Elektros energiją patogu perduoti ir paversti kintama įtampa. Būtent tokiu pavidalu jis pristatomas galutiniam vartotojui. Tačiau daugeliui prietaisų vis dar reikia nuolatinės įtampos.
Turinys
Iš lygintuvai elektrotechnikoje
Lygintuvai naudojami kintamajai srovei paversti nuolatine. Šis prietaisas plačiai naudojamas, o pagrindinės lygintuvų taikymo sritys - radiotechnika ir elektrotechnika:
- nuolatinės srovės elektros įrenginių (traukos pastočių, elektrolizės įrenginių, sinchroninių generatorių žadinimo sistemų) ir galingų nuolatinės srovės variklių formavimas;
- elektroninių prietaisų maitinimo šaltiniai;
- aptikti moduliuotus radijo signalus;
- Tiesioginės įtampos, proporcingos įėjimo signalo lygiui, generavimas automatinio stiprinimo valdymo sistemoms kurti.
Tiesintuvų taikymo sričių spektras labai platus, todėl vienoje apžvalgoje neįmanoma jų visų išvardyti.
Išlygintuvo principai
Lygintuvų įtaisai pagrįsti vienakrypčio elementų laidumo principu. Tai galima padaryti įvairiais būdais. Daugelis pramoninio pritaikymo būdų liko praeityje, pavyzdžiui, mechaninių sinchroninių mašinų arba elektrovakuuminių įrenginių naudojimas. Dabar naudojami vožtuvai, kurie srovę praleidžia į vieną pusę. Ne taip seniai gyvsidabrio prietaisai buvo naudojami didelės galios lygintuvams. Šiandien juos praktiškai pakeitė puslaidininkiniai (silicio) elementai.
Tipinės lygintuvų schemos
Išlyginimo įtaisai gali būti konstruojami pagal skirtingus principus. Analizuojant lygintuvų schemas, reikia nepamiršti, kad bet kurio lygintuvo išėjime esančią įtampą pastovia galima vadinti tik sąlyginai. Šis įrenginys sukuria pulsuojančią vienakryptę įtampą, kurią daugeliu atvejų reikia išlyginti filtrais. Kai kuriems vartotojams taip pat reikia stabilizuoti ištiesintą įtampą.
Vienfaziai lygintuvai
Paprasčiausias kintamosios srovės lygintuvas yra vienas diodas.
Jis perduoda teigiamą sinusinės bangos pusbangę vartotojui, o neigiamą pusbangę "nukerpa".
Tokio prietaiso taikymo sritis yra nedidelė - daugiausia, Komutacinių maitinimo šaltinių lygintuvaiTiesintuvo taikymo sritis yra ribota, daugiausia jis naudojamas lygintuvuose, skirtuose gana aukštų dažnių impulsiniams maitinimo šaltiniams. Nors jis tiekia srovę viena kryptimi, turi didelių trūkumų:
- didelis pulsacijų lygis - norint išlyginti ir sukurti pastovią srovę, reikėtų didelio ir nepatogaus kondensatoriaus;
- Nepakankamai išnaudojama žeminančio (arba didinančio) transformatoriaus galia, todėl padidėja svorio ir dydžio reikalavimai;
- Vidutinis išėjimo EMP yra mažesnis nei pusė įėjimo EMP;
- didesnis diodų poreikis (kita vertus, reikia tik vieno vožtuvo).
Todėl labiausiai paplitęs yra Dvigubo pusperiodžio (tilto) grandinė.
Šiuo atveju srovė per apkrovą ta pačia kryptimi teka du kartus per periodą:
- Raudonomis rodyklėmis pažymėta teigiama pusinė banga, einanti raudonomis rodyklėmis pažymėtu keliu;
- neigiamą pusbangę žalios spalvos rodyklėmis pažymėtu keliu.
Neigiama pusinė banga neprarandama ir taip pat naudojama, todėl įėjimo transformatoriaus galia išnaudojama geriau. Vidutinis elektromagnetinis laukas yra dvigubai didesnis nei vienos pusės bangos versijos. Pulsuojančios srovės bangos forma yra daug artimesnė tiesei, tačiau vis tiek reikalingas išlyginamasis kondensatorius. Jo talpa ir matmenys bus mažesni nei ankstesniu atveju, nes pulsacijų dažnis yra dvigubai didesnis už tinklo įtampos dažnį.
Jei yra transformatorius su dviem vienodomis apvijomis, kurias galima sujungti nuosekliai arba kurių apvijos siaurėja nuo centro, dvigubą pusperiodinį lygintuvą galima sukonstruoti kitoje grandinėje.
Iš tikrųjų tai yra dvigubas vieno pusperiodžio lygintuvas, tačiau jis turi dvigubo pusperiodžio privalumą. Trūkumas tas, kad transformatorius turi būti specialios konstrukcijos.
Jei transformatorius gaminamas mėgėjiškai, nėra kliūčių antrinę apviją suvynioti taip, kaip reikia, tačiau geležis turi būti šiek tiek per didelė. Vietoj 4 diodų naudojami tik 2. Tai padės kompensuoti masės praradimą ir net priaugti.
Jei lygintuvas skirtas didelei srovei ir vožtuvai turi būti montuojami ant radiatorių, įdiegus perpus mažiau diodų, galima gerokai sutaupyti. Taip pat atkreipkite dėmesį, kad šio lygintuvo vidinė varža yra dvigubai didesnė nei tiltelio grandinės, todėl transformatoriaus apvijų kaitimas ir su tuo susiję nuostoliai taip pat bus didesni.
Trijų fazių lygintuvai
Iš ankstesnės schemos logiška pereiti prie trifazės įtampos lygintuvo, sudaryto panašiu principu.
Išėjimo įtampos forma daug artimesnė tiesei, pulsacijų lygis siekia tik 14 %, o dažnis yra trigubai didesnis už tinklo įtampos dažnį.
Vis dėlto šios grandinės šaltinis yra vieno pusperiodžio lygintuvas, todėl daugelio trūkumų neįmanoma išvengti net naudojant trifazį įtampos šaltinį. Pagrindinis trūkumas yra tas, kad transformatorius nėra visiškai išnaudojamas, o vidutinis elektromagnetinis laukas yra 1,17⋅E2eff (efektyvusis transformatoriaus antrinis elektromagnetinis laukas).
Geriausius parametrus suteikia trifazio tiltelio grandinė.
Čia išėjimo įtampos pulsacijų amplitudė yra tokia pati 14 %, tačiau dažnis yra lygus žemesniam kintamosios įėjimo įtampos dažniui, todėl filtro kondensatoriaus talpa bus mažiausia iš visų pateiktų variantų. Ir išėjimo elektromagnetinis laukas bus dvigubai didesnis nei ankstesnėje grandinėje.
Tiesintuvas naudojamas su žvaigždės išėjimo transformatoriumi, tačiau tas pats vožtuvo išdėstymas bus daug mažiau veiksmingas, jei bus naudojamas delta išėjimo transformatorius.
Čia pulsacijos amplitudė ir dažnis yra tokie patys, kaip ir ankstesniame variante. Tačiau vidutinis elektromagnetinis laukas yra viengubas. Todėl ši jungtis naudojama retai.
Iš lygintuvai su įtampos dauginimu
Galima sukurti lygintuvą, kurio išėjimo įtampa yra įėjimo įtampos kartotinis. Pavyzdžiui, yra grandinių, kuriose įtampa padvigubėja:
Šiuo atveju kondensatorius C1 įkraunamas neigiamo pusciklio metu ir nuosekliai perjungiamas su teigiama įėjimo sinusinės bangos banga. Šios konstrukcijos trūkumas - maža lygintuvo apkrovos galia ir tai, kad kondensatorius C2 yra dvigubai mažesnis už įtampą. Todėl tokia schema naudojama radiotechnikoje mažos galios signalams ištiesinti su dvigubu stiprinimu amplitudės detektoriuose, kaip matavimo organas automatinio stiprinimo valdymo grandinėse ir kt.
Elektros inžinerijoje ir galios elektronikoje naudojamas kitas dvigubinimo grandinės variantas.
Pagal Latouro schemą sumontuotas dvigubintuvas turi didelę įkrovos galią. Kiekvienas iš kondensatorių yra po įėjimo įtampa, todėl masės ir matmenų atžvilgiu šis variantas taip pat laimi prieš ankstesnįjį. Kondensatorius C1 įkraunamas per teigiamą pusperiodį, o C2 - per neigiamą pusperiodį. Kondensatoriai sujungti nuosekliai ir lygiagrečiai apkrovai, todėl įtampa ant apkrovos yra lygi sumai įkrautų kondensatorių įtampų. Pulsacijų dažnis yra dvigubai didesnis už tinklo įtampos dažnį, o dydis priklauso nuo nuo talpos vertės. Kuo didesnė talpa, tuo mažesnės pulsacijos. Šiuo atveju taip pat reikia rasti protingą kompromisą.
Šios grandinės trūkumas yra tas, kad vienas iš apkrovos gnybtų neturi būti įžemintas, nes tokiu atveju vienas iš diodų arba kondensatorių bus trumpas.
Šią grandinę galima sujungti kaskadomis bet kiek kartų. Taigi, du kartus pakartojus perjungimo principą, galima gauti grandinę su keturguba įtampa ir t. t.
Pirmasis grandinės kondensatorius turi atlaikyti maitinimo šaltinio įtampą, kiti turi atlaikyti dvigubai didesnę maitinimo šaltinio įtampą. Visi vartai turi būti pritaikyti dvigubai atbulinei įtampai. Žinoma, kad grandinė veiktų patikimai, visų parametrų atsarga turi būti ne mažesnė kaip 20 %.
Jei tinkamų diodų nėra, juos galima sujungti nuosekliai, taip padidinant didžiausią leistiną įtampą kelis kartus. Tačiau lygiagrečiai kiekvienam diodui turi būti įtraukti išlyginamieji rezistoriai. Tai būtina padaryti, nes priešingu atveju atvirkštinė įtampa tarp diodų gali pasiskirstyti netolygiai dėl varijuojančių užtūros parametrų. Dėl to gali būti viršyta didžiausia vieno iš diodų vertė. Jei kiekvienas grandinės elementas bus sujungtas rezistoriumi (jų vardinė vertė turi būti vienoda), tada atgalinė įtampa pasiskirstys griežtai vienodai. Kiekvieno rezistoriaus varža turi būti maždaug 10 kartų mažesnė už diodo atvirkštinę varžą. Tokiu atveju papildomų elementų poveikis grandinės veikimui bus minimalus.
Lygiagretus diodų jungimas šioje grandinėje beveik nereikalingas, srovės nėra didelės. Tačiau jis gali būti naudingas kitose lygintuvo grandinėse, kuriose apkrova naudoja didelę galią. Lygiagretus jungimas padidina leistiną srovę per vožtuvą, tačiau sutrikdo parametrų kitimą. Dėl to vienas diodas gali priimti didžiausią srovę ir jos neatlaikyti. Siekiant to išvengti, prie kiekvieno diodo nuosekliai prijungiamas rezistorius.
Rezistorius parenkamas toks, kad, esant didžiausiai srovei, įtampos kritimas ant jo būtų 1 voltas. Taigi, esant 1 A srovei, varža turėtų būti 1 omas. Šiuo atveju galia turi būti ne mažesnė kaip 1 W.
Teoriškai įtampos kartotinumą galima padidinti iki begalybės. Praktiškai nepamirškite, kad tokių lygintuvų apkrovos galia smarkiai mažėja su kiekviena papildoma pakopa. Dėl to gali susidaryti situacija, kai apkrovos įtampos nuokrypis viršija daugiklį ir lygintuvas tampa beprasmis. Šis trūkumas būdingas visoms tokioms grandinėms.
Dažnai šie įtampos daugintuvai gaminami kaip vienas modulis su gera izoliacija. Tokie prietaisai buvo naudojami, pavyzdžiui, televizoriuose arba osciloskopuose, kurių monitorius - katodinių spindulių kineskopas, aukštai įtampai generuoti. Dvigubinimo grandinės, kuriose naudojami induktoriai, taip pat yra žinomos, tačiau jos nėra plačiai paplitusios - apvijų dalis sunku pagaminti, o jų veikimas nėra labai patikimas.
Yra nemažai lygintuvų schemų. Atsižvelgiant į tai, kad šis įrenginys gali būti naudojamas įvairiai, svarbu sąmoningai pasirinkti grandinę ir apskaičiuoti elementus. Tik tada garantuojamas ilgas ir patikimas veikimas.
Susiję straipsniai:
