Vienfāzes taisngrieži: tipiskas shēmas, viļņu formas un modelēšana

Maiņstrāvas ķēdē tiek izmantots taisngriezis, lai to pārveidotu līdzstrāvas stāvoklī. Visizplatītākais ir samontēts taisngriezis no pusvadītāju diodēm. Tajā pašā laikā to var samontēt no diskrētām (atsevišķām) diodēm vai arī tas var būt vienā korpusā (diodes mezgls).

Apskatīsim, kas ir taisngriezis, kādi tie ir, un raksta beigās mēs veiksim simulāciju Multisim vidē. Modelēšana palīdz nostiprināt teoriju praksē bez montāžas un reāliem komponentiem, aplūkot sprieguma un strāvas formas shēmā.

Maiņstrāvas taisngrieža shēmas

Augšējie attēli parāda diožu tiltu izskatu. Bet šī nav vienīgā iztaisnošanas shēma. Vienfāzes spriegumam ir trīs izplatītas korekcijas shēmas:

1,1 pusperiods (1ph1n).

2. 2-pusperiods (1ph2p).

3. 2-pusperiods ar viduspunktu (1ph2p).

Pusviļņu korekcijas shēma

Vienkāršākā shēma sastāv tikai no vienas diodes, kas izejā nodrošina nemainīgu nestabilizētu pulsācijas spriegumu. Diodes ir savienotas ar strāvas ķēdi ar fāzes vadu vai ar vienu no transformatora tinuma spailēm, otro galu pie slodzes, otro slodzes polu pie neitrāla vada vai transformatora tinuma otro spaili.

Slodzes sprieguma faktiskā vērtība ir aptuveni puse no amplitūdas. Sprieguma amplitūdas vērtība parasti ir maiņstrāvas padeves tīkla sinusoidālā viļņa amplitūda.

Uampl = Darbība * √2.

Elektriskajiem tīkliem Krievijā vienfāzes tīkla darba spriegums ir 220 V, un amplitūda ir aptuveni 311

Vienkāršiem vārdiem sakot - izejā mēs iegūstam ripples pusi no perioda garuma (20 ms 50 Hz) no 0 V līdz 311 V. Vidēji spriegums ir mazāks par 220 voltiem, tas tiek izmantots, lai patērētu patērētājus, kuriem nav nepieciešama sprieguma kvalitāte, vai lai ieslēgtu kvēlspuldzes. saimniecības telpās un saimniecības telpās. Tas samazina enerģijas patēriņu un palielina kalpošanas laiku.

Liriskā novirze:

Šādu lampu izturība ir kolosāla, es uz darbnīcu ierados pirms gada, un lukturis tika uzstādīts jau 2013. gadā, tāpēc tas joprojām spīd 12 stundas katru dienu. Bet augstu gaismu dēļ šādu gaismu nevar izmantot darba telpās. Ieejas un izejas spriegumu oscilogrammas ir parādītas zemāk:

Pusviļņu ķēde nogriež tikai vienu pusviļņu, tas ir tas, ko redzat diagrammā iepriekš. Šīs barošanas dēļ mēs iegūstam lielu pulsācijas koeficientu.

Ir vērts teikt, ka, ja mazliet maināt tēmu un pārslēdzaties no tīkla taisngrieži, tad pusviļņu ķēde tiek plaši izmantota impulsa shēmās, izlīdzinot spriegumu impulsa spoles transformators sekundārais.

Zemas jaudas komutācijas barošanas avotos tiek izmantota arī šī shēma. Tieši tā, visticamāk, tiek izgatavots jūsu mobilā tālruņa lādētājs.

Pusviļņu ķēde

Lai samazinātu pulsācijas koeficientu un filtra ietilpību, tiek izmantota cita shēma - divciklu cikls. To sauc - diode tilts. Maiņstrāvas spriegums tiek piegādāts diožu pretējo polu pieslēguma vietai, un konstanta zīme no tā paša nosaukuma. Šāda tilta izejas spriegumu sauc par rektificētu pulsējošu (vai nav stabilizētu). Tieši šī diožu iekļaušana ir visizplatītākā visās elektronikas jomās.

Diagrammās jūs redzat, ka gan mainīgais spriegums, gan otrais pusvilnis “izslīd” un ieiet slodzē. Perioda pirmajā pusē strāva plūst caur diodēm VD1-VD4, otrajā - caur VD2-VD3 pāri.

Izejas spriegums pulsē ar frekvenci 100 Hz

Otro ķēdi izmanto barošanas avotos ar viduspunktu, faktiski tie ir divi pusviļņi, kas apvienoti ar transformatora ar viduspunktu sekundāro tinumu. Anodi ir savienoti ar tinuma galējiem galiem, katodi ir savienoti ar vienu slodzes spaili (pozitīvs), otrais slodzes terminālis ir savienots ar krānu no tinuma vidus (viduspunkts).

Izejas sprieguma diagramma ir līdzīga, un mēs to neuzskatīsim. Vienīgā būtiskā atšķirība ir tā, ka strāva plūst vienlaicīgi caur vienu diodi, nevis caur pāri kā tiltā. Tas samazina enerģijas zudumus uz diožu tilta un pārmērīgu pusvadītāju sildīšanu.

Ripple koeficienta samazināšana

Viļņa koeficients ir vērtība, kas atspoguļo, cik strauji izmainās izejas spriegums. Vai arī otrādi - cik stabila un vienmērīga slodze tiek piegādāta strāvai.

Lai samazinātu pulsācijas koeficientu paralēli slodzei (diodes tilta izejai), tiek uzstādīti dažādi filtri. Vienkāršākā iespēja ir uzstādīt kondensatoru. Lai ripples būtu pēc iespējas mazākas, filtra slodzes filtra laika konstantei R vajadzētu būt lieluma pakāpei (vai drīzāk vairākām) lielākai par pulsācijas periodu (mūsu gadījumā 10 ms).

Šim nolūkam vai nu slodzei jābūt ar lielu pretestību un mazu strāvu, vai arī kondensatora kapacitāte ir pietiekami liela.

Aprēķinātā attiecība kondensatora izvēlei ir šāda:

Kp ir nepieciešamais pulsācijas koeficients.

Kп = Uampl / Uavr

Lai uzlabotu vairākus filtru parametrus, var izmantot LC shēmas, kas savienotas saskaņā ar D vai P filtru shēmu, dažos gadījumos arī citas konfigurācijas. LC filtru izmantošanas trūkums radioamatieru praksē ir nepieciešamība izvēlēties filtra droseli. Un pareizais nominālajai vērtībai (induktivitātei un strāvai) bieži vien nav pie rokas. Tādēļ jums tas ir vai nu pats jāatspoļo, vai arī jāiziet no pašreizējās situācijas citā veidā - izkrītot no jaudas ziņā līdzīga barošanas bloka.

Vienfāzes taisngrieži

Fiksēsim šo informāciju praksē un pievērsīsimies elektrisko ķēžu modelēšanai. Es nolēmu, ka, lai izveidotu tik vienkāršas shēmas modeli, Multisim pakete ir perfekta - to ir visvieglāk mācīties no visa, ko es zinu, un tas prasa vismazāk resursu.

Tomēr viņa modelēšanas algoritmi ir vienkāršāki nekā Orcad vai Simulink (kaut arī šī ir matemātiska modelēšana, nevis simulācija), tāpēc dažu shēmu modelēšanas rezultāti nav ticami. Multisim ir piemērots, lai izpētītu elektronikas pamatus, tranzistora darbības režīmus, darbības pastiprinātājus.

Nenovērtējiet par zemu šīs programmas iespējas, ar pareizu pieeju tā var parādīt sarežģītu ierīču darbu.

Mēs apsvērsim pirmo divu ķēžu modeļus, trešā ķēde būtībā ir līdzīga otrajai, taču tai ir mazāki zaudējumi divu taustiņu izslēgšanas un lielākas sarežģītības dēļ - sakarā ar nepieciešamību izmantot transformatoru ar krānu no sekundārā tinuma vidus.

Pusviļņu ķēde

Shēma, pēc kuras modelēšana

Strāvas avots imitē vienfāzes sadzīves tīklu ar šādām īpašībām:

• sinusoidālā strāva;

• 220 V vidējais kvadrātiskais spriegums;

• frekvence - 50 Hz.

Programmā neatradu ampērmetru un voltmetru, savu lomu spēlē multimetri. Vēlāk pievērsiet uzmanību to iestatījumu pārpilnībai un spējai izvēlēties strāvas veidu.

Dotajā modelī multimetrs XMM1 - mēra strāvu slodzē, XMM3 - spriegumu taisngrieža izejā, XMM2 - spriegumu pie ieejas, XSC2 - osciloskopu. Pievērsiet uzmanību elementu parakstiem - tas izslēps jautājumus, analizējot zīmējumus, kas būs zemāk. Starp citu, Multisim piedāvā reālu diožu modeļus, es izvēlējos visizplatītāko 1n4007.

Viļņa forma pie ieejas (kanāls A) laukā ar mērījumu rezultātiem tiek parādīta sarkanā krāsā. Zilā krāsā - izejas spriegums (kanāls B). Pirmajam kanālam vienas šūnas vertikālās dalīšanas cena ir 200 V / div, bet otrajam - 500. Apzināti to darīju, lai vizuāli sadalītu viļņu formas, pretējā gadījumā tās saplūst.Dzeltenā vertikālā līnija ekrāna kreisajā trešdaļā ir metrs, zem melnā ekrāna ir aprakstīta sprieguma vērtība punktā ar maksimālo amplitūdu.

Ievades amplitūda ir 311.128 V, kā tika teikts raksta sākumā, un izejas amplitūda ir 310,281, gandrīz viena volta starpība rodas diodes krišanas dēļ. Attēla labajā pusē ir multimetra mērījumu rezultāti. Logu nosaukumi atbilst XMM multimetru nosaukumiem shēmā.

No diagrammas mēs redzam, ka slodzei tiek piegādāts tikai viens sprieguma pusviļņu spriegums, un tā vidējā vērtība ir 98 V, kas ir par vairāk nekā diviem mazāk nekā ieejas strāva 220 V maiņstrāva.

Nākamajā diagrammā mēs pievienojām filtrēšanas kondensatoru un vienu multimetru, lai izmērītu slodzes strāvu, atcerieties viņu parakstus, lai nemulsinātu sajaukt, pētot zīmējumus.

Rezistors diodes priekšā ir nepieciešams, lai izmērītu kondensatora uzlādes strāvu, lai uzzinātu strāvu - sadaliet voltu skaitu ar 1 (pretestība). Tomēr nākotnē mēs pamanīsim, ka pie lielām straumēm visā rezistorā nokrītas ievērojams spriegums, kas reālos apstākļos var būt mulsinošs mērījumu laikā - tas rezistoru varētu sakarst un samazinātu efektivitāti.

Viļņa forma rāda ieejas spriegumu oranžā krāsā un ieejas strāvu sarkanā krāsā. Starp citu, ir pamanāma strāvas nobīde sprieguma virziena virzienā.

Uz izejas signāla viļņu formas mēs redzam, kā tā darbojas kondensators - spriegums slodzē, kamēr diode ir aizvērta un pāriet viens pusviļnis, vienmērīgi samazinās, tā vidējā vērtība palielinās un pulsācija samazinās. Pēc pozitīva pusviļņa kondensators uzlādējas un process atkārtojas.

Palielinot slodzes pretestību par koeficientu 10, mēs samazinājām strāvu, kondensatoram nebija laika izlādēties, ripples kļuva daudz mazāk, tāpēc mēs pierādījām iepriekšējā sadaļā aprakstīto teorētisko informāciju par ripples un strāvas un jaudas ietekmi uz tiem. Lai to parādītu, mēs varētu mainīt kondensatora kapacitāti.

Mainījās arī ieejas signāls - lādēšanas strāvas samazinājās, un to forma nemainījās.

Pusviļņu ķēde

Apskatīsim, kā darbojas abu pusperiodu korekcijas shēma. Mēs uzstādījām diožu tiltu pie ieejas.

Oscilogrāfijas parāda, ka abi pusviļņi nonāk slodzē, bet ripples ir ļoti lielas.

Puses viļņa apakšējā puse pie strāvas (sarkanā krāsā) parādījās ieejas viļņu formā.

Samaziniet pulsāciju, ieejā uzstādot filtrējošu elektrolītisko kondensatoru. Praksē ir vēlams paralēli tam uzstādīt keramiku, lai samazinātu sinusoīda (harmonikas) augstfrekvences komponentus.

Ieejas viļņu forma parāda, ka apgrieztais pusviļnis tika pievienots, kad kondensators tika uzlādēts (pēc tilta tas kļūst pozitīvs).

Izejas viļņu forma parāda, ka pulsācija ir kļuvusi mazāka nekā pirmajā ķēdē ar filtrējošu kondensatoru. Ņemiet vērā, ka spriegumam ir tendence uz amplitūdu, jo mazāk pulsācijas, jo tuvāk tā vidējā vērtība ir amplitūdai.

Ja mēs 20 reizes palielināsim slodzes strāvu, samazinot tā pretestību, pie izejas mēs redzēsim spēcīgus ripples.

Un lielākas lādēšanas strāvas pie ieejas, fāzes strāvas nobīde ir ļoti pamanāma. Kondensatora uzlādes process nenotiek lineāri, bet eksponenciāli, tāpēc mēs redzam, ka spriegums palielinās un strāva samazinās.

Secinājums

Taisngrieži tiek plaši izmantoti visās elektronikas un elektrības jomās. Taisngrieža shēmas tiek uzstādītas visur - sākot no miniatūriem barošanas avotiem un radioaparātiem līdz celtņu aprīkojuma visspēcīgāko līdzstrāvas motoru strāvas ķēdēm.

Simulācija lieliski palīdz izprast ķēdēs notiekošos procesus un izpētīt, kā mainās strāvas, mainoties ķēdes parametriem. Mūsdienu tehnoloģiju attīstība ļauj izpētīt sarežģītus elektriskos procesus bez dārgām iekārtām, piemēram, spektrālajiem analizatoriem, frekvences mērītājiem, osciloskopiem, reģistratoriem un īpaši precīziem voltammetriem. Tas ļauj izvairīties no kļūdām, projektējot shēmas pirms montāžas.