Usmerňovače s násobičom napätia

Usmerňovač je zariadenie na premenu striedavého prúdu na jednosmerný prúd, ako aj na stabilizáciu a reguláciu usmerneného napätia.

V diagrame na obr. 1 a transformátor nemá dvojnapäťové zosilňovacie vinutie so stredným bodom, ale zároveň úplná rektifikácia vĺn usmerňovač zdvojnásobí napätie.

Počas prvého polcyklu sa cez diódu D1, ktorej napätie je priame, nabije kondenzátor C1 približne na amplitúdové napätie sekundárneho vinutia. Počas druhej polovice cyklu bude napätie v priepustnom smere na dióde D2 a kondenzátor C2 sa cez ňu nabíja rovnakým spôsobom.

Kondenzátory C1 a C2 sú zapojené do série a celkové napätie na nich sa približne rovná dvojnásobku amplitúdového napätia transformátora. Na každej dióde bude rovnaké maximálne spätné napätie. Súčasne s nabíjaním kondenzátorov C1 a C2 dochádza k ich vybíjaniu cez záťaž R, v dôsledku čoho klesá napätie v kondenzátoroch.

Čím nižší je zaťažovací odpor R, to znamená, že čím väčší je zaťažovací prúd a čím nižšia je kapacita kondenzátorov C1 a C2, tým rýchlejšie sa vybíjajú a tým je na nich nižšie napätie. Preto je prakticky nemožné zdvojnásobiť napätie. S kapacitou kondenzátora najmenej 10 μF a zaťažovacím prúdom nie väčším ako 100 mA je možné získať napätie, ktoré je 1,7 alebo dokonca 1,9 krát vyššie ako napätie udávané transformátorom.

Ryža. 1. Usmerňovacie obvody s dvojnásobným (a) a štvornásobným (b) napätím

Výhodou obvodu je, že kondenzátory vyhladzujú zvlnenie v usmernenom prúde.

Usmerňovacie obvody s násobičom napätia môžu byť aplikované ľubovoľne. Na obr. 1b znázorňuje obvod, ktorý strojnásobuje napätie a má štyri diódy a štyri kondenzátory. V nepárnych polovičných cykloch sa kondenzátor C1 nabíja cez diódu D1 takmer na špičkovú hodnotu napätia transformátora Et. Nabitý kondenzátor C1 je sám zdrojom.

Preto aj v polcykloch, pre ktoré bude polarita napätia transformátora obrátená, sa kondenzátor C2 nabíja cez diódu D2 na približne dvojnásobok napätia 2Em. Toto napätie je maximálna hodnota celkového napätia sériovo zapojeného transformátora a kondenzátora C1.

Podobne sa kondenzátor C3 nabíja v nepárnych polcykloch cez diódu D3 tiež na napätie 2Em, čo je celkové napätie sériovo zapojených C1, transformátora a C2 (treba mať na pamäti, že napätia C1 a C2 na seba pôsobia).

Ak uvažujeme podobne ďalej, zistíme, že kondenzátor C4 sa bude nabíjať aj polcyklami cez diódu D4.Opäť na napätie 2Em, ktoré je súčtom napätí C1, C3, transformátora a C2. Kondenzátory sa samozrejme nabíjajú na určené napätia postupne počas niekoľkých polcyklov po zapnutí usmerňovača. Výsledkom je, že z kondenzátorov C1 a C4 môžete získať štvornásobné napätie 4Et.

Súčasne s kondenzátormi C1 a C3 môžete získať trojité napätie ZET. Ak do obvodu pridáme viac kondenzátorov a diód zapojených podľa rovnakého princípu, potom z množstva kondenzátorov C1, C3, C5 atď. sa získajú napätia, ktoré sa zvýšia nepárnym počtom (3, 5, 7). n.) a z množstva kondenzátorov C2, C4, C6 atď. bude možné získať napätia zvýšené o párny počet krát (2, 4, 6 atď.).

Pri zapnutí záťaže sa kondenzátory vybijú a napätie na nich sa zníži.Čím nižší je odpor záťaže, tým rýchlejšie sa kondenzátory vybijú a napätie na nich sa zníži. Preto pri nedostatočne veľkých odporoch zaťaženia sa používanie takýchto schém stáva iracionálnym.

V praxi takéto schémy poskytujú efektívne násobenie napätia iba pri nízkych zaťažovacích prúdoch. Samozrejme, môžete získať vyššie prúdy, ak zvýšite kapacitu kondenzátorov. Výhodou vyššie uvedenej schémy je schopnosť získať vysoké napätie bez vysokonapäťového transformátora. Okrem toho kondenzátory musia mať prevádzkové napätie iba 2Em, bez ohľadu na to, koľkokrát sa napätie násobí, a každá dióda pracuje pri maximálnom spätnom napätí iba 2Em.

Časti usmerňovača

Diódy sa vyberajú podľa ich hlavných parametrov: maximálny usmernený prúd I0max a obmedzujúce spätné napätie Urev. V prítomnosti kondenzátora na vstupe filtra by efektívna hodnota napätia sekundárneho vinutia transformátora U2 vo všetkých obvodoch usmerňovača, s výnimkou mostíkového obvodu, nemala prekročiť - 35% hodnoty Urev. V obvode s plnou vlnou s nulovým bodom sa napätie U2 vzťahuje na polovicu vinutia. V mostíkovom okruhu by y nemalo prekročiť 70 % hodnoty Urev.

Pre korekciu vyšších napätí sa príslušný počet diód zapojí do série.

Keď sú germániové a kremíkové diódy zapojené do série, nevyhnutne sa s nimi manipuluje s odpormi s rovnakým odporom rádovo v desiatkach alebo stovkách kiloohmov (obr. 2). Ak sa tak nestane, potom v dôsledku výrazného rozšírenia spätného odporu diód je spätné napätie medzi nimi nerovnomerne rozdelené a je možný rozpad diódy. A v prítomnosti bočných rezistorov je spätné napätie prakticky rovnomerne rozdelené medzi diódy.

Paralelné zapojenie diód za účelom získania veľkých prúdov je nežiaduce, pretože v dôsledku šírenia parametrov a charakteristík jednotlivých diód budú prúdom zaťažované nerovnomerne. Na vyrovnanie prúdov sú v tomto prípade vyrovnávacie odpory zapojené do série s jednotlivými diódami, ktorých odpory sú zvolené empiricky.

Pri usmerňovacích transformátoroch má primárne vinutie zvyčajne niekoľko sekcií prepínajúcich na sieťové napätie 110, 127 a 220 V.

Ryža. 2. Sériové zapojenie polovodičových diód

Ryža. 3.Spôsoby nastavenia napätia

Sekundárne vinutie je navrhnuté na požadované napätie. Pri plnovlnnom obvode má stredový výstup. Na zníženie rušenia zo siete v usmerňovacích transformátoroch napájajúcich prijímače je medzi primárne a sekundárne vinutie umiestnená tieniaca cievka, ktorej jeden koniec je pripojený k spoločnému záporu.

Tlmivky pre filter majú spravidla v jadre diamagnetická medzera na odstránenie magnetickej saturácie, čo vedie k zníženiu indukčnosti. Odpor cievky induktora voči jednosmernému prúdu sa zvyčajne rovná niekoľkým desiatkam alebo stovkám ohmov. Časť usmerneného napätia dopadá naň a na zosilňovacie vinutie transformátora.

Pre automatické vypnutie usmerňovača v prípade núdze je v obvode sieťového vinutia nainštalovaný vypínač a poistka. Ak sa napríklad rozbije filtračný kondenzátor, dôjde ku skratu v obvode usmerneného prúdu. Primárny prúd bude výrazne vyšší ako normálne a poistka sa spáli. Bez neho môže transformátor vyhorieť. Okrem toho je takýto skrat veľmi nebezpečný pre diódu, ktorá sa môže prehriatím príliš veľkým prúdom zničiť.

Niekedy je primárne vinutie transformátora vyrobené s výstupmi pre rôzne napätia, napríklad 190, 200, 210, 220 a 230 V, takže pomocou spínača bolo možné udržiavať približne konštantné napätie usmerňovača pomocou spínač pri kolísaní sieťového napätia (obr. 3, a).Ďalším spôsobom regulácie je zahrnutie regulačného autotransformátora, ktorý má výstupy pre rôzne napätia a spínač.

Zapnúť regulačný autotransformátor umožňuje pri zníženom sieťovom napätí privádzať normálne napätie na primárne vinutie výkonového transformátora (obr. 3, b) Existujú aj špeciálne nastavovacie autotransformátory pre sieťové napätie 127 a 220 V, umožňujúce plynulé nastavenie napätia od 0 až 250 V.

Pri práci s usmerňovačom, najmä ak dáva vysoké napätie, je potrebné prijať preventívne opatrenia, pretože zranenie osoby napätím niekoľko stoviek voltov je životu nebezpečné.

Obr. 4. Zapnutie deliča pre tri rôzne napätia

Všetky vysokonapäťové časti usmerňovača musia byť chránené pred náhodným dotykom. Nikdy sa nedotýkajte žiadnej časti usmerňovača počas prevádzky. Všetky pripojenia alebo zmeny v obvode usmerňovača sa vykonajú, keď je usmerňovač vypnutý a filtračné kondenzátory sú vybité. Na usmernené napätie je vhodné zaradiť neónovú lampu ako indikátor (ukazovateľ) vysokého napätia. Jeho žiara indikuje prítomnosť vysokého napätia.

Neónová lampa sa zapína obmedzovacím odporom s odporom niekoľkých desiatok kiloohmov. Prítomnosť konštantného zaťaženia vo forme takejto lampy chráni filtračné kondenzátory pred prepätím. To sa môže stať, ak usmerňovač beží pri voľnobežných otáčkach. Bez záťaže nedochádza k poklesu napätia vo vnútri usmerňovača a preto napätie na filtračných kondenzátoroch bude maximálne.

Prečítajte si tiež: Napäťová rezonancia