Alapvető elméleti pozíciók
Elektromos berendezések, egyenáramú motorok, elektrolízis és más berendezések beszerzéséhez szükség van a váltakozó áram egyenletes kiegyenlítésére.
Az egyenirányítás azt jelenti, hogy egy váltakozó áramot állandóvá alakítanak egyirányú vezetési képességgel rendelkező készülékek (elektromos szelepek) segítségével.
Az egyenirányító eszközök általában három fő elemből állnak: egy transzformátor, egy elektromos szelep és egy simító szűrő. A transzformátor lehetővé teszi, hogy megváltoztassa az áramforrásról kapott váltakozó feszültség értékét a szükséges korrigált feszültség értékére.
Az AC-helyesbítést elektromos szelep végzi. Az elektromos szelepek jelenlegi feszültségük szerint két csoportra oszthatók. Az első olyan vákuum elektronikai és félvezető diódák, amelyeknek a vezetési irányú volt-amper jellege megközelíthető a származáson átmenő ferde vonalakkal (7.1a ábra).
A második csoportba tartozik a gázkibocsátó (ion) készülékek, amelyeken az áram függőleges feszültség függőleges egyenes vonalat mutat (7.1. Ábra, b).
A simító szűrőket úgy tervezték, hogy csökkentsék a korrigált áram és feszültség hullámát az egyenirányító eszközök kimenetén.
Amikor AC helyreigazítás függés a fázisok száma a hálózat ellátása az egyenirányító és a természet a terhelés és a követelmények egyenirányított feszültség és áram, elektromos szelepek lehet csatlakoztatni a különböző szokások.
Az egyfázisú váltakozó áram korrigálásakor a legegyszerűbb egyenirányító áramkörök egy- és kétfázisú egyfázisú egyfázisú áramkörök.
Az egytengelyű egyenirányítók azok, amelyekben a transzformátor szekunder tekercsében lévő áram a helyesbítési folyamatban csak egy irányban halad, kétütemű egyenirányítókban mindkét irányban.
Az egyfázisú, egyfázisú félhullámú helyesbítésre vonatkozó rendszert az 1. ábrán mutatjuk be. 7.2. Elektromos kapuként ebben a körben félvezető diódát használnak.
Amikor egy alternáló szinuszos feszültséget alkalmazunk az illesztõ transzformátor primer tekercselésére, akkor a szekunder tekercs termináljainál a feszültség is változó lehet, azaz szinuszos,
A dióda csak akkor vezet áramot, ha a katódhoz viszonyított anódja pozitív potenciállal rendelkezik. Ezért az áramkör áramköre (a transzformátor szekunder tekercselése, a dióda és a terhelés) csak egy irányban, vagyis a váltakozó feszültség időszakának felénél fogva áramlik. Ennek eredményeképpen a terhelés áramkörében lévõ áram lüktet (változatlan irányban, de változó értékben). Ebben az esetben az aktuális áramlás amplitúdója (viszonylag kis diódás ellenállás az elülső irányban elhanyagolható)
ahol az RH a villamosenergia-fogyasztó (terhelés) ellenállása. A félhullámú helyesbítés során kapott pulzáló áram görbülete Fourier harmonikus sorozatra bővíthető:
A fenti kifejtésből következik, hogy a félhullámú helyesbítés pulzáló áramának a különböző amplitúdók és frekvenciák változó komponensei mellett állandó komponenst is tartalmaz. Ebben az esetben a terheléshez tartozó feszültség állandó alkotórésze, vagy a kiegyenlített feszültség átlagértéke, figyelembe véve az áram kifejezését,
Ha a transzformátor szekunder tekercselésén a feszültség effektív értékén keresztül a kiegyenlített feszültség átlagértékét fejezzük ki, akkor van
Félhullám helyesbítését váltóáram jellemzi mély hullámossága egyenirányított áram és feszültség (7.3 ábra.), Amelyek jelenléte által okozott vinil egyenirányított áram és feszültség változó összetevők - pulzálás. Kiértékelésére ingadozások változó áramkör helyesbítési Hullámossági tényező kerül bevezetésre - q, amely úgy definiálható, mint az arány a amplitúdók Am legkifejezettebb harmonikus összetevője szerepel a görbe a egyenirányított áram vagy feszültség DC komponensét áram vagy feszültség a kimeneti áramkör az egyenirányító: q
Félhullámú helyesbítés esetén, figyelembe véve a harmonikus áramösszetevőket, a hullámossági együtthatót
Ha a dióda anódja potenciálisan negatív a katódra vonatkoztatva, akkor nem vezet áramot, míg viszonylag kis visszirányú áram a diódán keresztül lehetséges, amelynek hatása sok esetben elhanyagolható.
A dióda által érzékelt feszültség a nem vezető félgömbben - az Uobp (t) fordított feszültséget az U2 (t) feszültség értéke határozza meg a transzformátor szekunder tekercselésén.
Következésképpen az ebben a körben lévő diódához tartozó fordított feszültség maximális értéke megegyezik az U2m feszültség amplitúdó értékével a transzformátor szekunder tekercselésével, azaz. Ezért a félhullámú egyfázisú egyvégű egyenirányító áramkör diódájának kiválasztásakor szükséges, hogy a maximálisan megengedhető
a fordított dióda feszültség nagyobb vagy egyenlő volt a transzformátor szekunder tekercselésénél a feszültség amplitúdójával.
A hátrányok félhullámú egyenirányító áramkör kell tartalmaznia jelentős tovagyűrűző a finomított áram és feszültség, valamint a használat nem megfelelően nagy transzformátor miatt a szekunder tekercs, ahol áram csak a fél ciklust. Az ilyen típusú egyenirányító eszközöket elsősorban kis teljesítményű erőműveknél alkalmazzák, amikor a kiegyenlített áram kicsi, és a pulzálás kielégítő simításával szűrő segítségével nyújtható.
A teljes hullámú egyvégű egyenirányító áramköre az 1. ábrán látható. 7.4. A teljes hullámú egyenirányító két félhullámú egyenirányító kombinációját jelenti, amelyeknek közös terhelése van. Ebben az esetben a transzformátor (1-3 és 3-2) szekunder tekercselésének mindkét felében lévő u2 feszültség két független szinuszos feszültségnek tekinthető, amelyek 180 ° -os szöggel fázisban egymáshoz képest eltolva vannak. Mivel mindegyik dióda csak abban az időszakban vezet áramot, amikor az anóda a katódhoz viszonyítva pozitívvá válik, nem nehéz megnézni, hogy a 3. ábrán megadott értéknél. 7.4 a feszültség iránya a transzformátor szekunder tekercselésére, az áram D1 dióda lesz. A D2 dióda zárva lesz.
Amikor a transzformátor szekunder tekercsének feszültségének iránya megváltozik, a D2 dióda vezetőképessé válik, és a D1 dióda áramot nem fog áramolni, mivel az anód a katódhoz képest negatív potenciállal rendelkezik. Így az áramkörben lévő diódák a transzformátor tekercselése során a feszültség különböző félidőiben vezetési állapotban lesznek. Az egyenirányító berendezés kimenetén lévő kiegyenlített áram- és feszültségdiagramok eredményeként. A 7.4. Ábrán a 4. ábrán látható alak látható. 7.5.
A teljes hullámú helyesbítésre vonatkozó kiegyenlített áram görbe egy harmonikus Fourier sorozatra bővíthető:
Ebben az esetben, valamint a félhullámú helyreigazítási sémában, a változó komponensekkel együtt a harmonikus sorozat tartalmazza az áram konstans komponensét is. A terhelés feszültségének állandó része (a korrigált feszültség átlagértéke)
ahol a kiegyenlített áram maximális (amplitúdó) értéke; - a transzformátor szekunder tekercsének felének feszültségének amplitúdója.
Amint az a kapott kifejezésből látható, a teljes hullámú áramkörön a terheléskorlátozott feszültség átlagos értéke megegyezik a félhullámú helyreigazítási sémával összehasonlítva.
A transzformátor szekunder tekercsének felénél a feszültség effektív értékén keresztül a terhelésnél a kiegyenlített feszültség átlagát kifejezve
A 3. ábrából következik. A teljes hullámú ciklusban az aktuális pulzációk jelentősen csökkentek a félhullámú helyreigazítási sémákhoz képest. A hullámossági tényező ebben az esetben
A fordított feszültség maximális értéke a vizsgált áramkör diódáin
Valójában, ha az egyik dióda áthalad egy áramot, a katód potenciálja majdnem megegyezik az anód potenciállal, mivel a diódán átesett feszültségcsökkenés elhanyagolható. Ugyanez a potenciál a második dióda katódjával is rendelkezik, a jelen-nem-átviteli időszak ezen részében,
Mivel mindkét dióda katódja az áramkörben van csatlakoztatva. Ennek eredményeképpen a katód potenciáljai és a nem dömpingdióda anódja közötti különbség megegyezik a transzformátor szekunder tekercsének 1 és 2 sorkapcsai közötti potenciálkülönbséggel, azaz (lásd a 7.5. Ábrát).
Összehasonlítva az áramkör a félhullámú egyenirányító teljes hullámú áram a szekunder tekercs a transzformátor nem tartalmaz DC komponenst, mivel ez tekercselés áram folyik teljes időtartama alatt, miáltal a mágnesezettség a mag ebben az esetben hiányzik, míg a termikus veszteségek csökkennek.
Ezt figyelembe véve, egy teljes hullámú helyreigazítási rendszer alkalmazása előnyösebb, mint egy félidős helyreigazítási séma.
Csökkentése a fordított feszültség ható a dióda a nem vezető része az időszak, és csökkenti a transzformátor névleges kapacitását, amikor teljes hullám helyesbítését váltakozó áram érhető el az átmenet a közösített ellenütemű áramkör a (híd) rendszer.
Az egyenirányító konfigurálja egy hídkapcsolás (ábra. 7.6) lehetővé teszi, hogy megkapjuk egyenirányított váltakozó áram teljes teljesítménnyel segítségével egy transzformátor, amelyeknek nincs közbenső érintse meg a szekunder tekercs. Ebben a rendszerben, közben egy fél ciklus, amikor a potenciális a kimenő transzformátor szekunder magasabb, mint a potenciális kimeneti b, áram halad diódák 1. és 3. Ebben az esetben a diódák 2. és a 4. a nem-vezető állapotban. A következő fél ciklusban fog végezni aktuális diódák, illetve 2 és 4 (áramkör jelzi a szaggatott nyilak mutatják. 7,6), és a diódák 1 és 3 lesz egy nem vezető állapotban. A program azt mutatja, hogy az irányt áram a terhelő áramkör során egyaránt félperiódusait az AC feszültség nem változik.
Így a vizsgált áramkör két fél-ciklusú helyreigazítási séma. A terhelésnél az átlagos egyenirányított feszültség és az egyenirányító feszültségfrekvenciájának értékeit (lásd a 7.6. Ábrát) ugyanúgy definiálják, mint egy egyfázisú teljes hullámú egyenirányító esetében.
Ez a rendszer lehetővé teszi, kijavítása kapjunk egyenirányított feszültség egy előre meghatározott számú menetet a transzformátor szekunder tekercselése kétszer kisebb, mint a közösített teljes hullámú egyenirányító áramkörrel (lásd. Ábra. 7.4), azonos feltételek mellett.
Mivel a szekunder tekercs a transzformátor ebben a rendszerben nem pulzáló áramlás, és a szinuszos váltakozó áram, ez a transzformátor csökkenti a méretét összehasonlítva a transzformátor, a szükséges teljesítmény egyetlen ciklus teljes hullámú egyenirányító, amelynek célja az azonos kapacitása mintegy 1,5-szerese.
A maximális zárófeszültség ugyanabban az egyenirányított feszültség Ud a hídkapcsolás (lásd. Ábra. 7.6) szintén két-szer kevesebb, mint a közösített teljes hullámú egyenirányító áramkör (lásd. Ábra. 7.4).
Hídkapcsolásokkal lehetővé helyesbítést AC DC nélkül antennaszimmetrizáló közvetlen összegező az AC feszültséget a híd-szelepet, ha a tápfeszültség megfelelően helyesbíti a feszültséget.
A megfontolt helyesbítési sémáknak viszonylag nagy pulzációs együttható értékei vannak. Eközben egy korrigált feszültség, amelynek hullámossági együtthatója nem haladja meg a q = 0,002-0,02 értéket, szükséges az elektronikai berendezés nagyobb részének táplálására.
A kiegyenlített feszültség hullámtörő tényezője jelentősen csökkenthető, ha az egyenirányító kimenetén egy kiegyenlítő elektromos szűrő szerepel. A legegyszerűbb simítószűrők egy kisáramú terheléssel párhuzamosan csatlakoztatott kondenzátorok (7.7. Ábra), valamint egy nagyfeszültségű terhelés sorba kapcsolt fojtótekercs (7.8. Ábra).
Más (kombinált) szűrők, amelyek a kapacitív és induktív elemek kombinációi, lehetővé teszik a hullámossági tényező kellően kicsi értékeinek elérését.
Amikor egy egyszerű kapacitív szűrő hullámosság simítás egyenirányított feszültség és áram miatt előfordul, hogy a periodikus szűrő kondenzátor Cf töltés (amikor a feszültség a transzformátor kimeneti feszültsége meghaladja a terhelés), és az ezt követő kisütés terhelési ellenállás RL.
A kondenzátor, mint ismert, nem halad át az áram konstans komponensét, és kisebb változékonyságú komponensekkel rendelkezik, annál nagyobb a frekvencia. A kapacitív szűrőket előnyösen olyan helyesbítő áramkörökben használják, amelyek kis helyesbített áramértékekkel rendelkeznek, mivel ez növeli a simítás hatékonyságát.
A legegyszerűbb induktív simító szűrőt tartalmaz induktív tekercs - fojtó sorozat a terhelést. Ennek eredményeként, lüktetése egyenirányított áram az induktor elektromotoros erő önindukciós, amelynek értelmében a törvény az elektromágneses indukció hajlamos elsimítására az áramingadozás a terhelő áramkörben, és így a hullámosság feszültség a kivezetései. Induktív szűrők tipikusan használt helyesbítését áramkörök nagy értékeket a finomított aktuális, hiszen ebben az esetben növeli a hatékonyságot a simítás.
Azokban az esetekben, amikor szükség van, hogy egy egyenirányító eszköz egy beállítható értéket a egyenirányított feszültség segítségével vezérelt egyenirányító tirisztorok által vezérelt félvezető eszközök, amelyek három szakaszban (ábra. 7,9, a, b). két véglet közül hatása alatt az alkalmazott feszültség közvetlen nyitott, és az átlagos - zárva van. Hatása alatt a kontroll áram átlagos PN - átmenetet megnyitottuk, és a tirisztor az előre irányban vezeti az elektromosságot, mint egy hagyományos félvezető dióda. Amikor polaritásának változtatásával az alkalmazott feszültség a tirisztor kezdeti (zárt) állapotában az átlagos p-n átmenetet csökken, és az áram az áramkörben a tirisztor megszűnik.
Az ellenőrző áram I vezérlésével. lehetőség van a tirisztor nyitási idejének megváltoztatására idővel, következésképpen az Uv kapcsolási feszültséggel, és megváltoztathatja a kiegyenlített áramot és feszültséget a terhelésre.