วงจรเรียงกระแสแรงดันคืออะไรและมีไว้เพื่ออะไร: วงจรเรียงกระแสทั่วไป

พลังงานไฟฟ้าถูกขนส่งอย่างสะดวกและแปลงเป็นขนาดในรูปของแรงดันไฟสลับ อยู่ในรูปแบบนี้ที่จะถูกส่งไปยังผู้บริโภคปลายทาง แต่เพื่อให้พลังงานแก่อุปกรณ์จำนวนมาก คุณยังคงต้องใช้แรงดันไฟฟ้าคงที่

ทำไมเราต้องมีวงจรเรียงกระแสในงานวิศวกรรมไฟฟ้า

งานของการแปลงแรงดันไฟ AC เป็น DC ถูกกำหนดให้กับวงจรเรียงกระแส อุปกรณ์นี้ใช้กันอย่างแพร่หลาย และพื้นที่หลักของการใช้อุปกรณ์แก้ไขในวิทยุและวิศวกรรมไฟฟ้าคือ:

• การก่อตัวของกระแสตรงสำหรับการติดตั้งระบบไฟฟ้ากำลัง (สถานีไฟฟ้าย่อย, โรงงานอิเล็กโทรลิซิส, ระบบกระตุ้นของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส) และมอเตอร์กระแสตรงอันทรงพลัง
• แหล่งจ่ายไฟสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
• การตรวจจับสัญญาณวิทยุแบบมอดูเลต
• การก่อตัวของแรงดันคงที่ตามสัดส่วนกับระดับของสัญญาณอินพุตสำหรับการสร้างระบบควบคุมอัตราขยายอัตโนมัติ

ขอบเขตทั้งหมดของวงจรเรียงกระแสนั้นกว้างขวาง และเป็นไปไม่ได้ที่จะแสดงรายการมันภายในกรอบของการทบทวนเพียงครั้งเดียว

หลักการทำงานของวงจรเรียงกระแส

การทำงานของอุปกรณ์ปรับแก้จะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของการนำไฟฟ้าด้านเดียวขององค์ประกอบ คุณสามารถทำได้หลายวิธี หลายๆ วิธีสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรมได้กลายเป็นเรื่องในอดีตไปแล้ว เช่น การใช้เครื่องจักรซิงโครนัสเชิงกลหรืออุปกรณ์สุญญากาศ ตอนนี้มีการใช้วาล์วที่นำกระแสไปในทิศทางเดียว เมื่อไม่นานมานี้ มีการใช้อุปกรณ์ปรอทสำหรับวงจรเรียงกระแสกำลังสูง ในขณะนี้ สารกึ่งตัวนำ (ซิลิกอน) ถูกแทนที่ด้วยสารกึ่งตัวนำ

วงจรเรียงกระแสทั่วไป

อุปกรณ์แก้ไขสามารถสร้างได้ตามหลักการต่างๆ เมื่อวิเคราะห์วงจรอุปกรณ์ต้องจำไว้ว่าแรงดันคงที่ที่เอาต์พุตของวงจรเรียงกระแสใด ๆ สามารถเรียกได้ตามเงื่อนไขเท่านั้น โหนดนี้สร้างแรงดันไฟทิศทางเดียวที่เต้นเป็นจังหวะ ซึ่งในกรณีส่วนใหญ่จะต้องทำให้เรียบโดยตัวกรอง ผู้บริโภคบางรายต้องการความเสถียรของแรงดันไฟฟ้าที่แก้ไข

วงจรเรียงกระแสแบบเฟสเดียว

วงจรเรียงกระแสแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่ง่ายที่สุดคือไดโอดตัวเดียว

มันส่งผ่านคลื่นครึ่งคลื่นบวกของไซนูซอยด์ไปยังผู้บริโภคและ "ตัด" คลื่นเชิงลบออก

ขอบเขตของอุปกรณ์ดังกล่าวมีขนาดเล็ก - ส่วนใหญ่ วงจรเรียงกระแสไฟแบบสวิตชิ่งทำงานที่ความถี่ค่อนข้างสูง แม้ว่ามันจะสร้างกระแสไหลในทิศทางเดียว แต่ก็มีข้อเสียที่สำคัญ:

• ระลอกคลื่นระดับสูง - เพื่อให้เรียบและรับกระแสตรง คุณจะต้องใช้ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่และเทอะทะ
• การใช้กำลังของหม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์ (หรือสเต็ปอัพ) ที่ไม่สมบูรณ์ ส่งผลให้ตัวบ่งชี้น้ำหนักและขนาดที่ต้องการเพิ่มขึ้น
• EMF เฉลี่ยที่เอาต์พุตน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของ EMF ที่ให้มา
• ข้อกำหนดที่เพิ่มขึ้นสำหรับไดโอด (ในทางกลับกันจำเป็นต้องมีวาล์วเดียวเท่านั้น)

จึงแพร่หลายมากขึ้น วงจรเต็มคลื่น (สะพาน).

ที่นี่กระแสไหลผ่านโหลดสองครั้งต่อคาบในทิศทางเดียว:

• ครึ่งคลื่นบวกตามเส้นทางที่ระบุด้วยลูกศรสีแดง
• ครึ่งคลื่นติดลบตามเส้นทางที่ระบุโดยลูกศรสีเขียว

คลื่นลบไม่หายไป แต่ยังใช้ดังนั้นกำลังของหม้อแปลงอินพุตจึงถูกใช้อย่างเต็มที่มากขึ้น EMF เฉลี่ยเป็นสองเท่าของรุ่นครึ่งคลื่น รูปร่างของกระแสกระเพื่อมนั้นอยู่ใกล้กับเส้นตรงมาก แต่ยังต้องการตัวเก็บประจุที่ปรับให้เรียบ ความจุและขนาดจะเล็กกว่าในกรณีก่อนหน้านี้ เนื่องจากความถี่การกระเพื่อมเป็นสองเท่าของความถี่ของแรงดันไฟหลัก

หากมีหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีขดลวดเหมือนกันสองเส้นที่สามารถต่อแบบอนุกรมหรือแบบขดลวดที่มีก๊อกจากตรงกลาง วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นสามารถสร้างขึ้นได้ตามรูปแบบที่แตกต่างกัน

ตัวเลือกนี้เป็นวงจรคู่ของวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น แต่มีข้อดีทั้งหมดของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น ข้อเสียคือจำเป็นต้องใช้หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีการออกแบบเฉพาะ

หากหม้อแปลงทำในสภาพมือสมัครเล่นไม่มีอุปสรรคในการพันขดลวดทุติยภูมิตามต้องการ แต่จะต้องใช้เหล็กที่ใหญ่กว่าเล็กน้อย แต่แทนที่จะใช้ไดโอด 4 ตัว กลับใช้เพียง 2 ตัว ซึ่งจะทำให้สามารถชดเชยการสูญเสียน้ำหนักและตัวบ่งชี้ขนาดและแม้กระทั่งชัยชนะ

หากวงจรเรียงกระแสได้รับการออกแบบสำหรับกระแสไฟสูงและต้องติดตั้งวาล์วบนหม้อน้ำ การติดตั้งไดโอดครึ่งหนึ่งจะช่วยประหยัดได้มาก นอกจากนี้ควรพิจารณาด้วยว่าวงจรเรียงกระแสดังกล่าวมีความต้านทานภายในเป็นสองเท่าเมื่อเทียบกับการประกอบในวงจรสะพาน ดังนั้นความร้อนของขดลวดหม้อแปลงและความสูญเสียที่เกี่ยวข้องก็จะสูงขึ้นด้วย

วงจรเรียงกระแสสามเฟส

จากวงจรก่อนหน้านี้ มีเหตุผลที่จะย้ายไปใช้เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบสามเฟสซึ่งประกอบขึ้นด้วยหลักการเดียวกัน

รูปร่างของแรงดันไฟขาออกอยู่ใกล้กับเส้นตรงมาก ระดับการกระเพื่อมเพียง 14% และความถี่เท่ากับความถี่ของแรงดันไฟหลักสามเท่า

และที่มาของวงจรนี้คือวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น ดังนั้นข้อบกพร่องมากมายที่แก้ไขไม่ได้แม้จะใช้แหล่งจ่ายแรงดันไฟแบบสามเฟส ประเด็นหลักคือการใช้กำลังหม้อแปลงที่ไม่สมบูรณ์ และ EMF เฉลี่ยคือ 1.17⋅E_2ff (ค่าประสิทธิผลของ EMF ของขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้า)

พารามิเตอร์ที่ดีที่สุดมีวงจรบริดจ์สามเฟส

ที่นี่แอมพลิจูดของระลอกแรงดันเอาต์พุตเท่ากับ 14% แต่ความถี่เท่ากับความถี่หกเหลี่ยมของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับอินพุตดังนั้นความจุของตัวเก็บประจุตัวกรองจะน้อยที่สุดจากตัวเลือกทั้งหมดที่นำเสนอ และ EMF เอาต์พุตจะสูงเป็นสองเท่าของวงจรก่อนหน้า

วงจรเรียงกระแสนี้ใช้กับหม้อแปลงเอาท์พุตที่มีขดลวดทุติยภูมิแบบดาว แต่ชุดวาล์วเดียวกันจะมีประสิทธิภาพน้อยกว่ามากเมื่อใช้ร่วมกับหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีเอาต์พุตเชื่อมต่ออยู่ในเดลต้า

ที่นี่แอมพลิจูดและความถี่ของการเต้นจะเหมือนกับในวงจรก่อนหน้า แต่ EMF เฉลี่ยจะน้อยกว่าในโครงการครั้งก่อน ดังนั้นจึงไม่ค่อยได้ใช้การรวมนี้

วงจรเรียงกระแสตัวคูณแรงดันไฟฟ้า

เป็นไปได้ที่จะสร้างวงจรเรียงกระแสที่มีแรงดันเอาต์พุตจะเป็นหลายเท่าของแรงดันอินพุต ตัวอย่างเช่น มีวงจรที่มีแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า:

ที่นี่ตัวเก็บประจุ C1 จะชาร์จในช่วงครึ่งรอบเชิงลบและถูกสลับเป็นอนุกรมด้วยคลื่นบวกของคลื่นไซน์อินพุต ข้อเสียของโครงสร้างนี้คือความจุโหลดต่ำของวงจรเรียงกระแสเช่นเดียวกับความจริงที่ว่าตัวเก็บประจุ C2 นั้นต่ำกว่าค่าแรงดันไฟฟ้าสองเท่า ดังนั้นวงจรดังกล่าวจึงถูกใช้ในงานวิศวกรรมวิทยุเพื่อเพิ่มการแก้ไขสัญญาณกำลังต่ำเป็นสองเท่าสำหรับเครื่องตรวจจับแอมพลิจูด เป็นองค์ประกอบการวัดในวงจรควบคุมอัตราขยายอัตโนมัติ ฯลฯ

ในวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์กำลังใช้รูปแบบการเสแสร้งอีกเวอร์ชันหนึ่ง

doubler ประกอบตามแบบแผน Latour มีกำลังรับน้ำหนักมาก ตัวเก็บประจุแต่ละตัวอยู่ภายใต้แรงดันไฟฟ้าขาเข้า ดังนั้น ในแง่ของน้ำหนักและขนาด ตัวเลือกนี้มีประสิทธิภาพเหนือกว่าตัวก่อนหน้าด้วย ในช่วงครึ่งวงจรบวก ตัวเก็บประจุ C1 จะถูกชาร์จ ในขณะที่ประจุลบ - C2 ตัวเก็บประจุเชื่อมต่อแบบอนุกรมและสัมพันธ์กับโหลดแบบขนาน ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าข้ามโหลดจึงเท่ากับผลรวม แรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุที่มีประจุ. ความถี่กระเพื่อมเท่ากับความถี่สองเท่าของแรงดันไฟหลัก และค่าขึ้นอยู่กับ จากมูลค่าของความสามารถ. ยิ่งมีขนาดใหญ่เท่าใด ระลอกคลื่นก็จะน้อยลงเท่านั้น และที่นี่มีความจำเป็นต้องหาการประนีประนอมที่สมเหตุสมผล

ข้อเสียของวงจรคือข้อห้ามในการต่อกราวด์เทอร์มินัลโหลดตัวใดตัวหนึ่ง - ไดโอดหรือตัวเก็บประจุตัวใดตัวหนึ่งในกรณีนี้จะลัดวงจร

วงจรนี้สามารถเรียงต่อกันได้หลายครั้ง ดังนั้นเมื่อทำซ้ำหลักการของการรวมสองครั้งคุณจะได้วงจรที่มีแรงดันสี่เท่าเป็นต้น

ตัวเก็บประจุตัวแรกในวงจรต้องทนต่อแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ ส่วนที่เหลือ - สองเท่าของแรงดันไฟฟ้า วาล์วทั้งหมดต้องได้รับการจัดอันดับสำหรับแรงดันย้อนกลับสองเท่า แน่นอน สำหรับการทำงานที่เชื่อถือได้ของวงจร พารามิเตอร์ทั้งหมดต้องมีระยะขอบอย่างน้อย 20%

หากไม่มีไดโอดที่เหมาะสม สามารถต่อแบบอนุกรมได้ ในกรณีนี้ แรงดันไฟสูงสุดที่อนุญาตจะเพิ่มขึ้น 1 เท่า แต่จะต้องเชื่อมต่อตัวต้านทานปรับค่าที่ขนานกันกับไดโอดแต่ละตัว สิ่งนี้จะต้องทำเพราะไม่เช่นนั้นเนื่องจากการแพร่กระจายของพารามิเตอร์ของวาล์ว แรงดันย้อนกลับอาจกระจายอย่างไม่สม่ำเสมอระหว่างไดโอด ผลลัพธ์อาจเกินค่าสูงสุดสำหรับไดโอดตัวใดตัวหนึ่ง และถ้าแต่ละองค์ประกอบของโซ่ถูกแบ่งด้วยตัวต้านทาน (ค่าของพวกมันจะต้องเท่ากัน) แรงดันย้อนกลับจะถูกกระจายเหมือนกันทุกประการ ความต้านทานของตัวต้านทานแต่ละตัวควรน้อยกว่าความต้านทานย้อนกลับของไดโอดประมาณ 10 เท่า ในกรณีนี้ ผลกระทบขององค์ประกอบเพิ่มเติมต่อการทำงานของวงจรจะลดลง

ไม่จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อแบบขนานของไดโอดในวงจรนี้ กระแสที่นี่มีขนาดเล็ก แต่อาจมีประโยชน์ในวงจรเรียงกระแสอื่นๆ ที่โหลดใช้พลังงานร้ายแรง การเชื่อมต่อแบบขนานจะเพิ่มกระแสที่อนุญาตผ่านวาล์ว แต่ทุกอย่างทำให้ค่าเบี่ยงเบนของพารามิเตอร์เสียหาย เป็นผลให้ไดโอดตัวเดียวสามารถรับกระแสไฟได้มากที่สุดและไม่สามารถต้านทานได้ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ ตัวต้านทานจะถูกวางในอนุกรมกับไดโอดแต่ละตัว

เลือกค่าความต้านทานเพื่อให้แรงดันตกคร่อมที่กระแสสูงสุด 1 โวลต์ ดังนั้นที่กระแส 1 A ความต้านทานควรเป็น 1 โอห์ม กำลังไฟฟ้าในกรณีนี้ควรมีอย่างน้อย 1 วัตต์

ตามทฤษฎีแล้ว แรงดันไฟฟ้าหลายหลากสามารถเพิ่มขึ้นได้ไม่มีกำหนด ในทางปฏิบัติ ควรจำไว้ว่าความจุโหลดของวงจรเรียงกระแสดังกล่าวลดลงอย่างรวดเร็วในแต่ละขั้นตอนเพิ่มเติม เป็นผลให้คุณสามารถเข้าสู่สถานการณ์ที่แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมโหลดเกินปัจจัยการคูณและทำให้การทำงานของวงจรเรียงกระแสไม่มีความหมาย ข้อเสียนี้มีอยู่ในรูปแบบดังกล่าวทั้งหมด

บ่อยครั้งที่ตัวคูณแรงดันไฟฟ้าดังกล่าวผลิตขึ้นเป็นโมดูลเดียวในฉนวนที่ดี อุปกรณ์ที่คล้ายกันถูกนำมาใช้เช่นเพื่อสร้างไฟฟ้าแรงสูงในโทรทัศน์หรือออสซิลโลสโคปที่มีหลอดรังสีแคโทดเป็นจอภาพ เป็นที่ทราบกันดีว่าโครงร่างการเสแสร้งโดยใช้โช้กเป็นสองเท่า แต่ก็ยังไม่ได้รับการจำหน่าย - ชิ้นส่วนที่คดเคี้ยวนั้นยากต่อการผลิตและไม่น่าเชื่อถือในการใช้งาน

มีวงจรเรียงกระแสมากมาย ด้วยขอบเขตที่กว้างของโหนดนี้ สิ่งสำคัญคือต้องเข้าหาทางเลือกของวงจรและการคำนวณองค์ประกอบอย่างมีสติ เฉพาะในกรณีนี้รับประกันการทำงานที่ยาวนานและเชื่อถือได้

บทความที่คล้ายกัน: