Energi listrik mudah diangkut dan diubah oleh besarnya dalam bentuk tegangan bolak-balik. Hal ini dalam bentuk ini disampaikan kepada pengguna akhir. Tetapi untuk memberi daya pada banyak perangkat, Anda masih membutuhkan tegangan searah.
Isi
Rectifier dalam teknik listrik
Rectifier bertugas mengubah tegangan bolak-balik menjadi tegangan searah. Perangkat ini banyak digunakan, dan penggunaan utama perangkat penyearah di radio dan teknik listrik:
- Pembentukan arus searah untuk instalasi listrik tenaga (gardu traksi, pabrik elektrolisis, sistem eksitasi generator sinkron) dan motor arus searah yang kuat;
- catu daya untuk perangkat elektronik;
- deteksi sinyal radio termodulasi;
- Pembentukan tegangan searah, sebanding dengan level sinyal input, untuk membangun sistem kontrol penguatan otomatis.
Cakupan penuh aplikasi penyearah sangat luas, dan tidak mungkin untuk mencantumkan semuanya dalam satu gambaran umum.
Prinsip Penyearah
Perangkat penyearah didasarkan pada sifat konduksi satu arah dari elemen. Ini dapat dilakukan dengan cara yang berbeda.Banyak cara untuk aplikasi industri sudah ketinggalan zaman, seperti menggunakan mesin sinkron mekanis atau perangkat vakum. Saat ini, katup yang mengalirkan arus ke satu sisi digunakan. Belum lama ini, perangkat merkuri digunakan untuk penyearah daya tinggi. Saat ini, ini praktis telah digantikan oleh elemen semikonduktor (silikon).
Sirkuit penyearah tipikal
Perangkat penyearah dapat dibangun sesuai dengan prinsip yang berbeda. Saat menganalisis skema perangkat, harus diingat bahwa tegangan pada output penyearah apa pun dapat disebut konstan hanya secara kondisional. Unit ini menghasilkan tegangan searah yang berdenyut, yang dalam banyak kasus harus dihaluskan oleh filter. Beberapa konsumen juga memerlukan stabilisasi tegangan yang diperbaiki.
Penyearah fase tunggal
Penyearah tegangan AC yang paling sederhana adalah dioda tunggal.
Ini melewati setengah gelombang positif dari gelombang sinus ke konsumen dan "memotong" setengah gelombang negatif.
Bidang penerapan perangkat semacam itu kecil - terutama, Rectifier dalam mengganti catu dayaPenyearah catu daya mode aktif yang beroperasi pada frekuensi yang relatif tinggi. Meskipun memberikan arus yang mengalir dalam satu arah, ia memiliki kelemahan yang signifikan:
- riak tingkat tinggi - kapasitor besar dan rumit akan diperlukan untuk memperlancar dan mendapatkan arus konstan;
- penggunaan daya transformator step-down (atau step-up) yang tidak lengkap, yang menyebabkan peningkatan berat dan dimensi yang diperlukan;
- rata-rata keluaran EMF kurang dari setengah dari masukan EMF;
- peningkatan persyaratan untuk dioda (di sisi lain - hanya satu katup yang diperlukan).
Oleh karena itu, yang paling luas adalah Sirkuit dua setengah periode (jembatan).
Di sini, arus yang melalui beban mengalir dua kali per periode dalam arah yang sama:
- setengah gelombang positif di sepanjang jalur yang ditunjukkan oleh panah merah;
- setengah gelombang negatif di sepanjang jalur yang ditunjukkan oleh panah hijau.
Gelombang negatif tidak hilang dan juga digunakan, sehingga daya trafo input digunakan lebih maksimal. EMF rata-rata dua kali lipat dari versi setengah gelombang tunggal. Bentuk arus yang berdenyut jauh lebih mendekati garis lurus, tetapi kapasitor penghalus masih diperlukan. Kapasitas dan dimensinya akan lebih kecil dari pada kasus sebelumnya, karena frekuensi denyutan adalah dua kali frekuensi tegangan listrik.
