Elektrienergiat transporditakse ja muundatakse mugavalt vahelduvpingena suurusjärgus. Just sellisel kujul tarnitakse see lõppkasutajale. Kuid paljude seadmete toiteks on siiski vaja alalispinget.
Sisu
Alaldid elektrotehnikas
Alaldite ülesandeks on muundada vahelduvpinge alalispingeks. Seda seadet kasutatakse laialdaselt ja alaldiseadmete peamised kasutusalad raadio- ja elektrotehnikas:
- Alalisvoolu moodustamine jõuliste elektripaigaldiste (veoalajaamad, elektrolüüsijaamad, sünkroongeneraatorite ergutussüsteemid) ja võimsate alalisvoolumootorite jaoks;
- Elektroonikaseadmete toiteallikad;
- moduleeritud raadiosignaalide tuvastamine;
- Sisendsignaali tasemega võrdelise alalispinge moodustamine automaatsete võimendussüsteemide ehitamiseks.
Alaldi rakenduste täielik ulatus on tohutu ja neid kõiki ühes ülevaates loetleda on võimatu.
Alaldi põhimõtted
Alaldi seadmed põhinevad elementide ühesuunalise juhtivuse omadusel. Seda saab teha erineval viisil.Paljud tööstuslike rakenduste viisid on minevik, näiteks mehaaniliste sünkroonmasinate või vaakumseadmete kasutamine. Tänapäeval kasutatakse ventiile, mis juhivad voolu ühele poole. Mitte nii kaua aega tagasi kasutati elavhõbedaseadmeid suure võimsusega alaldite jaoks. Tänapäeval on need pooljuht- (räni) elemendid praktiliselt asendatud.
Tüüpiline alaldi vooluring
Alaldi seadet saab ehitada erinevate põhimõtete järgi. Seadmete skeemide analüüsimisel tuleb meeles pidada, et mis tahes alaldi väljundis olevat pinget saab konstantseks nimetada ainult tingimuslikult. See seade toodab pulseerivat ühesuunalist pinget, mida enamikul juhtudel tuleb filtritega siluda. Mõned tarbijad nõuavad ka alaldatud pinge stabiliseerimist.
Ühefaasilised alaldid
Lihtsaim vahelduvpinge alaldi on ühe dioodiga.
See edastab siinuslaine positiivse poollaine tarbijale ja "lõikab" negatiivse poollaine.
Sellise seadme kasutusala on väike - peamiselt Alaldid lülitustoiteallikatesSuhteliselt kõrgetel sagedustel töötavad kommutoorsete toiteallikate alaldid. Kuigi see edastab voolu ühes suunas, on sellel olulisi puudusi:
- kõrge pulsatsioonitase - konstantse voolu tasandamiseks ja saamiseks on vaja suurt ja tülikat kondensaatorit;
- alandava (või astmelise) trafo võimsuse mittetäielik kasutamine, mis põhjustab nõutava kaalu ja mõõtmete suurenemist;
- keskmine väljund EMF on väiksem kui pool sisend-EMF-st;
- suurenenud nõuded dioodile (teiselt poolt - vaja on ainult ühte ventiili).
Seetõttu on kõige levinum Kahe poolperioodi (silla) ahel.
Siin voolab koormust läbiv vool kaks korda perioodi jooksul samas suunas:
- positiivne poollaine punaste nooltega näidatud teekonnal;
- negatiivne poollaine mööda roheliste nooltega tähistatud rada.
Negatiivne laine ei lähe kaduma ja seda kasutatakse ka, seega kasutatakse sisendtrafo võimsust rohkem. Keskmine EMF on kaks korda suurem kui ühe poollaine versioonil. Pulseeriva voolu kuju on sirgjoonele palju lähemal, kuid silumiskondensaatorit on siiski vaja. Selle võimsus ja mõõtmed on väiksemad kui eelmisel juhul, kuna pulsatsiooni sagedus on kaks korda suurem kui võrgupinge sagedus.
Kui teil on kahe identse mähisega trafo, mida saab ühendada jadamisi või mähisega, millel on kraan keskelt väljas, saab ehitada kahe-poolperioodi alaldi mõne muu skeemi järgi.
See on tegelikult ühe poolperioodi alaldi kahekordistamine, kuid sellel on kõik kahekordse poolperioodi eelised. Puuduseks on vajadus spetsiifilise disainiga trafo järele.
Kui trafo on valmistatud amatöörina, siis pole takistust sekundaarvoolu vastavalt vajadusele üles keerata, kuid triikrauda tuleb mõnevõrra üle mõõta. Kuid 4 dioodi asemel kasutatakse ainult 2 dioodi. See kompenseerib kaalu ja mõõtmete kaotuse ning isegi võidu.
Kui alaldi on mõeldud suure voolu jaoks ja klapid tuleb paigaldada jahutusradiaatoritele, siis poole väiksema dioodide arvu paigaldamine annab märkimisväärse kokkuhoiu. Arvestada tuleks ka sellega, et sellisel alaldil on kaks korda suurem sisetakistus võrreldes sillaahelaga, seega on ka trafo mähiste soojenemine ja sellega kaasnevad kaod suuremad.
Kolmefaasilised alaldid
Eelmisest ahelast on loogiline liikuda edasi sarnasel põhimõttel kokku pandud kolmefaasilise pingealaldi juurde.
Väljundpinge kuju on sirgjoonele palju lähemal, pulsatsiooni tase on vaid 14% ja sagedus võrdub võrgupinge kolmekordse sagedusega.
Ja ometi on selle vooluahela allikaks üks poolperioodalaldi, nii et paljusid puudusi ei saa kõrvaldada isegi kolmefaasilise pingeallikaga. Peamine on see, et trafo võimsus ei ole täielikult ära kasutatud ja keskmine EMF on 1,17⋅E2eff (efektiivne trafo sekundaarne EMF).
Parimad parameetrid on silla kolmefaasilise vooluringiga.
Siin on väljundpinge pulsatsiooni amplituud sama 14%, kuid sagedus on võrdne sisend vahelduvpinge madalama sagedusega, seega on filtreeriva kondensaatori mahtuvus kõigist esitatud valikutest väikseim. Ja väljund EMF on kaks korda suurem kui eelmises vooluringis.
Seda alaldit kasutatakse väljundtrafoga, millel on sekundaarmähis "tähe" ahelas, kuid sama klapikoost on palju vähem efektiivne, kui seda kasutatakse trafoga, mille väljund on kaasatud "kolmnurksesse" vooluringi.
Siin on pulsatsiooni amplituud ja sagedus sama, mis eelmisel skeemil. Kuid keskmine EMF on üks kord madalam kui eelmises vooluringis. Seetõttu kasutatakse seda ühendust harva.
Pingekordistiga alaldid
Võimalik on ehitada alaldi, mille väljundpinge on sisendpinge kordne. Näiteks on pinge kahekordistamisega ahelaid:
Siin laetakse kondensaator C1 negatiivse poolperioodi jooksul ja lülitatakse seeriasse sisendsiinuslaine positiivse lainega. Selle konstruktsiooni miinuseks on alaldi väike kandevõime, samuti asjaolu, et kondensaator C2 on kahekordse pinge all. Seetõttu kasutatakse sellist skeemi raadiotehnikas alaldamiseks väikese võimsusega signaalide kahekordistamisega amplituudidetektorite jaoks, mõõtekehana automaatsetes võimenduse juhtimisahelates jne.
Elektrotehnikas ja jõuelektroonikas kasutatakse dubleerimisahela teist versiooni.
Latouri skeemi järgi kokkupandud duubler on suure kandevõimega. Kõik kondensaatorid on sisendpinge all, nii et massi ja mõõtmete poolest võidab see variant ka eelmisest. Positiivsel poolperioodil laetakse kondensaator C1, negatiivsel poolperioodil - C2. Kondensaatorid on ühendatud järjestikku ja koormuse suhtes paralleelselt, seega on koormuse pinge võrdne laetud kondensaatorite pingetest. Pulsatsiooni sagedus on võrdne liinipinge kahekordse sagedusega ja väärtus sõltub sellest kondensaatorite väärtuse kohta. Mida kõrgemad need on, seda madalam on lainetus. Ja siin on vaja leida mõistlik kompromiss.
Ahela puuduseks on ühe koormusklemmi maandamise keeld - sel juhul on üks dioodidest või kondensaatoritest lühises.
Seda vooluringi saab kaskaaditada suvalise arvu kordi. Seega, korrates lülituspõhimõtet kaks korda, saate pinge neljakordistumisega ahela jne.
Skeemi esimene kondensaator peab taluma toiteallika pinget, teised peavad suutma toitepinge kahekordistada. Kõik väravad peavad olema konstrueeritud kahekordse vastupidise pinge jaoks. Loomulikult peab vooluahela usaldusväärseks tööks kõigi parameetrite varu olema vähemalt 20%.
Kui sobivaid dioode pole, saate need järjestikku ühendada - see suurendab maksimaalset lubatud pinget mitmekordselt. Kuid paralleelselt iga dioodiga tuleb lisada ekvalaisertakistid. Seda on vaja teha, sest vastasel juhul võib paisu parameetrite kõikumise tõttu pöördpinge jaotada dioodide vahel ebaühtlaselt. Tulemuseks võib olla ühe dioodi suurim väärtus. Ja kui ahela iga element on šunteeritud takistiga (nende nimiväärtus peab olema sama), siis jaotatakse pöördpinge rangelt sama.Iga takisti takistus peaks olema umbes 10 korda väiksem kui dioodi vastupidine takistus. Sel juhul minimeeritakse täiendavate elementide mõju vooluringi toimimisele.
Tõenäoliselt pole selles vooluringis dioodide paralleelset ühendamist vaja, siin on voolud väikesed. Kuid see võib olla kasulik muudes alaldi ahelates, kus koormus võtab tõsist voolu. Paralleelühendus korrutab ventiili läbiva lubatud voolu, kuid kruvib parameetrite kõrvalekalde. Selle tulemusena võib üks diood võtta kõige rohkem voolu ja mitte seda säilitada. Selle vältimiseks pannakse iga dioodiga järjestikku takisti.
Takisti nimiväärtus valitakse nii, et maksimaalse voolu korral on selle pingelang 1 volt. Seega peaks 1 A voolu korral takistus olema 1 oomi. Sel juhul peaks võimsus olema vähemalt 1 vatt.
Teoreetiliselt saab pinge kordsust suurendada lõpmatuseni. Praktikas pidage meeles, et selliste alaldite kandevõime langeb järsult iga täiendava etapiga. Selle tulemusena on võimalik jõuda olukorrani, kus koormuse pingelangus ületab korrutamise kordsuse ja muudab alaldi mõttetuks. See puudus on omane kõikidele sellistele vooluringidele.
Sageli toodetakse selliseid pingekordajaid hea isolatsiooniga ühe moodulina. Selliseid seadmeid kasutati näiteks kõrgepinge tekitamiseks telerites või ostsilloskoopides, mille monitoriks oli katoodkiiretoru. Samuti on teada drosselite abil kahekordistamisahelad, kuid need pole laialt levinud - mähiseosi on raske valmistada ja need ei ole töökindlad.
Alaldi skeeme on üsna palju. Arvestades selle seadme laia kasutusala, on oluline läheneda vooluahela valikule ja elementide arvutamisele teadlikult. Ainult sel juhul on tagatud pikk ja usaldusväärne töö.
Seotud artiklid:
