Prostowniki z powielaczem napięcia

Prostownik to urządzenie służące do przetwarzania prądu przemiennego na prąd stały, a także do stabilizacji i regulacji napięcia wyprostowanego.

Na schemacie rys. 1, a transformator nie ma uzwojenia doładowania o podwójnym napięciu z punktem środkowym, ale jednocześnie sprostowanie pełnej fali prostownik podwaja napięcie.

Podczas pierwszego półcyklu, przez diodę D1, na której napięcie jest stałe, kondensator C1 jest ładowany w przybliżeniu do amplitudy napięcia uzwojenia wtórnego. Podczas drugiej połowy cyklu napięcie przewodzenia będzie na diodzie D2, a kondensator C2 będzie na niej ładowany w ten sam sposób.

Kondensatory C1 i C2 są połączone szeregowo, a całkowite napięcie na nich jest w przybliżeniu równe dwukrotności amplitudy napięcia transformatora. To samo maksymalne napięcie wsteczne będzie na każdej diodzie. Równocześnie z ładowaniem kondensatorów C1 i C2 są one rozładowywane przez obciążenie R, w wyniku czego spada napięcie w kondensatorach.

Im niższa rezystancja obciążenia R, to znaczy im większy prąd obciążenia i mniejsza pojemność kondensatorów C1 i C2, tym szybciej się rozładowują i tym niższe jest na nich napięcie. Dlatego praktycznie nie można podwoić napięcia. Przy pojemności kondensatora co najmniej 10 μF i prądzie obciążenia nie większym niż 100 mA można uzyskać napięcie 1,7, a nawet 1,9 razy wyższe niż to, które daje transformator.

Ryż. 1. Obwody prostownika z podwojeniem (a) i czterokrotnym (b) napięciem

Zaletą obwodu jest to, że kondensatory wygładzają tętnienia w wyprostowanym prądzie.

Obwody prostownika z mnożnikiem napięcia można stosować dowolną ilość razy. na ryc. 1b pokazuje obwód, który potraja napięcie i ma cztery diody i cztery kondensatory. W nieparzystych półcyklach kondensator C1 jest ładowany przez diodę D1 prawie do wartości szczytowej napięcia transformatora Et. Naładowany kondensator C1 sam jest źródłem.

Dlatego nawet w półokresach, dla których biegunowość napięcia transformatora zostanie odwrócona, kondensator C2 jest ładowany przez diodę D2 do około dwukrotnego napięcia 2Em. Napięcie to jest maksymalną wartością całkowitego napięcia transformatora połączonego szeregowo i kondensatora C1.

Podobnie kondensator C3 jest ładowany w nieparzystych półcyklach przez diodę D3 również do napięcia 2Em, które jest sumą napięć połączonych szeregowo C1, transformatora i C2 (należy pamiętać, że napięcia C1 i C2 działają na siebie).

Rozumując podobnie dalej, stwierdzamy, że kondensator C4 będzie ładował się nawet przez półcykle przez diodę D4.Ponownie do napięcia 2Em, które jest sumą napięć C1, C3, transformatora i C2. Oczywiście kondensatory są ładowane do określonych napięć stopniowo przez kilka półcykli po włączeniu prostownika. W rezultacie z kondensatorów C1 i C4 można uzyskać czterokrotne napięcie 4Et.

Równocześnie z kondensatorami C1 i C3 można uzyskać potrójne napięcie ZET. Jeśli dodamy do obwodu więcej kondensatorów i diod połączonych zgodnie z tą samą zasadą, to z pewnej liczby kondensatorów C1, C3, C5 itd. Otrzymamy napięcia, które wzrosną nieparzystą liczbę razy (3, 5, 7 , itp. n.) oraz z szeregu kondensatorów C2, C4, C6 itd. możliwe będzie uzyskanie napięć zwiększonych parzystą liczbę razy (2, 4, 6 itd.).

Po włączeniu obciążenia kondensatory rozładują się, a napięcie na nich spadnie.Im mniejsza rezystancja obciążenia, tym szybciej kondensatory się rozładują, a napięcie na nich spadnie. Dlatego przy niewystarczająco dużych rezystancjach obciążenia stosowanie takich schematów staje się nieracjonalne.

W praktyce takie schematy zapewniają efektywne zwielokrotnienie napięcia tylko przy niskich prądach obciążenia. Oczywiście można uzyskać wyższe prądy, jeśli zwiększy się pojemność kondensatorów. Zaletą powyższego schematu jest możliwość uzyskania wysokiego napięcia bez transformatora wysokiego napięcia. Ponadto kondensatory muszą mieć napięcie robocze tylko 2Em, bez względu na to, ile razy napięcie zostanie zwielokrotnione, a każda dioda działa przy maksymalnym napięciu wstecznym wynoszącym tylko 2Em.

Części prostownika

Diody są dobierane według ich głównych parametrów: maksymalnego prądu wyprostowanego I0max i granicznego napięcia wstecznego Urev. W obecności kondensatora na wejściu filtra skuteczna wartość napięcia uzwojenia wtórnego transformatora U2 we wszystkich obwodach prostownika, z wyjątkiem obwodu mostkowego, nie powinna przekraczać — 35% wartości Urev. W obwodzie pełnookresowym punktu zerowego napięcie U2 odnosi się do połowy uzwojenia. W obwodzie mostkowym y nie powinno przekraczać 70% wartości Urev.

Aby skorygować wyższe napięcia, należy połączyć szeregowo odpowiednią liczbę diod.

Kiedy diody germanowe i krzemowe są połączone szeregowo, są one koniecznie manipulowane rezystorami o tej samej rezystancji rzędu dziesiątek lub setek kiloomów (ryc. 2). Jeśli nie zostanie to zrobione, to ze względu na znaczny rozrzut rezystancji wstecznej diod, napięcie wsteczne jest nierównomiernie rozłożone między nimi i możliwe jest uszkodzenie diody. A w obecności rezystorów bocznikowych napięcie wsteczne jest praktycznie równo podzielone między diody.

Równoległe łączenie diod w celu uzyskania dużych prądów jest niepożądane, ponieważ ze względu na rozrzut parametrów i charakterystyk poszczególnych diod, będą one nierównomiernie obciążane prądem. Aby wyrównać prądy w tym przypadku, rezystory wyrównawcze są połączone szeregowo z poszczególnymi diodami, których rezystancje dobiera się empirycznie.

W przypadku transformatorów prostowniczych uzwojenie pierwotne ma zwykle kilka sekcji przełączanych na napięcie sieciowe 110, 127 i 220 V.

Ryż. 2. Połączenie szeregowe diod półprzewodnikowych

Ryż. 3.Sposoby regulacji napięcia

Uzwojenie wtórne jest zaprojektowane na wymagane napięcie. Z obwodem pełnofalowym ma wyjście w punkcie środkowym. Aby zmniejszyć zakłócenia z sieci w transformatorach prostownikowych zasilających odbiorniki, między uzwojeniem pierwotnym a wtórnym umieszczona jest cewka ekranująca, której jeden koniec jest podłączony do wspólnego minusa.

Dławiki do filtra z reguły mają w rdzeniu szczelina diamagnetyczna w celu wyeliminowania nasycenia magnetycznego, co prowadzi do zmniejszenia indukcyjności. Rezystancja cewki indukcyjnej na prąd stały jest zwykle równa kilkudziesięciu lub setkom omów. Część wyprostowanego napięcia spada na niego i na uzwojenie podwyższające transformatora.

W obwodzie uzwojenia sieci zainstalowany jest przełącznik i bezpiecznik, które automatycznie wyłączają prostownik w przypadku awarii. Jeśli na przykład kondensator filtra zostanie uszkodzony, nastąpi zwarcie w obwodzie prądu wyprostowanego. Prąd pierwotny będzie znacznie wyższy niż normalnie i przepali się bezpiecznik. Bez tego transformator może się wypalić. Ponadto takie zwarcie jest bardzo niebezpieczne dla diody, która może zostać zniszczona przez przegrzanie zbyt dużym prądem.

Czasami uzwojenie pierwotne transformatora jest wykonane z wyjściami dla różnych napięć, na przykład 190, 200, 210, 220 i 230 V, więc za pomocą przełącznika można było utrzymać w przybliżeniu stałe napięcie prostownika za pomocą przełączać podczas wahań napięcia sieciowego (ryc. 3, a).Innym sposobem regulacji jest włączenie autotransformatora regulacyjnego, który ma wyjścia dla różnych napięć i przełącznik.

Włączyć coś autotransformator regulujący umożliwia przy obniżonym napięciu sieciowym podanie normalnego napięcia na uzwojenie pierwotne transformatora (rys. 3, b) Istnieją również specjalne autotransformatory nastawcze na napięcie sieciowe 127 i 220 V, umożliwiające płynną regulację napięcia od 0 do 250 V.

Podczas pracy z prostownikiem, zwłaszcza jeśli daje on wysokie napięcie, należy zachować środki ostrożności, ponieważ zranienie osoby napięciem kilkuset woltów zagraża życiu.

Figa. 4. Włączenie dzielnika dla trzech różnych napięć

Wszystkie części prostownika pod wysokim napięciem muszą być zabezpieczone przed przypadkowym dotknięciem. Nigdy nie dotykaj żadnej części pracującego prostownika. Wszystkie połączenia lub zmiany w obwodzie prostownika są wykonywane, gdy prostownik jest wyłączony, a kondensatory filtra są rozładowane. Przydatne jest włączenie neonówki na wyprostowanym napięciu jako wskaźnika (wskaźnika) wysokiego napięcia. Jego blask wskazuje na obecność wysokiego napięcia.

Lampa neonowa jest włączana przez rezystor ograniczający o rezystancji kilkudziesięciu kiloomów. Obecność stałego obciążenia w postaci takiej lampy chroni kondensatory filtra przed przepięciem. To ostatnie może się zdarzyć, jeśli prostownik pracuje na biegu jałowym. Bez obciążenia nie ma spadku napięcia wewnątrz prostownika, a zatem napięcie na kondensatorach filtra będzie maksymalne.

Przeczytaj także: Rezonans napięciowy