מיישרים חד פאזיים: מעגלים טיפוסיים, צורות גל ומודלים

מיישר משמש במעגל זרם חילופין כדי להמיר אותו לזרם ישר. הנפוץ ביותר הוא מיישר שהורכב מדיודות מוליכים למחצה. במקביל, ניתן להרכיב אותו מדיודות דיסקרטיות (נפרדות), או שזה יכול להיות בבית אחד (מכלול דיודות).

בואו נראה מה זה מיישר, מה הם ובסוף המאמר נערוך הדמיה בסביבת מולטיסים. דוגמנות עוזרת לגבש את התיאוריה בפועל, ללא הרכבה ורכיבים אמיתיים, להציג את צורות המתחים והזרמים במעגל.

מעגלי מיישר AC

התמונות שלמעלה מראות מראה של גשרי דיודה. אבל זו לא תוכנית היישר היחידה. עבור מתח חד-פאזי, יש שלוש תוכניות תיקון נפוצות:

1.1-חצי תקופה (1ph1n).

2. תקופה של 2 וחצי (1ph2p).

3. תקופה של 2 וחצי עם נקודת אמצע (1ph2p).

ערכת תיקון חצי גל

המעגל הפשוט ביותר מורכב מדיודה אחת בלבד, המעניקה מתח אדווה בלתי יציב קבוע ביציאה. דיודות מחוברות למעגל הכוח באמצעות חוט פאזה, או על ידי אחד המסופים של סליל השנאי, הקצה השני לעומס, עמוד העומס השני לחוט הנייטרלי או המסוף השני של השנאי המתפתל.

הערך האפקטיבי של המתח בעומס הוא כמחצית המשרעת. ערך המשרעת של המתח הוא משרעת הגל הסינוס של רשת האספקה ​​במקרה הכללי לזרם חילופי

Uampl = פעולה * √2.

עבור רשתות חשמליות ברוסיה מתח ההפעלה של רשת חד פאזית הוא 220 וולט, והמשרעת היא כ 311

במילים פשוטות - בתפוקה אנו מקבלים אדוות שאורכם חצי תקופה (20 מילימטרים למשך 50 הרץ) מ- 0 וולט ל- 311 V. בממוצע, המתח הוא פחות מ -220 וולט, זה משמש לצרכני חשמל שאינם תובעניים לאיכות המתח או להדלקת נורות ליבון. בחדרי השירות ובחדרי השירות. זה מקטין את צריכת החשמל ומגדיל את חיי השירות.

עריכה לירית:

העמידות של מנורות כאלה היא ענקית, הגעתי לסדנה לפני שנה, והמנורה הותקנה עוד בשנת 2013, כך שהיא עדיין מאירה במשך 12 שעות בכל יום. אך אור כזה אינו יכול לשמש בחדרי עבודה, בגלל אדווה גבוהה. להלן אוסילוגרמות של מתחי כניסה ויציאה:

מעגל חצי הגל מנותק רק חצי גל אחד, וזה מה שרואים בתרשים למעלה. בגלל אספקת החשמל הזו אנו מקבלים גורם אדווה גדול.

כדאי לומר שאם משנים מעט את הנושא ועוברים ממיישרים ברשת, אז נעשה שימוש נרחב במעגל חצי גל במעגלים פועמים, מיישרים מתח. שנאי סליל הדופק משני.

במכשירי כוח מיתוגיים בעלי הספק נמוך, משתמשים גם במעגל זה. כך בדיוק נוצר ככל הנראה מטען הטלפון הנייד שלך.

מעגל חצי גל

כדי להפחית את מקדם האדווה ואת יכולת הסינון, משתמשים בתכנית נוספת - מחצית המחזור. זה נקרא - גשר דיודה. מתח לסירוגין מועבר לנקודת החיבור של הקטבים הנגדים של הדיודות, וסימן קבוע מאותו שם. מתח היציאה של גשר כזה נקרא פעולת תיקון (או לא מיוצבת). ההכללה הזו של דיודות היא הנפוצה ביותר בכל תחומי האלקטרוניקה.

בתרשימים אתה רואה ששני הגל השני של המתח המתחלף "מתהפך" ונכנס לעומס. במחצית הראשונה של התקופה זורם זרם דרך הדיודות VD1-VD4, בשני דרך זוג VD2-VD3.

מתח היציאה פועם בתדר של 100 הרץ

המעגל השני משמש באספקת חשמל עם נקודת אמצע, למעשה מדובר בשני גל חצי משולב עם סלילה משנית של שנאי עם נקודת אמצע. אנודות מחוברות לקצוות הקיצוניים של המתפתל, קתודות מחוברות למסוף עומס אחד (חיובי), מסוף העומס השני מחובר לברז מאמצע הפיתול (נקודת אמצע).

גרף מתח היציאה דומה ולא נשקול אותו. ההבדל המשמעותי היחיד הוא שהזרם זורם במקביל דרך דיודה אחת, ולא דרך זוג כמו בגשר. זה מקטין את אובדן האנרגיה בגשר הדיודה ואת חימום עודף של מוליכים למחצה.

הפחתת גורם אדווה

גורם האדווה הוא ערך המשקף עד כמה מתח היציאה אדווה. או להפך - כמה יציב ואחיד הזרם מועבר לעומס.

כדי להפחית את מקדם האדווה במקביל לעומס (תפוקת גשר הדיודה), מותקנים פילטרים שונים. האפשרות הקלה ביותר היא להתקין קבל. בכדי שהאדווה תהיה קטנה ככל האפשר, קבוע זמן הסינון R של עומס המסנן צריך להיות בסדר גודל (או ליתר דיוק כמה) גדול יותר מתקופת האדווה (במקרה שלנו, 10 ms).

לשם כך, לעומס צריך להיות בעל עמידות גבוהה וזרם נמוך, או שקיבול הקבל גדול מספיק.

היחס המחושב לבחירת קבל הוא כדלקמן:

Kp הוא גורם האדווה הנדרש.

Kп = Uampl / Uavr

כדי לשפר מספר מאפייני פילטר, ניתן להשתמש במעגלי LC המחוברים על פי סכמת D- או P-filter, במקרים מסוימים תצורות אחרות. החיסרון בשימוש במסנני LC בתרגול רדיו חובבני הוא הצורך לבחור חנק פילטר. והנכון ביותר לערך הנקוב (השראות וזרם) הוא לרוב לא בהישג יד. לכן אתה צריך לסובב אותו בעצמך, או לצאת מהמצב הנוכחי בדרך אחרת - על ידי נשירה מיחידת אספקת חשמל דומה בקיבולת.

הדמיה של מיישרים חד פאזיים

בואו נתקן את המידע הזה הלכה למעשה ונרצה למודלים של מעגלים חשמליים. החלטתי שכדי ליצור דגם של תוכנית כל כך פשוטה, חבילת ה- Multisim מושלמת - היא הקלה ביותר ללמוד מכל מה שאני יודע ודורשת הכי פחות משאבים.

עם זאת, אלגוריתמי הדוגמנות שלו פשוטים יותר מאשר ב- Orcad או Simulink (למרות שמדובר בדוגמנות מתמטית, לא סימולציה), לכן, תוצאות הדוגמנות של כמה תוכניות אינן אמינות. Multisim מתאים ללימוד היסודות של אלקטרוניקה, מצבי תפעול טרנזיסטורים, מגברים תפעוליים.

אל תזלזל ביכולותיה של תוכנית זו, בגישה הנכונה, היא יכולה להציג את עבודתם של מכשירים מורכבים.

נשקול את הדגמים של שני המעגלים הראשונים, המעגל השלישי דומה במהותו לשני, אך יש לו פחות הפסד בגלל הדרת שני מפתחות ומורכבות רבה יותר - עקב הצורך להשתמש בשנאי עם ברז מאמצע הפיתול המשני.

מעגל חצי גל

התוכנית שעל פיה הסימולציה

מקור הכוח מדמה רשת ביתית חד פאזית עם המאפיינים הבאים:

• זרם סינוסואידי;

• מתח של 220 וולט rms;

• תדר - 50 הרץ.

לא מצאתי מד זרם ומתח בתוכנית: מולטימטר ממלא את תפקידם. בהמשך, שימו לב לשפע ההגדרות שלהם, והיכולת לבחור את סוג הזרם.

במודל הנתון, המולטימטר XMM1 - מודד את הזרם בעומס, XMM3 - המתח ביציאת המיישר, XMM2 - המתח בכניסה, XSC2 - האוסילוסקופ. שימו לב לחתימות האלמנטים - זה לא יכלול שאלות בעת ניתוח הרישומים, שיהיו בהמשך. אגב, Multisim מציגה דגמים של דיודות אמיתיות, בחרתי ב- 1n4007 הנפוצה ביותר.

צורת הגל בכניסה (ערוץ A) בשדה עם תוצאות המדידה מוצגת באדום. במתח פלט כחול (ערוץ B). עבור הערוץ הראשון, מחיר החלוקה האנכית של תא אחד הוא 200 וולט / דיאב, ועבור הערוץ השני הוא 500. בכוונה עשיתי זאת בכדי להפריד בין צורות הגל ויזואלית אחרת הם התמזגו.הקו האנכי הצהוב בשליש השמאלי של המסך הוא מטר, ערך המתח בנקודה עם משרעת מקסימאלית מתואר מתחת למסך השחור.

משרעת הכניסה היא 311.128 וולט, כאמור בתחילת המאמר, ומשרעת הפלט היא 310.281, הפרש של כמעט וולט אחד נובע מירידה בדיודה. בצד ימין של התמונה תוצאות מדידת מודדים. שמות החלונות תואמים את שמות המולטימטר XMM במעגל.

מהתרשים אנו רואים שבאמתנו רק עומס חצי גל אחד של המתח לעומס, והערך הממוצע שלו הוא 98 וולט, שהוא פחות משניים פחות מזרם הכניסה 220 וולט AC בשלט.

בתרשים הבא הוספנו קבל סינון ומולטימטר אחד למדידת זרם העומס, זכרו את חתימותיהם כדי לא להתבלבל כשמדנים את הרישומים.

הנגד מול הדיודה נדרש למדידת זרם המטען של הקבל בכדי לגלות את הזרם - חלק את מספר הוולט ב -1 (התנגדות). עם זאת, בעתיד נבחין כי בזרמים גבוהים מתח יורד מתח משמעותי נגד הנגד, מה שעלול לבלבל במהלך המדידות, בתנאים אמיתיים - זה יגרום לחימום הנגד ואובדן היעילות.

צורת הגל מציגה את מתח הכניסה בכתום ואת זרם הכניסה באדום. אגב, ניתן לראות בזרם זרם בכיוון התקדמות המתח.

על צורת הגל של אות הפלט, אנו רואים איך זה עובד קבלים - המתח בעומס בזמן שהדיודה סגורה וחצי גל אחד עובר, יורד בצורה חלקה, ערכו הממוצע עולה והגבול יורד. לאחר, בחצי גל חיובי, הקבל נטען והתהליך חוזר.

על ידי הגברת התנגדות העומס בפקטור של 10, צמצמנו את הזרם, הקבל לא הספיק לפרוק, האדוות הפכו להרבה פחות, ולכן הוכחנו את המידע התיאורטי שתואר בסעיף הקודם על אדוות והשפעת הזרם והקיבולת עליהם. על מנת להראות זאת נוכל לשנות את הקיבול של הקבל.

גם אות הקלט השתנה - זרמי המטען פחתו, וצורתם נותרה זהה.

מעגל חצי גל

בואו נראה כיצד תוכנית התיקון של שתי תקופות המחצית נראית בפעולה. התקנו גשר דיודה בכניסה.

האוסילוגרמות מראות ששני הגלים החציוניים נכנסים לעומס, אך האדוות גדולות מאוד.

המחצית התחתונה של חצי הגל בזרם (באדום) הופיעה על צורת הגל הקלט.

צמצם אדווה על ידי התקנת קבל אלקטרוליטי סינון בכניסה. בפועל, רצוי להתקין קרמיקה במקביל אליו, על מנת להפחית את הרכיבים בתדר הגבוה של הסינוסואיד (הרמוניות).

צורת גל הכניסה מראה כי חצי הגל ההפוך נוסף כאשר הועלה הקבל (הוא הופך לחיובי אחרי הגשר).

צורת גל היציאה מראה כי האדווה הפכה פחות מאשר במעגל הראשון עם קבל סינון, שימו לב שהמתח נוטה למשרעת, ככל שהגבול פחות, כך הערך הממוצע שלו קרוב יותר למשרעת.

אם נגדיל את זרם העומס פי 20 ונפחית את ההתנגדות שלו, נראה אדוות חזקות ביציאה.

וזרמים גדולים יותר של מטענים בכניסה, משמרת זרם הפאזה בולטת מאוד. תהליך טעינת הקבל אינו מתרחש באופן לינארי, אלא באופן אקספוננציאלי, כך שאנו רואים שהמתח עולה והזרם יורד.

מסקנה

מיישרים נמצאים בשימוש נרחב בכל תחומי האלקטרוניקה והחשמל בכלל. מעגלי מיישרים מותקנים בכל מקום - מאספקת חשמל מיניאטורית ומכשירי רדיו ועד מעגלי חשמל של מנועי DC המתחזקים ביותר בציוד מנוף.

סימולציה עוזרת בצורה מושלמת להבין את התהליכים המתרחשים במעגלים וללמוד כיצד הזרמים משתנים ככל שפרמטרי המעגל משתנים. פיתוח טכנולוגיות מודרניות מאפשר לימוד תהליכים חשמליים מורכבים ללא ציוד יקר כמו מנתחי ספקטרלי, מדי תדרים, אוסצילוסקופים, מקליטים ומתחים אולטרה-מדויקים. זה נמנע משגיאות בעת תכנון מעגלים לפני ההרכבה.