Enfaset ensretter: typiske kredsløb, bølgeformer og modellering

En ensretter bruges i et vekselstrømskredsløb til at konvertere det til jævnstrøm. Den mest almindelige er en ensretter samlet fra halvlederdioder. På samme tid kan den samles fra diskrete (separate) dioder, eller den kan være i et hus (diodesamling).

Lad os se på, hvad en ensretter er, hvad de er, og i slutningen af ​​artiklen vil vi udføre simulering i et Multisim-miljø. Modellering hjælper med at konsolidere teorien i praksis, uden montering og reelle komponenter, se former for spændinger og strømme i kredsløbet.

AC ensretter kredsløb

Billederne ovenfor viser udseendet af diodebroer. Men dette er ikke den eneste udligningsplan. For enfasespænding er der tre almindelige berigtigelsesordninger:

1,1-halvperiode (1ph1n).

2. 2-halvperiode (1ph2p).

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

Halvbølgekorrigeringsplan

Det enkleste kredsløb består kun af en diode, der giver en konstant ustabiliseret krusningsspænding ved udgangen. Dioderne er forbundet til kraftkredsløbet ved hjælp af en fasetråd eller ved en af ​​terminalerne på transformatorviklingen, den anden ende til belastningen, den anden belastningspole til den neutrale ledning eller den anden terminal på transformatorviklingen.

Den effektive værdi af spændingen i belastningen er cirka halvdelen af ​​amplituden. Spændingsens amplitudeværdi er amplituden af ​​sinusbølgen i lysnettet i almindelighed for AC

Uampl = Uaction * √2.

For elektriske netværk i Rusland er driftsspændingen for et enfaset netværk 220 V, og amplituden er cirka 311

Med enkle ord - ved udgangen får vi krusninger en halv periode lang (20 ms i 50 Hz) fra 0 V til 311 V. I gennemsnit er spændingen mindre end 220 volt, dette bruges til at give forbrugere, der ikke kræver spændingens kvalitet eller til at tænde glødelamper i bryggers og bryggers. Dette reducerer strømforbruget og øger levetiden.

Lyrisk digression:

Holdbarheden af ​​sådanne lamper er kolossal, jeg kom til værkstedet for et år siden, og lampen blev installeret tilbage i 2013, så den lyser stadig i 12 timer hver dag. Men sådan lys kan ikke bruges i arbejdsrum på grund af høj krusning. Oscillogrammer af indgangs- og udgangsspændinger er vist nedenfor:

Halvbøllekredsløbet afbryder kun en halvbølge, hvilket er, hvad du ser i diagrammet ovenfor. På grund af denne strømforsyning får vi en stor ringfaktor.

Det er værd at sige, at hvis du ændrer emnet lidt og skifter fra netværkets ensretter, er et halvbølgekredsløb meget anvendt i pulserende kredsløb, der korrigerer spænding impulsspoletransformator sekundær.

På strømforsyninger med lavt strømskifte bruges dette kredsløb også. Dette er nøjagtigt, hvordan din mobiltelefonoplader sandsynligvis laves.

Halvbøllekredsløb

For at reducere krusningskoefficienten og filterkapaciteten bruges et andet skema - to-halvcyklus. Det kaldes - diode bridge. Vekselspænding leveres til forbindelsespunktet for de modsatte poler i dioderne og konstant med tegn fra samme navn. Udgangsspændingen fra en sådan bro kaldes berigtiget pulserende (eller ikke stabiliseret). Det er denne inkludering af dioder, der er mest almindelig inden for alle områder af elektronik.

På diagrammerne ser du, at både den anden halvbølge af vekselspændingen “vipper” og kommer ind i belastningen. I den første halvdel af perioden strømmer strøm gennem dioderne VD1-VD4, i den anden gennem et par VD2-VD3.

Udgangsspændingen pulserer ved en frekvens på 100 Hz

Det andet kredsløb bruges i strømforsyninger med et midtpunkt, faktisk er disse to halvbølger kombineret med den sekundære vikling af en transformer med et midtpunkt. Anoder er forbundet til de ekstreme ender af viklingen, katoder er forbundet til en belastningsterminal (positiv), den anden belastningsterminal er forbundet til hanen fra midten af ​​viklingen (midtpunkt).

Udgangsspændingsgrafen er den samme, og vi vil ikke overveje den. Den eneste markante forskel er, at strømmen strømmer samtidig gennem en diode og ikke gennem et par som i en bro. Dette reducerer energitabet på diodebroen og overskydende opvarmning af halvledere.

Ripple faktor reduktion

Krusningsfaktoren er en værdi, der reflekterer hvor meget udgangsspændingen krusler. Eller omvendt - hvor stabil og ensartet strømmen tilføres belastningen.

For at reducere krusningskoefficienten parallelt med belastningen (udgangen fra diodebroen) installeres forskellige filtre. Den nemmeste mulighed er at installere en kondensator. For at krusningerne skal være så små som muligt, skal filtertidskonstanten R for filterbelastningen være en størrelsesorden (eller rettere flere) større end krusningsperioden (i vores tilfælde 10 ms).

Til dette skal enten belastningen have en høj modstand og lav strøm, eller kondensatorens kapacitet er stor nok.

Det beregnede forhold til valg af kondensator er som følger:

Kp er den krævede rippelfaktor.

Kп = Uampl / Uavr

For at forbedre et antal filteregenskaber kan LC-kredsløb, der er tilsluttet i henhold til D- eller P-filterskemaet, anvendes i nogle tilfælde andre konfigurationer. Ulempen ved at bruge LC-filtre i amatørradiopraksis er behovet for at vælge en filter-choke. Og den rigtige for den nominelle værdi (induktans og strøm) er ofte ikke ved hånden. Derfor skal du enten vinde det selv, eller komme ud af den aktuelle situation på en anden måde - når du er faldet ud af en strømforsyningsenhed, der har samme kapacitet.

Simulering af ensidig ensretter

Lad os rette disse oplysninger i praksis og komme ned på modellering af elektriske kredsløb. Jeg besluttede, at Multisim-pakken er perfekt for at oprette en model med et så simpelt skema - det er den nemmeste at lære af alt det, jeg ved, og kræver de mindst ressourcer.

Imidlertid er hans modelleringsalgoritmer enklere end i Orcad eller Simulink (selvom dette er matematisk modellering, ikke simulering), derfor er resultaterne af modellering af nogle skemaer ikke pålidelige. Multisim er velegnet til at studere det grundlæggende i elektronik, transistordriftstilstande, driftsforstærkere.

Undervurder ikke kapaciteterne i dette program, med den rette tilgang, det kan vise arbejdet med komplekse enheder.

Vi vil overveje modellerne for de første to kredsløb, det tredje kredsløb svarer i det væsentlige til det andet, men har mindre tab på grund af udelukkelsen af ​​to nøgler og større kompleksitet - på grund af behovet for at bruge en transformer med et tryk fra midten af ​​den sekundære vikling.

Halvbøllekredsløb

Det skema, som simuleringen

Strømkilden simulerer et enfaset husholdningsnetværk med følgende egenskaber:

• sinusformet strøm;

• 220 V rms spænding;

• frekvens - 50 Hz.

Jeg fandt ikke et ammeter og voltmeter i programmet, multimetre spiller deres rolle. Senere skal du være opmærksom på overflod af deres indstillinger og muligheden for at vælge typen af ​​strøm.

I den givne model måler multimeter XMM1 - strømmen i belastningen, XMM3 - spændingen ved udgangen af ​​ensretteren, XMM2 - spændingen ved indgangen, XSC2 - oscilloskopet. Vær opmærksom på elementernees underskrifter - dette udelukker spørgsmål, når du analyserer tegningerne, som vil være nedenfor. Forresten, Multisim præsenterer modeller af ægte dioder, jeg valgte den mest almindelige 1n4007.

Bølgeformen ved indgangen (kanal A) i feltet med måleresultaterne vises med rødt. I blå udgangsspænding (kanal B). For den første kanal er den lodrette opdelingspris for en celle 200 V / div, og for den anden kanal er den 500. Jeg gjorde det bevidst for at adskille bølgeformerne visuelt, ellers blev de fusioneret.Den gule lodrette linje i venstre tredjedel af skærmen er en meter, spændingsværdien på et punkt med maksimal amplitude er beskrevet under den sorte skærm.

Indgangsamplitude er 311,128 V, som det blev sagt i begyndelsen af ​​artiklen, og outputamplituden er 310,281, en forskel på næsten en volt skyldes et fald på dioden. På højre side af billedet er multimetermåleresultater. Navnene på windows svarer til navnene på XMM-multimetre i kredsløbet.

Fra diagrammet ser vi, at der faktisk kun leveres en halvbølgespænding til belastningen, og dens gennemsnitlige værdi er 98 V, hvilket er mere end to mindre end indgangsstrømmen 220 V AC i tegn.

I det følgende diagram tilføjede vi en filterkondensator og en multimeter for at måle belastningsstrømmen, husk deres underskrifter for ikke at blive forvirret, når man studerer tegningerne.

Modstanden foran dioden er nødvendig for at måle ladestrømmen for kondensatoren for at finde ud af strømmen - del antallet af volt med 1 (modstand). I fremtiden vil vi dog bemærke, at ved høje strømme falder en betydelig spænding hen over modstanden, som kan være forvirrende under målinger under reelle forhold - dette vil medføre, at modstanden bliver varm og tab af effektivitet.

Bølgeformen viser indgangsspændingen i orange og indgangsstrømmen i rødt. I øvrigt ses en nuværende forskydning i spændingsretningen.

På bølgeformen for udgangssignalet ser vi, hvordan det fungerer kondensator - spændingen i belastningen, mens dioden er lukket, og en halvbølge passerer, falder jævnt, dens gennemsnitlige værdi stiger, og krusningen falder. Efter en positiv halvbølge genoplades kondensatoren, og processen gentages.

Ved at øge belastningsmodstanden med en faktor på 10 reducerede vi strømmen, kondensatoren havde ikke tid til at aflade, krusningerne blev meget mindre, så vi beviste den teoretiske information beskrevet i det foregående afsnit om krusninger og effekten af ​​strøm og kapacitet på dem. For at vise dette kunne vi ændre kondensatorens kapacitet.

Inputsignalet ændrede sig også - ladestrømmene faldt, og deres form forblev den samme.

Halvbøllekredsløb

Lad os se på, hvordan udbedringsplanen for begge halvperioder ser ud i aktion. Vi installerede en diodebro ved indgangen.

Oscillogrammerne viser, at begge halvbølger kommer ind i belastningen, men krusningerne er meget store.

Den nedre halvdel af halvbølgen ved strømmen (i rødt) viste sig på inputbølgeformen.

Reducer krusningen ved at installere en filtrerende elektrolytisk kondensator ved indgangen. I praksis er det ønskeligt at installere en keramik parallelt med det for at reducere sinusoidens højfrekvente komponenter (harmoniske).

Indgangsbølgeformen viser, at den inverse halvbølge blev tilføjet, når kondensatoren blev ladet (den bliver positiv efter broen).

Udgangsbølgeformen viser, at krusningen blev mindre end i det første kredsløb med en filterkondensator. Bemærk, at spændingen er tilbøjelig til amplituden, jo mindre krusning, jo nærmere dens gennemsnitlige værdi til amplituden.

Hvis vi øger belastningsstrømmen med 20 gange og reducerer dens modstand, vil vi se stærke krusninger ved udgangen.

Og større strømningsstrømme ved indgangen, fasestrømskiftet er meget mærkbar. Processen med at oplade kondensatoren forekommer ikke lineært, men eksponentielt, så vi ser, at spændingen stiger og strømmen falder.

konklusion

Likrettere er vidt brugt inden for alle områder inden for elektronik og elektricitet generelt. Likretterkredsløb er installeret overalt - fra miniature strømforsyninger og radioer til strømkredsløb for de mest kraftfulde jævnstrømsmotorer i kranudstyr.

Simulering hjælper perfekt med at forstå processerne, der forekommer i kredsløbene og til at studere, hvordan strømningerne ændres, når kredsløbsparametrene ændres. Udviklingen af ​​moderne teknologier tillader undersøgelse af komplekse elektriske processer uden dyre udstyr såsom spektralanalysatorer, frekvensmålere, oscilloskoper, optagere og ultrapræcise voltameter. Det undgår fejl ved design af kredsløb før samling.