Az elektromos energia kényelmesen szállítható és nagyságrendileg átalakítható váltakozó feszültség formájában. Ebben a formában kerül a végfelhasználóhoz. De sok eszköz táplálásához továbbra is állandó feszültségre van szüksége.
Tartalom
Miért van szükség egyenirányítóra az elektrotechnikában?
Az AC feszültség egyenárammá alakításának feladata az egyenirányítókra van kijelölve. Ezt az eszközt széles körben használják, és az egyenirányító eszközök fő felhasználási területei a rádió- és elektrotechnikában a következők:
- egyenáram kialakítása erősáramú villamos berendezésekhez (vontatási alállomások, elektrolizáló berendezések, szinkrongenerátorok gerjesztőrendszerei) és nagy teljesítményű egyenáramú motorokhoz;
- Tápegységek elektronikus eszközökhöz;
- modulált rádiójelek észlelése;
- a bemeneti jel szintjével arányos állandó feszültség kialakítása automatikus erősítésszabályozó rendszerek kiépítéséhez.
Az egyenirányítók teljes köre kiterjedt, és lehetetlen egy áttekintés keretein belül felsorolni.
Az egyenirányítók működési elvei
Az egyenirányító berendezések működése az elemek egyoldali vezetőképességén alapul. Ezt többféleképpen is megteheti. Az ipari alkalmazások számos módja a múlté vált, mint például a mechanikus szinkrongépek vagy az elektrovákuum eszközök használata. Most olyan szelepeket használnak, amelyek egy irányba vezetik az áramot. Nem is olyan régen a higanyos eszközöket nagy teljesítményű egyenirányítókhoz használták. Jelenleg ezeket gyakorlatilag felváltják a félvezető (szilícium) elemek.
Tipikus egyenirányító áramkörök
Az egyenirányító berendezés különféle elvek szerint építhető. Az eszközáramkörök elemzésekor emlékezni kell arra, hogy bármely egyenirányító kimenetén lévő állandó feszültség csak feltételesen hívható. Ez a csomópont pulzáló egyirányú feszültséget állít elő, amelyet a legtöbb esetben szűrőkkel kell kisimítani. Egyes fogyasztók az egyenirányított feszültség stabilizálását is igénylik.
Egyfázisú egyenirányítók
A legegyszerűbb váltakozó feszültségű egyenirányító egy dióda.
A szinusz pozitív félhullámait átadja a fogyasztónak, a negatívakat pedig „levágja”.
Egy ilyen eszköz hatóköre kicsi - főleg, kapcsolóüzemű egyenirányítókviszonylag magas frekvencián működik. Bár egyirányú áramot állít elő, jelentős hátrányai vannak:
- magas hullámosság - az egyenáram simításához és eléréséhez nagy és terjedelmes kondenzátorra lesz szüksége;
- a lecsökkentő (vagy emelő) transzformátor teljesítményének nem teljes kihasználása, ami a szükséges súly- és méretmutatók növekedéséhez vezet;
- az átlagos EMF a kimeneten kevesebb, mint a fele a szolgáltatott EMF-nek;
- megnövekedett követelmények a diódával szemben (másrészt csak egy szelepre van szükség).
Ezért elterjedtebb teljes hullámú (híd) áramkör.
Itt az áram periódusonként kétszer folyik át a terhelésen egy irányba:
- pozitív félhullám a piros nyilakkal jelzett út mentén;
- negatív félhullám a zöld nyilakkal jelzett út mentén.
A negatív hullám nem tűnik el, hanem felhasználódik is, így a bemeneti transzformátor teljesítménye teljesebben hasznosul. Az átlagos EMF kétszerese a félhullámú változaténak. A hullámos áram alakja sokkal közelebb áll az egyeneshez, de még mindig szükség van egy simító kondenzátorra. Kapacitása és méretei kisebbek lesznek, mint az előző esetben, mert a hullámzási frekvencia kétszerese a hálózati feszültség frekvenciájának.
Ha van két egyforma tekercsű, sorba köthető transzformátor, vagy középről csapos tekercseléssel, akkor a teljes hullámú egyenirányító más séma szerint építhető.
Ez az opció valójában egy félhullámú egyenirányító kettős áramköre, de rendelkezik a teljes hullámú egyenirányító összes előnyével. Hátránya, hogy egy adott kialakítású transzformátort kell használni.
Ha a transzformátort amatőr körülmények között készítik, akkor nincs akadálya a szekunder tekercs igény szerinti tekercselésének, de valamivel nagyobb vasat kell használni. De 4 dióda helyett csak 2. Ez lehetővé teszi a súly- és méretmutatók veszteségének kompenzálását, sőt a nyerést is.
Ha az egyenirányítót nagy áramerősségre tervezték, és a szelepeket radiátorokra kell felszerelni, akkor a fele számú dióda felszerelése jelentős megtakarítást eredményez. Figyelembe kell venni azt is, hogy egy ilyen egyenirányító belső ellenállása kétszerese a hídáramkörbe szereltnek, így a transzformátor tekercseinek fűtése és az ezzel járó veszteségek is nagyobbak lesznek.
Háromfázisú egyenirányítók
Az előző áramkörből logikus áttérni egy háromfázisú feszültség-egyenirányítóra, amelyet hasonló elv szerint szereltek össze.
A kimeneti feszültség alakja sokkal közelebb áll az egyeneshez, a hullámosság csak 14%, a frekvencia pedig a hálózati feszültség frekvenciájának háromszorosa.
Pedig ennek az áramkörnek a forrása egy félhullámú egyenirányító, így sok hiányosság még háromfázisú feszültségforrással sem küszöbölhető ki. A legfontosabb a transzformátor teljesítményének hiányos kihasználása, és az átlagos EMF 1,17⋅E2eff (a transzformátor szekunder tekercsének EMF effektív értéke).
A legjobb paraméterek háromfázisú hídáramkörrel rendelkeznek.
Itt a kimeneti feszültség hullámosságának amplitúdója ugyanannyi 14%, de a frekvencia megegyezik a bemeneti váltakozó feszültség hatszögletű frekvenciájával, így a szűrőkondenzátor kapacitása a legkisebb lesz a bemutatott lehetőségek közül. És a kimeneti EMF kétszer olyan magas lesz, mint az előző áramkörben.
Ezt az egyenirányítót csillag szekunder tekercses kimeneti transzformátorral használják, de ugyanaz a szelepegység sokkal kevésbé lesz hatékony, ha olyan transzformátorral együtt használják, amelynek kimenete deltában van csatlakoztatva.
Itt a pulzálás amplitúdója és frekvenciája megegyezik az előző körben leírtakkal. De az átlagos EMF időnként kisebb, mint az előző rendszerben. Ezért ezt a felvételt ritkán használják.
Feszültségsokszorozó egyenirányítók
Lehetséges olyan egyenirányítót építeni, amelynek kimeneti feszültsége a bemeneti feszültség többszöröse lesz. Például vannak olyan áramkörök, amelyek feszültségduplázással rendelkeznek:
Itt a C1 kondenzátor a negatív félperiódus alatt töltődik, és sorba kapcsol a bemeneti szinuszhullám pozitív hullámával. Ennek a konstrukciónak a hátránya az egyenirányító kis terhelhetősége, valamint az, hogy a C2 kondenzátor feszültségértéke kétszerese. Ezért egy ilyen áramkört használnak a rádiótechnikában az amplitúdódetektorok kis teljesítményű jeleinek egyenirányításának megkettőzésére, mérőelemként az automatikus erősítésszabályozó áramkörökben stb.
Az elektrotechnikában és a teljesítményelektronikában a megkettőzési séma másik változatát használják.
A Latour séma szerint összeállított duplagép nagy teherbírású. A kondenzátorok mindegyike bemeneti feszültség alatt van, ezért súlyát és méretét tekintve ez az opció is felülmúlja az előzőt. A pozitív félperiódus alatt a C1 kondenzátor töltődik, a negatív alatt a C2. A kondenzátorok sorba vannak kötve, a terheléshez képest pedig párhuzamosan, így a terhelésen lévő feszültség egyenlő az összeggel feltöltött kondenzátorok feszültsége. A hullámzási frekvencia megegyezik a hálózati feszültség frekvenciájának kétszeresével, és az érték attól függ a kapacitások értékétől. Minél nagyobbak, annál kisebb a hullámosság. És itt ésszerű kompromisszumot kell találni.
Az áramkör hátránya az egyik terhelési kapocs földelésének tilalma - ebben az esetben az egyik dióda vagy kondenzátor rövidre záródik.
Ez az áramkör tetszőleges számú kaszkádba állítható. Tehát kétszer megismételve a befogadás elvét, négyszeres feszültségű áramkört kaphat stb.
Az áramkör első kondenzátorának ellenállnia kell a tápfeszültség feszültségének, a többinek - a tápfeszültség kétszeresének. Minden szelepet dupla fordított feszültségre kell méretezni. Természetesen az áramkör megbízható működéséhez minden paraméternek legalább 20%-os tartalékkal kell rendelkeznie.
Ha nincsenek megfelelő diódák, sorba köthetők - ebben az esetben a megengedett legnagyobb feszültség 1-szeresére nő. De minden diódával párhuzamosan kiegyenlítő ellenállásokat kell csatlakoztatni. Ezt meg kell tenni, mert ellenkező esetben a szelepek paramétereinek terjedése miatt a fordított feszültség egyenlőtlenül oszlik el a diódák között. Az eredmény az egyik dióda legnagyobb értékének többlete lehet. És ha a lánc minden eleme ellenállással van söntölve (értéküknek azonosnak kell lennie), akkor a fordított feszültség pontosan ugyanúgy oszlik el. Az egyes ellenállások ellenállásának körülbelül 10-szer kisebbnek kell lennie, mint a dióda fordított ellenállása. Ebben az esetben a további elemek hatása az áramkör működésére minimálisra csökken.
Valószínűleg nem lesz szükség a diódák párhuzamos csatlakoztatására ebben az áramkörben, az áramok itt kicsik. De hasznos lehet más egyenirányító áramkörökben, ahol a terhelés komoly energiát fogyaszt. A párhuzamos csatlakozás megsokszorozza a megengedett áramot a szelepen keresztül, de minden elrontja a paraméterek eltérését. Ennek eredményeként egy dióda képes felvenni a legnagyobb áramot, és nem bírja azt. Ennek elkerülése érdekében minden diódával sorba kell helyezni egy ellenállást.
Az ellenállás értékét úgy kell megválasztani, hogy a maximális áramerősségnél a feszültségesés rajta legyen 1 volt. Tehát 1 A áramerősségnél az ellenállásnak 1 ohmnak kell lennie. A teljesítmény ebben az esetben legalább 1 watt legyen.
Elméletileg a feszültség multiplicitása korlátlanul növelhető. A gyakorlatban emlékezni kell arra, hogy az ilyen egyenirányítók teherbírása minden további fokozattal élesen csökken. Ennek eredményeként olyan helyzetbe kerülhet, hogy a terhelés feszültségesése meghaladja a szorzótényezőt, és értelmetlenné teszi az egyenirányító működését. Ez a hátrány minden ilyen rendszerben benne van.
Az ilyen feszültségsokszorozókat gyakran egyetlen modulként állítják elő, jó szigeteléssel. Hasonló eszközöket használtak például televíziók vagy oszcilloszkópok nagyfeszültségének létrehozására, monitorként katódsugárcsővel. A fojtótekercseket használó megkettőzési sémák is ismertek, de nem kaptak elosztást - a tekercselő alkatrészeket nehéz gyártani, és működésük nem túl megbízható.
Nagyon sok egyenirányító áramkör létezik. Tekintettel ennek a csomópontnak a széles hatókörére, fontos, hogy az áramkör kiválasztását és az elemek kiszámítását tudatosan közelítsük meg. Csak ebben az esetben garantált a hosszú és megbízható működés.
Hasonló cikkek:
