Elektros energija patogiai transportuojama ir paverčiama kintamosios įtampos dydžiu. Būtent tokia forma jis pristatomas galutiniam vartotojui. Tačiau norint maitinti daugelį įrenginių, vis tiek reikia nuolatinės įtampos.
Turinys
Kodėl elektros inžinerijoje mums reikia lygintuvo
Užduotis konvertuoti kintamosios srovės įtampą į nuolatinę, priskirta lygintuvams. Šis prietaisas yra plačiai naudojamas, o pagrindinės radijo ir elektros inžinerijos lygintuvų naudojimo sritys yra šios:
- nuolatinės srovės formavimas galios elektros įrenginiams (traukos pastotėms, elektrolizės įrenginiams, sinchroninių generatorių žadinimo sistemoms) ir galingiems nuolatinės srovės varikliams;
- Elektroninių prietaisų maitinimo šaltiniai;
- moduliuotų radijo signalų aptikimas;
- pastovios įtampos, proporcingos įvesties signalo lygiui, formavimas automatinėms stiprinimo valdymo sistemoms kurti.
Visas lygintuvų asortimentas yra platus, todėl neįmanoma jo išvardyti vienoje apžvalgoje.
Lygintuvų veikimo principai
Lyginimo įtaisų veikimas pagrįstas elementų vienpusio laidumo savybe. Tai galite padaryti įvairiais būdais. Daugelis pramoninių pritaikymų būdų tapo praeitimi, pavyzdžiui, mechaninių sinchroninių mašinų ar elektrovakuuminių įrenginių naudojimas. Dabar naudojami vožtuvai, kurie praleidžia srovę viena kryptimi. Ne taip seniai gyvsidabrio prietaisai buvo naudojami didelės galios lygintuvams. Šiuo metu juos praktiškai pakeičia puslaidininkiniai (silicio) elementai.
Tipiškos lygintuvo grandinės
Taisymo įrenginys gali būti pagamintas pagal įvairius principus. Analizuojant prietaisų grandines, reikia atsiminti, kad nuolatinė įtampa bet kurio lygintuvo išėjime gali būti vadinama tik sąlyginai. Šis mazgas sukuria pulsuojančią vienakryptę įtampą, kurią daugeliu atvejų turi išlyginti filtrai. Kai kuriems vartotojams taip pat reikia stabilizuoti išlygintą įtampą.
Vienfaziai lygintuvai
Paprasčiausias kintamosios srovės įtampos lygintuvas yra vieno diodo.
Jis perduoda teigiamas sinusoido pusbanges vartotojui ir „nukerta“ neigiamas.
Tokio prietaiso apimtis yra nedidelė - daugiausia, perjungimo maitinimo lygintuvaiveikiantis palyginti aukštais dažniais. Nors ji gamina srovę, tekančią viena kryptimi, ji turi didelių trūkumų:
- aukštas pulsacijos lygis - norint išlyginti ir gauti nuolatinę srovę, jums reikės didelio ir didelio kondensatoriaus;
- nevisiškai išnaudojus žemesnio (arba aukštesnio) transformatoriaus galią, todėl padidėja reikiami svorio ir dydžio rodikliai;
- vidutinis EML išėjime yra mažesnis nei pusė tiekiamo EML;
- padidėję reikalavimai diodui (kita vertus, reikia tik vieno vožtuvo).
Todėl labiau paplitęs pilnos bangos (tilto) grandinė.
Čia srovė teka per apkrovą du kartus per laikotarpį viena kryptimi:
- teigiama pusbangis palei kelią, pažymėtą raudonomis rodyklėmis;
- neigiama pusbanga palei kelią, pažymėtą žaliomis rodyklėmis.
Neigiama banga neišnyksta, bet taip pat išnaudojama, todėl įvesties transformatoriaus galia išnaudojama pilniau. Vidutinis EMF yra du kartus didesnis nei pusės bangos versijos. Pulsacinės srovės forma yra daug artimesnė tiesei linijai, tačiau vis tiek reikalingas išlyginamasis kondensatorius. Jo talpa ir matmenys bus mažesni nei ankstesniu atveju, nes pulsacijos dažnis yra du kartus didesnis už tinklo įtampą.
Jei yra transformatorius su dviem vienodomis apvijomis, kurias galima jungti nuosekliai arba su apvija, turinčia čiaupą iš vidurio, pilnos bangos lygintuvą galima statyti pagal kitokią schemą.
Ši parinktis iš tikrųjų yra dviguba pusės bangos lygintuvo grandinė, tačiau turi visus pilnos bangos lygintuvo privalumus. Trūkumas yra būtinybė naudoti konkrečios konstrukcijos transformatorių.
Jei transformatorius pagamintas mėgėjiškomis sąlygomis, antrinę apviją apvynioti pagal poreikį kliūčių nėra, tačiau teks naudoti kiek didesnę geležį. Tačiau vietoj 4 diodų naudojami tik 2. Tai leis kompensuoti svorio ir dydžio rodiklių praradimą ir net laimėti.
Jei lygintuvas skirtas didelei srovei, o vožtuvai turi būti montuojami ant radiatorių, tada sutaupoma perpus mažiau diodų. Taip pat reikia atsižvelgti į tai, kad tokio lygintuvo vidinė varža yra dvigubai didesnė, palyginti su sumontuotu tilto grandinėje, todėl transformatoriaus apvijų įkaitimas ir su tuo susiję nuostoliai taip pat bus didesni.
Trifaziai lygintuvai
Iš ankstesnės grandinės logiška pereiti prie trifazio įtampos lygintuvo, surinkto pagal panašų principą.
Išėjimo įtampos forma yra daug arčiau tiesės, pulsacijos lygis yra tik 14%, o dažnis yra lygus tris kartus didesniam už tinklo įtampos dažnį.
Ir vis dėlto šios grandinės šaltinis yra pusės bangos lygintuvas, todėl daugelio trūkumų neįmanoma pašalinti net naudojant trifazį įtampos šaltinį. Pagrindinis iš jų yra nevisiškas transformatoriaus galios panaudojimas, o vidutinis EMF yra 1,17⋅E2eff (transformatoriaus antrinės apvijos EML efektyvioji vertė).
Geriausi parametrai turi trifazę tilto grandinę.
Čia išėjimo įtampos pulsacijos amplitudė yra tokia pati 14%, tačiau dažnis lygus šešiakampiam įėjimo kintamosios įtampos dažniui, todėl filtro kondensatoriaus talpa bus mažiausia iš visų pateiktų variantų. Ir išėjimo EMF bus dvigubai didesnis nei ankstesnėje grandinėje.
Šis lygintuvas naudojamas su išvesties transformatoriumi, turinčiu žvaigždės antrinę apviją, tačiau tas pats vožtuvo mazgas bus daug mažiau efektyvus, kai bus naudojamas kartu su transformatoriumi, kurio išėjimas prijungtas trikampiu.
Čia pulsacijų amplitudė ir dažnis yra tokie patys kaip ir ankstesnėje grandinėje. Tačiau vidutinis EML kartais yra mažesnis nei ankstesnėje schemoje. Todėl šis įtraukimas naudojamas retai.
Įtampos daugiklio lygintuvai
Galima pastatyti lygintuvą, kurio išėjimo įtampa bus kartotinė įėjimo įtampos. Pavyzdžiui, yra grandinės su įtampos padvigubėjimu:
Čia kondensatorius C1 įkraunamas neigiamo pusperiodo metu ir nuosekliai perjungiamas su teigiama įvesties sinusinės bangos banga. Šios konstrukcijos trūkumas yra maža lygintuvo apkrova, taip pat tai, kad kondensatoriaus C2 įtampa yra dvigubai mažesnė. Todėl tokia grandinė naudojama radijo inžinerijoje, siekiant padvigubinti mažos galios signalų ištaisymą amplitudės detektoriuose, kaip matavimo elementas automatinio stiprinimo valdymo grandinėse ir kt.
Elektros inžinerijoje ir galios elektronikoje naudojama kita dvigubinimo schemos versija.
Dvigubas, surinktas pagal Latour schemą, turi didelę apkrovą. Kiekviename iš kondensatorių yra įvesties įtampa, todėl pagal svorį ir dydį ši parinktis taip pat lenkia ankstesnę. Teigiamos pusės ciklo metu įkraunamas kondensatorius C1, neigiamo - C2. Kondensatoriai jungiami nuosekliai, o apkrovos atžvilgiu - lygiagrečiai, todėl įtampa per apkrovą yra lygi sumai įkrautų kondensatorių įtampa. Pulsacijos dažnis yra lygus dvigubam tinklo įtampos dažniui, o vertė priklauso nuo pajėgumų vertės. Kuo jie didesni, tuo mažiau banguojasi. Ir čia būtina rasti pagrįstą kompromisą.
Grandinės trūkumas yra draudimas įžeminti vieną iš apkrovos gnybtų - tokiu atveju vienas iš diodų arba kondensatorių bus trumpasis.
Ši grandinė gali būti pakopinė bet kokį skaičių kartų. Taigi, du kartus pakartodami įtraukimo principą, galite gauti keturių kartų įtampą ir pan.
Pirmasis kondensatorius grandinėje turi atlaikyti maitinimo įtampą, likusieji - dvigubai didesnę maitinimo įtampą. Visi vožtuvai turi būti pritaikyti dvigubai atvirkštinei įtampai. Žinoma, norint patikimai veikti grandinėje, visų parametrų marža turi būti ne mažesnė kaip 20%.
Jei tinkamų diodų nėra, juos galima jungti nuosekliai – tokiu atveju maksimali leistina įtampa padidės 1 karto. Bet lygiagrečiai su kiekvienu diodu turi būti prijungti išlyginamieji rezistoriai. Tai turi būti padaryta, nes priešingu atveju dėl sklendžių parametrų išplitimo atvirkštinė įtampa tarp diodų gali pasiskirstyti netolygiai. Rezultatas gali būti vieno iš diodų didžiausios vertės perviršis. Ir jei kiekvienas grandinės elementas yra šuntuotas su rezistoriumi (jų reikšmė turi būti vienoda), tada atvirkštinė įtampa bus paskirstyta lygiai taip pat. Kiekvieno rezistoriaus varža turėtų būti maždaug 10 kartų mažesnė už diodo atvirkštinę varžą. Tokiu atveju papildomų elementų poveikis grandinės veikimui bus sumažintas iki minimumo.
Lygiagretus diodų prijungimas šioje grandinėje greičiausiai nebus reikalingas, srovės čia yra mažos. Tačiau tai gali būti naudinga kitose lygintuvo grandinėse, kur apkrova sunaudoja daug energijos. Lygiagretus jungimas padaugina leistiną srovę per vožtuvą, bet viskas sugadina parametrų nuokrypį. Dėl to vienas diodas gali įgauti didžiausią srovę ir jos neatlaikyti. Norėdami to išvengti, su kiekvienu diodu nuosekliai dedamas rezistorius.
Atsparumo vertė parenkama taip, kad esant maksimaliai srovei, įtampos kritimas joje būtų 1 voltas. Taigi, esant 1 A srovei, varža turėtų būti 1 omas. Galia šiuo atveju turėtų būti bent 1 vatas.
Teoriškai įtampos daugialypį galima didinti neribotą laiką. Praktikoje reikia atsiminti, kad su kiekvienu papildomu etapu tokių lygintuvų apkrova smarkiai sumažėja. Dėl to galite patekti į situaciją, kai įtampos kritimas per apkrovą viršija dauginimo koeficientą ir lygintuvo veikimas tampa beprasmis. Šis trūkumas būdingas visoms tokioms schemoms.
Dažnai tokie įtampos daugikliai gaminami kaip vienas modulis su gera izoliacija. Panašūs įtaisai buvo naudojami, pavyzdžiui, kuriant aukštą įtampą televizoriuose arba osciloskopuose su katodinių spindulių vamzdžiu kaip monitoriumi. Taip pat žinomos padvigubinimo schemos naudojant droselius, tačiau jos nebuvo paskirstytos - apvijų dalis sunku gaminti ir nelabai patikima.
Yra daug lygintuvų grandinių. Atsižvelgiant į plačią šio mazgo taikymo sritį, svarbu sąmoningai žiūrėti į grandinės pasirinkimą ir elementų skaičiavimą. Tik tokiu atveju garantuojamas ilgas ir patikimas veikimas.
Panašūs straipsniai:
