Vienfaziai lygintuvai: tipiškos grandinės, bangos formos ir modeliavimas

Lygintuvas yra naudojamas kintamosios srovės grandinėje, norint jį konvertuoti į nuolatinę. Labiausiai paplitęs yra surinktas lygintuvas iš puslaidininkinių diodų. Tuo pačiu metu jis gali būti surinktas iš atskirų (atskirų) diodų arba jis gali būti viename korpuse (diodų komplektas).

Pažvelkime, kas yra lygintuvas, kokie jie yra, o straipsnio pabaigoje atliksime modeliavimą „Multisim“ aplinkoje. Modeliavimas padeda įtvirtinti teoriją praktikoje be surinkimo ir realių komponentų, apžvelgti įtampų ir srovių formas grandinėje.

Kintamos srovės lygintuvo grandinės

Aukščiau pateikti vaizdai rodo diodų tiltų išvaizdą. Bet tai nėra vienintelė ištiesinimo schema. Vienfazis įtampa yra trys bendros taisymo schemos:

1,1 laikotarpio periodas (1ph1n).

2. 2 pusės periodas (1ph2p).

3. 2 periodo vidurio taškas (1ph2p).

Pusinės bangos ištaisymo schema

Paprasčiausią grandinę sudaro tik vienas diodas, kuris išvestyje suteikia pastovią nestabilizuotą virpėjimo įtampą. Diodai prie maitinimo grandinės yra prijungti fazine viela arba per vieną iš transformatoriaus apvijos gnybtų, antrasis galas prie apkrovos, antrasis apkrovos polius prie neutralaus laido arba antrasis transformatoriaus apvijos gnybtas.

Veiksminga įtampos vertė apkrovoje yra maždaug pusė amplitudės. Įtampos amplitudės vertė yra tiekimo tinklo sinusinės bangos amplitudė paprastai esant kintamajai srovei.

Uampl = neveikimas * √2.

Rusijos elektros tinklams vienfazio tinklo darbinė įtampa yra 220 V, o amplitudė - maždaug 311

Paprastais žodžiais tariant - išėjimo metu mes gauname virpėjimą per pusę laikotarpio (20 ms 50 Hz) nuo 0 V iki 311 V. Vidutiniškai įtampa yra mažesnė nei 220 voltų. Tai naudojama vartotojams, kuriems nereikalaujama įtampos, arba įjungti kaitrines lempas. buitinėse ir buitinėse patalpose. Tai sumažina energijos suvartojimą ir padidina tarnavimo laiką.

Lyrinis nukrypimas:

Tokių lempų ilgaamžiškumas yra didžiulis, į dirbtuves atėjau prieš metus, o lempa buvo sumontuota dar 2013 m., Todėl ji vis dar šviečia 12 valandų kiekvieną dieną. Tačiau tokia šviesa negali būti naudojama darbo kambariuose dėl didelio virpėjimo. Įvesties ir išvesties įtampų oscilografijos parodytos žemiau:

Pusiau bangos grandinė nutraukia tik vieną pusės bangą - tai yra tai, ką matote aukščiau esančioje schemoje. Dėl tokios mitybos gauname didelį pulsavimo koeficientą.

Verta pasakyti, kad jei šiek tiek pakeisite temą ir pereisite nuo tinklo lygintuvų, tada impulsinėse schemose plačiai naudojama pusiau bangos grandinė, ištaisanti įtampą. impulsinio ritės transformatoriaus antrinis.

Esant mažos galios perjungimo maitinimo šaltiniams, ši grandinė taip pat naudojama. Būtent taip greičiausiai pagamintas jūsų mobiliojo telefono įkroviklis.

Pusinės bangos grandinė

Norėdami sumažinti sumušimo koeficientą ir filtro talpą, naudojama kita schema - dviejų dalių ciklas. Jis vadinamas - diodinis tiltas. Kintamoji įtampa tiekiama į priešingų diodų polių jungties tašką ir pastovi ženkle tuo pačiu pavadinimu. Tokio tilto išėjimo įtampa vadinama rektifikuotu pulsuojančiu (arba nestabilizuotu). Būtent šis diodų įtraukimas yra labiausiai paplitęs visose elektronikos srityse.

Diagramose matote, kad ir antroji kintamosios įtampos pusinė banga „slenka“ ir įeina į apkrovą. Pirmoje laikotarpio pusėje srovė teka per diodus VD1-VD4, antroje - per VD2-VD3 porą.

Išėjimo įtampa pulsuoja 100 Hz dažniu

Antroji grandinė naudojama maitinimo šaltiniuose su vidurio tašku, iš tikrųjų tai yra dvi pusiau bangos kartu su antrine transformatoriaus apvija su vidurio tašku. Anodai yra sujungti su kraštiniais apvijos galais, katodai yra prijungti prie vieno apkrovos gnybto (teigiamas), antrasis apkrovos gnybtas yra prijungtas prie čiaupo nuo apvijos vidurio (vidurio taško).

Išėjimo įtampos grafikas yra panašus ir mes to nenagrinėsime. Vienintelis reikšmingas skirtumas yra tas, kad srovė teka vienu metu per vieną diodą, o ne per porą, kaip tilte. Tai sumažina energijos nuostolius diodiniame tiltelyje ir perteklinį puslaidininkių kaitinimą.

Ripple faktoriaus sumažinimas

Lašėjimo koeficientas yra vertė, atspindinti, kiek išėjimo įtampa svyruoja. Arba atvirkščiai - kaip stabili ir tolygiai tiekiama srovė į apkrovą.

Norėdami sumažinti pleišėjimo koeficientą lygiagrečiai su apkrova (diodo tilto išvestis), sumontuoti įvairūs filtrai. Lengviausias variantas yra įdiegti kondensatorių. Kad virpėjimas būtų kuo mažesnis, filtro apkrovos filtro laiko konstanta R turėtų būti eilės didumo (arba, tiksliau, kelių), didesnė už virpėjimo periodą (mūsų atveju 10 ms).

Tam arba krovinys turi turėti didelę varžą ir mažą srovę, arba kondensatoriaus talpa yra pakankamai didelė.

Apskaičiuotas santykis renkantis kondensatorių yra toks:

Kp yra reikalingas virpėjimo koeficientas.

Kп = Uampl / Uavr

Norint pagerinti daugybę filtrų charakteristikų, gali būti naudojamos LC grandinės, sujungtos pagal D arba P filtrų schemą, kai kuriais atvejais ir kitos konfigūracijos. LC filtrų naudojimo radijo mėgėjų praktikoje trūkumas yra poreikis pasirinkti filtro droselį. O tinkamos nominalios vertės (induktyvumo ir srovės) dažnai nėra. Todėl jūs turite patys tai vingioti, arba išeiti iš esamos situacijos kitu būdu - iškritę iš panašios talpos maitinimo bloko.

Vienfazių lygintuvų modeliavimas

Pataisykime šią informaciją praktikoje ir pereikime prie elektros grandinių modeliavimo. Nusprendžiau, kad norint sukurti tokios paprastos schemos modelį, „Multisim“ paketas yra tobulas - lengviausia mokytis iš visų, ką žinau, ir tam reikia mažiausiai išteklių.

Tačiau jo modeliavimo algoritmai yra paprastesni nei Orcad ar Simulink (nors tai yra matematinis modeliavimas, o ne modeliavimas), todėl kai kurių schemų modeliavimo rezultatai nėra patikimi. Multisim yra tinkamas elektronikos pagrindams, tranzistoriaus darbo režimams, operaciniams stiprintuvams studijuoti.

Negalima nuvertinti šios programos galimybių, tinkamai pasirodžius, ji gali parodyti sudėtingų įrenginių darbą.

Mes apsvarstysime pirmųjų dviejų grandinių modelius, trečioji grandinė iš esmės yra panaši į antrąją, tačiau turi mažiau nuostolių dėl dviejų raktų išskyrimo ir didesnio sudėtingumo - dėl būtinybės naudoti transformatorių su čiaupu iš antrinės apvijos vidurio.

Pusinės bangos grandinė

Modeliavimo schema

Maitinimo šaltinis imituoja vienfazį namų ūkio tinklą, turintį šias charakteristikas:

• sinusoidinė srovė;

• 220 V vidutinė kvadratinė įtampa;

• dažnis - 50 Hz.

Programoje neradau ampermetro ir voltmetro, savo vaidmenį atlieka multimetrai. Vėliau atkreipkite dėmesį į jų nustatymų gausą ir galimybę pasirinkti srovės tipą.

Pateiktame modelyje multimetras XMM1 - matuoja srovę apkrovoje, XMM3 - įtampą lygintuvo išėjime, XMM2 - įtampą įvestyje, XSC2 - osciloskopą. Atkreipkite dėmesį į elementų parašus - tai pašalins klausimus analizuojant brėžinius, kurie bus žemiau. Beje, „Multisim“ pateikia tikrų diodų modelius, aš pasirinkau labiausiai paplitusią 1n4007.

Lauke esančio įėjimo (kanalo A) bangos forma su matavimo rezultatais rodoma raudonai. Mėlyna spalva - išėjimo įtampa (kanalas B). Pirmame kanale vertikalus vieno langelio padalijimo kaina yra 200 V / div, o antrojo kanalo - 500. Aš sąmoningai tai dariau, norėdamas vizualiai atskirti bangos formas, kitaip jos susiliejo.Geltona vertikali linija kairiajame ekrano trečdalyje yra metras, o įtampos vertė taške su didžiausia amplitudė aprašyta žemiau juodo ekrano.

Kaip buvo sakoma straipsnio pradžioje, įvesties amplitudė yra 311.128 V, o išėjimo amplitudė yra 310.281, beveik vieno volto skirtumas atsiranda dėl diodo kritimo. Dešinėje vaizdo pusėje yra multimetro matavimo rezultatai. Langų pavadinimai atitinka grandinėje esančius XMM multimetrų pavadinimus.

Iš diagramos matome, kad iš tikrųjų apkrovai tiekiama tik viena įtampos pusbangio banga, o jos vidutinė vertė yra 98 V, tai yra daugiau nei dviem mažesnė už ženkle nurodytą įėjimo srovę 220 V.

Toliau pateiktoje schemoje mes pridėjome filtravimo kondensatorių ir vieną multimetrą, kad būtų galima išmatuoti apkrovos srovę, atsiminkite jų parašus, kad nesusipainiotumėte studijuodami brėžinius.

Rezistorius priešais diodą reikalingas išmatuoti kondensatoriaus įkrovimo srovę, kad būtų galima sužinoti srovę - padalinkite voltų skaičių iš 1 (varža). Tačiau ateityje pastebėsime, kad esant didelėms srovėms per rezistorių krinta reikšminga įtampa, kuri realiomis sąlygomis gali sukelti painiavą matavimų metu - dėl to rezistorius gali įkaisti ir prarasti efektyvumą.

Bangos forma rodo įvesties įtampą oranžine spalva, o įvesties srovę - raudona spalva. Beje, srovės poslinkis pastebimas įtampos stiprėjimo linkme.

Ant išėjimo signalo bangos formos matome, kaip ji veikia kondensatorius - įtampa apkrovoje, kai diodas yra uždarytas ir praeina viena pusės banga, sklandžiai mažėja, jo vidutinė vertė kyla, o virpėjimas mažėja. Po teigiamos pusės bangos kondensatorius įkrauna ir procesas kartojasi.

Padidinę apkrovos pasipriešinimą koeficientu 10, sumažinome srovę, kondensatorius neturėjo laiko išsikrauti, ripples tapo daug mažiau, todėl mes įrodėme ankstesniame skyriuje aprašytą teorinę informaciją apie ripples ir srovės bei talpos poveikį jiems. Norėdami tai parodyti, galėtume pakeisti kondensatoriaus talpą.

Įvesties signalas taip pat pasikeitė - krūvio srovės sumažėjo, o jų forma liko ta pati.

Pusinės bangos grandinė

Pažvelkime, kaip veikia abiejų pusmečių taisymo schema. Prie įėjimo įrengėme diodinį tiltą.

Oscilografijos rodo, kad abi pusinės bangos patenka į apkrovą, tačiau virpėjimas yra labai didelis.

Apatinė pusės bangos pusė esant srovei (raudona spalva) pasirodė įvesties bangos formoje.

Sumažinkite pulsavimą įvesdami filtravimo elektrolitinį kondensatorių. Praktikoje pageidautina lygiagrečiai įdiegti keraminį, kad sumažėtų sinusoidinio aukšto dažnio komponentai (harmonikos).

Įvesties bangos forma rodo, kad atvirkštinė pusinė banga buvo pridėta įkrovus kondensatorių (po tilto ji tampa teigiama).

Išėjimo bangos forma rodo, kad pulsavimas tapo mažesnis nei pirmoje grandinėje su filtravimo kondensatoriumi. Atkreipkite dėmesį, kad įtampa linkusi į amplitudę. Kuo mažesnis pulsavimas, tuo jo vidutinė vertė yra didesnė už amplitudę.

Jei padidinsime apkrovos srovę 20 kartų, sumažindami jos pasipriešinimą, išėjime pamatysime stiprius virpėjimus.

Ir didesnės įkrovos srovės prie įėjimo, fazės srovės poslinkis yra labai pastebimas. Kondensatoriaus įkrovimo procesas vyksta ne linijiškai, o eksponentiškai, todėl matome, kad įtampa kyla ir srovė mažėja.

Išvada

Lygintuvai plačiai naudojami visose elektronikos ir apskritai elektros srityse. Lygintuvo grandinės montuojamos visur - nuo miniatiūrinių maitinimo šaltinių ir radijo imtuvų iki galingiausių kranų nuolatinės srovės variklių maitinimo grandinių.

Modeliavimas puikiai padeda suprasti grandinėse vykstančius procesus ir ištirti, kaip keičiasi srovės, keičiantis grandinės parametrams. Tobulėjant šiuolaikinėms technologijoms, galima ištirti sudėtingus elektrinius procesus be brangios įrangos, tokios kaip spektriniai analizatoriai, dažnio matuokliai, osciloskopai, savirašiai ir ypač tikslūs voltamperiai. Tai leidžia išvengti klaidų projektuojant grandines prieš surinkimą.