Năng lượng điện được vận chuyển thuận tiện và biến đổi về độ lớn dưới dạng hiệu điện thế xoay chiều. Ở dạng này, nó được chuyển đến tay người tiêu dùng cuối cùng. Nhưng để cấp nguồn cho nhiều thiết bị, bạn vẫn cần một điện áp không đổi.
Nội dung
Tại sao chúng ta cần một bộ chỉnh lưu trong kỹ thuật điện
Nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện một chiều được giao cho các bộ chỉnh lưu. Thiết bị này được sử dụng rộng rãi và các lĩnh vực sử dụng chính của thiết bị chỉnh lưu trong kỹ thuật điện và vô tuyến là:
- hình thành dòng điện một chiều cho các công trình lắp đặt điện công suất (trạm biến áp sức kéo, nhà máy điện phân, hệ thống kích từ của máy phát điện đồng bộ) và động cơ điện một chiều mạnh mẽ;
- bộ nguồn cho các thiết bị điện tử;
- phát hiện các tín hiệu vô tuyến đã được điều chế;
- hình thành một điện áp không đổi tỷ lệ với mức tín hiệu đầu vào để xây dựng hệ thống điều khiển độ lợi tự động.
Phạm vi đầy đủ của các bộ chỉnh lưu là rất rộng và không thể liệt kê nó trong khuôn khổ của một bài đánh giá.
Nguyên lý hoạt động của bộ chỉnh lưu
Hoạt động của các thiết bị chỉnh lưu dựa trên tính chất của độ dẫn một phía của các phần tử. Bạn có thể làm điều này theo nhiều cách khác nhau. Nhiều cách cho các ứng dụng công nghiệp đã trở thành dĩ vãng, chẳng hạn như việc sử dụng các máy đồng bộ cơ học hoặc các thiết bị điện chân không. Bây giờ van được sử dụng để dẫn dòng điện theo một hướng. Cách đây không lâu, các thiết bị thủy ngân đã được sử dụng cho các bộ chỉnh lưu công suất lớn. Hiện tại, chúng thực tế được thay thế bằng các nguyên tố bán dẫn (silicon).
Các mạch chỉnh lưu điển hình
Thiết bị chỉnh lưu có thể được chế tạo theo nhiều nguyên tắc khác nhau. Khi phân tích mạch thiết bị, cần phải nhớ rằng điện áp không đổi ở đầu ra của bất kỳ bộ chỉnh lưu nào chỉ có thể được gọi là có điều kiện. Nút này tạo ra một điện áp một chiều xung, mà trong hầu hết các trường hợp phải được làm mịn bằng các bộ lọc. Một số người tiêu dùng cũng yêu cầu ổn định điện áp chỉnh lưu.
Bộ chỉnh lưu một pha
Bộ chỉnh lưu điện áp xoay chiều đơn giản nhất là một diode đơn.
Nó truyền các nửa sóng dương của hình sin đến người tiêu dùng và "cắt đứt" những sóng âm.
Phạm vi của một thiết bị như vậy là nhỏ - chủ yếu, chuyển đổi bộ chỉnh lưu cung cấp điệnhoạt động ở tần số tương đối cao. Mặc dù nó tạo ra dòng điện chạy theo một hướng, nhưng nó có những nhược điểm đáng kể:
- mức độ gợn sóng cao - để làm trơn và thu được dòng điện một chiều, bạn sẽ cần một tụ điện lớn và cồng kềnh;
- sử dụng không đầy đủ công suất của máy biến áp bậc xuống (hoặc bậc lên) dẫn đến tăng các chỉ tiêu về trọng lượng, kích thước theo yêu cầu;
- EMF trung bình ở đầu ra nhỏ hơn một nửa EMF được cung cấp;
- tăng yêu cầu đối với diode (mặt khác, chỉ cần một van).
Do đó, rộng rãi hơn mạch toàn sóng (cầu).
Ở đây, dòng điện chạy qua tải hai lần mỗi chu kỳ theo một hướng:
- nửa sóng dương dọc theo con đường được chỉ ra bởi các mũi tên màu đỏ;
- nửa sóng âm dọc theo con đường được chỉ ra bởi các mũi tên màu xanh lá cây.
Sóng âm không biến mất mà còn được tận dụng nên nguồn điện của biến áp đầu vào được sử dụng đầy đủ hơn. EMF trung bình gấp đôi so với phiên bản một nửa sóng. Hình dạng của dòng điện gợn sóng gần với đường thẳng hơn nhiều, nhưng vẫn cần một tụ điện làm mịn. Công suất và kích thước của nó sẽ nhỏ hơn so với trường hợp trước, vì tần số gợn sóng gấp đôi tần số của điện áp nguồn.
Nếu có một máy biến áp có hai cuộn dây giống nhau có thể mắc nối tiếp hoặc cuộn dây có một vòi ở giữa thì bộ chỉnh lưu toàn sóng có thể được chế tạo theo một sơ đồ khác.
Tùy chọn này thực sự là một mạch kép của bộ chỉnh lưu nửa sóng, nhưng có tất cả các ưu điểm của bộ chỉnh lưu toàn sóng. Điểm bất lợi là cần phải sử dụng một máy biến áp có thiết kế cụ thể.
Nếu máy biến áp được chế tạo trong điều kiện không chuyên, không có trở ngại nào đối với việc quấn cuộn thứ cấp theo yêu cầu, nhưng sẽ phải sử dụng sắt lớn hơn một chút. Nhưng thay vì 4 đi-ốt, chỉ sử dụng 2 đi-ốt. Điều này sẽ giúp bạn có thể bù đắp sự mất mát về các chỉ số trọng lượng và kích thước, thậm chí có thể giành chiến thắng.
Nếu bộ chỉnh lưu được thiết kế cho dòng điện cao và các van phải được lắp đặt trên bộ tản nhiệt, thì việc lắp đặt một nửa số lượng điốt sẽ tiết kiệm đáng kể. Cũng cần lưu ý rằng bộ chỉnh lưu như vậy có nội trở gấp đôi so với bộ chỉnh lưu được lắp ráp trong mạch cầu, do đó, sự phát nóng của các cuộn dây máy biến áp và tổn thất liên quan cũng sẽ cao hơn.
Bộ chỉnh lưu ba pha
Từ mạch trước, nó là hợp lý để chuyển sang một bộ chỉnh lưu điện áp ba pha, được lắp ráp theo một nguyên tắc tương tự.
Hình dạng điện áp đầu ra gần hơn nhiều so với một đường thẳng, độ gợn sóng chỉ bằng 14% và tần số bằng ba lần tần số của điện áp nguồn.
Chưa hết nguồn của mạch này là loại chỉnh lưu nửa sóng nên nhiều khuyết điểm không thể khắc phục được ngay cả với nguồn điện áp ba pha. Vấn đề chính là việc sử dụng không đầy đủ công suất máy biến áp và EMF trung bình là 1,17⋅E2eff (giá trị hiệu dụng EMF của cuộn thứ cấp máy biến áp).
Các thông số tốt nhất có một mạch cầu ba pha.
Ở đây, biên độ của gợn sóng điện áp đầu ra bằng 14%, nhưng tần số bằng tần số lục giác của điện áp xoay chiều đầu vào, do đó, điện dung của tụ lọc sẽ nhỏ nhất trong tất cả các phương án được trình bày. Và EMF đầu ra sẽ cao gấp đôi so với mạch trước.
Bộ chỉnh lưu này được sử dụng với máy biến áp đầu ra có cuộn thứ cấp hình sao, nhưng cụm van tương tự sẽ kém hiệu quả hơn nhiều khi được sử dụng cùng với máy biến áp có đầu ra được kết nối trong đồng bằng.
Ở đây biên độ và tần số của xung giống như ở mạch trước. Nhưng EMF trung bình đôi khi ít hơn so với sơ đồ trước. Do đó, sự bao hàm này hiếm khi được sử dụng.
Bộ chỉnh lưu hệ số nhân điện áp
Có thể chế tạo một bộ chỉnh lưu mà điện áp đầu ra sẽ là bội số của điện áp đầu vào. Ví dụ, có những mạch có điện áp tăng gấp đôi:
Ở đây, tụ điện C1 tích điện trong nửa chu kỳ âm và được nối tiếp với sóng dương của sóng sin đầu vào. Nhược điểm của kết cấu này là khả năng chịu tải của bộ chỉnh lưu thấp, cũng như thực tế là tụ điện C2 thấp hơn hai lần giá trị điện áp. Do đó, một mạch như vậy được sử dụng trong kỹ thuật vô tuyến để tăng gấp đôi việc chỉnh lưu tín hiệu công suất thấp cho các bộ dò biên độ, như một phần tử đo lường trong các mạch điều khiển độ lợi tự động, v.v.
Trong kỹ thuật điện và điện tử công suất, một phiên bản khác của sơ đồ nhân đôi được sử dụng.
Bộ nghi ngờ được lắp ráp theo sơ đồ Latour có khả năng chịu tải lớn. Mỗi tụ điện đều chịu điện áp đầu vào, do đó, về trọng lượng và kích thước, tùy chọn này cũng vượt trội hơn so với tùy chọn trước đó. Trong nửa chu kỳ dương, tụ C1 tích điện, trong nửa chu kỳ âm - C2. Các tụ điện được mắc nối tiếp và liên quan đến tải - song song, do đó điện áp trên tải bằng tổng điện áp của tụ điện. Tần số gợn sóng bằng hai lần tần số của điện áp nguồn và giá trị phụ thuộc từ giá trị của năng lực. Càng lớn, chúng càng ít gợn. Và ở đây cần phải tìm ra một sự thỏa hiệp hợp lý.
Nhược điểm của mạch là cấm nối đất một trong các đầu cực tải - một trong các điốt hoặc tụ điện trong trường hợp này sẽ bị ngắn mạch.
Mạch này có thể được xếp tầng bất kỳ số lần nào. Vì vậy, lặp lại nguyên tắc bao gồm hai lần, bạn có thể nhận được một mạch có điện áp bốn lần, v.v.
Tụ điện đầu tiên trong mạch phải chịu được điện áp của nguồn điện, phần còn lại - gấp đôi điện áp của nguồn điện. Tất cả các van phải được đánh giá cho điện áp ngược kép. Tất nhiên, để hoạt động đáng tin cậy của mạch, tất cả các thông số phải có biên ít nhất 20%.
Nếu không có điốt phù hợp, chúng có thể được mắc nối tiếp - trong trường hợp này, điện áp tối đa cho phép sẽ tăng thêm hệ số 1. Nhưng song song với mỗi diode, các điện trở cân bằng phải được kết nối. Điều này phải được thực hiện, bởi vì nếu không, do sự trải rộng của các thông số của các van, điện áp ngược có thể được phân phối không đồng đều giữa các điốt. Kết quả có thể là vượt quá giá trị lớn nhất cho một trong các điốt. Và nếu mỗi phần tử của chuỗi được nối với một điện trở (giá trị của chúng phải giống nhau), thì điện áp ngược sẽ được phân phối chính xác như nhau. Điện trở của mỗi điện trở nên nhỏ hơn khoảng 10 lần so với điện trở ngược của diode. Trong trường hợp này, ảnh hưởng của các phần tử bổ sung đến hoạt động của mạch sẽ được giảm thiểu.
Kết nối song song của các điốt trong mạch này là không cần thiết, dòng ở đây là nhỏ. Nhưng nó có thể hữu ích trong các mạch chỉnh lưu khác, nơi tải tiêu thụ công suất nghiêm trọng. Kết nối song song nhân dòng điện cho phép qua van, nhưng mọi thứ làm hỏng độ lệch của các thông số. Kết quả là, một diode có thể đảm nhận nhiều nhất dòng điện và không chịu được nó. Để tránh điều này, một điện trở được đặt nối tiếp với mỗi diode.
Giá trị điện trở được chọn để ở dòng điện cực đại thì điện áp rơi trên nó là 1 vôn. Vì vậy, ở dòng điện 1 A, điện trở phải là 1 ohm. Công suất trong trường hợp này ít nhất phải là 1 watt.
Theo lý thuyết, đa hiệu điện thế có thể được tăng lên vô hạn. Trong thực tế, cần nhớ rằng khả năng tải của các bộ chỉnh lưu như vậy giảm mạnh với mỗi giai đoạn bổ sung. Kết quả là, bạn có thể đi đến tình huống sụt áp trên tải vượt quá hệ số nhân và làm cho hoạt động của bộ chỉnh lưu trở nên vô nghĩa. Bất lợi này là cố hữu trong tất cả các chương trình như vậy.
Thường thì các hệ số nhân điện áp như vậy được sản xuất dưới dạng một mô-đun duy nhất trong cách điện tốt. Ví dụ, các thiết bị tương tự đã được sử dụng để tạo ra điện áp cao trong ti vi hoặc máy hiện sóng với ống tia âm cực làm màn hình. Các phương án nhân đôi sử dụng cuộn cảm cũng đã được biết đến, nhưng chúng chưa được phân phối - các bộ phận cuộn dây rất khó sản xuất và hoạt động không đáng tin cậy.
Có rất nhiều mạch chỉnh lưu. Với phạm vi rộng của nút này, điều quan trọng là phải tiếp cận việc lựa chọn mạch và tính toán các phần tử một cách có ý thức. Chỉ trong trường hợp này, hoạt động lâu dài và đáng tin cậy mới được đảm bảo.
Các bài tương tự:
