Magában az 1880-as évek időszakában kezdték meg az egyenirányítók azonosítását és egyediségét. Az egyenirányítók fejlesztése különféle megközelítéseket talált ki a teljesítményelektronika területén. Az egyenirányítóban alkalmazott kezdeti diódát 1883-ban tervezték. Az 1900-as évek kezdeti napjaiban úttörő vákuumdiódák fejlődésével korlátozások történtek az egyenirányítókkal szemben. Míg a higany ívcsövek módosításával az egyenirányítók használatát kiterjesztették különféle megawatt-tartományokra. És az egyenirányító egyetlen típusa a félhullámú egyenirányító.
A vákuumdiódák fejlesztése a higany ívcsövek evolúcióját mutatta, és ezeket a higany ívcsöveket egyenirányító csöveknek nevezték. Az egyenirányítók kifejlesztésével számos más anyag úttörő szerepet játszott. Tehát ez egy rövid magyarázat arra, hogy az egyenirányítók hogyan fejlődtek és hogyan fejlődtek. Legyen világos és részletes magyarázatunk arról, hogy mi a félhullámú egyenirányító, annak áramköre, működési elve és jellemzői.
Mi a félhullámú egyenirányító?
Az egyenirányító olyan elektronikus eszköz, amely átalakítja az AC feszültséget egyenfeszültséggé. Más szavakkal, a váltakozó áramot egyenárammá alakítja. Egyenirányítót szinte minden elektronikus eszközben használnak. Leginkább arra használják, hogy a hálózati feszültséget egyenáramú feszültséggé alakítsák a tápegység szakasz. DC feszültségellátás használatával az elektronikus eszközök működnek. A vezetés időszaka szerint az egyenirányítókat két kategóriába sorolják: Félhullámú egyenirányító és Teljes hullámú egyenirányító
Építkezés
A teljes hullámú egyenirányítóval összehasonlítva a HWR a legkönnyebb egyenirányító az építkezéshez. Csak egyetlen diódával lehet megépíteni a készüléket.
A félhullámú egyenirányító az alábbi elemekből áll:
- Váltakozó áramú forrás
- Az ellenállás a terhelési szakaszon
- Dióda
- Léptető transzformátor
AC forrás
Ez az áramforrás váltakozó áramot szolgáltat az egész áramkör számára. Ezt az AC áramot általában szinuszjelként ábrázolják.
Léptető transzformátor
Az AC feszültség növelése vagy csökkentése érdekében általában transzformátort alkalmaznak. Mivel itt lépcsőzetes transzformátort használnak, csökkenti az AC feszültséget, míg egy fokozatú transzformátor használata esetén az AC feszültséget minimális szintről magas szintre emeli. Egy HWR-ben egy többnyire visszalépő transzformátort alkalmaznak, ahol a diódához szükséges feszültség nagyon minimális. Ha nem használnak transzformátort, akkor nagy mennyiségű váltóáramú feszültség károsítja a diódát. Míg néhány helyzetben fokozatos transzformátor is használható.
A lépcsőzetes eszközben a másodlagos tekercs minimális fordulattal rendelkezik, mint az elsődleges tekercsé. Emiatt egy lépcsőzetes transzformátor csökkenti a feszültséget az elsődleges és a másodlagos tekercs között.
Dióda
A dióda használata egy félhullámú egyenirányítóban csak egy irányban engedi az áramot, míg egy másik úton megállítja az áramot.
Ellenállás
Ez az az eszköz, amely az elektromos áramot csak egy meghatározott szintig blokkolja.
Ez a félhullámú egyenirányító építése .
Félhullámú egyenirányító működése
A pozitív félciklus alatt a dióda előretolt torzítás alatt áll, és áramot vezet RL-be (terhelés-ellenállás). A terhelésen feszültség alakul ki, amely megegyezik a pozitív félciklus bemenő AC jelével.
Alternatív megoldásként a negatív félciklus alatt a dióda fordított előfeszítés alatt áll, és nincs áram a diódán keresztül. Csak a váltakozó áramú bemeneti feszültség jelenik meg a terhelésen, és ez a nettó eredmény lehetséges a pozitív félciklus alatt. A kimeneti feszültség pulzálja az egyenfeszültséget.
Egyenirányító áramkörök
Az egyfázisú vagy többfázisú áramkörök a egyenirányító áramkörök . Háztartási alkalmazásokhoz egyfázisú kis teljesítményű egyenirányító áramköröket használnak, az ipari HVDC alkalmazások pedig háromfázisú egyenirányítást igényelnek. A legfontosabb alkalmazás a PN csatlakozási dióda az egyenirányítás és ez az AC átalakítása egyenárammá.
Félhullámú rektifikálás
Egyfázisú félhullámú egyenirányítóban az AC feszültség negatív vagy pozitív fele áramlik, míg a váltakozó feszültség másik fele blokkolva van. Ezért a kimenet az AC hullámnak csak a felét fogadja. Egyfázisú félhullámú egyenirányításhoz egyetlen dióda szükséges és három dióda háromfázisú ellátáshoz. A félhullámú egyenirányító több hullámtartalmat produkál, mint a teljes hullámú egyenirányítók, és a felharmonikusok kiküszöböléséhez sokkal több szűrést igényel.
Egyfázisú félhullámú egyenirányító
Szinuszos bemeneti feszültség esetén az ideális félhullámú egyenirányító üresjárati kimeneti egyenfeszültsége
Vrms = Vpeak / 2
Vdc = Vpeak / ᴨ
Hol
- Vdc, Vav - DC kimeneti feszültség vagy átlagos kimeneti feszültség
- Vpeak - a bemeneti fázisfeszültség csúcsértéke
- Vrms - a négyzetes középérték kimeneti feszültsége
Félhullámú egyenirányító működése
A PN elágazási dióda csak az előretekerési állapot alatt vezet. A félhullámú egyenirányító a ugyanaz az elv, mint a PN csatlakozási dióda és így átalakítja az AC-t DC-vé. Félhullámú egyenirányító áramkörben a terhelési ellenállás sorba van kötve a PN csatlakozási diódával. A váltakozó áram a félhullámú egyenirányító bemenete. A lecsökkentő transzformátor bemeneti feszültséget és az abból eredő kimenetet vesz fel a transzformátor a terhelési ellenállásra és a diódára kerül.
A HWR működését két fázisban magyarázzák, amelyek:
- Pozitív félhullámos folyamat
- Negatív félhullámos folyamat
Pozitív félhullám
Amikor 60 Hz frekvencia bemenő váltakozó feszültségként, egy lépcsős transzformátor ezt minimális feszültségre csökkenti. Tehát egy minimális feszültség keletkezik a transzformátor szekunder tekercsén. Ezt a feszültséget a szekunder tekercsen másodlagos feszültségnek nevezik (Vs). A minimális feszültséget bemeneti feszültségként táplálják a diódára.
Amikor a bemeneti feszültség eléri a diódát, a pozitív félciklus idején a dióda előrehaladási torzításba kapcsol és lehetővé teszi az elektromos áram áramlását, míg a negatív félciklus idején a dióda negatív előfeszítési állapotba kerül és akadályozza az elektromos áram áramlását. A diódára alkalmazott bemeneti jel pozitív oldala megegyezik a P-N diódára alkalmazott előremenő egyenfeszültséggel. Ugyanígy a diódára alkalmazott bemeneti jel negatív oldala megegyezik a fordított DC feszültséggel, amelyet a P-N diódára vezetnek
Tehát ismert volt, hogy a dióda áramot vezet előre irányított előfeszített állapotban, és akadályozza az áram áramlását fordított előfeszített állapotban. Ugyanígy egy váltakozó áramú áramkörben a dióda lehetővé teszi az áram áramlását a + ve ciklus időtartama alatt, és blokkolja az áram áramlását a -ve ciklus idején. A + ve HWR értékre eljutva nem fogja teljesen akadályozni a -ve félciklusokat, a -ve félciklusok néhány szegmensét engedi meg, vagy minimális negatív áramot enged meg. Ez a jelenlegi generáció a diódában lévő kisebbségi töltéshordozók miatt.
Az áram generálása ezen kisebbségi töltéshordozókon keresztül nagyon minimális, ezért elhanyagolható. A -ve fél ciklusok ezen minimális része nem képes megfigyelni a terhelési szakaszon. Egy gyakorlati diódánál úgy tekintik, hogy a negatív áram „0”.
A terhelés szakaszon lévő ellenállás a dióda által előállított egyenáramot használja fel. Tehát az ellenállást elektromos terhelési ellenállásnak nevezzük, ahol az egyenáramú feszültséget / áramot ezen az ellenálláson számoljuk (RL). Az elektromos kimenetet az áramkör elektromos tényezőjének tekintik, amely elektromos áramot hasznosít. HWR esetén az ellenállás a dióda által termelt áramot használja. Emiatt az ellenállást terhelési ellenállásnak hívják. Az RLA HWR-ben a dióda által generált további egyenáram korlátozására vagy korlátozására használják.
Tehát arra a következtetésre jutottak, hogy a félhullámú egyenirányító kimeneti jele folyamatos + ve félciklus, amelyek szinuszos alakúak.
Negatív félhullám
A félhullámú egyenirányító működése és felépítése negatív módon szinte megegyezik a pozitív félhullámú egyenirányítóval. Az egyetlen forgatókönyv, amely itt megváltozik, a dióda iránya.
Amikor 60 Hz frekvencia bemenő váltakozó feszültségként, egy lépcsős transzformátor ezt minimális feszültségre csökkenti. Tehát minimális feszültség keletkezik a transzformátor szekunder tekercsén. Ezt a feszültséget a szekunder tekercsen másodlagos feszültségnek nevezik (Vs). A minimális feszültség bemeneti feszültségként kerül a diódába.
Amikor a bemeneti feszültség eléri a diódát, a negatív félciklus idején a dióda előrehaladási torzításba kapcsol és lehetővé teszi az elektromos áram áramlását, míg a pozitív félciklus idején a dióda negatív előfeszítési állapotba kerül és akadályozza az elektromos áram áramlását. A diódára adott bemeneti jel negatív oldala megegyezik a P-N diódára alkalmazott előremenő egyenfeszültséggel. Ugyanígy a diódára adott bemeneti jel pozitív oldala megegyezik a fordított DC feszültséggel, amelyet a P-N diódára vezetnek
Tehát ismert volt, hogy a dióda áramot vezet fordított előfeszített állapotban, és akadályozza az áram áramlását előre előfeszített állapotban. Ugyanígy egy váltakozó áramú áramkörben a dióda lehetővé teszi az áram áramlását a -ve ciklus időtartama alatt, és blokkolja az áram áramlását a + ve ciklus idején. A -ve HWR-re érkezve nem fogja teljesen akadályozni a + ve félciklusokat, kevés + ve félciklusú szegmenst enged meg, vagy minimális pozitív áramot enged meg. Ez a jelenlegi generáció a diódában lévő kisebbségi töltéshordozók miatt.
Az áram generálása ezen kisebbségi töltéshordozókon keresztül nagyon minimális, ezért elhanyagolható. A + ve ciklusok ezen minimális része nem képes megfigyelni a terhelési szakaszon. Gyakorlati diódánál azt tartják, hogy a pozitív áram „0”.
A terhelés szakaszon lévő ellenállás a dióda által előállított egyenáramot használja fel. Tehát az ellenállást elektromos terhelési ellenállásnak nevezzük, ahol az egyenáramú feszültséget / áramot ezen az ellenálláson számoljuk (RL). Az elektromos kimenetet az áramkör elektromos tényezőjének tekintik, amely elektromos áramot hasznosít. HWR esetén az ellenállás a dióda által termelt áramot használja. Emiatt az ellenállást terhelési ellenállásnak hívják. Az RLA HWR-ben a dióda által generált további egyenáram korlátozására vagy korlátozására használják.
Ideális diódában a + ve és -ve félciklusok a kimeneti szakaszban hasonlónak tűnnek a + ve és -ve félciklushoz, de gyakorlati esetekben a + ve és -ve félciklusok némileg eltérnek a bemeneti ciklusoktól és ez elhanyagolható.
Tehát arra a következtetésre jutottak, hogy a félhullámú egyenirányító kimeneti jele folytonos-fél félciklusok, amelyek szinuszos alakúak. Tehát a félhullámú egyenirányító kimenete folyamatos + ve és -ve szinuszos jel, de nem tiszta egyenáramú jel és pulzáló formában.
Félhullámú egyenirányító működése
Ez a lüktető egyenérték rövid idő alatt megváltozik.
Félhullámú egyenirányító működése
A pozitív félciklus alatt, amikor a felső vég szekunder tekercselése pozitív az alsó véghez képest, a dióda előreirányítási torzítás alatt áll, és áramot vezet. A pozitív félciklusok során a bemeneti feszültséget közvetlenül a terhelés ellenállására alkalmazzuk, ha a dióda elülső ellenállását nullának feltételezzük. A kimeneti feszültség és a kimeneti áram hullámformái megegyeznek az AC bemeneti feszültségével.
A negatív félciklus alatt, amikor az alsó vég szekunder tekercselése pozitív a felső végéhez képest, a dióda fordított előfeszültség alatt áll, és nem vezet áramot. A negatív félciklus alatt a terhelésen a feszültség és az áram nulla marad. A fordított áram nagysága nagyon kicsi, és azt elhanyagolják. Tehát a negatív félciklus alatt nincs áramellátás.
Pozitív félciklusok sorozata a kimeneti feszültség, amely a terhelési ellenálláson keresztül alakul ki. A kimenet egy lüktető egyenáramú hullám, és a sima kimeneti hullám szűrők használatához, amelyeknek a terhelésen keresztül kell lenniük. Ha a bemeneti hullám félciklusú, akkor félhullámú egyenirányítónak nevezik.
Háromfázisú félhullámú egyenirányító áramkörök
A háromfázisú félhullámú, szabályozatlan egyenirányítóhoz három dióda szükséges, amelyek mindegyike egy fázishoz van csatlakoztatva. A háromfázisú egyenirányító áramkör nagyfokú harmonikus torzulást szenved mind az egyenáramú, mind az AC csatlakozásokon. Három különböző impulzus van ciklusonként a DC oldali kimeneti feszültségen.
A háromfázisú HWR-t elsősorban a háromfázisú váltakozó áram háromfázisú egyenárammá történő átalakítására használják. Ebben a diódák helyett kapcsolókat használnak, amelyeket nem ellenőrzött kapcsolóknak nevezünk. Itt nem ellenőrzött kapcsolók felelnek meg annak, hogy nincs megközelítés a kapcsolók BE és KI idejének szabályozására. Ez az eszköz egy háromfázisú tápegység felhasználásával készül, amely egy 3-fázisú transzformátorhoz csatlakozik, ahol a transzformátor szekunder tekercsének mindig csillagkapcsolata van.
Itt csak a csillagkapcsolatot követik annak az oknak az okán, hogy semleges pontra van szükség ahhoz, hogy a terhelés újra összekapcsolódjon a transzformátor szekunder tekercselésével, ezáltal visszatérési irányt kínálva az áramáramláshoz.
A tisztán rezisztív terhelést biztosító háromfázisú HWR általános felépítését az alábbi kép mutatja. Az építési tervezés során a transzformátor egyes fázisait egyedi AC forrásnak nevezzük.
A háromfázisú transzformátor révén elért hatékonyság közel 96,8%. Bár a háromfázisú HWR hatékonysága több, mint egyfázisú HWR, ez kevesebb, mint a háromfázisú teljes hullámú egyenirányító teljesítménye.
Háromfázisú HWR
Félhullámú egyenirányító jellemzői
A félhullámú egyenirányító jellemzői a következő paraméterekre
PIV (csúcs inverz feszültség)
A fordított előfeszített állapotban a diódának a legnagyobb feszültsége miatt ellen kell állnia. A negatív félciklus alatt egyetlen áram sem áramlik át a terhelésen. Tehát egy teljes feszültség jelenik meg a diódán, mert nincs terhelésesés a terhelés ellenállásán keresztül.
Félhullámú egyenirányító PIV = VSMAX
Ez a Félhullámú egyenirányító PIV .
Átlagos és csúcsáramok a diódában
Feltételezve, hogy a transzformátor szekunder oldalán a feszültség szinuszos és csúcsa értéke VSMAX. A félhullámú egyenirányító pillanatnyi feszültsége
Vs = VSMAXWt nélkül
A terhelési ellenálláson átáramló áram
énMAX= VSMAX/ (RF+ RL)
Szabályozás
A szabályozás a terhelés nélküli feszültség és a teljes terhelés közötti különbség a teljes terhelés feszültségéhez viszonyítva, és a százalékos feszültségszabályozás a következő:
% -Szabályozás = {(Vno-load - Vfull-load) / Vfull-load} * 100
Hatékonyság
Az AC bemenet és a kimeneti DC arányát hatékonyságnak (?) Nevezzük.
? = Pdc / Pac
A terhelésre szállított egyenáramú energia
Pdc = IkétegyenáramRL= (IMAX/ ᴨ)kétRL
A transzformátor bemeneti váltóárama,
Pac = Teljesítményveszteség a terhelés ellenállásában + energiaeloszlás a csatlakozási diódában
= Ikéteffektív értékRF+ Ikéteffektív értékRL= {IkétMAX/ 4} [RF+ RL]
= Pdc / Pac = 0,406 / {1 + RF/ RL}
A félhullámú egyenirányító hatásfoka 40,6%, ha RFelhanyagolják.
Hullámfaktor (γ)
A hullámtartalom a kimeneti egyenáramban jelenlévő AC-tartalom mennyiségeként van meghatározva. Ha a hullámtényező kisebb, akkor az egyenirányító teljesítménye nagyobb lesz. A hullámtényező értéke félhullámú egyenirányító esetén 1,21.
A HWR által generált egyenáram nem pontos DC jel, hanem lüktető DC jel, és a pulzáló DC formában hullámai vannak. Ezeket a hullámokat csökkenthetjük olyan szűrőeszközök használatával, mint az induktorok és a kondenzátorok.
A DC jel hullámai számának kiszámításához egy tényezőt használunk, amelyet hullámtényezőnek nevezünk, amelyet γ-ként jelölünk . Ha a hullámtényező magas, akkor meghosszabbított pulzáló DC hullámot mutat, míg egy minimális hullámtényező minimálisan pulzáló DC hullámot mutat,
Ha a γ értéke nagyon minimális, azt jelenti, hogy a kimeneti egyenáram majdnem megegyezik a tiszta egyenárammal. Tehát kijelenthető, hogy minél alacsonyabb a hullámtényező, annál simább a DC jel.
Matematikai formában ezt a hullámtényezőt az AC szakasz RMS értékének a kimeneti feszültség DC szakaszához viszonyított arányaként jelöljük.
Ripple factor = az AC szakasz RMS értéke / a DC szakasz RMS értéke
énkét= Ikétegyenáram+ Ikét1+ Ikétkét+ Ikét4= Ikétegyenáram+ Ikétés
γ = énés/ Iegyenáram= (Ikét- Énkétegyenáram) / Iegyenáram= {(Ieffektív érték/ Ikétegyenáram) / Idc = {(Ieffektív érték/ÉNkétegyenáram) -1} = kfkét-1)
Ahol kf - alak tényező
kf = Irms / Iavg = (Imax / 2) / (Imax / ᴨ) = ᴨ / 2 = 1,57
Így, c = (1,572 - 1) = 1,21
Transzformátor kihasználási tényező (TUF)
Ez a leadott váltakozó áram aránya a terhelés és a transzformátor másodlagos váltakozó áramának aránya. A félhullámú egyenirányító TUF-értéke kb. 0,287.
HWR kondenzátor szűrővel
A félhullámú egyenirányító kimenetére vonatkozóan fent tárgyalt általános elmélet szerint egy pulzáló egyenáramú jel. Ezt akkor kapjuk meg, amikor egy HWR-t szűrő megvalósítása nélkül működtetünk. A szűrők azok az eszközök, amelyek a pulzáló egyenáramot állandó egyenáramú jelekké alakítják, ami azt jelenti (a pulzáló jel átalakítása sima jellé). Ezt úgy érhetjük el, hogy a jelben bekövetkező egyenáram hullámokat elnyomjuk.
Annak ellenére, hogy ezeket az eszközöket elméletileg lehet használni, szűrők nélkül, de állítólag bármilyen gyakorlati alkalmazáshoz meg kell valósítani. Mivel az egyenáramú készüléknek állandó jelre lesz szüksége, a pulzáló jelet simává kell alakítani, hogy valódi alkalmazásokhoz felhasználható legyen. Ez az oka annak, hogy a gyakorlati forgatókönyvekben a HWR-t szűrővel használják. A szűrő helyén induktivitás vagy kondenzátor is használható, de a kondenzátorral ellátott HWR a leggyakrabban használt eszköz.
Az alábbi kép elmagyarázza a felépítés kapcsolási rajzát félhullámú egyenirányító kondenzátorszűrővel és hogyan simítja a pulzáló DC jelet.
Előnyök és hátrányok
A teljes hullámú egyenirányítóval összehasonlítva a félhullámú egyenirányítót nem annyira használják az alkalmazások. Annak ellenére, hogy ennek az eszköznek kevés előnye van. A a félhullámú egyenirányító előnyei :
- Olcsó - Mivel minimális számú alkatrészt használnak
- Egyszerű - Annak az oknak köszönhető, hogy az áramkör kialakítása teljesen egyszerű
- Könnyen kezelhető - Mivel a kivitelezés egyszerű, a készülék kihasználtsága is olyan korszerű lesz
- Alacsony alkatrészszám
A a félhullámú egyenirányító hátrányai vannak:
- A terhelési szakaszban a kimenő teljesítményt mind az egyenáramú, mind az váltóáramú alkatrészek tartalmazzák, ahol az alapfrekvencia szint hasonló a bemeneti feszültség frekvenciaszintjéhez. Emellett megnövekedett hullámtényező lesz, ami azt jelenti, hogy a zaj magas lesz, és az állandó egyenáramú kimenet biztosításához kiterjesztett szűrésre van szükség.
- Mivel csak akkor lesz áramellátás, ha a bemeneti váltakozó feszültség egyik félciklusakor egyenirányító teljesítményük minimális, és a kimeneti teljesítmény is kisebb lesz.
- A félhullámú egyenirányító minimális transzformátor-kihasználási tényezővel rendelkezik
- A transzformátor magján DC telítettség történik, ahol ez mágnesező áramot, hiszterézis veszteségeket és harmonikusok fejlődését eredményezi.
- A félhullámú egyenirányítóból leadott egyenáramú energia mennyisége még az általános energiaellátás előállításához sem megfelelő. Bár ez felhasználható néhány alkalmazáshoz, például az akkumulátor töltéséhez.
Alkalmazások
A fő félhullámú egyenirányító alkalmazása az, hogy váltakozó áramot nyerjen egyenárammal. Az egyenirányítók főleg a tápegységek belső áramköreit használják szinte minden elektronikus eszközben. A tápegységekben az egyenirányító általában soros módon helyezkedik el, így a transzformátorból, egy simítószűrőből és egy feszültségszabályozóból áll. A HWR egyéb alkalmazásai közül csak néhány:
- Egy egyenirányító beépítése a tápegységbe lehetővé teszi az AC átalakítását DC-vé. A híd egyenirányítókat széles körben használják hatalmas alkalmazásokhoz, ahol képesek magas szintű váltóáramot minimális egyenfeszültséggé alakítani.
- A HWR megvalósítása elősegíti a DC feszültség szükséges szintjének elérését lépcsőzetes vagy fokozatos transzformátorok révén.
- Ezt az eszközt vas hegesztésénél is használják áramkörök típusai és szúnyogriasztóban is használják, hogy a gőzök ólmát lökjék.
- AM rádiókészüléken használják felderítési célokra
- Tüzelő és impulzusgeneráló áramkörként használják
- Feszültségerősítő és modulációs eszközökben megvalósítva.
Ez mind a Half Wave egyenirányító áramkör és a jellemzőivel dolgozni. Úgy gondoljuk, hogy az ebben a cikkben megadott információk hasznosak lehetnek a projekt jobb megértéséhez. Ezenkívül a cikkel kapcsolatos bármilyen kérdése, vagy bármilyen segítség a végrehajtáshoz elektromos és elektronikai projektek , nyugodtan fordulhat hozzánk az alábbi megjegyzés részben kommentálva. Itt egy kérdés az Ön számára, mi a félhullámú egyenirányító fő funkciója?