Jika Anda memiliki transformator dengan dua belitan identik, yang dapat dihubungkan secara seri atau dengan belitan yang memiliki keran di tengah, penyearah dua periode dapat dibuat sesuai dengan rangkaian lain.
Ini sebenarnya adalah penggandaan dari penyearah setengah periode tunggal, tetapi memiliki semua keuntungan dari penyearah setengah periode ganda. Kerugiannya adalah kebutuhan akan transformator dengan desain khusus.
Jika transformator dibuat sebagai amatir, tidak ada halangan untuk menggulung sekunder seperti yang diperlukan, tetapi setrika harus agak terlalu besar. Tapi alih-alih 4 dioda hanya 2 dioda yang digunakan. Ini akan mengkompensasi penurunan berat dan dimensi, dan bahkan menang.
Jika penyearah dirancang untuk arus tinggi dan katup harus dipasang pada unit pendingin, maka memasang setengah jumlah dioda memberikan penghematan yang signifikan. Anda juga harus memperhitungkan bahwa penyearah tersebut memiliki dua kali resistansi internal dibandingkan dengan rangkaian jembatan, sehingga pemanasan belitan transformator dan kerugian terkait juga akan lebih tinggi.
Penyearah tiga fase
Dari rangkaian sebelumnya, logis untuk beralih ke penyearah tegangan tiga fase yang dirakit dengan prinsip yang sama.
Bentuk tegangan keluaran lebih mendekati garis lurus, tingkat riak hanya 14%, dan frekuensinya sama dengan tiga kali frekuensi tegangan listrik.
Namun sumber dari rangkaian ini adalah penyearah setengah periode tunggal, sehingga banyak kerugian tidak dapat dihilangkan bahkan dengan sumber tegangan tiga fase. Yang utama adalah bahwa daya transformator tidak sepenuhnya digunakan, dan EMF rata-rata adalah 1,17⋅E2eff (EMF sekunder transformator efektif).
Parameter terbaik memiliki sirkuit tiga fase jembatan.
Di sini amplitudo riak tegangan output sama 14%, tetapi frekuensinya sama dengan frekuensi rendah dari tegangan AC input, sehingga kapasitansi kapasitor penyaringan akan menjadi yang terkecil dari semua opsi yang disajikan. Dan output EMF akan dua kali lebih tinggi dari rangkaian sebelumnya.
Penyearah ini digunakan dengan transformator keluaran yang memiliki belitan sekunder dalam rangkaian "bintang", tetapi rakitan katup yang sama akan jauh kurang efektif bila digunakan dengan transformator yang keluarannya termasuk dalam rangkaian "delta".
Di sini amplitudo dan frekuensi riak sama seperti pada skema sebelumnya. Tapi rata-rata EMF lebih rendah daripada di sirkuit sebelumnya dengan faktor satu. Oleh karena itu, koneksi ini jarang digunakan.
Penyearah dengan perkalian tegangan
Dimungkinkan untuk membangun penyearah yang tegangan outputnya akan menjadi kelipatan dari tegangan input. Misalnya, ada sirkuit dengan penggandaan tegangan:
Di sini, kapasitor C1 diisi selama setengah periode negatif dan dihubungkan secara seri dengan gelombang positif dari gelombang sinus input. Kerugian dari konstruksi ini adalah kapasitas beban penyearah yang rendah, serta fakta bahwa kapasitor C2 berada di bawah nilai tegangan dua kali lipat. Oleh karena itu, skema seperti itu digunakan dalam teknik radio untuk penyearahan dengan penggandaan sinyal daya rendah untuk detektor amplitudo, sebagai badan pengukur di sirkuit kontrol penguatan otomatis, dll.
Dalam teknik listrik dan elektronika daya, versi lain dari sirkuit penggandaan digunakan.
Pengganda yang dirakit menurut sirkuit Latour memiliki kapasitas beban yang besar. Masing-masing kapasitor berada di bawah tegangan input, jadi dalam hal massa dan dimensi, varian ini juga menang dari yang sebelumnya. Selama setengah periode positif kapasitor C1 diisi, selama setengah periode negatif - C2. Kapasitor dihubungkan secara seri, dan dalam kaitannya dengan beban mereka terhubung secara paralel, sehingga tegangan pada beban sama dengan jumlah dari tegangan kapasitor yang diisi. Frekuensi riak sama dengan dua kali frekuensi tegangan saluran, dan nilainya tergantung pada pada nilai kapasitor. Semakin tinggi mereka, semakin rendah riaknya. Dan di sini perlu untuk menemukan kompromi yang masuk akal.
Kerugian dari rangkaian adalah larangan mengardekan salah satu terminal beban - salah satu dioda atau kapasitor akan korsleting dalam kasus ini.
Sirkuit ini dapat mengalir beberapa kali. Jadi, dengan mengulangi prinsip switching dua kali, Anda bisa mendapatkan rangkaian dengan tegangan empat kali lipat, dll.
Kapasitor pertama dalam rangkaian harus mampu menahan tegangan catu daya, yang lain harus mampu menggandakan tegangan suplai. Semua gerbang harus dirancang untuk tegangan balik ganda. Tentu saja, untuk pengoperasian sirkuit yang andal, semua parameter harus memiliki margin minimal 20%.
Jika tidak ada dioda yang sesuai, Anda dapat menghubungkannya secara seri - ini akan meningkatkan tegangan maksimum yang diizinkan beberapa kali lipat. Tapi sejajar dengan masing-masing dioda harus disertakan resistor penyeimbang. Ini perlu dilakukan, karena jika tidak, karena variasi parameter gerbang, tegangan balik dapat didistribusikan secara tidak merata di antara dioda. Hasilnya bisa menjadi nilai tertinggi untuk salah satu dioda. Dan jika setiap elemen rantai dilangsir dengan resistor (peringkatnya harus sama), maka tegangan balik akan didistribusikan dengan benar-benar sama.Resistansi setiap resistor harus sekitar 10 kali lebih kecil dari resistansi balik dioda. Dalam hal ini efek elemen tambahan pada operasi rangkaian akan diminimalkan.
Koneksi paralel dioda di sirkuit ini tidak mungkin diperlukan, arus di sini kecil. Tapi itu bisa berguna di sirkuit penyearah lain di mana beban menarik daya yang serius. Sambungan paralel mengalikan arus yang diizinkan melalui katup, tetapi mengacaukan deviasi parameter. Akibatnya, satu dioda dapat mengambil arus paling banyak dan tidak mempertahankannya. Untuk menghindari hal ini, resistor dipasang secara seri dengan masing-masing dioda.
Nilai resistor dipilih sehingga pada arus maksimum, tegangan jatuh melewatinya adalah 1 volt. Jadi, untuk arus 1 A, hambatannya harus 1 ohm. Daya dalam hal ini harus minimal 1 watt.
Secara teori, multiplisitas tegangan dapat ditingkatkan hingga tak terhingga. Dalam praktiknya, ingatlah bahwa kapasitas beban penyearah tersebut turun tajam dengan setiap tahap tambahan. Akibatnya, adalah mungkin untuk datang ke situasi, ketika tegangan melorot pada beban akan melebihi multiplisitas perkalian dan akan membuat penyearah bekerja tidak masuk akal. Kerugian ini melekat di semua sirkuit tersebut.
Seringkali pengganda tegangan seperti itu diproduksi sebagai modul tunggal dalam isolasi yang baik. Perangkat semacam itu digunakan, misalnya, untuk membuat tegangan tinggi di perangkat TV atau osiloskop dengan tabung sinar katoda sebagai monitor. Sirkuit penggandaan menggunakan choke juga dikenal, tetapi tidak tersebar luas - bagian yang berliku sulit dibuat dan tidak terlalu andal dalam pengoperasiannya.
Ada cukup banyak skema penyearah. Mengingat berbagai aplikasi unit ini, penting untuk mendekati pilihan rangkaian dan perhitungan elemen secara sadar. Hanya dalam kasus ini, operasi yang panjang dan andal dijamin.
Artikel terkait:
