Elektriskā enerģija tiek ērti transportēta un pārveidota maiņstrāvas sprieguma veidā. Šādā veidā tas tiek piegādāts galapatērētājam. Taču daudzām ierīcēm joprojām ir nepieciešams līdzstrāvas spriegums.
Saturs
Taisngrieži elektrotehnikā
Taisngrieži tiek izmantoti, lai pārveidotu maiņstrāvu līdzstrāvā. Šo ierīci plaši izmanto, un galvenās taisngriežu izmantošanas jomas ir radio un elektrotehnika:
- līdzstrāvas veidošana spēka elektroietaisēm (vilces apakšstacijām, elektrolīzes iekārtām, sinhronisko ģeneratoru ierosmes sistēmām) un jaudīgiem līdzstrāvas motoriem;
- elektronisko ierīču barošanas avoti;
- modulētu radio signālu noteikšana;
- Tiešā sprieguma ģenerēšana proporcionāli ieejas signāla līmenim, lai izveidotu automātiskās pastiprinājuma kontroles sistēmas.
Taisngriežu lietojumu klāsts ir ļoti plašs, un vienā pārskatā nav iespējams uzskaitīt visus.
Taisngrieža principi
Taisngrieža ierīces ir balstītas uz elementu vienvirziena vadītspējas principu. To var izdarīt dažādos veidos. Daudzi veidi rūpnieciskiem lietojumiem ir pagātne - piemēram, mehānisko sinhrono mašīnu vai elektrovakuuma ierīču izmantošana. Mūsdienās tiek izmantoti vārsti, kas strāvu novada uz vienu pusi. Ne tik sen dzīvsudraba ierīces tika izmantotas lieljaudas taisngrieža taisngrieža ierīcēs. Mūsdienās tos praktiski ir aizstājuši pusvadītāju (silīcija) elementi.
Tipiskas taisngrieža shēmas
Izlīdzināšanas ierīces var konstruēt pēc dažādiem principiem. Analizējot taisngrieža diagrammas, jāatceras, ka spriegumu jebkura taisngrieža izejā par konstantu var saukt tikai nosacīti. Šī ierīce rada pulsējošu vienvirziena spriegumu, kas vairumā gadījumu ir jāizlīdzina ar filtriem. Dažiem patērētājiem nepieciešama arī iztaisnotā sprieguma stabilizācija.
Vienfāzes taisngrieži
Vienkāršākais maiņstrāvas taisngriezis ir viena diode.
Tas patērētājam nodod sinusoīdā viļņa pozitīvo pusviļņu un "nogriež" negatīvo pusviļņu.
Šādas ierīces piemērošanas joma ir neliela - galvenokārt, Taisngrieži komutācijas režīma barošanas avotosTaisngrieža pielietojums ir ierobežots, galvenokārt komutācijas barošanas avotu taisngriežos, kas darbojas salīdzinoši augstās frekvencēs. Lai gan tas nodrošina strāvas plūsmu vienā virzienā, tam ir būtiski trūkumi:
- augstu pulsāciju līmeni - lai izlīdzinātu un radītu konstantu strāvu, būtu nepieciešams liels un apgrūtinošs kondensators;
- nepietiekama pazeminošā (vai paaugstinošā) transformatora jaudas izmantošana, kā rezultātā palielinās prasības attiecībā uz svaru un izmēriem;
- Vidējais izejas EML ir mazāks par pusi no ieejas EML;
- lielākas diodes prasības (no otras puses - nepieciešams tikai viens vārsts).
Tāpēc visizplatītākais ir Dubultā pusperioda (tilta) shēma.
Šajā gadījumā strāva caur slodzi plūst divas reizes periodā vienā virzienā:
- Pozitīvais pusvilnis pa ceļu, kas norādīts ar sarkanajām bultiņām;
- negatīvo pusviļņu pa zaļo bultiņu norādīto ceļu.
Negatīvais pusvilnis netiek zaudēts un arī tiek izmantots, tāpēc ieejas transformatora jauda tiek izmantota pilnīgāk. Vidējais EML ir divreiz lielāks nekā viena pusviļņa versijā. Pulsējošā strāvas viļņa forma ir daudz tuvāka taisnei, taču joprojām ir nepieciešams izlīdzinošais kondensators. Tā jauda un izmēri būs mazāki nekā iepriekšējā gadījumā, jo pulsāciju frekvence ir divreiz lielāka par tīkla sprieguma frekvenci.
Ja ir transformators ar diviem vienādiem tinumiem, kurus var savienot virknē, vai ar tinumu, kas sašaurinās no centra, divpusēja pusperioda taisngriezi var konstruēt citā shēmā.
Faktiski tas ir viena pusperioda taisngrieža divkāršojums, taču tam ir dubultā pusperioda priekšrocība. Trūkums ir tas, ka transformatoram jābūt ar īpašu konstrukciju.
Ja transformators ir izgatavots kā amatierim, nav šķēršļu sekundārā tinuma uzvilkšanai, kā nepieciešams, bet dzelzs ir nedaudz jāpalielina. 4 diodu vietā tiek izmantotas tikai 2 diodes. Tas kompensēs masas zudumu un pat pieaugumu.
Ja taisngriezis ir paredzēts lielai strāvai un vārsti ir jāuzstāda uz radiatoriem, tad, uzstādot uz pusi mazāku diodu skaitu, var ievērojami ietaupīt. Jāņem vērā arī tas, ka šim taisngriezim ir divreiz lielāka iekšējā pretestība nekā tilta shēmai, tāpēc transformatora tinumu sildīšana un ar to saistītie zudumi arī būs lielāki.
Trīsfāžu taisngrieži
No iepriekšējās diagrammas ir loģiski pāriet uz trīsfāžu sprieguma taisngriezi, kas montēts pēc līdzīga principa.
Izvades sprieguma forma ir daudz tuvāka taisnai līnijai, pulsāciju līmenis ir tikai 14%, un frekvence ir vienāda ar trīskāršu līnijas sprieguma frekvenci.
Tomēr šīs shēmas avots ir viena pusperioda taisngriezis, tāpēc daudzus trūkumus nevar novērst pat ar trīsfāžu sprieguma avotu. Galvenais trūkums ir tas, ka transformators netiek pilnībā izmantots, un vidējais EML ir 1,17⋅E.2eff (efektīvais transformatora sekundārais EMS).
Vislabākos parametrus nodrošina trīsfāžu tilta shēma.
Šeit izejas sprieguma pulsāciju amplitūda ir vienāda 14%, bet frekvence ir vienāda ar maiņstrāvas ieejas sprieguma zemāko frekvenci, tāpēc filtra kondensatora kapacitāte būs mazākā no visām piedāvātajām iespējām. Un izejas EML būs divreiz lielāks nekā iepriekšējā shēmā.
Šo taisngriezi izmanto ar izejas transformatoru ar zvaigznes sekundāro pusi, bet tas pats vārsta izvietojums būs daudz mazāk efektīvs, ja to izmantos ar delta izejas transformatoru.
Šeit pulsāciju amplitūda un frekvence ir tāda pati kā iepriekšējā gadījumā. Tomēr vidējais elektromagnētiskais lauks ir vienāds ar koeficientu viens. Tāpēc šis savienojums tiek izmantots reti.
Taisngrieži ar sprieguma reizināšanu
Ir iespējams konstruēt taisngriezi, kura izejas spriegums ir reizinājums ieejas spriegumam. Piemēram, ir shēmas ar sprieguma dubultošanu:
Šeit kondensators C1 tiek uzlādēts negatīvā puscikla laikā un tiek ieslēgts virknē ar ieejas sinusoīdā viļņa pozitīvo vilni. Šīs konstrukcijas trūkums ir taisngrieža zemā slodze un tas, ka kondensators C2 ir zem divkāršas sprieguma vērtības. Tāpēc šādu shēmu izmanto radiotehnikā, lai ar dubultošanu iztaisnotu mazjaudas signālus amplitūdas detektoriem, kā mērinstrumentu automātiskās pastiprinājuma kontroles shēmās utt.
Elektrotehnikā un energoelektronikā tiek izmantots cits dublēšanas shēmas variants.
Pēc Latūra shēmas samontētam dubultojumam ir liela kravnesība. Katrs no kondensatoriem ir zem ieejas sprieguma, tāpēc arī masas un izmēru ziņā šis variants ir pārāks par iepriekšējo. Kondensators C1 tiek uzlādēts pozitīvā pusperioda laikā un C2 - negatīvā pusperioda laikā. Kondensatori ir savienoti virknē un paralēli slodzei, tāpēc spriegums pāri slodzei ir summa no uzlādēto kondensatoru spriegumiem. Viļņošanas frekvence ir vienāda ar divkāršu līnijas sprieguma frekvenci, un tās lielums ir atkarīgs no. no kapacitātes vērtības. Jo lielāka kapacitāte, jo mazāka pulsācija. Arī šajā gadījumā ir jārod saprātīgs kompromiss.
Šīs shēmas trūkums ir tas, ka viens no slodzes spailēm nedrīkst būt iezemēts, jo tādā gadījumā viena no diodēm vai kondensatoriem būs īss.
Šo ķēdi var kaskadēt vairākas reizes. Tādējādi, divreiz atkārtojot pārslēgšanas principu, var iegūt ķēdi ar sprieguma četrkāršošanu utt.
Pirmajam kondensatoram ķēdē jāspēj izturēt barošanas avota spriegumu, pārējiem - divreiz lielāku spriegumu nekā barošanas avotam. Visiem vārtiņiem jābūt ar divkāršu reversā sprieguma stiprumu. Protams, lai shēma darbotos droši, visiem parametriem jābūt vismaz 20% rezervei.
Ja nav pieejamas piemērotas diodes, tās var savienot virknē, tādējādi palielinot maksimālo pieļaujamo spriegumu vairākkārtīgi. Taču paralēli katram diodam ir jāiekļauj izlīdzināšanas rezistori. Tas ir jādara, jo pretējā gadījumā atpakaļgaitas spriegums var nevienmērīgi sadalīties starp diodēm vārtu parametru svārstību dēļ. Tā rezultātā var tikt pārsniegta vienas no diodēm augstākā vērtība. Un, ja katrs ķēdes elements ir savienots ar rezistoru (to nominālajam lielumam jābūt vienādam), tad atpakaļgaitas spriegums sadalīsies pilnīgi vienādi. Katra rezistora pretestībai jābūt aptuveni 10 reizes mazākai par diodes reverso pretestību. Šādā gadījumā papildu elementu ietekme uz shēmas darbību būs minimāla.
Paralēls diodu savienojums šajā shēmā gandrīz nav nepieciešams, strāvas nav lielas. Taču tas var būt noderīgs citās taisngrieža ķēdēs, kur slodze patērē lielu jaudu. Paralēlais savienojums palielina pieļaujamo strāvu caur vārstu, bet izjauc parametru izmaiņas. Rezultātā viena diode var uzņemt lielāko strāvas daļu un nespēj to apstrādāt. Lai no tā izvairītos, katrai diodei virknē tiek pievienots rezistors.
Rezistora nominālvērtība ir izvēlēta tā, lai pie maksimālās strāvas sprieguma kritums uz tā būtu 1 volts. Tātad, ja strāva ir 1 A, pretestībai jābūt 1 omam. Šādā gadījumā jaudai jābūt vismaz 1 W.
Teorētiski sprieguma reizinājumu var palielināt līdz bezgalībai. Praksē jāatceras, ka šādu taisngriežu slodzes jauda strauji samazinās ar katru papildu pakāpi. Rezultātā var rasties situācija, kad sprieguma sašaurinājums slodzē pārsniedz reizināšanas reizinājumu un padara taisngriezi bezjēdzīgu. Šis trūkums ir kopīgs visām šādām ķēdēm.
Bieži vien šie sprieguma reizinātāji tiek ražoti kā viens modulis ar labu izolāciju. Šādas ierīces ir izmantotas, piemēram, lai ģenerētu augstu spriegumu televizoros vai osciloskopos ar katodstaru lampu kā monitoru. Ir zināmas arī dubultošanas shēmas, kurās izmanto induktorus, taču tās nav plaši izplatītas - tinumu daļas ir grūti izgatavojamas un to darbība nav īpaši uzticama.
Ir pieejamas vairākas iztaisnotāju shēmas. Ņemot vērā šīs ierīces plašo lietojumu klāstu, ir svarīgi apzināti izvēlēties shēmu un veikt elementu aprēķinus. Tikai tad tiek garantēta ilgstoša un uzticama darbība.
Saistītie raksti:
