Historiallisesti oli kannattavampaa ja halvempaa saada sähköä voimalaitosten generaattoreiden tuottaman vaihtovirran muodossa. Tällainen esitys mahdollisti sen tehokkaan lähettämisen suurilla etäisyyksillä. Vastaanottopäässä se muutettiin yksivaiheiseksi jännitteeksi, joka oli kätevä kuluttajille, ja tässä muodossa se tuli voimajohtoon. Useimpien nykyaikaisten sähkökäyttäjien sisäiset piirit vaativat kuitenkin jatkuvaa virtalähdettä, jonka arvo valitaan 5, 9, 12, 24, 36 tai 48 voltin vakioalueelta. Niiden saamiseksi elektroniikkapiiriin oli syötettävä erityinen jännitteen tasasuuntaaja (esimerkiksi 24 volttia varten).
Tasasuuntaajan toimintaperiaate
DC-tasasuuntaajan toimintaperiaatteen selkeän ymmärtämisen vuoksi sinun on ensin otettava huomioon, että puolijohde-elementtejä (diodit) käytetään vaihtojännitteen tasaamiseen. Niiden erottuva piirre on kyky johtaa virtaa vain yhteen suuntaan. Tästä ominaisuudesta johtuen heille ulostulossa kohdistettu vaihtovirtajännite on positiivisten aaltoilujen muotoinen, ja heilahtelevat värähtelyjen puolijakson alaosat. Positiivisilla puoliaalloilla virta kulkee diodin läpi, mikä on perusta jatkuvan virtalähteen muodostumiselle. Sen saamiseksi tarvitaan lisää sähköelementtejä.
Mikä tahansa nykyinen tasasuuntaaja sisältää seuraavat pääyksiköt:
- Porrastettu muuntaja, joka muuntaa 220 voltin haluttuun arvoon;
- diodisarja (silta);
- tasoituskondensaattori (suodatus);
- stabilointiaine, joka on valmistettu transistorielementtien perusteella.
Tunnetaan monia elektronisten tasasuuntaajien muunnelmia, jotka eroavat diodien lukumäärästä ja kytkentätavasta sekä niiden toimintaparametreista. Erityisen kiinnostavia ovat erilaiset lähestymistavat diodielementtien sisällyttämiseen piiriin. Tasasuuntaajan vakautusvaihe on koottu transistorikytkimille, joita kutsutaan elektronisiksi releiksi.
Tasasuuntaajatyypit
Puolijohdediodien kytkentätavasta riippuen kaikki vaihtosuuntaajat jaetaan seuraaviin tyyppeihin:
- puoliaalto (puoliaalto);
- täysi aalto (täysi aalto, jossa on keskipiste tai Mitkevich-kaaviot);
- silta- tai Gretz-tasasuuntaajat;
- tasasuuntaajat kaksinkertaistamalla käyttöjännite ja muut harvinaisemmat piirit.
Puoliaalto on yksinkertaisin menetelmä, jota käytetään vaihtovirran tasasuuntaamiseen. Toinen nimi on nolla tasasuuntaajapiiri.
Tämän luokan laitteiden avulla on mahdollista saada vain sykkivä (käytetty vain puolet) lähtövirta. Puoliaaltoperiaatteeseen perustuville piireille on tunnusomaista alhainen muuntotehokkuus ja niitä käytetään harvoin. Heidän täyden aallon kollegansa koostumuksessa on kaksi diodia ja ne tasaavat molempien napaisuuksien puoliaallot. Ne ovat tehokkaampia ja niitä käytetään yksinkertaisimmissa virtalähteissä.
Yksivaiheisille silta tasasuuntaajille, ns. 4-diodisille Gretz-piireille, on tunnusomaista korkea hyötysuhde, joka ymmärretään muuntajalta vastaanotetun tehon käytön tehokkuudeksi.
Puolijohdetasasuuntaajasiltojen ulostulossa oleva jännite on hyvä perusta myöhemmälle tasoitukselle ja stabiloinnille - tasavirran saamiseksi.
Niitä käytetään laajalti laitteissa, joilla on lisääntynyt energiaintensiteetti, kuten generaattoreissa, joiden lähtöjännite on kymmenistä satoihin voltteihin. Niiden etuja ovat:
- pieni käänteinen jännite (voltin murto-osa);
- pieni koko;
- muuntajan käytön korkea hyötysuhde (verrattuna Mitkevich-järjestelmään).
Merkittävä siltapiirien haittapuoli on kaksinkertainen jännitteen pudotus diodien yli, minkä vuoksi on välttämätöntä valita muuntajan lähtöparametrit marginaalilla niiden kehityksen aikana. Tämä hyötysuhteen osa menetetään sitten neljän diodin risteyksissä.
Tasasuuntaajatyypit toiminnallisuuden mukaan
Tarkoituksenmukaisuuden ja toimivuuden mukaan tunnetut tasasuuntaajanäytteet on jaettu yksivaiheisiin ja kolmivaiheisiin laitteisiin. Ensimmäisiä käytetään kerrostalojen ja omakotitalojen sähköverkoissa, ja ne on suunniteltu kodinkoneiden virtalähteeksi. Viimeksi mainitut ovat 3 samantyyppistä elektronista moduulia, joka on valmistettu jommankumman seuraavista malleista:
- yksipäiset tasasuuntaajat;
- push-pull-järjestelmät;
- yhdistetyt moduulit: kahdella kolmivaiheisella käämillä, joissa diodit on kytketty rinnakkain ja sarjaan.
Yksipäisten muunnospiirien käyttöä on rajoitettu tasasuuntaajan jännitteen alhaisen hyötysuhteen vuoksi. Niiden kaksitahtisia analogeja käytetään laajalti tasavirtamoottoreissa ja muissa sähkökoneissa, jotka sisältävät harjakokoonpanoja. Keräinmoottoreihin asennettaviksi suunniteltujen klassisten tasasuuntaajien lisäksi on piirejä, jotka voivat lisätä lähtöjännitettä useita kertoja. Tällaisten ratkaisujen erityistapaus on jännitteen kaksinkertaistaminen tasasuuntaaja.
Tasasuuntaajapiiri jännitteen kaksinkertaistamisella eroaa vain yksityiskohdista jo tarkastelluista vaihtoehdoista. Tällaisia laitteita kutsutaan yleensä kertojiksi, jotka on helppo koota käsin.
Perussuhteet tasasuuntaajaa laskettaessa
- tulojännite, joka toimii muuntajan toisiokäämissä;
- diodien virta, joka virtaa piirissä kuormitus huomioon ottaen;
- elektrolyyttikondensaattorin kapasiteetti, joka valitaan määritetyn aaltoilun tasoituskertoimen perusteella;
- suurin jännite siinä.
On tärkeää ottaa huomioon jännitehäviö puolijohdediodien yli, kun se on auki.
Tapauksen lasketut suhteet on esitetty seuraavassa muodossa.
- Muuntajan käämissä oleva virta on suuruudeltaan yhtä suuri kuin sen maksimiarvo kuormituksessa (Iwind = Iload).
- Toisiokäämin jännite kuormittamattomassa tilassa on U2 ≈ 0,75 Kuorma.
- On suositeltavaa ottaa tasasuuntausdiodit seuraavilla parametreilla: Urev> 3.14Uload ja Imax> 1.57Iload.
Tasasuuntaajia käytetään laajalti sähkötekniikan ja elektroniikan eri aloilla, mukaan lukien nykyaikaiset ohjausjärjestelmät. Siksi on niin tärkeää ymmärtää, mitkä tasasuuntaajat ovat ja minkä tyyppisiä niitä käytetään tehokkaimpien piirien rakentamiseen.
