pada tahun 2013, jadi ia tetap bersinar selama 12 jam setiap hari. Tetapi cahaya sedemikian tidak boleh digunakan di bilik kerja, disebabkan riak yang tinggi. Oscillograms tegangan input dan output ditunjukkan di bawah:

Litar separuh gelombang memotong hanya satu gelombang setengah, iaitu apa yang anda lihat dalam rajah di atas. Oleh kerana bekalan kuasa ini, kami mendapat faktor riak besar.

Perlu diingat bahawa jika anda mengubah topik sedikit dan bertukar dari penerus rangkaian, maka litar gelombang separuh digunakan secara meluas dalam litar berdenyut, voltan membetulkan gegelung pulse transformer sekunder.

Pada bekalan kuasa bertukar kuasa rendah, litar ini juga digunakan. Ini adalah bagaimana pengecas telefon bimbit anda kemungkinan besar dibuat.

Litar separuh gelombang

Untuk mengurangkan pekali riak dan kapasiti penapis, satu lagi skim digunakan - dua kitaran separuh. Ia dipanggil - jambatan dioda. Voltan bergantian dibekalkan ke titik sambungan tiang bertentangan diod, dan tanda tetap dari nama yang sama. Voltan keluaran jambatan tersebut dipanggil berdenyut (atau tidak stabil). Ini adalah kemasukan dioda yang paling biasa di semua bidang elektronik.

Pada gambar rajah yang anda lihat bahawa kedua gelombang separuh kedua voltan bersilih ganti "membalik" dan memasuki beban. Pada separuh pertama tempoh, arus mengalir melalui diodes VD1-VD4, di kedua melalui sepasang VD2-VD3.

Voltan keluaran berdenyut pada kekerapan 100 Hz

Litar kedua digunakan dalam bekalan kuasa dengan titik tengah, sebenarnya ini adalah dua gelombang separuh yang digabungkan dengan penggulungan sekunder pengubah dengan titik tengah. Anod disambungkan kepada hujung yang melampau penggulungan, katoda disambungkan kepada satu terminal beban (positif), terminal beban kedua disambungkan kepada paip dari tengah-tengah penggulungan (titik tengah).

Graf voltan keluaran adalah sama dan kita tidak akan menganggapnya. Satu-satunya perbezaan yang signifikan ialah aliran semasa secara serentak melalui satu diod, dan bukan melalui pasangan seperti dalam jambatan. Ini mengurangkan kehilangan tenaga pada jambatan diod dan pemanasan berlebihan semikonduktor.

Pengurangan faktor riak

Faktor riak adalah nilai yang mencerminkan berapa banyak riak output voltan. Atau sebaliknya - betapa stabil dan seragam arus dibekalkan kepada beban.

Untuk mengurangkan pekali riak selari dengan beban (output jambatan diode), pelbagai penapis dipasang. Pilihan yang paling mudah ialah memasang kapasitor. Dalam rangka untuk riak-riak seketika mungkin, masa penapis R pemalar beban penapis mestilah suatu perintah magnitud (atau lebih beberapa) lebih besar daripada tempoh riak (dalam kes kita, 10 ms).

Untuk ini, sama ada beban mesti mempunyai rintangan yang tinggi dan arus yang rendah, atau kapasitansi kapasitor cukup besar.

Nisbah yang dikira untuk memilih kapasitor adalah seperti berikut:

Kp adalah faktor riak yang diperlukan.

Kp = Uampl / Uavr

Untuk meningkatkan beberapa ciri penapis, litar LC yang disambung mengikut skema penapis D atau P boleh digunakan, dalam beberapa kes konfigurasi lain. Kelemahan menggunakan penapis LC dalam amalan radio amatur adalah keperluan untuk memilih pencetus penapis. Dan yang tepat untuk nilai nominal (induktansi dan semasa) sering tidak di tangan. Oleh itu, anda perlu sama ada angin itu sendiri, atau keluar dari keadaan semasa dengan cara yang lain - setelah turun dari unit bekalan kuasa yang sama dengan kapasiti.

Simulasi penerus fasa tunggal

Mari selesaikan maklumat ini dalam amalan dan turun ke model litar elektrik. Saya memutuskan untuk mencipta model seperti skim mudah, pakej Multisim adalah sempurna - ia adalah yang paling mudah untuk belajar dari semua yang saya tahu dan memerlukan sumber-kurangnya.

Walau bagaimanapun, algoritma pemodelannya lebih mudah daripada di Orcad atau Simulink (walaupun ini adalah pemodelan matematik, bukan simulasi), oleh kerana itu, hasil pemodelan beberapa skema tidak boleh dipercayai. Multisim sesuai untuk mengkaji asas-asas elektronik, mod operasi transistor, penguat operasi.

Jangan meremehkan keupayaan program ini, dengan pendekatan yang betul, ia boleh memaparkan kerja peranti kompleks.

Kami akan mempertimbangkan model dua litar pertama, litar ketiga pada dasarnya sama dengan yang kedua, tetapi mempunyai kehilangan yang kurang kerana pengecualian dua kunci dan kerumitan yang lebih besar - kerana keperluan untuk menggunakan pengubah dengan ketukan dari pertengahan penggulungan sekunder.

Litar separuh gelombang

Skim yang mana simulasi itu

Sumber kuasa mensimulasikan rangkaian isi rumah fasa tunggal dengan ciri-ciri berikut:

• arus sinusoidal;

• Voltan 220 V rms;

• kekerapan - 50 Hz.

Saya tidak menemui ammeter dan voltmeter dalam program ini; multimeter memainkan peranan mereka. Kemudian, perhatikan banyaknya tetapan mereka, dan keupayaan untuk memilih jenis arus.

Dalam model yang diberikan, multimeter XMM1 - mengukur semasa dalam beban, XMM3 - voltan pada output penerus, XMM2 - voltan pada input, XSC2 - osiloskop. Beri perhatian kepada tandatangan elemen - ini akan mengecualikan soalan apabila menganalisis lukisan, yang akan berada di bawah. Dengan cara ini, Multisim mempersembahkan model diod sebenar, saya memilih 1n4007 yang paling biasa.

Bentuk gelombang pada input (saluran A) di lapangan dengan hasil pengukuran ditunjukkan dalam warna merah. Dalam voltan keluaran biru (saluran B). Untuk saluran pertama, harga pembahagian menegak satu sel adalah 200 V / div, dan untuk saluran kedua ialah 500. Saya sengaja melakukan ini untuk membahagikan bentuk gelombang secara visual sebaliknya ia digabungkan.Garis menegak kuning di sebelah kiri ketiga skrin adalah satu meter, nilai voltan pada satu titik dengan amplitud maksimum diterangkan di bawah skrin hitam.

Amplitud input adalah 311.128 V, seperti yang dikatakan pada awal artikel, dan amplitud keluaran adalah 310.281, perbezaan hampir satu volt disebabkan oleh penurunan dioda. Di sebelah kanan imej ialah hasil pengukuran multimeter. Nama-nama tingkap sesuai dengan nama-nama multimeter XMM dalam litar.

Dari rajah kita melihat bahawa hanya satu gelombang voltan separuh dibekalkan kepada beban, dan nilai puratanya adalah 98 V, yang lebih daripada dua kali kurang daripada input semasa 220 V AC dalam tanda.

Dalam gambarajah berikut, kami menambah kapasitor penapisan dan satu multimeter untuk mengukur arus beban, ingat tandatangan mereka agar tidak keliru apabila mengkaji lukisan.

Perintang di hadapan diod diperlukan untuk mengukur arus cas kapasitor untuk mengetahui semasa - membahagikan jumlah volt dengan 1 (rintangan). Walau bagaimanapun, pada masa akan datang, kita akan melihat bahawa pada arus tinggi voltan yang ketara menjatuhkan perintang, yang boleh mengelirukan semasa pengukuran, dalam keadaan sebenar - ini akan menyebabkan perintang menjadi panas dan kehilangan kecekapan.

Bentuk gelombang menunjukkan voltan input dalam jingga dan arus input dalam warna merah. Dengan cara ini, peralihan semasa adalah ketara dalam arah pendahuluan voltan.

Pada bentuk gelombang isyarat output, kita melihat bagaimana ia berfungsi kapasitor - voltan dalam beban manakala diod ditutup dan satu pasang gelombang berlalu, menurun dengan lancar, nilai purata meningkat, dan riak berkurang. Selepas, pada gelombang separuh yang positif, kapasitor mengecas semula dan prosesnya berulang.

Dengan meningkatkan rintangan beban dengan faktor 10, kita mengurangkan arus, kapasitor tidak mempunyai masa untuk melepaskan, riak menjadi kurang, jadi kami membuktikan maklumat teori yang diterangkan dalam bahagian sebelumnya tentang riak dan kesan arus dan kapasiti ke atasnya. Untuk menunjukkan ini, kita boleh menukar kapasitansi kapasitor.

Isyarat input juga berubah - arus caj menurun, dan bentuknya kekal sama.

Litar separuh gelombang

Mari lihat bagaimana skema pembetulan kedua-dua tempoh masa kelihatan dalam tindakan. Kami memasang jambatan diod di pintu masuk.

Oscillograms menunjukkan bahawa kedua-dua gelombang setengah memasuki beban, tetapi riak-riaknya sangat besar.

Bahagian bawah separuh gelombang pada arus (dalam warna merah) muncul pada bentuk gelombang masukan.

Kurangkan riak dengan memasang pemuat elektrolitik penapisan pada input. Dalam amalan, adalah wajar untuk memasang satu seramik selari dengannya, untuk mengurangkan komponen frekuensi tinggi sinusoid (harmonik).

Bentuk gelombang input menunjukkan bahawa gelombang separuh terbalik ditambah apabila kapasitor dikenakan (ia menjadi positif selepas jambatan).

Bentuk gelombang output menunjukkan bahawa riak menjadi kurang daripada litar pertama dengan kapasitor penapisan, perhatikan bahawa voltan cenderung kepada amplitud, kurang riak, semakin hampir nilai purata amplitudnya.

Jika kita meningkatkan arus beban sebanyak 20 kali, mengurangkan rintangannya, kita akan melihat riak kuat pada output.

Dan arus yang lebih besar dari caj pada input, peralihan arus fasa sangat ketara. Proses mengecas kapasitor tidak berlaku secara linear, tetapi secara eksponen, jadi kita melihat bahawa voltan naik dan jatuh semasa.

Kesimpulannya

Rectifiers digunakan secara meluas dalam semua bidang elektronik dan elektrik secara umum. Litar penerus dipasang di mana-mana - dari bekalan kuasa mini dan radio ke litar kuasa motor DC yang paling berkuasa di peralatan kren.

Simulasi dengan sempurna membantu memahami proses yang berlaku dalam litar dan untuk mengkaji bagaimana arus berubah apabila parameter litar berubah. Perkembangan teknologi moden membolehkan kajian proses elektrik kompleks tanpa peralatan mahal seperti penganalisis spektrum, meter kekerapan, osiloskop, perakam dan voltammeters ultra-tepat. Ia mengelakkan ralat semasa mereka bentuk litar sebelum pemasangan.