Токоизправители с умножител на напрежение
Токоизправителят е устройство за преобразуване на променлив ток в постоянен ток, както и за стабилизиране и регулиране на коригирано напрежение.
В диаграмата на фиг. 1, а трансформаторът няма усилваща намотка с двойно напрежение със средна точка, но в същото време пълно вълново коригиране токоизправителят удвоява напрежението.
През първия полупериод, през диода D1, напрежението през което е директно, кондензаторът C1 се зарежда приблизително до амплитудното напрежение на вторичната намотка. През втория полупериод напрежението напред ще бъде върху диода D2 и кондензаторът С2 се зарежда през него по същия начин.
Кондензаторите C1 и C2 са свързани последователно и общото напрежение върху тях е приблизително равно на двойното амплитудно напрежение на трансформатора. Същото максимално обратно напрежение ще бъде на всеки диод. Едновременно със зареждането на кондензаторите С1 и С2 те се разреждат през товара R, в резултат на което напрежението в кондензаторите намалява.
Колкото по -ниско е съпротивлението на натоварване R, тоест колкото по -голям е токът на натоварване и по -нисък капацитетът на кондензаторите C1 и C2, толкова по -бързо те се разреждат и напрежението върху тях е по -ниско. Следователно е невъзможно на практика да се удвои напрежението. При капацитет на кондензатор най -малко 10 μF и ток на натоварване не повече от 100 mA може да се получи напрежение, което е 1,7 или дори 1,9 пъти по -високо от това, дадено от трансформатора.
Ориз. 1. Токоизправителни вериги с удвояващо (а) и четирикратно (б) напрежение
Предимството на веригата е, че кондензаторите изглаждат пулсациите на коригирания ток.
Може да се приложи токоизправителни вериги с умножител на напрежение произволен брой пъти. На фиг. 1б показва схема, която утроява напрежението и има четири диода и четири кондензатора. В нечетни полупериоди кондензаторът С1 се зарежда през диода D1 почти до пиковата стойност на напрежението на трансформатора Et. Зареденият кондензатор C1 сам по себе си е източник.
Следователно, дори в полупериоди, за които полярността на напрежението на трансформатора ще бъде обърната, кондензаторът С2 се зарежда през диода D2 до приблизително два пъти напрежението 2Em. Това напрежение е максималната стойност на общото напрежение на последователно свързания трансформатор и кондензатор C1.
По същия начин кондензаторът C3 се зарежда в нечетни полупериоди през диода D3 също до напрежение 2Em, което е общото напрежение на последователно свързаните C1, трансформатора и C2 (трябва да се има предвид, че напреженията на C1 и C2 действат един към друг).
Разсъждавайки по подобен начин по-нататък, ще открием, че кондензаторът С4 ще се зарежда дори през полупериоди през диода D4. Отново към напрежението 2Em, което е сумата от напреженията на C1, C3, трансформатора и C2. Разбира се, кондензаторите се зареждат до посочените напрежения постепенно в продължение на няколко полупериода след включване на токоизправителя. В резултат на това от кондензатори C1 и C4 можете да получите четворно напрежение 4Et.
Едновременно с кондензаторите C1 и C3 можете да получите тройно напрежение ZET. Ако добавим към веригата още кондензатори и диоди, свързани по същия принцип, тогава от редица кондензатори C1, C3, C5 и т.н., ще се получат напрежения, които се увеличават с нечетен брой пъти (3, 5, 7 и т.н.), а от редица кондензатори C2, C4, C6 и т.н. ще бъде възможно да се получат напрежения, увеличени с четен брой пъти (2, 4, 6 и т.н.).
Когато товарът е включен, кондензаторите ще се разредят и напрежението върху тях ще намалее.Колкото по -ниско е съпротивлението на натоварването, толкова по -бързо се разреждат кондензаторите и намалява напрежението върху тях. Следователно, при недостатъчно големи съпротивления на натоварване, използването на такива схеми става нерационално.
На практика такива схеми осигуряват ефективно умножение на напрежението само при ниски токове на натоварване. Разбира се, можете да получите по -високи токове, ако увеличите капацитета на кондензаторите. Предимството на горната схема е възможността за получаване на високо напрежение без трансформатор за високо напрежение. В допълнение, кондензаторите трябва да имат работно напрежение само 2Em, без значение колко пъти напрежението се умножава и всеки диод работи при максимално обратно напрежение само 2Em.
Части за токоизправител
Диоди са избрани според основните им параметри: максимален коригиран ток I0max и ограничаващо обратно напрежение Urev. При наличие на кондензатор на входа на филтъра ефективната стойност на напрежението на вторичната намотка на трансформатора U2 във всички токоизправителни вериги, с изключение на мостовата верига, не трябва да надвишава — 35% от стойността на Урев. В верига с пълна вълна с нулева точка напрежението U2 се отнася до половината от намотката. В мостовата верига y не трябва да надвишава 70% от стойността на Urev.
За да се коригират по -високи напрежения, съответният брой диоди са свързани последователно.
Когато германиевите и силициевите диоди са свързани последователно, те задължително се манипулират с резистори със същото съпротивление от порядъка на десетки или стотици кило-ома (фиг. 2). Ако това не бъде направено, тогава поради значително разпространение в обратното съпротивление на диодите, обратното напрежение се разпределя неравномерно между тях и е възможно разбиване на диода. И при наличието на шунтиращи резистори, обратното напрежение е практически разделено по равно между диодите.
Паралелното свързване на диодите с цел получаване на големи токове е нежелателно, тъй като поради разпространението на параметрите и характеристиките на отделните диоди, те ще бъдат неравномерно натоварени с ток. За изравняване на токовете в този случай изравнителните резистори са включени в серия с отделни диоди, чиито съпротивления са избрани емпирично.
За токоизправителните трансформатори първичната намотка обикновено има няколко секции, превключващи се към мрежово напрежение 110, 127 и 220 V.
Ориз. 2. Последователно свързване на полупроводникови диоди
Ориз. 3. Начини за регулиране на напрежението
Вторичната намотка е проектирана за необходимото напрежение. С верига с пълна вълна, той има изход за средна точка. За да се намалят смущенията от мрежата в трансформаторите на токоизправителите, захранващи приемниците, между първичната и вторичната намотки се поставя екранираща намотка, единият край на която е свързан към общ минус.
Дроселите за филтъра, като правило, имат в сърцевината диамагнитна междина за премахване на магнитното насищане, което води до намаляване на индуктивността. Съпротивлението на намотката на индуктора към постоянен ток обикновено е равно на няколко десетки или стотици ома. Част от коригираното напрежение пада върху него и върху повишаващата се намотка на трансформатора.
Превключвател и предпазител са инсталирани във веригата на намотката на мрежата за автоматично изключване на токоизправителя в случай на авария. Ако например филтърният кондензатор е счупен, тогава ще възникне късо съединение на веригата с коригиран ток. Първичният ток ще стане значително по -висок от нормалния и предпазителят ще се стопи. Без него трансформаторът може да изгори. В допълнение, такова късо съединение е много опасно за диода, който може да бъде унищожен чрез прегряване с твърде много ток.
Понякога първичната намотка на трансформатора се прави с изходи за различни напрежения, например 190, 200, 210, 220 и 230 V, така че с помощта на превключвателя беше възможно да се поддържа приблизително постоянно напрежение на токоизправителя с с помощта на превключвателя по време на колебания в мрежовото напрежение (фиг. 3, а). Друг начин за регулиране е да включите регулиращ автотрансформатор, който има изходи за различни напрежения и превключвател.
Включване регулиращ автотрансформатор позволява, когато мрежовото напрежение е понижено, да подава нормално напрежение към първичната намотка на силовия трансформатор (фиг. 3, б).Съществуват и специални регулиращи автотрансформатори за мрежово напрежение 127 и 220 V, позволяващи плавно регулиране на напрежението от 0 до 250 V.
Когато работите с токоизправител, особено ако той дава високо напрежение, трябва да се вземат предпазни мерки, тъй като нараняването на човек с напрежение от няколкостотин волта е животозастрашаващо.
Фиг. 4. Включване на разделител за три различни напрежения
Всички части с високо напрежение на токоизправителя трябва да бъдат защитени от случаен контакт. Никога не докосвайте нито една част от токоизправителя в действие. Всички връзки към токоизправителната верига или промените в нея се извършват, когато токоизправителят е изключен и филтърните кондензатори са разредени. Полезно е да включите неонова лампа върху коригираното напрежение като индикатор (показалец) на високо напрежение. Неговото сияние показва наличието на високо напрежение.
Неоновата лампа се включва чрез ограничителен резистор с съпротивление от няколко десетки кило-ома. Наличието на постоянно натоварване под формата на такава лампа предпазва филтърните кондензатори от разрушаване на пренапрежение. Последното може да се случи, ако токоизправителят работи на празен ход. Без товар няма спад на напрежението вътре в токоизправителя и следователно напрежението във филтърните кондензатори ще бъде максимално.
Прочетете също: Напрежение резонанс