Prostowniki jednofazowe

Prostowniki jednofazowe służą do konwersji napięcia i prądu przemiennego na prąd stały, zgodnie z wymaganiami dotyczącymi zasilania sprzętu i cyfrowych urządzeń elektronicznych. Standardowe zasilanie sieciowe dostarczane do domów i obiektów handlowych to prąd przemienny. Jednak większość elektroniki cyfrowej jest zaprojektowana do pracy na zasilaniu prądem stałym. Prostowniki to urządzenia, które można wykorzystać do przekształcenia prądu przemiennego w kompatybilne źródło prądu stałego. Prostownik przepuszcza prąd tylko w jednym kierunku, przekształcając w ten sposób bipolarne wejście prądu przemiennego na jednobiegunowe wyjście wyprostowane. Obwody prostownikowe wykorzystują jedną lub więcej diod do przepuszczania tylko dodatniej lub ujemnej mocy prądu przemiennego, co powoduje powstanie pulsującego źródła, które jest następnie filtrowane w celu uzyskania płynnego, stałego napięcia i prądu stałego. Ten film przedstawia podstawowe koncepcje obwodów prostownikowych i diodowych, demonstruje kilka popularnych obwodów prostownikowych i testuje napięcie wyjściowe obwodów prostownikowych z różnicami w konfiguracji napięcia wejściowego i obciążenia.

Prostowniki to urządzenia stosowane w obwodach elektronicznych do przepuszczania prądu w jednym kierunku i blokowania go w drugim kierunku. Prostowniki umożliwiają przepływ prądu tylko wtedy, gdy przekroczone zostanie progowe napięcie przewodzenia. Prostowniki diodowe mają dwa zaciski, anodę i katodę, z prądem płynącym od anody do katody i zablokowanym od katody do anody. Jednofazowe prostowniki półfalowe przewodzą napięcie przez pojedynczą diodę. W tym obwodzie tylko dodatnia połowa napięcia wejściowego AC jest przenoszona na wyjście przez rezystor obciążenia. Gdyby dioda została odwrócona, na rezystorze pojawiłaby się tylko ujemna połowa napięcia wejściowego AC. Napięcie dla ujemnej połowy cyklu prądu przemiennego jest zablokowane. Przy tylko jednej polaryzacji RMS, czyli średnia kwadratowa, napięcie wyjściowe jest zmniejszane w porównaniu z dwubiegunowym napięciem wejściowym. Prostowniki pełnookresowe przepuszczają oba półcykle napięcia wejściowego prądu przemiennego przez obwód mostka czterodiodowego, jak pokazano. Odwrócenie polaryzacji ujemnej połowy i uzyskanie wyższego średniego napięcia wyjściowego na rezystorze obciążenia. Prostowniki wytwarzają prąd jednokierunkowy, ale pulsacyjny, którego efekt jest bardziej widoczny w prostownikach półokresowych. Jednak wyjście prostownika jest zwykle filtrowane przez dodanie cewki indukcyjnej połączonej szeregowo z rezystancją obciążenia. W prostowniku pełnookresowym kondensator zamontowany równolegle do rezystora obciążenia służy temu samemu celowi. Ten film ilustruje pracę prostownika jednofazowego półokresowego i pełnookresowego z różnymi obciążeniami wyjściowymi, charakterystyką wyłączania diody i filtrowaniem napięcia wyjściowego DC za pomocą różnych obwodów.

Do tej demonstracji działania prostownika wykorzystywane są dwa różne źródła prądu przemiennego, wysoka częstotliwość, wejście o pojemności jednego kiloherca, jest wytwarzane za pomocą generatora funkcyjnego z 10-woltowym szczytowym wyjściem sinusoidalnym. Wejście o niskiej częstotliwości 60 Hz jest dostarczane przez wariak. Nie dotykaj żadnej części obwodu, gdy jest pod napięciem. W przypadku korzystania ze źródła generatora funkcyjnego obwody są uziemione, jak pokazano. Nie uziemiaj zasilacza variak. Aby skonfigurować generator funkcyjny do wyjścia wysokiej częstotliwości, podłącz sondę różnicową do pierwszego kanału oscyloskopu, a sondę 10x do kanału drugiego. Dostosuj współczynniki skalowania do 20x na sondzie różnicowej i 10x na sondzie 10x. W menu kanału oscyloskopu ustaw obie sondy na 10x. W przypadku sondy różnicowej należy ręcznie pomnożyć pomiary przez dwa, aby osiągnąć żądaną moc wyjściową 20x. Następnie podłącz kabel BNC do aligatora do wyjścia 50 omów generatora funkcyjnego i podłącz zaciski krokodylkowe do sondy 10x. Ustaw wyjście na szczyt 10 V i przebieg sinusoidalny 1,000 Hz z zerowym przesunięciem DC. Po odpowiednim ustawieniu sygnału odłącz złącze bnc i sondę oscyloskopu, ale pozostaw generator funkcji włączony, aby zachować jego ustawienia. Aby ustawić variak na wyjście niskich częstotliwości, upewnij się, że gniazdo wyjściowe jest odłączone i że jest wyłączone z pokrętłem ustawionym na zero. Następnie powoli ustaw pokrętło wariaka na pięć procent mocy wyjściowej, aby osiągnąć szczyt 10 woltów.

Najpierw przetestuj prostownik półfalowy z napięciem wejściowym wysokiej częstotliwości i obciążeniem rezystancyjnym. Zbuduj obwód, jak pokazano, używając rezystora obciążenia 51 omów i diody o napięciu znamionowym 50 woltów i dwóch amperów. Biegunowość diody jest oznaczona symbolem kreski na końcu katody. Przed podłączeniem sondy różnicowej do obwodu połącz ze sobą zaciski sondy i dostosuj kształt fali do zerowego napięcia niezrównoważenia. Następnie podłącz sondę napięcia różnicowego przez rezystor obciążenia, aby obserwować napięcie wyjściowe, a sondę 10x po stronie AC, aby obserwować napięcie wejściowe. Następnie dostosuj podstawę czasu na lunecie, aby pokazać napięcie wejściowe i wyjściowe dla czterech cykli napięcia wejściowego. Odłącz generator funkcyjny i wyjmij sondę różnicową z obwodu przed dokonaniem jakichkolwiek modyfikacji. Następnie przetestuj prostownik półfalowy z wejściem wysokiej częstotliwości i rezystancyjnym obciążeniem indukcyjnym. Użyj ponownie obwodu, dodając cewkę indukcyjną szeregowo z rezystorem, jak pokazano. Jak opisano wcześniej, podłącz sondy do obwodu i wyświetl przebiegi napięcia wejściowego i wyjściowego. Wyłącz generator funkcyjny, odłącz sondę różnicową i wyjmij cewkę indukcyjną z obwodu. Na koniec przetestuj prostownik półfalowy z wejściem niskiej częstotliwości i obciążeniem rezystancyjnym. Podłącz sondę różnicową w poprzek variaka i włącz ją. Wyreguluj variak, aby uzyskać szczytową moc wyjściową 10 V, a następnie wyłącz variac bez zmiany jego voltage ustawienie. Podłącz wyjście variac do obwodu rezystancyjnego, jak pokazano. Następnie podłącz sondę napięcia różnicowego do rezystora obciążenia, aby obserwować napięcie wyjściowe. Włącz variac. Nie dotykaj obwodu z podłączonym i włączonym zasilaniem variac. Jak opisano wcześniej, wyświetlaj kształty fal napięcia wejściowego i wyjściowego.

Najpierw przetestuj prostownik pełnookresowy z obciążeniem rezystancyjnym. Zbuduj obwód, jak pokazano, i podłącz sondy i wyjście variac do obwodu. Jak opisano wcześniej, wyświetlaj przebiegi napięcia wejściowego i wyjściowego oraz mierz napięcia międzyszczytowe. Zachowując połączenia sondy, wyłącz wariak i podłącz kondensator elektrolityczny równolegle z obciążeniem rezystancyjnym. Następnie obserwuj napięcie wejściowe i wyjściowe.

Pierwszy rysunek przedstawia cztery cykle napięcia zasilania prądem przemiennym i wyjście z obciążenia rezystancyjnego sprzężonego z prostownikiem półfalowym. Tylko dodatnia połowa cyklu wejściowego napięcia przemiennego przechodzi przez prostownik diodowy. Jeśli napięcie wejściowe obwodu prostownika półfalowego jest sinusoidalne, to średnie napięcie wyjściowe dla pojedynczej diody z obciążeniem rezystancyjnym to szczytowe napięcie wejściowe podzielone przez pi. Gdy cewka indukcyjna jest dodawana szeregowo z rezystorem obciążenia, obszar wyłączania diody jest opóźniony. Ta kombinacja cewki indukcyjnej i rezystora jest filtrem dolnoprzepustowym. Gdy wartość cewki indukcyjnej jest wystarczająco duża, składowa oscylacyjna wyjścia jest blokowana, pozostawiając tylko stałą składową prądu stałego. W przypadku prostownika z pełnym mostkiem dodatnie półcykle wejściowe przechodzą przez obwód, a ujemne półcykle są prostowane do dodatnich. Dodanie wystarczająco dużego kondensatora odfiltrowuje większość tętnień napięcia i zapewnia obciążeniu stałe napięcie stałe.

Prostowniki diodowe znajdują się w większości zasilaczy, ładowarek, przemienników częstotliwości oraz w wielu obwodach zabezpieczających. Po pierwsze, zasilacze prądu przemiennego służą do konwersji energii dla maszyn zasilanych prądem stałym lub do ładowania akumulatorów prądu stałego znajdujących się w urządzeniach. Adapter może być tak prosty, jak obwód składający się z transformatora obniżającego napięcie z zasilacza ściennego 120 V, czterodiodowego prostownika pełnookresowego i kondensatora do wygładzania napięcia wyjściowego DC. Tyrystory to prostowniki sterowane silikonem powszechnie stosowane w ściemniaczach światła, regulatorach prędkości silników i regulatorach napięcia. Z założenia tyrystor służy do naprzemiennych warstw półprzewodników typu P i N używanych do tworzenia anody na końcu typu P, katody na końcu typu N oraz skoku bramki połączonego z warstwą typu P obok katody. Powyżej progu zatrzasku impuls prądu do bramki przełącza tyrystor z wyłączenia na włączony, umożliwiając przepływ prądu przewodzenia z anody do katody. Koryguje on przepływ prądu w jednym kierunku i reguluje moc wyjściową za pomocą zintegrowanego mechanizmu przełączającego.

Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do prostowników jednofazowych. Powinieneś teraz zrozumieć, jak działają prostowniki jednofazowe, popularne obwody prostowników i ich wyjście oraz niektóre typowe zastosowania prostowników. Dzięki za oglądanie.