Enfase likerettere: typiske kretsløp, bølgeformer og modellering

En likeretter brukes i en vekselstrømskrets for å konvertere den til likestrøm. Det vanligste er en likeretter montert fra halvlederdioder. Samtidig kan den settes sammen fra diskrete (separate) dioder, eller den kan være i ett hus (diodesamling).

La oss se på hva en likeretter er, hva de er, og på slutten av artikkelen vil vi utføre simulering i et Multisim-miljø. Modellering hjelper med å konsolidere teorien i praksis, uten montering og reelle komponenter, se på former for spenninger og strømmer i kretsen.

AC likeretterkretser

Bildene over viser utseendet til diodebroer. Men dette er ikke den eneste retteutviklingen. For enfasespenning er det tre vanlige utbedringsordninger:

1,1-halvperiode (1ph1n).

2. 2-halvperiode (1ph2p).

3. 2-halvperiode med midtpunkt (1ph2p).

Halve bølgerettelsesplan

Den enkleste kretsen består av bare en diode, som gir en konstant ustabilisert rippelspenning ved utgangen. Dioder er koblet til strømkretsen av en fasetråd, eller av en av terminalene til transformatorviklingen, den andre enden til lasten, den andre lastpolen til den nøytrale ledningen eller den andre terminalen til transformatorviklingen.

Den effektive verdien på spenningen i lasten er omtrent halvparten av amplituden. Amplituden verdien av spenningen er amplituden av sinusbølgen i forsyningsnettet i generelt tilfelle for vekselstrøm

Uampl = Uaction * √2.

For elektriske nettverk i Russland er driftsspenningen til et enfase-nettverk 220 V, og amplituden er omtrent 311

Med enkle ord - ved utgangen får vi krusninger en halv periode lang (20 ms for 50 Hz) fra 0 V til 311 V. I gjennomsnitt er spenningen mindre enn 220 volt, dette brukes til å gi forbrukere som ikke krever kvaliteten på spenningen eller for å slå på glødelamper i vaskerom og vaskerom. Dette reduserer strømforbruket og øker levetiden.

Lyrisk digresjon:

Holdbarheten til slike lamper er kolossal, jeg kom til verkstedet for et år siden, og lampen ble montert tilbake i 2013, så den lyser fortsatt i 12 timer hver dag. Men slik lys kan ikke brukes i arbeidsrom, på grunn av høy krusning. Oscillogram av inngangs- og utgangsspenninger er vist nedenfor:

Halvbølgekretsen kutter bare en halvbølge, og det er det du ser i diagrammet over. På grunn av slik ernæring får vi en stor krusningskoeffisient.

Det er verdt å si at hvis du endrer emnet litt og bytter fra nettverkslikrettere, så er en halvbølges krets mye brukt i pulserende kretsløp, som korrigerer spenning puls spiral transformator sekundær.

På strømforsyninger med lite strømbytte brukes også denne kretsen. Dette er nøyaktig hvordan din mobiltelefon lader er mest sannsynlig laget.

Halvbølges krets

For å redusere krusningskoeffisienten og filterkapasiteten brukes en annen ordning - to-halv syklus. Det kalles - diodebrygge. Vekslende spenning tilføres tilkoblingspunktet for de motsatte polene i dioden, og konstant med tegn fra samme navn. Utgangsspenningen til en slik bro kalles utbedret pulserende (eller ikke stabilisert). Det er denne inkluderingen av dioder som er mest vanlig innen alle elektronikkområdene.

På diagrammene ser du at både den andre halvbølgen av vekselspenningen “vipper” og kommer inn i belastningen. I første halvdel av perioden strømmer strøm gjennom diodene VD1-VD4, i den andre gjennom et par VD2-VD3.

Utgangsspenningen pulserer med en frekvens på 100 Hz

Den andre kretsen brukes i strømforsyninger med et midtpunkt, faktisk er dette to halvbølger kombinert med sekundærviklingen av en transformator med et midtpunkt. Anoder er koblet til de ekstreme endene av viklingen, katoder er koblet til en lastterminal (positiv), den andre lastterminalen er koblet til kranen fra midten av viklingen (midtpunktet).

Utgangsspenningsgrafen er lik, og vi vil ikke vurdere den. Den eneste signifikante forskjellen er at strømmen strømmer samtidig gjennom en diode, og ikke gjennom et par som i en bro. Dette reduserer energitapet på diodebroen og overflødig oppvarming av halvledere.

Rippelfaktorreduksjon

Rippelfaktoren er en verdi som reflekterer hvor mye utgangsspenningen krusninger. Eller omvendt - hvor stabil og jevn strøm tilføres belastningen.

For å redusere krusningskoeffisienten parallelt med belastningen (utgangen fra diodebroen), er forskjellige filtre installert. Det enkleste alternativet er å installere en kondensator. For at krusningene skal være så små som mulig, bør filtertidskonstanten R for filterbelastningen være en størrelsesorden (eller rettere sagt flere) større enn krusningsperioden (i vårt tilfelle 10 ms).

For dette må enten lasten ha høy motstand og lav strøm, eller kondensatoren til kondensatoren er stor nok.

Det beregnede forholdet for valg av kondensator er som følger:

Kp er den nødvendige rippelfaktoren.

Kп = Uampl / Uavr

For å forbedre en rekke filteregenskaper, kan LC-kretser koblet i henhold til D- eller P-filterskjemaet, i noen tilfeller andre konfigurasjoner. Ulempen med å bruke LC-filtre i amatørradiopraksis er behovet for å velge filter-choke. Og den rette for den nominelle verdien (induktans og strøm) er ofte ikke for hånden. Derfor må du enten avvikle den selv, eller komme deg ut av dagens situasjon på en annen måte - ved å droppe ut av en strømforsyningsenhet som har samme kapasitet.

Simulering av enfase likerettere

La oss fikse denne informasjonen i praksis og komme til modellering av elektriske kretser. Jeg bestemte meg for at å lage en modell av et så enkelt opplegg, Multisim-pakken er perfekt - det er det enkleste å lære av alt det jeg vet og krever minst mulig ressurser.

Imidlertid er modelleringsalgoritmene enklere enn i Orcad eller Simulink (selv om dette er matematisk modellering, ikke simulering), er resultatene av modellering av noen ordninger derfor ikke pålitelige. Multisim er egnet for å studere det grunnleggende om elektronikk, transistorens driftsmodus, driftsforsterkere.

Ikke undervurder funksjonene til dette programmet, med riktig tilnærming, kan det vise arbeidet til komplekse enheter.

Vi vil vurdere modellene til de to første kretsene, den tredje kretsen er i hovedsak lik den andre, men har mindre tap på grunn av utelukkelsen av to nøkler og større kompleksitet - på grunn av behovet for å bruke en transformator med et trykk fra midten av sekundærviklingen.

Halvbølges krets

Opplegget som simuleringen

Strømkilden simulerer et enfase husholdningsnettverk med følgende egenskaper:

• sinusformet strøm;

• 220 V rms spenning;

• frekvens - 50 Hz.

Jeg fant ikke et ammeter og voltmeter i programmet, multimetre spiller deres rolle. Senere må du ta hensyn til overflod av innstillingene, og muligheten til å velge strømtype.

I den gitte modellen måler multimeter XMM1 - strømmen i belastningen, XMM3 - spenningen ved utgangen til likeretteren, XMM2 - spenningen ved inngangen, XSC2 - oscilloskopet. Vær oppmerksom på elementenees signaturer - dette vil ekskludere spørsmål når du analyserer tegningene, som vil være nedenfor. Forresten, Multisim presenterer modeller av ekte dioder, jeg valgte den vanligste 1n4007.

Bølgeformen ved inngangen (kanal A) i feltet med måleresultatene vises i rødt. I blå utgangsspenning (kanal B). For den første kanalen er den vertikale delingsprisen på en celle 200 V / div, og for den andre kanalen er den 500. Jeg gjorde dette bevisst for å skille bølgeformene visuelt ellers slo de seg sammen.Den gule vertikale linjen i venstre tredjedel av skjermen er en meter, spenningsverdien på et punkt med maksimal amplitude er beskrevet under den svarte skjermen.

Inngangsamplitude er 311,128 V, som det ble sagt i begynnelsen av artikkelen, og utgangsamplitude er 310,281, en forskjell på nesten en volt skyldes et fall på dioden. På høyre side av bildet er måleresultater for multimeter. Navnene på vinduene tilsvarer navnene på XMM-multimeterene i kretsen.

Fra diagrammet ser vi at egentlig bare en halvbølge med spenning tilføres belastningen, og dens gjennomsnittlige verdi er 98 V, som er mer enn to mindre enn inngangsstrømmen 220 V AC i skiltet.

I det følgende diagram la vi til en filterkondensator og en multimeter for å måle belastningsstrømmen, husk signaturene deres for ikke å bli forvirret når du studerer tegningene.

Motstanden foran dioden er nødvendig for å måle ladestrømmen til kondensatoren for å finne ut strømmen - del antall volt med 1 (motstand). I fremtiden vil vi imidlertid legge merke til at ved høye strømmer faller en betydelig spenning over motstanden, som kan være forvirrende under målinger, under reelle forhold - dette vil føre til at motstanden blir varm og tap av effektivitet.

Bølgeformen viser inngangsspenningen i oransje og inngangsstrømmen i rødt. Forresten merkes en strømforskyvning i retning av spenningsfremføringen.

På bølgeformen til utgangssignalet ser vi hvordan det fungerer kondensatoren - spenningen i belastningen mens dioden er lukket og en halvbølge passerer, synker jevnt, dens gjennomsnittlige verdi stiger, og krusningen synker. Etter, ved en positiv halvbølge, kondensatoren lades opp og prosessen gjentas.

Ved å øke belastningsmotstanden med en faktor 10, reduserte vi strømmen, kondensatoren hadde ikke tid til å tømme ut, krusningene ble mye mindre, så vi beviste den teoretiske informasjonen som ble beskrevet i forrige seksjon om krusninger og effekten av strøm og kapasitet på dem. For å vise dette, kunne vi endre kondensatoren til kondensatoren.

Inngangssignalet endret seg også - ladestrømmene reduserte, og formen deres forble den samme.

Halvbølges krets

La oss se på hvordan utbedringsplanen for begge halvperioder ser ut i aksjon. Vi installerte en diodebro ved inngangen.

Oscillogramene viser at begge halvbølgene kommer inn i belastningen, men krusningene er veldig store.

Den nedre halvdelen av halvbølgen ved strømmen (i rødt) dukket opp på inngangsbølgeformen.

Reduser krusningen ved å installere en filtrerende elektrolytisk kondensator ved inngangen. I praksis er det ønskelig å installere en keramisk parallell med den for å redusere sinusoidens høyfrekvente komponenter (harmoniske).

Inngangsbølgeformen viser at den inverse halvbølgen ble lagt til da kondensatoren ble ladet (den blir positiv etter broen).

Utgangsbølgeformen viser at krusningen ble mindre enn i den første kretsen med en filterkondensator, merk at spenningen har en tendens til amplituden, jo mindre krusningen, desto nærmere er gjennomsnittsverdien til amplituden.

Hvis vi øker laststrømmen med 20 ganger og reduserer motstanden, vil vi se sterke krusninger ved utgangen.

Og større strømstrømmer ved inngangen, fasestrømskiftet er veldig merkbar. Prosessen med å lade kondensatoren skjer ikke lineært, men eksponentielt, så vi ser at spenningen stiger og strømmen synker.

konklusjon

Likerettere er mye brukt i alle områder innen elektronikk og elektrisitet generelt. Likretterkretser er installert overalt - fra miniatyr strømforsyninger og radioer til strømkretser for de kraftigste likestrømsmotorene i kranutstyr.

Simulering hjelper perfekt til å forstå prosessene som skjer i kretsene og til å studere hvordan strømningene endres når kretsparametrene endres. Utviklingen av moderne teknologier gjør det mulig å studere komplekse elektriske prosesser uten dyrt utstyr som spektralanalysatorer, frekvensmålere, oscilloskoper, opptakere og ultra-presise voltametre. Det unngår feil ved utforming av kretsløp før montering.