Energia electrică este transportată și transformată în mod convenabil sub forma unei tensiuni alternative. În această formă este livrat consumatorului final. Dar multe dispozitive au nevoie în continuare de tensiune continuă pentru a fi alimentate.
Conținut
Redresoare în inginerie electrică
Redresoarele sunt utilizate pentru a converti curenții alternativi în curenți direcți. Acest dispozitiv este utilizat pe scară largă și principalele domenii de utilizare a redresoarelor în radio și inginerie electrică:
- formarea curentului continuu pentru instalațiile electrice de putere (stații de tracțiune, instalații de electroliză, sisteme de excitație a generatoarelor sincrone) și motoare puternice de curent continuu;
- surse de alimentare pentru dispozitive electronice;
- detectarea semnalelor radio modulate;
- Generarea unei tensiuni directe proporționale cu nivelul semnalului de intrare pentru construirea unor sisteme de control automat al câștigului.
Gama completă de aplicații pentru redresoare este foarte largă și nu este posibil să le enumerăm pe toate într-o singură prezentare generală.
Principiile redresorului
Dispozitivele redresoare se bazează pe principiul conductivității unidirecționale a elementelor. Acest lucru se poate face în diferite moduri. Multe modalități pentru aplicațiile industriale sunt de domeniul trecutului - de exemplu, utilizarea mașinilor mecanice sincrone sau a dispozitivelor cu electrovacuum. În prezent, se folosesc supape care conduc curentul pe o parte. Nu cu mult timp în urmă, dispozitivele cu mercur erau folosite pentru redresoare de mare putere. Astăzi, acestea au fost practic înlocuite de elementele semiconductoare (siliciu).
Diagrame tipice de redresor
Dispozitivele de redresare pot fi construite în conformitate cu diferite principii. Atunci când se analizează diagramele redresoarelor, trebuie reținut faptul că tensiunea la ieșirea oricărui redresor poate fi numită constantă doar în mod convențional. Această unitate produce o tensiune unidirecțională pulsatorie, care, în majoritatea cazurilor, trebuie netezită prin filtre. Unii consumatori necesită, de asemenea, stabilizarea tensiunii redresate.
Redresoare monofazate
Cel mai simplu redresor de curent alternativ este o singură diodă.
Acesta transmite jumătatea de undă pozitivă a undei sinusoidale către consumator și "taie" jumătatea de undă negativă.
Domeniul de aplicare al unui astfel de dispozitiv este mic - în principal, Redresoare în sursele de alimentare cu comutațieRedresorul are o gamă limitată de aplicații, în principal în redresoarele pentru surse de alimentare cu comutație care funcționează la frecvențe relativ ridicate. Deși furnizează curent care circulă într-o singură direcție, are dezavantaje semnificative:
- un nivel ridicat de ondulație - ar fi necesar un condensator mare și greoi pentru a netezi și a produce un curent constant;
- Subutilizarea capacității transformatoarelor de reducere (sau de creștere), ceea ce duce la creșterea cerințelor de greutate și dimensiune;
- EMF-ul mediu de ieșire este mai mic de jumătate din EMF-ul de intrare;
- cerințe mai mari de diode (pe de altă parte - este necesară o singură supapă).
Prin urmare, cea mai răspândită este Circuit cu dublă semiperioadă (punte).
Aici, curentul trece prin sarcină de două ori pe perioadă în aceeași direcție:
- Semionda pozitivă de-a lungul traseului indicat de săgețile roșii;
- jumătatea de undă negativă de-a lungul traseului indicat de săgețile verzi.
Semionda negativă nu se pierde și este, de asemenea, utilizată, astfel încât puterea transformatorului de intrare este utilizată mai mult. CEM-ul mediu este de două ori mai mare decât cel al versiunii cu o singură jumătate de undă. Forma de undă a curentului pulsatoriu este mult mai apropiată de o linie dreaptă, dar este încă necesar un condensator de netezire. Capacitatea și dimensiunile sale vor fi mai mici decât în cazul precedent, deoarece frecvența de ondulație este dublă față de frecvența tensiunii de rețea.
În cazul în care există un transformator cu două înfășurări identice care pot fi conectate în serie sau cu înfășurarea care se conturează în afara centrului, se poate construi un redresor cu dublă jumătate de perioadă într-un circuit diferit.
Acesta este de fapt o dublare a redresorului cu o singură semiperioadă, dar are avantajul unei semiperioade duble. Dezavantajul este că un transformator trebuie să aibă un design specific.
În cazul în care transformatorul este realizat ca un amator, nu există niciun obstacol pentru a înfășura secundarul așa cum este necesar, dar fierul trebuie să fie oarecum supradimensionat. În loc de 4 diode se folosesc doar 2. Acest lucru va compensa pierderea de masă și chiar creșterea.
În cazul în care redresorul este proiectat pentru un curent ridicat și supapele trebuie montate pe radiatoare, atunci instalarea a jumătate din numărul de diode oferă o economie semnificativă. De asemenea, rețineți că acest redresor are o rezistență internă dublă față de un circuit în punte, astfel încât încălzirea înfășurărilor transformatorului și pierderile asociate vor fi, de asemenea, mai mari.
Redresoare trifazate
Din diagrama anterioară este logic să trecem la un redresor de tensiune trifazată, asamblat pe un principiu similar.
Forma tensiunii de ieșire este mult mai apropiată de o linie dreaptă, nivelul de ondulație este de numai 14%, iar frecvența este egală cu tripla frecvenței tensiunii de rețea.
Cu toate acestea, sursa acestui circuit este un redresor cu o singură jumătate de perioadă, astfel încât multe dintre dezavantaje nu pot fi evitate nici măcar cu o sursă de tensiune trifazată. Principalul dezavantaj este că transformatorul nu este utilizat pe deplin, iar CEM-ul mediu este de 1,17⋅E2eff (EMF secundară efectivă a transformatorului).
Cei mai buni parametri sunt dați de circuitul punte trifazat.
Aici, amplitudinea de ondulație a tensiunii de ieșire este aceeași cu 14%, dar frecvența este egală cu frecvența inferioară a tensiunii de intrare de curent alternativ, astfel încât capacitatea condensatorului de filtrare va fi cea mai mică dintre toate opțiunile prezentate. Și EMF de ieșire va fi de două ori mai mare decât în circuitul anterior.
Redresorul este utilizat cu un transformator care are o ieșire în stea, dar același aranjament de supapă va fi mult mai puțin eficient cu un transformator cu ieșire în triunghi.
Aici, amplitudinea și frecvența ondulației sunt aceleași ca în aranjamentul anterior. Cu toate acestea, câmpul electromagnetic mediu este de un factor de unu. Prin urmare, această conexiune este rar utilizată.
Redresoare cu multiplicare de tensiune
Este posibil să se construiască un redresor, a cărui tensiune de ieșire este un multiplu al tensiunii de intrare. De exemplu, există circuite cu dublarea tensiunii:
Aici, condensatorul C1 este încărcat în timpul semicercului negativ și este comutat în serie cu unda pozitivă a undei sinusoidale de intrare. Dezavantajul acestei construcții este capacitatea de încărcare redusă a redresorului și faptul că condensatorul C2 este sub valoarea dublă a tensiunii. Prin urmare, o astfel de schemă este utilizată în radiotehnică pentru a rectifica cu dublarea semnalelor de putere mică pentru detectoarele de amplitudine, ca un corp de măsurare în circuitele de control automat al câștigului etc.
În ingineria electrică și în electronica de putere se utilizează o altă variantă de circuit de dublare.
Un dublor asamblat conform circuitului lui Latour are o capacitate de încărcare mare. Fiecare dintre condensatori se află sub tensiunea de intrare, astfel încât, în ceea ce privește masa și dimensiunile, această variantă câștigă și ea în fața celei precedente. Condensatorul C1 este încărcat în timpul semiperioadei pozitive, iar C2 în timpul semiperioadei negative. Condensatoarele sunt conectate în serie și în paralel cu sarcina, astfel încât tensiunea pe sarcină este suma dintre a tensiunilor condensatorilor încărcați. Frecvența ondulației este egală cu de două ori frecvența tensiunii de linie, iar mărimea depinde de valoarea capacității. Cu cât este mai mare capacitatea, cu atât este mai mică ondulația. Și aici trebuie găsit un compromis rezonabil.
Dezavantajul acestui circuit este că una dintre bornele de sarcină nu trebuie să fie împământată - în acest caz, una dintre diode sau condensatori va fi scurtcircuitată.
Acest circuit poate fi conectat în cascadă de un număr nelimitat de ori. Astfel, prin repetarea principiului de comutare de două ori, este posibil să se obțină un circuit cu tensiune cvadruplă etc.
Primul condensator din circuit trebuie să fie capabil să reziste la tensiunea de alimentare, iar celelalte trebuie să reziste la dublul tensiunii de alimentare. Toate porțile trebuie să fie proiectate pentru o tensiune inversă dublă. Desigur, pentru ca circuitul să funcționeze în mod fiabil, toți parametrii trebuie să aibă o marjă de cel puțin 20%.
În cazul în care nu sunt disponibile diode adecvate, acestea pot fi conectate în serie, ceea ce va crește tensiunea maximă admisă cu un multiplu. Dar, în paralel cu fiecare diodă, trebuie incluse rezistențe de egalizare. Acest lucru trebuie făcut, deoarece altfel tensiunea inversă poate fi distribuită inegal între diode din cauza variației parametrilor porții. Acest lucru poate duce la depășirea celei mai mari valori pentru una dintre diode. Și dacă fiecare element al lanțului este acoperit cu o rezistență (valoarea lor nominală trebuie să fie aceeași), atunci tensiunea inversă va fi distribuită în mod strict egal. Rezistența fiecărui rezistor trebuie să fie de aproximativ 10 ori mai mică decât rezistența inversă a diodei. În acest caz, efectul elementelor suplimentare asupra funcționării circuitului va fi minimizat.
Conectarea paralelă a diodelor în acest circuit este puțin necesară, curenții nu sunt mari. Dar poate fi utilă în alte circuite de redresare în care sarcina consumă o putere serioasă. Conectarea în paralel multiplică curentul admisibil prin supapă, dar dă peste cap variația parametrilor. Ca urmare, o diodă poate primi cel mai mare curent și nu îl poate suporta. Pentru a evita acest lucru, un rezistor este plasat în serie cu fiecare diodă.
Valoarea nominală a rezistorului este aleasă astfel încât, la curentul maxim, căderea de tensiune pe acesta să fie de 1 volt. Deci, pentru un curent de 1 A, rezistența ar trebui să fie de 1 ohm. În acest caz, puterea trebuie să fie de cel puțin 1 W.
Teoretic, multiplicitatea tensiunii poate fi mărită până la infinit. În practică, amintiți-vă că capacitatea de încărcare a acestor redresoare scade brusc cu fiecare etapă suplimentară. Rezultatul poate fi o situație în care căderea de tensiune pe sarcină depășește multiplicitatea de multiplicare și face ca redresorul să fie inutil. Acest dezavantaj este comun tuturor acestor circuite.
Adesea, aceste multiplicatoare de tensiune sunt produse sub forma unui singur modul în condiții bune de izolare. Astfel de dispozitive au fost utilizate, de exemplu, pentru a genera înaltă tensiune în televizoare sau osciloscoape cu un tub catodic ca monitor. Circuitele de dublare care utilizează inductanțe sunt, de asemenea, cunoscute, dar nu s-au răspândit pe scară largă - piesele de înfășurare sunt dificil de fabricat și nu sunt foarte fiabile în funcționare.
Există câteva scheme de redresoare disponibile. Având în vedere gama largă de aplicații pentru această unitate, este important să se abordeze în mod conștient selecția circuitului și calculul elementelor. Numai atunci este garantată o funcționare lungă și fiabilă.
Articole conexe:
