Айнымалы ток түзеткіші

Айнымалы ток түзеткіші (Выпрямитель переменного тока) — айнымалы электр тоғын тұрақты токқа түрлендіретін құрылғы. Электрондық техникада, көбіне шалаөткізгіш диодтардан тұратын айнымалы ток түзеткіші бар қуаты аз қоректену коздері пайдаланылады. Әдетте, токты түзету токты тек біржақты өткізетін вентиль арқылы іске асырылады. Қолданылатын вентильдің түрлеріне қарай: вакуумдық, газразрядты, шалаөткізгіштік және электртүйіспелік айнымалы ток түзеткіші деп бөлінеді. Жүктемедегі кернеуді реттеу және тұрақтандыру мүмкіндігіне байланысты айнымалы ток түзеткіші реттелмейтін және реттелетін болуы мүмкін. Айнымалы ток түзеткіші өнеркәсіптік айнымалы кернеу көзіне төмендеткіш трансформаторлар арқылы қосылып, түзету схемасына байланысты бір және екі 5 АКТ жарты периодты, көпірлі және нөлдік шығысы бар, бір фазалы және көп фазалы болып бөлінеді. Айнымалы ток түзеткіші автоматиканың, телемеханиканың электрондық құрылғыларында, өлшеу техникасында, компьютерлерде және радиоэлектроникада және т.б. салаларда жиі қолданылады.

Түзеткіш құрылғыларда кең тарағандары жартылай өткізгішті клапандар. Олар бірнеше милиамперден бастап жүздеген амперге дейінгі токтарға есептеледі. Тура бағыттағы кедергілері аз. Бірақ бір жаман жері, бұларда кері токтың үлкен маңызы бар және ол температура жоғарылаған сайын өсе береді. Бұл жағдай құрылғының жұмыс температурасының ауқымына шек қояды. Бір ғана диод қолданылатын қарапайым түзеткіште ток жүктеме арқылы тек оң жарты периодта ғана өте алады, теріс жарты периодты диод өткізбейтін болғандықтан, ол жүктеме арқылы өте алмайды, жүктемедегі ток тек қана оң жарты периодтардан тұратындығы қарастырылады. Көбейткіштіңкұрылысы мен жұмысының қандай екендігі баяндалады.Көбейткіш — кернеуді жоғарылататын аспап. Бірақ мұнда трансформатордағыдай ешқандай жүрекше, орам деген жок. Сонда ол кернеуді  қалай жоғарылата алатындығы туралы айтылады.

 СИНУСОИДАЛЫ ТОКТЫ  ТҮЗЕТУ ( АЙНЫМАЛЫ ТОКТЫ ТҰРАҚТЫ ТОКҚА АЙНАЛДЫРУ)   

Диод арқылы айнымалы токты өткізгенде, электрондардың ағыны бірінші жарты периодта бір жаққа қарай жүгірсе, екінші

жарты периодта қарама — қарсы жаққа қарай жүгіреді.Әлгі синусоидамыз тура өткен жағы бар да кері қарай өткен жағы жоқ болып шығады. Өйткені тура өткен токты диод өткізеді де, кері өткен токты өткізбейді.(1.2-сурет).Яғни ол электрондарды күрекпен құм  лақтырғандай етіп беріп отырады- бір күрек құм лақтырылғаннан кейін екінші күрек құм келгенше біраз уақыт керек. Ал тұрақты тогымыз-ол электрондарды кәдімгі ленталы конвейер сияқты тоқтаусыз әкеліп отырады. Диодтың қалай жұмыс істейтінін қарастырайық. Анодқа келетін оң жарты периодтарда диод ашылады да, диод арқылы тура ток жүреді. Ал кері жарты периодтарда диод жабылады да, диод арқылы аз ғана кері ток өтеді. (1.2-сурет.) Осының салдарынан диорд арқылы айнымалы тоқ емес, бір ғана бағытта жүретін, бірақ шамасы өзгеріп тұратын, жиілігі айнымалы токтың жиілігімен бірдей ток өтеді. Мұндай токты пульсті ток дейміз, өйткені тіпті суреттен де көрініп тұр: бір өркештен кейін екіншісі, одан үшіншісі, одан ары қарай қаншамасы келіп селкілдетеді. Мұны пульсті ток немесе жалпы айнымалы токты тұрақты токқа айналдыру. (1.2-сурет) Ал енді осы пульсті токтың селкілдек пульсін азайту үшін графиктегі қиылып қалған астыңғы жақты жоғалтпай, үстіне шығаруға болама?

Ол үшін біз екі жарты периодты деп аталатын төрт диодтан тұратын түзеткіш қолданамыз. Олар көпірлік схема деген атпен бір — біріне қосылады. Олардың схемасы мен графиктерін талдайық.

ТҮЗЕТКІШ ҚҰРЫЛҒЫЛАР

 

Электрондық құрылғыларды, аппатартарды қоректендіруге қажетті  тұрақты тоқ көзін алу үшін түзеткіштік құрылғылар қолданылады. Осындай айнымалы ток энергиясын, тұрақты ток энергиясына түрлендіретін  құрылғылар қоректену көздері деп  аталады. Түзеткіштер бұл құрылғы, айнымалы тоқты тұрақты тоққа  түрлендіру қызметін атқарады.

торап 

      

Сурет 1.1.1 Түзеткіштің құрылымдық схемасы.

Түзеткіштің құрылымдық сұлба  құрамына мыналар кіреді: күштік трансформатор, қоректенетін айнымалы кернеуді түрлендіру үшін қызмет атқарады. Вентиль айнымалы тоқты түзеткіш тоққа түрлендіруді қамтамасыз етеді. Тегістегіш сүзгілер тұрақтыға формасы бойынша жақын, түзетілген тоқты тұрақты тоққа түрлендіру қызметін атқарады. Түзеткіштің негізгі техникалық параметрі кіріс кернеу мәні U мен тоқ I, орташа түзетілген кернеу U_орт мен I_орт, бүлкілдеуді тегістейтін коэффициент q, пайдалы әсер коэффиценті η болып табылады. Электронды аппаратураның әр түрлі түйіндері мен блоктарды қоректендіру үшін, айнымалы тогы бар бір фазалы тораптан жұмыс істейтін түзеткіштерді жиі қолданады. Мұндай түзеткіштерді бір фазалық дейміз. Олар бөлінеді: 1) бір жарты периодты 2) екі жарты периодты 3) кернеуді көбейту сұлбасы. Үш фазалы тоқты түзету үш фазалы түзеткіш қолданылады.

Түзеткіш (орыс. Выпрямитель) айнымалы электр тогын тұрақты тоққа түрлендіретін құрал. Әдетте, токты түзету — ток тек қана бір бағытта өтетін вентильмен іске асырылады. Қолданылатын вентильтипіне байланысты вакуумдық, газразрядты, шалаөткізгіш және электртүйіспелі түзеткіш деп ажыратылады. Түзету сызбасына байланысты бір және екі жарты периодты, көпірлік және нөлдікшықпасы бар, бір фазалы және көп фазалы түзеткіш деп жіктеледі. Электрондық техникада екі жарты периодты бір фазалы көпірлік түзеткіш сызбалары қолданылады

1.1 Түзеткіш схемалары

Шығыс кернеудің орташа мәні U_d (тұрақты құраушы) бір жарты периодты түзеткіш сұлбасында (Сурет 2) мына формула бойынша көрсетілген:

U_d = U_m / π, (1)

мұнда U_m – максималды шығыс кернеуі.

Сурет 1.1.2 Бір жарты периодты түзеткіш схемасы

Айнымалы синусоидалы  кернеу диодқа түседі, диодтардың бір  бағытта өтуіне байланысты ток оң жарты периодқа өтеді. U_d мәні екі жарты периодты сұлбада екі есе көп (Сурет 3).

U_d = 2U_m / π, (2)

Сурет 1.1.3 Бір фазалы екі  жарты периодты (көпірлік) түзеткіштің  сұлбасы

Трансформатордың  коэффиценті  трансформаторлың бірінші реттік орамның  орам санына қатынасымен анықталады. Сурет 3 сұлбасында трансформация коэффиценті 20:1 – ді құрайды.

Көпірлік түзеткіштің  шығыс кернеуінің орташа мәні U_d (сурет 2) мына формула бойынша көрсетілген:

U_d = 2U_2m / π, (3)

мұнда U_2m – трансформатордың толық екінші реттік орамсымындағы максималды мәні:

U_2m = U_1m (n₂/n₁) = U_1m/20,

U_1m – трансформатордың бірінші реттік ормасымындағы максималды мәні.

Шығыс сигналдың жиілігі f бір жарты периодты және екі жарты периодты түзеткіштер сұлбасы үшін және де екі жарты периодты көпірлік түзеткіштер үшін шығыс сигналдың периодына кері шамасы болып есептеледі:

f = 1/Т. (4)

Сонымен қатар, екі жартылай периодқа қарағанда, сигнал периоды  бір жартылай периодты түзеткіш шығысында  екі есе көп болады. Бір жартылай периодты түзеткіш диодында максималды кері кернеу максималды кіріс кернеуіне  тең болады.

Орта нүкте шықпасы  бар трансформатордың екі жартылай периодты түзеткіштің әрбір диодында максималды кері кернеу екінші реттік тарнсформатордың максималды кері кернеуі  U_2m мәні айырымына және диодтағы тікелей түсу кернеуіне U_пр тең болады:

 

U_mах = U_2m – U_пр       (5)

Түзеткіштің көпірі бар әрбір  диодта максималды кері кернеу U_mах екінші реттік орамының кернеуіне U_2m тең болады.

Егер жоғарыда қарастырылған  түзеткіштердің шығысына конденсатор  қоссақ, онда айнымалы шығыс кернеуі  бәсеңдейді. Сыйымдылық сүзгісі бар  түзеткіштің шығыс кернеуінің орташа мәні мына қатынаспен бағалануы мүмкін:

U_d =  (U_2mах + U_2min)/2 = U_2max - ∆U₂ / 2, (6)

 

мұнда U_2mах мен U_2min – шығыс кернеудің максималды және минималды мәні.

 

∆U₂ = U_2mах - U_2min   (7)

 

1.2 Үш фазалы  түзеткіш

Үш фазалы түзеткішті үлкен  және орташа қуатты  құрылғыларда қолданады. Үш фазалы түзеткіштердің үлкен әртүрлік сұлбаларында трансформатор орамаларының қосылуы әдістері шартталған. Түзетілген кернеудің лүпілдеу коэффиценті  осыған байланысты.

Сурет 1.1.4 Бір жарты периодты түзеткіштің үш фазалы сұлбасы.

Тораптық бірінші реттік орам үш секциядан тұрады. Олардың  жұлдыз немесе үшбұрыш сұлбасы бойынша  қосады. Әрбір диод арқылы тоқ өткен  кезде, анодтағы потенциал катодтан қарағанда көбірек. Бұл 1/3 период аралығында болуы мүмкін, берілген фазаның кернеуі  екі басқа фаза кернеуінен жоғары болса. Үш фазалы түзеткіште токтың лүпілдеуі  үлкен емес және лүпілдеу коэффиценті  q = 0,25. Жүктемеде түзетілген тоқтың орташа мәні I_o = 0,827 I_m. Әрбір диодта Т/3 аралығында тоқ өтеді, сондықтан оның орташа мәні I_oр = I_o /0. Жүктемеде кернеудің түзеткіші U_о = 0,827 U_m, бірақ та U_m = U, мұнда U – трансформатордың екіншілік орамында фазалық кернеудің әрекеттік мәні, онда  U_о = 1,17 U.

«Шығыс басқару  сұлбасының» сипаттмаларын анықтау

Шығыс фильтрінің полюсі индуктормен  және фильтр конденсаторымен анықталады. Оның сыну сипаттамасының номиналды  жиілігі.

f_p =   (2.6)

 

Нуль шығыс фильтрінің конденсаторымен төмендегідей жиілікпен алдын ала келісілген (ESR екі параллельді) конденсатордан құралады.

 

 f_esr =   (2.7)

Тұрақты ток көзі сұлбасының ішкі абсолютті күшейткіші мынаны құрайды:

A_DS ≈ V_in/∆V_error = 14В/2,9В = 4,8;

G_DS = 20 Log (A_DS) = 13,6 ДБ;

 

 

 

 

 

 

2.5.4 Компенсациялық  полюстерді және қателіктерді  күшейту «нольдерін» орналастыру

Күшейтуге өту үшін жұмсалатын жиілікті қолданайық f_xo =15кГц, бұл көптеген қосымшалар үшін жеткілікті болып табылады. Бұл шамамен 200мкс болатын өтпелі процесстердің жалғасымдылығын қамтамасыз етеді.

Ең алдымен, тұйық контур компенсациясының соңғы тізбегі  үзіліссіз – 20_ДБ/декаданы қабылдасын делік. 15кГц жиілікке жету үшін күшейткіш кіріс сигналын күшейтуі қажет және Боде графигінің күшейту қисығын «жоғары көтеруі тиіс» (4.20-сурет).

G_xo = 20 Log(f_xo/f_fp) - C_DC = 20Log(15кГц/1959Гц) – 13,6_ДБ;

G_xo = G₂ = +4,1_ДБ

А_хо = А2=1,6 (абсолютті күшейткіш).

Бұл – өту процесіне  қажетті жиілікке қол жеткізуге  арналған, орташа жиіліктің платасына  қажетті күшейткіш болып табылады.

Компенсациялық «нольдердің» бірінші жиынындағы күшейткіш келесідей  болып табылады:

G1 = G2 + 20Log (f_tz2/f_ep1) = +4,1_ДБ + 20Log (980Гц/10610Гц) = -16,5_ДБ;

A1 = 0,15 (абсолютті күшейткіш).

Фильтрдің екілік полюсін  компенсациялау үшін екі «нольді» фильтр полюсінің жиілігіне орналастырамыз.

f_ez1 = f_ez2 =980 Гц.

 

2.2 – 2.3- сурет. Боде  күшейтуінің графиктері: а-күшейту  диаграммасы; б – фазалық диаграмма;

Бірінші компенсациялық полюс  тек күшейтуді басу жолымен жоғары жиілікті тұрақтылыққа қол жеткізу  үшін қолданады:

f_ep2 = 1,5 f_xo = 22,5 кГц.

Енді қателік күшейткішінің  ішіндегі компоненттердің шамаларын  есептеуді бастауға болады:

 

C₁₃=; (2.8)

 

R₁₀ = A₁ R₁₁ = 0,152,59 кОм = 373 (360Ом деп қабылдаймыз);

 

C₁₂ 0,042 мкФ(0,05мкФ деп қабылдаймыз)

 

R₁₂ = R₁₀ / A₂ = 360Ом / 1,6 = 225Ом (220Ом деп қабылдаймыз);

 

 

C₁₀ 0,31 мкФ(0,33мкФ деп қабылдаймыз).

 

2.6 Тоқ бойынша  басқарылатын және нолдік кернеу  жағдайында қайта қосылатын квазирезонансты  жобалау

Бұл жоба арқылы біз дәстүрлі кернеумен басқарылатын және нольдік  кернеу жағдайында қайта қосылатын  квазирезонансты түрлендіргіштерге (ПНН) қайта ораламыз. Жұмыс циклының шектемесіз стандартты басқару сұлбасын модификациялай отырып, ПНН – ны бар топологияны құруға болады. Бұл  кездегі қосымша артықшылықтар  тоқ бойынша жүктемеден қорғау болып  табылады. ПНН – ды топологиядағы  жұмыс жиілігі 1МГц – тан аспауы тиіс, оның мынадай артықшылықтарға  ие: қайта қосу кезінде жоғалтулардың  болмау және электромагниттік бөгеулердің  аз шамада бөлінуі.

Мұнда қарастырылатын түрлендіргіштің  сұлбасы 2.4-суретте көрсетілген.

2.6.1 Жобалық спецификафия

Кіріс кернеудің диапазоны: 18-32VDC;+24VDC (номинал)

Шығыс кернеуі:  0,5 – 1,0 А  болғанда +15 VDC

«Бастапқы емес» кернеудің  төменгі деңгейі: 8В±1В.

«Қара қорапшаны» алдын – ала жобалауды бағалау

Шығыс тогы: V_outIout = 15В 1А = 15Вт

Максималды тоқ:

I_pk = 5,5 P_out / V_in(min) = 5,5 ₁₅Вт / 18В = 4,6 А

 

Орташа кіріс тоқтары:

I_in(av) = P_out (КПД V_in(nom)) = 15Вт/(0,9 24В) = 0,694 А;

I_in(av-hi) = P_out / (КПД V_in(nom)) = 15Вт/(0,9 18В) = 0,926 А.

Трансформатордың біріншілік орамына қажетті өткізгіш диаметрі кернеу 18В болғандағы жүктеменің номиналды  тогы кезінде жұмыс жасайтын қорек  көзі арқылы анықталады. Осылайша, өткізгіш сым AWG бойынша алынған #20 өткізгіш сымына эквивалентті болуы тиіс.