Једнофазни исправљачи: типични кругови, таласни облици и моделирање

Исправљач се користи у измјеничном кругу да би га претворио у истосмјерни. Најчешће је исправљач састављен из полуводичких диода. У исто време, може се саставити из дискретних (засебних) диода, или може бити у једном кућишту (склоп диода).

Погледајмо шта је исправљач, шта су, а на крају чланка ћемо извршити симулацију у Мултисим окружењу. Моделирање помаже консолидацији теорије у пракси, без склапања и стварних компоненти, прегледа облика напона и струје у кругу.

Исправљачки кругови исправљача

Горње слике приказују изглед диодних мостова. Али ово није једина шема исправљања. За једнофазни напон постоје три уобичајене шеме исправљања:

1,1-полу-период (1пх1н).

2. 2-полу-период (1пх2п).

3. 2-полу-период са средњом тачком (1пх2п).

Шема пола таласа исправљања

Најједноставнији круг састоји се од само једне диоде, која даје константан нестабилизовани напон пукотине на излазу. Диоде су повезане са струјним кругом фазном жицом или једним од терминала намота трансформатора, други крај оптерећења, други пол оптерећења на неутралну жицу или други терминал намотаја трансформатора.

Ефективна вредност напона у оптерећењу је приближно половина амплитуде. Вриједност амплитуде напона је амплитуда синусног таласа опскрбне мреже у опћенитом случају за измјеничну струју

Уампл = Уакција * √2.

За електричне мреже у Русији, радни напон једнофазне мреже је 220 В, а амплитуда је приближно 311

Једноставним речима - на излазу добивамо мрешкање половине дужине периода (20 мс за 50 Хз) од 0 В до 311 В. У просеку, напон је мањи од 220 волти, користи се за напајање незахтевних потрошача напона квалитета или за укључивање жаруља са жарном нити. у помоћним просторијама и помоћним просторијама. То смањује потрошњу електричне енергије и повећава радни век.

Лирска дигресија:

Трајност таквих лампи је колосална, дошао сам у радионицу пре годину дана, а лампа је постављена још 2013. године, тако да још увек светли 12 сати дневно. Али таква светлост се не може користити у радним просторијама, због велике бразде. Осцилограми улазних и излазних напона приказани су у наставку:

Полваласни круг прекида само један полталас, што је оно што видите на горњем дијаграму. Због овог напајања добијамо велики фактор таласа.

Вриједно је рећи да ако мало промијените тему и пребаците се с мрежних исправљача, тада се пола таласни круг широко користи у пулсном кругу, исправљачком напону импулсни трансформатор завојнице секундарни.

Овај склоп се користи и за напајање са смањеном снагом. Управо тако се најбрже прави пуњач за ваш мобилни телефон.

Полутовни круг

Да би се смањио коефицијент пукотине и капацитет филтра, користи се друга шема - дво-половни циклус. Зове се - диодни мост. Наизменични напон се напаја до тачке спајања супротних полов диода, а истоимени је константан у знаку. Излазни напон таквог моста назива се исправљени пулсирајући (или није стабилизован). Управо је ово укључивање диода најчешће у свим областима електронике.

На дијаграмима видите да и други половина таласа наизменичног напона „трепери“ и улази у оптерећење. У првој половини периода струја тече кроз диоде ВД1-ВД4, у другој кроз пар ВД2-ВД3.

Излазни напон пулсира на фреквенцији 100 Хз

Други круг користи се у изворима напајања са средњом тачком, уствари су то два полу-таласа у комбинацији са секундарним намотом трансформатора са средњом тачком. Аноде су повезане на крајње крајеве намотаја, катоде су повезане на један терминал оптерећења (позитивно), други терминал оптерећења повезан је на славину са средине намотаја (средња тачка).

Графикон излазног напона је сличан и нећемо га узети у обзир. Једина значајна разлика је у томе што струја тече истовремено кроз једну диоду, а не кроз пар као у мосту. Ово смањује губитак енергије на диодном мосту и вишак загревања полуводича.

Смањење фактора Риппле

Фактор мрешљења је вредност која одражава колико излазног напона се мрешка. Или обрнуто - колико је струја снабдевана и равномерно подноси оптерећење.

Да би се смањио коефицијент разарања паралелно са оптерећењем (излаз диодног моста), инсталирани су различити филтри. Најлакша опција је уградња кондензатора. Да би талас био што је могуће мањи, временска константа филтра Р оптерећења филтера би требала бити наредна величина (или боље неколико) већа од периода ваљка (у нашем случају 10 мс).

За то или оптерећење мора имати велики отпор и малу струју или је капацитет кондензатора довољно велик.

Израчунати однос за избор кондензатора је следећи:

Кп је потребан фактор пукотине.

Кп = Уампл / Уавр

Да би се побољшале бројне карактеристике филтера, могу се користити ЛЦ склопови повезани према Д или П-схеми филтера, у неким случајевима и друге конфигурације. Недостатак употребе ЛЦ филтера у аматерској радио пракси је потреба за одабиром пригушнице филтра. А прави за номиналну вредност (индуктивност и струја) често није при руци. Због тога морате сами да је намотате или да се извучете из тренутне ситуације на други начин - испуштањем из напајања јединице сличног капацитета.

Симулација једнофазних исправљача

Исправимо ове податке у пракси и пређимо на моделирање електричних кола. Одлучио сам да за стварање модела тако једноставне шеме пакет Мултисим је савршен - најлакше је научити од свега што знам и захтева најмање ресурса.

Међутим, његови алгоритми за моделирање су једноставнији него у Орцаду или Симулинку (иако је то математичко моделирање, а не симулација), стога резултати моделирања неких схема нису поуздани. Мултисим је погодан за проучавање основа електронике, начина рада транзистора, оперативних појачала.

Не подцјењујте могућности овог програма, правилним приступом може приказати рад сложених уређаја.

Размотрит ћемо моделе прва два круга, трећи је круг у основи сличан другом, али има мањи губитак због искључења два кључа и веће сложености - због потребе кориштења трансформатора са славином из средине секундарног намотаја.

Полутовни круг

Шема којом симулација

Извор напајања симулира једнофазну мрежу домаћинстава са следећим карактеристикама:

• синусоидна струја;

• Напон 220 В рмс;

• фреквенција - 50 Хз.

У програму нисам нашао амперметар и волтметар; мултиметри играју своју улогу. Касније обратите пажњу на обиље њихових поставки и могућност избора типа струје.

У датом моделу мултиметар КСММ1 - мери струју у оптерећењу, КСММ3 - напон на излазу исправљача, КСММ2 - напон на улазу, КССЦ2 - осцилоскоп. Обратите пажњу на потпис елемената - ово ће искључити питања током анализе цртежа, који ће бити доле. Успут, Мултисим представља моделе правих диода, изабрао сам најчешће 1н4007.

Таласни облик на улазу (канал А) у пољу са резултатима мерења приказан је црвеном бојом. У плавој боји - излазни напон (канал Б). За први канал цена вертикалне поделе једне ћелије је 200 В / див, а за други канал је 500. Намерно сам то урадио да бих раздвојио таласне облике, иначе да би се спојили.Жута вертикална линија у левој трећини екрана је метар, вредност напона у тачки са максималном амплитудом је описана испод црног екрана.

Улазна амплитуда је 311.128 В, како је речено на почетку чланка, а излазна амплитуда 310.281, разлика од скоро једног волта је због пада на диоди. На десној страни слике налазе се резултати мерења у мултиметру. Називи прозора одговарају називима КСММ мултиметара у кругу.

Из дијаграма видимо да се оптерећењу доводи само један пола таласа напона, а његова просечна вредност је 98 В, што је више од два мање од улазне струје 220 В АЦ у знаку.

У следећем дијаграму додали смо кондензатор за филтрирање и један мултиметар за мерење струје оптерећења, запамтили њихове потписе како се не би збунили приликом проучавања цртежа.

Отпорник испред диоде потребан је за мерење струје наелектрисања кондензатора како бисте сазнали струју - поделите број волти са 1 (отпор). Међутим, у будућности ћемо приметити да при великим струјама значајан пад напона преко отпорника, што у стварним условима може бити збуњујуће током мерења - то би узроковало загревање отпорника и губитак ефикасности.

Таласни облик приказује улазни напон наранџасто, а улазну струју црвеном бојом. Успут, приметан је помак струје у смеру напредовања напона.

На таласном облику излазног сигнала видимо како то функционише кондензатор - напон у оптерећењу док је диода затворена и пролази пола таласа, глатко се смањује, повећава се његова просечна вредност, а пукотина опада. Након позитивног пола таласа кондензатор се поново пуни и процес се понавља.

Повећавањем отпора за оптерећење за фактор 10, смањили смо струју, кондензатор се није имао времена испразнити, мрешкање је постало много мање, па смо доказали теоретске податке описане у претходном одељку о таласима и утицају струје и капацитета на њих. Да бисмо то показали, могли бисмо да променимо капацитет кондензатора.

Улазни сигнал се такође променио - струје пуњења су се смањивале, а њихов је облик остао исти.

Полутовни круг

Погледајмо како изгледа акција исправљања оба полу-периода. На улазу смо поставили диодни мост.

Осцилограми показују да оба пола таласа уносе оптерећење, али да су таласа веома велика.

Доња половина полу-таласа у струји (црвене боје) појавила се на улазном таласном облику.

Смањите валовање инсталирањем филтрирајућег електролитичког кондензатора на улаз. У пракси је пожељно паралелно с њом уградити керамичку, како би се смањили високофреквентни састојци синусоида (хармонике).

Улазни облик таласа показује да је инверзни полу-талас додат када је кондензатор био напуњен (постаје позитиван након моста).

Излазни облик таласа показује да је мрешка мања него у првом кругу са филтрирајућим кондензатором, имајте на уму да напон тежи ка амплитуди, што је мање валовод, то је ближа његова просечна вредност амплитуди.

Ако повећамо струју оптерећења за 20 пута, смањујући њен отпор, видећемо снажне пукотине на излазу.

И веће струје наелектрисања на улазу, промена фазне струје је врло приметна. Процес пуњења кондензатора не одвија се линеарно, већ експоненцијално, па видимо да напон расте и струја опада.

Закључак

Исправљачи се широко користе у свим областима електронике и електричне енергије уопште. Исправљачки склопови инсталирани су свуда - од минијатурних напајања и радија до кругова напајања најмоћнијих ДЦ мотора у опреми дизалица.

Симулација савршено помаже да се разумију процеси који се одвијају у круговима и да се проучи како се струје мијењају како се мијењају и параметри круга. Развој савремених технологија омогућава проучавање сложених електричних процеса без скупе опреме као што су спектрални анализатори, мерачи фреквенције, осцилоскопи, диктафони и ултра-прецизни волтамметри. Избегава грешке приликом дизајнирања кругова пре склапања.