Yleisimmät AC–DC-tasasuuntausmenetelmät

Tasasuuntaaja on elektroninen laite, joka on suunniteltu muuttamaan sähköenergiaa vaihtovirrasta tasavirraksi. Tasasuuntaajat perustuvat puolijohdelaitteisiin, joissa on yksipuolinen johtavuus - diodit ja tyristorit.

Pienellä kuormitusteholla (jopa useita satoja watteja) vaihtovirta muunnetaan tasavirraksi käyttämällä yksivaiheisia tasasuuntaajia. Tällaiset tasasuuntaajat on suunniteltu syöttämään erilaisia ​​elektronisia laitteita tasavirralla, pienen ja keskitehoisen tasavirtamoottoreiden virityskäämeillä jne.

Tasasuuntaajapiirien toiminnan ymmärtämisen helpottamiseksi siirrymme laskelmaan, että tasasuuntaaja toimii resistiivisellä kuormalla.

Yksivaiheinen puoliaalto (yksitahti) tasasuuntauspiiri

Kuvassa 1 on yksinkertaisin tasasuuntauspiiri. Piiri sisältää tasasuuntaajan, joka on kytketty muuntajan toisiokäämin ja kuorman väliin.

Kuva 1 - Yksivaiheinen puoliaaltotasasuuntaaja: a) piiri - diodi auki, b) piiri - diodi kiinni, c) toiminnan ajoituskaaviot

Jännite u2 muuttuu sinimuotoisesti, ts.sisältää positiivisia ja negatiivisia puoliaaltoja (puolijaksoja). Kuormapiirin virta kulkee vain positiivisina puolijaksoina, kun diodin VD anodiin kohdistetaan positiivinen potentiaali (kuva 1, a). Jännitteen u2 käänteisellä polariteetilla diodi sulkeutuu, kuorman virta ei kulje, mutta diodiin syötetään käänteinen jännite Urev (kuva 1, b).

Che. vain yksi puoliaalto toisiokäämin jännitteestä vapautuu kuorman yli. Kuorman virta kulkee vain yhteen suuntaan ja on tasavirtaa, vaikka sillä on sykkivä luonne (kuva 1, c). Tätä jännitteen muotoa (virtaa) kutsutaan DC-pulssiksi.

Tasasuunnatut jännitteet ja virrat sisältävät DC-komponentin (hyödyllinen) ja AC-komponentin (aaltoilua). Tasasuuntaajan toiminnan laatupuoli arvioidaan hyödyllisen komponentin ja jännitteen ja virran herätteen välisen suhteen perusteella. Tämän piirin aaltoilukerroin on 1,57. Korjatun jännitteen keskiarvo jaksolle Un = 0,45U2. Diodin käänteisen jännitteen maksimiarvo Urev.max = 3.14Un.

Tämän piirin etuna on sen yksinkertaisuus, haitat: muuntajan huono käyttö, diodin suuri käänteinen jännite, tasasuunnatun jännitteen korkea aaltoilusuhde.

Yksivaiheinen siltatasasuuntaajapiiri

Se koostuu neljästä diodista, jotka on kytketty siltapiiriin. Muuntajan toisiokäämi on kytketty sillan yhteen lävistäjään ja kuorma toiseen (kuva 2). Diodien VD2, VD4 katodien yhteinen piste on tasasuuntaajan positiivinen napa, diodien VD1, VD3 anodien yhteinen piste on negatiivinen napa.

Kuva 2-Yksivaiheinen siltatasasuuntaaja: a) positiivinen puoliaallon tasasuuntauspiiri, b) negatiivinen puoliaaltotasasuuntaus, c) toiminnan ajoituskaaviot

Toisiokäämin jännitteen napaisuus muuttuu syöttöverkon taajuuden mukaan. Tämän piirin diodit toimivat pareittain sarjassa. Jännitteen u2 positiivisella puolijaksolla diodit VD2, VD3 johtavat virtaa ja diodeihin VD1, VD4 syötetään käänteinen jännite ja ne sulkeutuvat. Jännitteen u2 negatiivisen puolijakson aikana virta kulkee diodien VD1, VD4 läpi ja diodit VD2, VD3 ovat kiinni.Kuormavirta kulkee koko ajan yhteen suuntaan.

Piiri on täysaalto (push-pull), koska molemmat verkkojännitteen puolijaksot Un = 0,9U2, aaltoilukerroin - 0,67 jakautuvat kuormaan.

Diodikytkentäsiltapiirin käyttö mahdollistaa yksivaiheisen muuntajan käytön kahden puolijakson tasasuuntaamiseen. Lisäksi diodille syötetty käänteinen jännite on 2 kertaa pienempi.

Keski- ja suuritehoiset kuluttajat saavat tasavirran osoitteesta kolmivaiheiset tasasuuntaajat, jonka käyttö vähentää diodien nykyistä kuormitusta ja vähentää aaltoilukerrointa.

Kolmivaiheinen siltatasasuuntaajapiiri

Piiri koostuu kuudesta diodista, jotka on jaettu kahteen ryhmään (kuva 2.61, a): katodi - diodit VD1, VD3, VD5 ja anodi VD2, VD4, VD6. Kuorma kytketään diodien katodien ja anodien liitäntäpisteiden väliin, ts. seisovan sillan diagonaaliin. Piiri on kytketty kolmivaiheiseen verkkoon.

Kuva 3 — Kolmivaiheinen siltatasasuuntaaja: a) piiri, b) toiminnan ajoituskaaviot

Kuormavirta kulkee milloin tahansa kahden diodin läpi.Katodiryhmässä suurimman anodipotentiaalin omaava diodi toimii joka kolmannen jakson aikana (kuva 3, b). Anodiryhmässä tässä jakson osassa toimii diodi, jonka katodilla on suurin negatiivinen potentiaali. Jokainen diodeista toimii kolmanneksen ajan. Tämän piirin aaltoilukerroin on vain 0,057.

Ohjatut tasasuuntaajat - tasasuuntaajat, jotka yhdessä vaihtojännitteen (virran) korjauksen kanssa säätelevät korjatun jännitteen (virran) arvoa.

Ohjattuja tasasuuntaajia käytetään ohjaamaan tasavirtamoottoreiden nopeutta, hehkulamppujen hehkun kirkkautta, akkuja ladattaessa jne.

Ohjatut tasasuuntauspiirit on rakennettu tyristoreille ja perustuvat tyristorien avautumismomentin ohjaamiseen.

Kuva 4a esittää kaavion yksivaiheohjatusta tasasuuntaajasta. Verkkojännitteen kahden puoliaallon korjaamiseksi käytetään muuntajaa, jossa on kaksivaiheinen toisiokäämi, johon muodostuu kaksi vastakkaisten vaiheiden jännitettä. Tyristori kytketään päälle jokaisessa vaiheessa. Jännitteen U2 positiivinen puolijakso tasasuuntaa tyristorin VS1, negatiivinen - VS2.

CS-ohjauspiiri tuottaa pulsseja tyristorien avaamiseksi. Avauspulssin ajoitus määrittää, kuinka paljon puoliaaltoa kuormassa vapautuu. Tyristori avautuu, kun anodilla on positiivinen jännite ja ohjauselektrodilla avauspulssi.

Jos pulssi saapuu hetkellä t0 (kuva 4, b), tyristori on auki koko puolijakson ajan ja maksimijännite kuormituksella, jos hetkinä t1, t2, t3, niin vain osa verkkojännitteestä on auki. vapautetaan kuormaan.

Kuva 4 — Yksivaiheinen tasasuuntaaja: a) piiri, b) toiminnan ajoituskaaviot

Viivekulmaa, joka mitataan tyristorin luonnollisen syttymishetkestä, ilmaistuna asteina, kutsutaan ohjaus- tai säätökulmaksi ja sitä merkitään kirjaimella α. Muuttamalla kulmaa α (ohjauspulssien vaihesiirto suhteessa tyristorien anodien jännitteeseen) muutamme tyristorien avoimen tilan aikaa ja vastaavasti kuorman korjattua jännitettä.