전기 에너지는 교류 전압의 형태로 크기에 따라 편리하게 전송되고 변환됩니다. 이 형태로 최종 사용자에게 전달됩니다. 그러나 많은 장치에 전원을 공급하려면 여전히 직류 전압이 필요합니다.
전기 공학의 정류기
정류기는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 역할을 합니다. 이 장치는 널리 사용되며 무선 및 전기 공학에서 정류기 장치의 주요 용도:
- 전력 전기 설비(견인 변전소, 전기 분해 설비, 동기 발전기의 여기 시스템) 및 강력한 직류 모터를 위한 직류 형성;
- 전자 장치용 전원 공급 장치;
- 변조된 무선 신호의 탐지;
- 자동 이득 제어 시스템을 구축하기 위해 입력 신호 레벨에 비례하는 직류 전압 형성.
정류기 응용 분야의 전체 범위는 방대하여 하나의 개요에 모두 나열하는 것은 불가능합니다.
정류기의 원리
정류기 장치는 요소의 단방향 전도 특성을 기반으로 합니다. 이것은 다양한 방법으로 수행할 수 있습니다.기계식 동기 기계나 진공 장치를 사용하는 것과 같이 산업용 애플리케이션을 위한 많은 방법은 과거의 일입니다. 요즘은 한쪽으로 전류를 흘리는 밸브가 사용됩니다. 얼마 전까지만 해도 고전력 정류기에 수은 소자가 사용되었습니다. 최근에는 반도체(실리콘) 소자로 거의 대체되었습니다.
일반적인 정류기 회로
정류기 장치는 다양한 원리에 따라 제작할 수 있습니다. 장치 구성표를 분석 할 때 모든 정류기 출력의 전압은 조건부로만 일정하다고 할 수 있음을 기억해야합니다. 이 장치는 맥동 단방향 전압을 생성하며, 대부분의 경우 필터로 이를 부드럽게 해야 합니다. 일부 소비자는 또한 정류된 전압의 안정화를 요구합니다.
단상 정류기
가장 간단한 AC 전압 정류기는 단일 다이오드입니다.
사인파의 양의 반파를 소비자에게 전달하고 음의 반파를 "차단"합니다.
이러한 장치의 적용 분야는 작습니다. 주로, 스위칭 전원 공급 장치의 정류기비교적 높은 주파수에서 작동하는 스위치 모드 전원 공급 장치의 정류기. 한 방향으로 흐르는 전류를 전달하지만 다음과 같은 심각한 단점이 있습니다.
- 높은 수준의 리플 - 평활화하고 일정한 전류를 얻으려면 크고 성가신 커패시터가 필요합니다.
- 강압 (또는 승압) 변압기의 불완전한 사용으로 인해 필요한 무게와 치수가 증가합니다.
- 평균 출력 EMF는 입력 EMF의 절반 미만입니다.
- 다이오드에 대한 요구 사항 증가(반면에 하나의 밸브만 필요함).
따라서 가장 널리 퍼진 것은 2개의 반주기(브리지) 회로.
여기에서 부하를 통과하는 전류는 동일한 방향으로 주기당 두 번 흐릅니다.
- 빨간색 화살표로 표시된 경로를 따라 양의 반파;
- 녹색 화살표로 표시된 경로를 따라 음의 반파.
음파가 손실되지 않고 사용되기 때문에 입력 트랜스포머의 전력을 더 많이 사용합니다. 평균 EMF는 단일 반파 버전의 두 배입니다. 맥동 전류의 모양은 훨씬 직선에 가깝지만 평활 콘덴서가 여전히 필요합니다. 맥동 주파수가 주전원 주파수의 두 배이기 때문에 용량과 치수가 이전 경우보다 작아집니다.
직렬로 연결하거나 중간에 탭이 있는 권선으로 연결할 수 있는 두 개의 동일한 권선이 있는 변압기가 있는 경우 다른 회로에 따라 이중 반주기 정류기를 구축할 수 있습니다.
이것은 실제로 단일 반주기 정류기의 두 배이지만 이중 반주기의 모든 장점을 가지고 있습니다. 단점은 특정 디자인의 변압기가 필요하다는 것입니다.
변압기를 아마추어로 만든 경우에는 2차 권선을 필요에 따라 하는 데에는 지장이 없으나 인두는 다소 과대해야 합니다. 그러나 4개의 다이오드 대신 2개의 다이오드만 사용됩니다. 이것은 무게와 치수의 손실을 보상하고 심지어 이길 것입니다.
정류기가 고전류용으로 설계되고 밸브를 방열판에 장착해야 하는 경우 다이오드 수의 절반을 설치하면 상당한 절감 효과를 얻을 수 있습니다. 또한 이러한 정류기는 브리지 회로에 비해 내부 저항이 두 배이므로 변압기 권선의 가열 및 관련 손실도 더 높다는 점을 고려해야 합니다.
3상 정류기
이전 회로에서 유사한 원리로 조립된 3상 전압 정류기로 이동하는 것이 논리적입니다.
출력 전압의 모양은 직선에 훨씬 가깝고 리플 수준은 14%에 불과하며 주파수는 주전원 주파수의 주파수의 3배입니다.
그러나 이 회로의 소스는 단일 반주기 정류기이므로 3상 전압 소스로도 제거할 수 없는 많은 단점이 있습니다. 주된 것은 변압기 전력이 완전히 활용되지 않고 평균 EMF가 1.17⋅E입니다.2에프 (유효 변압기 2차 EMF).
최고의 매개 변수에는 브리지 3상 회로가 있습니다.
여기서 출력 전압 리플의 진폭은 동일한 14%이지만 주파수는 입력 AC 전압의 열등한 주파수와 같으므로 필터링 커패시터의 커패시턴스는 제시된 모든 옵션 중에서 가장 작습니다. 그리고 출력 EMF는 이전 회로의 두 배입니다.
이 정류기는 "별" 회로에 2차 권선이 있는 출력 변압기와 함께 사용되지만 출력이 "델타" 회로에 포함된 변압기와 함께 사용하면 동일한 밸브 어셈블리가 훨씬 덜 효과적입니다.
여기서 리플의 진폭과 주파수는 이전 방식과 동일합니다. 그러나 평균 EMF는 이전 회로보다 1배 낮습니다. 따라서 이 연결은 거의 사용되지 않습니다.
전압 증배 기능이 있는 정류기
출력 전압이 입력 전압의 배수인 정류기를 구축하는 것이 가능합니다. 예를 들어 전압이 2배가 되는 회로가 있습니다.
여기서 커패시터 C1은 음의 반주기 동안 충전되고 입력 사인파의 양의 파형과 직렬로 스위칭됩니다. 이 구성의 단점은 정류기의 낮은 부하 용량과 커패시터 C2가 두 배의 전압 값 미만이라는 사실입니다. 따라서 이러한 방식은 자동 이득 제어 회로의 측정 본체 등으로 진폭 감지기의 저전력 신호를 두 배로 늘리는 정류를 위한 무선 엔지니어링에 사용됩니다.
전기 공학 및 전력 전자 분야에서는 배가 회로의 다른 버전이 사용됩니다.
Latour의 회로에 따라 조립된 더블러는 부하 용량이 큽니다. 각 커패시터는 입력 전압 아래에 있으므로 질량과 치수 측면에서 이 변형이 이전 변형보다 우수합니다. 양의 반기 동안 커패시터 C1은 음의 반기 - C2 동안 충전됩니다. 커패시터는 직렬로 연결되고 부하와 관련하여 병렬로 연결되므로 부하의 전압은 충전된 커패시터의 전압. 리플의 주파수는 라인 전압의 주파수의 두 배와 같으며 값은 다음에 따라 달라집니다. 커패시터의 가치. 높을수록 리플이 낮아집니다. 그리고 여기에서 합리적인 타협점을 찾아야 합니다.
회로의 단점은 부하 단자 중 하나를 접지할 수 없다는 것입니다. 이 경우 다이오드 또는 커패시터 중 하나가 단락됩니다.
이 회로는 여러 번 계단식으로 연결할 수 있습니다. 따라서 스위칭 원리를 두 번 반복하면 전압이 4배가 되는 등의 회로를 얻을 수 있습니다.
회로의 첫 번째 커패시터는 전원 공급 장치의 전압을 견딜 수 있어야 하고 나머지 커패시터는 공급 전압을 두 배로 늘릴 수 있어야 합니다. 모든 게이트는 이중 역전압용으로 설계되어야 합니다. 물론 회로의 안정적인 작동을 위해서는 모든 매개변수에 최소 20%의 여유가 있어야 합니다.
적절한 다이오드가 없으면 직렬로 연결할 수 있습니다. 이렇게하면 최대 허용 전압이 배수로 증가합니다. 그러나 각 다이오드에 병렬로 이퀄라이징 저항이 포함되어야 합니다. 그렇지 않으면 게이트 매개 변수의 변화로 인해 역 전압이 다이오드 사이에 고르지 않게 분포될 수 있기 때문에 이를 수행해야 합니다. 결과는 다이오드 중 하나의 가장 높은 값이 될 수 있습니다. 그리고 체인의 각 요소가 저항으로 분류되면(정격이 같아야 함) 역 전압은 엄격하게 동일하게 분배됩니다.각 저항의 저항은 다이오드의 역 저항보다 약 10배 작아야 합니다. 이 경우 회로 작동에 대한 추가 요소의 영향이 최소화됩니다.
이 회로에서 다이오드의 병렬 연결은 필요하지 않으며 여기의 전류는 작습니다. 그러나 부하가 심각한 전력을 소비하는 다른 정류기 회로에서 유용할 수 있습니다. 병렬 연결은 밸브를 통해 허용되는 전류를 곱하지만 매개변수 편차를 조입니다. 결과적으로 하나의 다이오드가 가장 많은 전류를 소비하고 유지하지 못할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 각 다이오드에 저항을 직렬로 연결합니다.
저항의 정격은 최대 전류에서 저항 양단의 전압 강하는 1볼트가 되도록 선택됩니다. 따라서 1A의 전류에 대해 저항은 1옴이어야 합니다. 이 경우 전력은 1와트 이상이어야 합니다.
이론적으로 전압 다중도는 무한대로 증가할 수 있습니다. 실제로 이러한 정류기의 부하 용량은 추가 단계마다 급격히 떨어집니다. 결과적으로 부하의 전압 강하가 곱셈의 다중도를 초과하고 정류기가 무의미하게 작동하는 상황이 발생할 수 있습니다. 이러한 단점은 이러한 모든 회로에 내재되어 있습니다.
종종 이러한 전압 증배기는 우수한 절연 상태에서 단일 모듈로 생산됩니다. 이러한 장치는 예를 들어 음극선관을 모니터로 사용하여 TV 세트 또는 오실로스코프에서 고전압을 생성하는 데 사용되었습니다. 초크를 사용하는 이중 회로도 알려져 있지만 널리 보급되지 않았습니다. 권선 부품을 만들기 어렵고 작동 안정성이 좋지 않습니다.
정류기 계획이 많이 있습니다. 이 장치의 광범위한 적용을 감안할 때 회로 선택 및 요소 계산에 의식적으로 접근하는 것이 중요합니다. 이 경우에만 길고 안정적인 작동이 보장됩니다.
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