Elektriskā enerģija tiek ērti transportēta un pārveidota maiņstrāvas sprieguma veidā. Tieši šādā formā tas tiek piegādāts gala patērētājam. Bet, lai darbinātu daudzas ierīces, jums joprojām ir nepieciešams pastāvīgs spriegums.
Saturs
Kāpēc mums elektrotehnikā ir nepieciešams taisngriezis
Uzdevums pārveidot maiņstrāvas spriegumu līdzstrāvai tiek uzticēts taisngriežiem. Šī ierīce tiek plaši izmantota, un galvenās taisngriežu ierīču izmantošanas jomas radio un elektrotehnikā ir:
- līdzstrāvas veidošana jaudas elektroietaisēm (vilces apakšstacijām, elektrolīzes iekārtām, sinhrono ģeneratoru ierosmes sistēmām) un jaudīgiem līdzstrāvas motoriem;
- Strāvas avoti elektroniskām ierīcēm;
- modulētu radio signālu noteikšana;
- ieejas signāla līmenim proporcionāla konstanta sprieguma veidošana automātiskās pastiprinājuma kontroles sistēmu izbūvei.
Pilns taisngriežu klāsts ir plašs, un to nav iespējams uzskaitīt viena apskata ietvaros.
Taisngriežu darbības principi
Taisnošanas ierīču darbība balstās uz elementu vienpusējas vadītspējas īpašību. To var izdarīt dažādos veidos. Daudzi rūpniecisko lietojumu veidi ir kļuvuši par pagātni, piemēram, mehānisko sinhrono mašīnu vai elektrovakuuma ierīču izmantošana. Tagad tiek izmantoti vārsti, kas vada strāvu vienā virzienā. Ne tik sen dzīvsudraba ierīces tika izmantotas lieljaudas taisngriežiem. Šobrīd tos praktiski aizstāj pusvadītāju (silīcija) elementi.
Tipiskas taisngriežu shēmas
Taisnošanas ierīci var uzbūvēt pēc dažādiem principiem. Analizējot ierīču ķēdes, jāatceras, ka pastāvīgu spriegumu jebkura taisngrieža izejā var saukt tikai nosacīti. Šis mezgls rada pulsējošu vienvirziena spriegumu, kas vairumā gadījumu ir jāizlīdzina ar filtriem. Dažiem patērētājiem ir nepieciešama arī rektificētā sprieguma stabilizācija.
Vienfāzes taisngrieži
Vienkāršākais maiņstrāvas sprieguma taisngriezis ir viena diode.
Tas nodod patērētājam sinusoīda pozitīvos pusviļņus un “nogriež” negatīvos.
Šādas ierīces darbības joma ir maza - galvenokārt, komutācijas barošanas avota taisngriežikas darbojas salīdzinoši augstās frekvencēs. Lai gan tas rada strāvu, kas plūst vienā virzienā, tai ir būtiski trūkumi:
- augsts pulsācijas līmenis - lai izlīdzinātu un iegūtu līdzstrāvu, jums būs nepieciešams liels un apjomīgs kondensators;
- nepilnīga pazeminātā (vai paaugstinošā) transformatora jaudas izmantošana, kā rezultātā palielinās nepieciešamie svara un izmēra rādītāji;
- vidējais EML izejā ir mazāks par pusi no piegādātā EML;
- paaugstinātas prasības diodei (no otras puses, ir nepieciešams tikai viens vārsts).
Tāpēc plašāk izplatīts pilna viļņa (tilta) ķēde.
Šeit strāva plūst caur slodzi divas reizes periodā vienā virzienā:
- pozitīvs pusvilnis pa ceļu, kas norādīts ar sarkanām bultiņām;
- negatīvs pusvilnis pa ceļu, kas norādīts ar zaļām bultiņām.
Negatīvs vilnis nepazūd, bet tiek arī izmantots, tāpēc ievades transformatora jauda tiek izmantota pilnīgāk. Vidējais EMF ir divreiz lielāks nekā pusviļņa versijai. Pulsācijas strāvas forma ir daudz tuvāk taisnai līnijai, taču joprojām ir nepieciešams izlīdzinošais kondensators. Tā jauda un izmēri būs mazāki nekā iepriekšējā gadījumā, jo pulsācijas frekvence ir divas reizes lielāka par tīkla spriegumu.
Ja ir transformators ar diviem identiskiem tinumiem, kurus var savienot virknē vai ar tinumu ar krānu no vidus, pilna viļņa taisngriezi var uzbūvēt pēc citas shēmas.
Šī opcija faktiski ir pusviļņa taisngrieža dubultā ķēde, taču tai ir visas pilna viļņa taisngrieža priekšrocības. Trūkums ir nepieciešamība izmantot noteiktas konstrukcijas transformatoru.
Ja transformators ir izgatavots amatieru apstākļos, nav nekādu šķēršļu sekundāro tinumu uztīt pēc vajadzības, taču būs jāizmanto nedaudz lielāks dzelzs. Bet 4 diožu vietā tiek izmantotas tikai 2. Tas ļaus kompensēt svara un izmēra rādītāju zudumu un pat uzvarēt.
Ja taisngriezis ir paredzēts lielai strāvai un vārsti jāuzstāda uz radiatoriem, tad uz pusi mazāka diožu uzstādīšana dod ievērojamu ietaupījumu. Jāņem vērā arī tas, ka šādam taisngriežam ir divas reizes lielāka iekšējā pretestība, salīdzinot ar tilta ķēdē samontētu, tāpēc arī transformatora tinumu uzsildīšana un ar to saistītie zudumi būs lielāki.
Trīsfāzu taisngrieži
No iepriekšējās shēmas ir loģiski pāriet uz trīsfāzu sprieguma taisngriezi, kas samontēts pēc līdzīga principa.
Izejas sprieguma forma ir daudz tuvāk taisnai līnijai, pulsācijas līmenis ir tikai 14%, un frekvence ir trīs reizes lielāka par tīkla sprieguma frekvenci.
Un tomēr šīs ķēdes avots ir pusviļņu taisngriezis, tāpēc daudzus trūkumus nevar novērst pat ar trīsfāzu sprieguma avotu. Galvenais no tiem ir nepilnīga transformatora jaudas izmantošana, un vidējais EMF ir 1,17⋅E2eff (transformatora sekundārā tinuma EMF efektīvā vērtība).
Labākajiem parametriem ir trīsfāzu tilta ķēde.
Šeit izejas sprieguma pulsācijas amplitūda ir vienāda ar 14%, bet frekvence ir vienāda ar ieejas maiņstrāvas sprieguma sešstūra frekvenci, tāpēc filtra kondensatora kapacitāte būs mazākā no visām piedāvātajām opcijām. Un izejas EMF būs divreiz augstāks nekā iepriekšējā shēmā.
Šo taisngriezi izmanto ar izejas transformatoru ar zvaigznītes sekundāro tinumu, taču tas pats vārsta komplekts būs daudz mazāk efektīvs, ja to izmantos kopā ar transformatoru, kura izeja ir savienota ar trīsstūri.
Šeit pulsāciju amplitūda un frekvence ir tāda pati kā iepriekšējā ķēdē. Bet vidējais EML reizes ir mazāks nekā iepriekšējā shēmā. Tāpēc šo iekļaušanu izmanto reti.
Sprieguma pavairotāju taisngrieži
Ir iespējams izveidot taisngriezi, kura izejas spriegums būs daudzkārtējs ieejas spriegumam. Piemēram, ir ķēdes ar sprieguma dubultošanu:
Šeit kondensators C1 uzlādējas negatīvā pusperioda laikā un tiek pārslēgts virknē ar ieejas sinusoidālā viļņa pozitīvo vilni. Šīs konstrukcijas trūkums ir taisngrieža zemā kravnesība, kā arī tas, ka kondensatora C2 sprieguma vērtība ir divas reizes mazāka. Tāpēc šādu shēmu izmanto radiotehnikā mazjaudas signālu dubultošanai amplitūdas detektoriem, kā mērelementu automātiskās pastiprinājuma kontroles shēmās utt.
Elektrotehnikā un spēka elektronikā tiek izmantota cita dubultošanas shēmas versija.
Dubultajam, kas samontēts pēc Latour shēmas, ir liela kravnesība. Katrs no kondensatoriem ir zem ieejas sprieguma, tāpēc arī svara un izmēra ziņā šī opcija pārspēj iepriekšējo. Pozitīvā pusperioda laikā tiek uzlādēts kondensators C1, negatīvā - C2. Kondensatori ir savienoti virknē, un attiecībā pret slodzi - paralēli, tāpēc spriegums pāri slodzei ir vienāds ar summu uzlādēto kondensatoru spriegums. Pulsācijas frekvence ir vienāda ar divreiz lielāku tīkla sprieguma frekvenci, un vērtība ir atkarīga no jaudu vērtības. Jo lielāki tie ir, jo mazāk viļņošanās. Un šeit ir jāatrod saprātīgs kompromiss.
Ķēdes trūkums ir aizliegums iezemēt vienu no slodzes spailēm - šajā gadījumā viena no diodēm vai kondensatoriem būs īssavienojums.
Šo ķēdi var kaskādēt neierobežotu skaitu reižu. Tātad, divreiz atkārtojot iekļaušanas principu, jūs varat iegūt ķēdi ar četrkāršu spriegumu utt.
Pirmajam kondensatoram ķēdē jāiztur barošanas avota spriegums, pārējam - divreiz lielākam barošanas spriegumam. Visiem vārstiem jābūt novērtētiem dubultā reversā sprieguma gadījumā. Protams, lai ķēde darbotos droši, visiem parametriem ir jābūt vismaz 20%.
Ja nav piemērotu diožu, tās var savienot virknē - šajā gadījumā maksimālais pieļaujamais spriegums palielināsies par 1. Bet paralēli katrai diodei jāpievieno izlīdzinošie rezistori. Tas ir jādara, jo pretējā gadījumā vārstu parametru izplatības dēļ pretējais spriegums starp diodēm var tikt sadalīts nevienmērīgi. Rezultāts var būt vienas no diodēm lielākās vērtības pārsniegums. Un, ja katrs ķēdes elements ir šunts ar rezistoru (to vērtībai jābūt vienādai), tad reversais spriegums tiks sadalīts tieši tāpat. Katra rezistora pretestībai jābūt apmēram 10 reizes mazākai par diodes pretestību. Šajā gadījumā papildu elementu ietekme uz ķēdes darbību tiks samazināta līdz minimumam.
Diožu paralēlais savienojums šajā ķēdē, visticamāk, nebūs vajadzīgs, strāvas šeit ir mazas. Bet tas var būt noderīgs citās taisngriežu ķēdēs, kur slodze patērē nopietnu jaudu. Paralēlais savienojums reizina pieļaujamo strāvu caur vārstu, bet viss sabojā parametru novirzi. Rezultātā viena diode var uzņemt lielāko strāvu un to neizturēt. Lai no tā izvairītos, ar katru diodi virknē tiek ievietots rezistors.
Pretestības vērtība ir izvēlēta tā, lai pie maksimālās strāvas sprieguma kritums uz to būtu 1 volts. Tātad, pie strāvas 1 A pretestībai jābūt 1 omam. Jaudai šajā gadījumā jābūt vismaz 1 vatam.
Teorētiski sprieguma daudzveidību var palielināt bezgalīgi. Praksē jāatceras, ka šādu taisngriežu kravnesība strauji samazinās ar katru papildu posmu. Tā rezultātā jūs varat nonākt situācijā, kad sprieguma kritums pāri slodzei pārsniedz reizināšanas koeficientu un padara taisngrieža darbību bezjēdzīgu. Šis trūkums ir raksturīgs visām šādām shēmām.
Bieži vien šādi sprieguma reizinātāji tiek ražoti kā viens modulis labā izolācijā. Līdzīgas ierīces tika izmantotas, piemēram, lai izveidotu augstu spriegumu televizoros vai osciloskopos ar katodstaru lampu kā monitoru. Ir zināmas arī dubultošanas shēmas, izmantojot droseles, taču tās nav izplatītas - tinumu daļas ir grūti izgatavot un ne pārāk uzticamas darbībā.
Ir daudz taisngriežu ķēžu. Ņemot vērā šī mezgla plašo darbības jomu, ir svarīgi pieiet ķēdes izvēlei un elementu aprēķināšanai apzināti. Tikai šajā gadījumā tiek garantēta ilgstoša un uzticama darbība.
Līdzīgi raksti:
