Energi listrik mudah diangkut dan diubah besarnya dalam bentuk tegangan bolak-balik. Dalam bentuk inilah ia dikirim ke konsumen akhir. Tetapi untuk memberi daya pada banyak perangkat, Anda masih membutuhkan tegangan konstan.
Isi
Mengapa kita membutuhkan penyearah dalam teknik elektro
Tugas mengubah tegangan AC ke DC ditugaskan ke penyearah. Perangkat ini banyak digunakan, dan bidang utama penggunaan perangkat penyearah dalam teknik radio dan listrik adalah:
- pembentukan arus searah untuk instalasi listrik tenaga (gardu traksi, pabrik elektrolisis, sistem eksitasi generator sinkron) dan motor DC yang kuat;
- catu daya untuk perangkat elektronik;
- deteksi sinyal radio termodulasi;
- pembentukan tegangan konstan sebanding dengan tingkat sinyal input untuk membangun sistem kontrol gain otomatis.
Cakupan penuh penyearah sangat luas, dan tidak mungkin untuk mencantumkannya dalam kerangka satu tinjauan.
Prinsip operasi penyearah
Pengoperasian perangkat penyearah didasarkan pada sifat konduktivitas satu sisi elemen. Anda dapat melakukan ini dengan cara yang berbeda. Banyak cara untuk aplikasi industri telah menjadi sesuatu dari masa lalu, seperti penggunaan mesin sinkron mekanis atau perangkat elektrovakum. Sekarang katup digunakan yang mengalirkan arus dalam satu arah. Belum lama ini, perangkat merkuri digunakan untuk penyearah daya tinggi. Saat ini, mereka praktis digantikan oleh elemen semikonduktor (silikon).
Sirkuit penyearah tipikal
Perangkat penyearah dapat dibuat menurut berbagai prinsip. Saat menganalisis rangkaian perangkat, harus diingat bahwa tegangan konstan pada output penyearah apa pun hanya dapat disebut secara kondisional. Node ini menghasilkan tegangan searah yang berdenyut, yang dalam banyak kasus harus dihaluskan oleh filter. Beberapa konsumen juga memerlukan stabilisasi tegangan yang diperbaiki.
Penyearah fase tunggal
Penyearah tegangan AC yang paling sederhana adalah dioda tunggal.
Ini melewati setengah gelombang positif sinusoid ke konsumen dan "memotong" yang negatif.
Ruang lingkup perangkat semacam itu kecil - terutama, beralih penyearah catu dayaberoperasi pada frekuensi yang relatif tinggi. Meskipun menghasilkan arus yang mengalir dalam satu arah, ia memiliki kelemahan yang signifikan:
- riak tingkat tinggi - untuk menghaluskan dan mendapatkan arus searah, Anda akan membutuhkan kapasitor besar dan besar;
- penggunaan daya transformator step-down (atau step-up) yang tidak lengkap, yang mengarah pada peningkatan indikator berat dan ukuran yang diperlukan;
- rata-rata EMF pada output kurang dari setengah dari EMF yang disediakan;
- peningkatan persyaratan untuk dioda (di sisi lain, hanya satu katup yang diperlukan).
Oleh karena itu, lebih luas sirkuit gelombang penuh (jembatan).
Di sini, arus mengalir melalui beban dua kali per periode dalam satu arah:
- setengah gelombang positif di sepanjang jalur yang ditunjukkan oleh panah merah;
- setengah gelombang negatif di sepanjang jalur yang ditunjukkan oleh panah hijau.
Gelombang negatif tidak hilang, tetapi juga digunakan, sehingga daya trafo input digunakan lebih lengkap. EMF rata-rata dua kali lipat dari versi setengah gelombang. Bentuk arus riak lebih mendekati garis lurus, tetapi kapasitor penghalus masih diperlukan. Kapasitas dan dimensinya akan lebih kecil dari pada kasus sebelumnya, karena frekuensi riaknya dua kali frekuensi tegangan listrik.
Jika ada transformator dengan dua belitan identik yang dapat dihubungkan secara seri atau dengan belitan yang memiliki ketukan dari tengah, penyearah gelombang penuh dapat dibangun sesuai dengan skema yang berbeda.
Opsi ini sebenarnya adalah rangkaian ganda dari penyearah setengah gelombang, tetapi memiliki semua keuntungan dari penyearah gelombang penuh. Kerugiannya adalah kebutuhan untuk menggunakan transformator dengan desain tertentu.
Jika trafo dibuat dalam kondisi amatir, tidak ada hambatan untuk menggulung gulungan sekunder seperti yang diperlukan, tetapi besi yang sedikit lebih besar harus digunakan. Tetapi alih-alih 4 dioda, hanya 2. Ini akan memungkinkan untuk mengkompensasi hilangnya indikator berat dan ukuran, dan bahkan menang.
Jika penyearah dirancang untuk arus tinggi dan katup harus dipasang pada radiator, maka memasang setengah jumlah dioda memberikan penghematan yang signifikan. Juga harus diperhitungkan bahwa penyearah tersebut memiliki dua kali resistansi internal dibandingkan dengan yang dirakit di sirkuit jembatan, sehingga pemanasan belitan transformator dan kerugian terkait juga akan lebih tinggi.
Penyearah tiga fase
Dari sirkuit sebelumnya, logis untuk beralih ke penyearah tegangan tiga fase, dirakit sesuai dengan prinsip yang sama.
Bentuk tegangan keluaran lebih mendekati garis lurus, tingkat riak hanya 14%, dan frekuensinya sama dengan tiga kali frekuensi tegangan listrik.
Namun sumber dari rangkaian ini adalah penyearah setengah gelombang, sehingga banyak kekurangan yang tidak dapat diatasi bahkan dengan sumber tegangan tiga fasa. Yang utama adalah penggunaan daya transformator yang tidak lengkap, dan EMF rata-rata adalah 1,17⋅E2eff (nilai efektif EMF dari belitan sekunder transformator).
Parameter terbaik memiliki rangkaian jembatan tiga fase.
Di sini, amplitudo riak tegangan output sama 14%, tetapi frekuensinya sama dengan frekuensi heksagonal dari tegangan AC input, sehingga kapasitansi kapasitor filter akan menjadi yang terkecil dari semua opsi yang disajikan. Dan output EMF akan dua kali lebih tinggi dari rangkaian sebelumnya.
Penyearah ini digunakan dengan transformator keluaran yang memiliki belitan sekunder bintang, tetapi rakitan katup yang sama akan jauh lebih tidak efisien bila digunakan bersama dengan transformator yang keluarannya dihubungkan secara delta.
Di sini amplitudo dan frekuensi denyut sama seperti pada rangkaian sebelumnya. Tapi rata-rata EMF kurang dari skema sebelumnya di kali. Oleh karena itu, inklusi ini jarang digunakan.
Penyearah pengali tegangan
Dimungkinkan untuk membangun penyearah yang tegangan keluarannya akan menjadi kelipatan dari tegangan masukan. Misalnya, ada sirkuit dengan penggandaan tegangan:
Di sini, kapasitor C1 mengisi selama setengah siklus negatif dan dihubungkan secara seri dengan gelombang positif dari gelombang sinus input. Kerugian dari konstruksi ini adalah kapasitas beban penyearah yang rendah, serta fakta bahwa kapasitor C2 berada di bawah dua kali nilai tegangan. Oleh karena itu, sirkuit semacam itu digunakan dalam teknik radio untuk menggandakan penyearahan sinyal berdaya rendah untuk detektor amplitudo, sebagai elemen pengukur dalam sirkuit kontrol penguatan otomatis, dll.
Dalam teknik listrik dan elektronika daya, versi lain dari skema penggandaan digunakan.
Pengganda, dirakit sesuai dengan skema Latour, memiliki kapasitas beban yang besar. Masing-masing kapasitor berada di bawah tegangan input, oleh karena itu, dalam hal berat dan ukuran, opsi ini juga mengungguli yang sebelumnya. Selama setengah siklus positif, kapasitor C1 diisi, selama negatif - C2. Kapasitor dihubungkan secara seri, dan dalam kaitannya dengan beban - secara paralel, sehingga tegangan pada beban sama dengan jumlah tegangan kapasitor bermuatan. Frekuensi riak sama dengan dua kali frekuensi tegangan listrik, dan nilainya tergantung dari nilai kapasitas. Semakin besar mereka, semakin sedikit riak. Dan di sini perlu untuk menemukan kompromi yang masuk akal.
Kerugian dari rangkaian ini adalah larangan membumikan salah satu terminal beban - salah satu dioda atau kapasitor dalam hal ini akan korsleting.
Sirkuit ini dapat mengalir beberapa kali. Jadi, mengulangi prinsip inklusi dua kali, Anda bisa mendapatkan sirkuit dengan tegangan empat kali lipat, dll.
Kapasitor pertama di sirkuit harus tahan terhadap tegangan catu daya, sisanya - dua kali tegangan suplai. Semua katup harus diberi peringkat untuk tegangan balik ganda. Tentu saja, untuk pengoperasian rangkaian yang andal, semua parameter harus memiliki margin minimal 20%.
Jika tidak ada dioda yang sesuai, mereka dapat dihubungkan secara seri - dalam hal ini, tegangan maksimum yang diizinkan akan meningkat dengan faktor 1. Tetapi secara paralel dengan masing-masing dioda, resistor penyeimbang harus dihubungkan. Ini harus dilakukan, karena jika tidak, karena penyebaran parameter katup, tegangan balik dapat didistribusikan secara tidak merata di antara dioda. Hasilnya mungkin kelebihan nilai terbesar untuk salah satu dioda. Dan jika setiap elemen rantai dilangsir dengan resistor (nilainya harus sama), maka tegangan balik akan didistribusikan persis sama. Resistansi masing-masing resistor harus sekitar 10 kali lebih kecil dari resistansi balik dioda. Dalam hal ini, efek elemen tambahan pada pengoperasian sirkuit akan diminimalkan.
Koneksi paralel dioda di sirkuit ini tidak mungkin diperlukan, arus di sini kecil. Tapi itu bisa berguna di sirkuit penyearah lain di mana beban mengkonsumsi daya yang serius. Koneksi paralel mengalikan arus yang diijinkan melalui katup, tetapi semuanya merusak penyimpangan parameter. Akibatnya, satu dioda dapat menerima arus paling banyak dan tidak tahan. Untuk menghindari hal ini, resistor ditempatkan secara seri dengan masing-masing dioda.
Nilai resistansi dipilih sehingga pada arus maksimum jatuh tegangan yang melintasinya adalah 1 volt. Jadi, pada arus 1 A, hambatannya harus 1 ohm. Daya dalam hal ini harus minimal 1 watt.
Secara teori, multiplisitas tegangan dapat ditingkatkan tanpa batas. Dalam praktiknya, harus diingat bahwa kapasitas beban penyearah tersebut turun tajam dengan setiap tahap tambahan. Akibatnya, Anda dapat sampai pada situasi di mana penurunan tegangan pada beban melebihi faktor perkalian dan membuat pengoperasian penyearah menjadi tidak berarti. Kerugian ini melekat dalam semua skema tersebut.
Seringkali pengganda tegangan seperti itu diproduksi sebagai modul tunggal dalam insulasi yang baik. Perangkat serupa digunakan, misalnya, untuk membuat tegangan tinggi di televisi atau osiloskop dengan tabung sinar katoda sebagai monitor. Skema penggandaan menggunakan choke juga diketahui, tetapi mereka belum menerima distribusi - bagian yang berliku sulit dibuat dan tidak terlalu andal dalam pengoperasiannya.
Ada banyak rangkaian penyearah. Mengingat cakupan yang luas dari simpul ini, penting untuk mendekati pilihan sirkuit dan perhitungan elemen secara sadar. Hanya dalam hal ini operasi yang panjang dan andal dijamin.
Artikel serupa:
