مقومات أحادية الطور: دوائر نموذجية ، أشكال موجية ونمذجة

يستخدم المقوم في دائرة التيار المتردد لتحويله إلى تيار مستمر. الأكثر شيوعا هو المعدل تجميعها من الثنائيات أشباه الموصلات. في نفس الوقت ، يمكن تجميعها من الثنائيات المنفصلة (منفصلة) ، أو يمكن أن تكون في غلاف واحد (مجموعة الصمام الثنائي).

دعونا نلقي نظرة على ماهية المقوم ، وما هو عليه ، وفي نهاية المقال سنجري المحاكاة في بيئة Multisim. النمذجة تساعد على توحيد النظرية في الممارسة العملية ، دون تجميع ومكونات حقيقية ، وعرض أشكال الفولتية والتيارات في الدائرة.

دوائر مقوم التيار المتردد

الصور أعلاه تظهر مظهر الجسور الصمام الثنائي. ولكن هذا ليس هو مخطط استقامة الوحيد. بالنسبة للجهد أحادي الطور ، هناك ثلاثة مخططات تصحيح شائعة:

1.1 نصف الفترة (1ph1n).

2. 2-فترة نصف (1ph2p).

3. 2-نصف الفترة مع نقطة الوسط (1ph2p).

مخطط نصف موجة التصحيح

تتكون أبسط دائرة من صمام ثنائي واحد فقط ، مما يعطي جهد تموج ثابت غير مستقر عند الخرج. يتم توصيل الثنائيات بدائرة الطاقة بواسطة سلك طور ، أو بواسطة أحد طرفي لفيفة المحول ، أو الطرف الثاني من الحمل ، أو قطب الحمل الثاني إلى السلك المحايد أو الطرف الثاني من لف المحولات.

القيمة الفعالة للجهد في الحمل هي ما يقرب من نصف السعة. قيمة سعة الجهد هي سعة الموجة الجيبية لشبكة الإمداد في الحالة العامة للتيار المتردد

Uampl = Uaction * √2.

بالنسبة للشبكات الكهربائية في روسيا ، تبلغ فولطية تشغيل شبكة أحادية الطور 220 فولت ، وتبلغ السعة حوالي 311

بعبارة بسيطة - في الناتج نحصل على تموجات نصف فترة طويلة (20 مللي ثانية لمدة 50 هرتز) من 0 فولت إلى 311 فولت. في المتوسط ​​، يكون الجهد أقل من 220 فولت ، ويستخدم هذا الطاقة للمستهلكين الذين لا يهتمون بجودة الجهد أو لتشغيل المصابيح المتوهجة في غرف المرافق وغرف المرافق. هذا يقلل من استهلاك الطاقة ويزيد من عمر الخدمة.

الانحدار الغنائي:

لقد كانت متانة هذه المصابيح هائلة ، فقد جئت إلى ورشة العمل قبل عام ، وتم تثبيت المصباح مرة أخرى في عام 2013 ، لذلك لا يزال يتألق لمدة 12 ساعة يوميًا. لكن هذا الضوء لا يمكن استخدامه في غرف العمل ، بسبب التموج العالي. وترد أدناه التذبذبات من الفولتية المدخلات والمخرجات:

تقطع دائرة نصف الموجة نصف موجة واحدة فقط ، وهو ما تراه في الرسم البياني أعلاه. بسبب هذا التغذية ، نحصل على معامل تموج كبير.

تجدر الإشارة إلى أنه إذا قمت بتغيير الموضوع قليلاً وانتقلت من مقومات الشبكة ، فإن دائرة نصف الموجة تستخدم على نطاق واسع في الدوائر النبضية ، وتصحيح الجهد نبض لفائف المحولات الثانوية.

على إمدادات الطاقة التبديل المنخفضة ، وتستخدم هذه الدائرة أيضا. هذه هي بالضبط الطريقة التي يتم بها صنع شاحن هاتفك المحمول على الأرجح.

دارة نصف الموجة

لتقليل معامل التموج وقدرة المرشح ، يتم استخدام مخطط آخر - دورة نصفين. يطلق عليه - جسر الصمام الثنائي. يتم تزويد التيار الكهربائي المتناوب بنقطة اتصال الأقطاب المتقابلة من الثنائيات ، وثابتة في الإشارة من نفس الاسم. الجهد الناتج لمثل هذا الجسر يسمى النبض المصحح (أو غير المستقر). هذا هو إدراج الثنائيات هو الأكثر شيوعا في جميع مجالات الالكترونيات.

في الرسوم البيانية ترى أن كلا من نصف الموجة الثانية من الجهد المتردد "ينقلب" ويدخل الحمل. في النصف الأول من الفترة ، يتدفق التيار خلال الثنائيات VD1-VD4 ، في الثاني خلال زوج من VD2-VD3.

نبضات الجهد الناتج على تردد 100 هرتز

يتم استخدام الدائرة الثانية في إمدادات الطاقة بنقطة منتصف ، في الواقع هذه عبارة عن موجة نصف مدمجة مع اللف الثانوي لمحول ذي نقطة وسط. ترتبط الأنودات بالنهايات المتطرفة لللف ، وترتبط الكاثودات بمحطة تحميل واحدة (موجبة) ، ومحطة التحميل الثانية متصلة بالصنبور من منتصف اللف (نقطة المنتصف).

الرسم البياني الناتج الجهد مشابه ونحن لن تنظر فيه. الفرق الوحيد المهم هو أن التيار يتدفق في وقت واحد من خلال صمام ثنائي واحد ، وليس من خلال زوج كما هو الحال في الجسر. هذا يقلل من فقدان الطاقة على جسر الصمام الثنائي والتسخين الزائد لأشباه الموصلات.

تموج تخفيض عامل

عامل التموج هو قيمة تعكس مقدار تموجات الجهد الناتج. أو العكس - مدى استقرار وموحدة يتم تزويد التيار إلى الحمل.

لتقليل معامل التموج بالتوازي مع الحمل (إخراج جسر الصمام الثنائي) ، يتم تثبيت العديد من المرشحات. الخيار الأسهل هو تثبيت مكثف. من أجل أن تكون التموجات صغيرة بقدر الإمكان ، يجب أن يكون ثابت وقت المرشح R من حمل المرشح أكبر من فترة التموج (أو في حالتنا ، 10 مللي ثانية).

لهذا ، يجب أن يكون للحمل مقاومة عالية وتيار منخفض ، أو أن سعة المكثف كبيرة بما يكفي.

النسبة المحسوبة لاختيار مكثف هي كما يلي:

Kp هو عامل التموج المطلوب.

Kп = Uampl / Uavr

لتحسين عدد من خصائص المرشح ، يمكن استخدام دوائر LC المتصلة وفقًا لمخطط المرشح D أو P ، وفي بعض الحالات تكوينات أخرى. عيب استخدام مرشحات LC في ممارسة راديو الهواة هو الحاجة إلى اختيار خنق مرشح. والحق في القيمة الاسمية (الحث والحالية) في كثير من الأحيان ليست في متناول اليد. لذلك ، عليك إما أن تهدئها بنفسك ، أو أن تخرج من الوضع الحالي بطريقة أخرى - عن طريق التسرب من وحدة الإمداد بالطاقة المماثلة في السعة.

محاكاة المقومات أحادية الطور

دعونا إصلاح هذه المعلومات في الممارسة العملية والوصول إلى نمذجة الدوائر الكهربائية. قررت أنه لإنشاء نموذج لمثل هذا المخطط البسيط ، تعد حزمة Multisim مثالية - إنها أسهل طريقة للتعلم من كل ما أعرفه وتتطلب أقل الموارد.

ومع ذلك ، فإن خوارزميات النمذجة الخاصة به أبسط مما كانت عليه في Orcad أو Simulink (على الرغم من أن هذا هو النمذجة الرياضية ، وليس المحاكاة) ، وبالتالي ، فإن نتائج نمذجة بعض المخططات ليست موثوقة. Multisim مناسب لدراسة أساسيات الإلكترونيات وأنماط تشغيل الترانزستور ومكبرات الصوت التشغيلية.

لا نقلل من قدرات هذا البرنامج ، مع النهج الصحيح ، فإنه يمكن عرض عمل الأجهزة المعقدة.

سننظر في نماذج الدائرتين الأوليين ، والدائرة الثالثة تشبه إلى حد كبير الدائرة الثانية ، ولكن لديها خسارة أقل بسبب استبعاد مفتاحين وزيادة التعقيد - بسبب الحاجة إلى استخدام محول بنقرة من منتصف اللف الثانوي.

دارة نصف الموجة

المخطط الذي المحاكاة

يحاكي مصدر الطاقة شبكة منزلية أحادية الطور بالخصائص التالية:

• تيار الجيوب الأنفية.

• 220 فولت rms الجهد.

• تردد - 50 هرتز.

لم أجد مقياسا وفولتميتر في البرنامج ؛ تلعب المقاييس المتعددة دورها. في وقت لاحق ، انتبه إلى وفرة إعداداتها ، والقدرة على اختيار نوع التيار.

في النموذج المعطى ، يقيس المتر المتعدد XMM1 - التيار في الحمل ، XMM3 - الجهد عند إخراج المقوم ، XMM2 - الجهد عند الإدخال ، XSC2 - مرسمة الذبذبات. انتبه إلى توقيعات العناصر - سيؤدي ذلك إلى استبعاد الأسئلة عند تحليل الرسومات ، والتي ستكون أدناه. بالمناسبة ، يقدم Multisim نماذج من الثنائيات الحقيقية ، لقد اخترت 1n4007 الأكثر شيوعًا.

يظهر الشكل الموجي عند الإدخال (القناة A) في الحقل مع نتائج القياس باللون الأحمر. في الزرقاء - الناتج الجهد (القناة B). بالنسبة للقناة الأولى ، يكون سعر القسمة الرأسية لخلية واحدة 200 فولت / div ، أما بالنسبة للقناة الثانية فهي 500. لقد فعلت ذلك عمداً لفصل الأشكال الموجية بصريًا وإلا دمجت.الخط العمودي الأصفر في الثلث الأيسر من الشاشة هو متر ، يتم وصف قيمة الجهد عند نقطة ذات السعة القصوى أسفل الشاشة السوداء.

تبلغ سعة المدخلات 311.128 فولت ، كما قيل في بداية المقال ، وسعة الإخراج هي 310.281 ، والفارق في الجهد واحد تقريبًا يرجع إلى انخفاض في الصمام الثنائي. توجد على الجانب الأيمن من الصورة نتائج قياس متعدد الأوجه. تتوافق أسماء الإطارات مع أسماء أجهزة XMM المتعددة في الدائرة.

من الرسم التخطيطي ، نرى أن نصف موجة من الجهد فقط يتم توفيرها للحمل ، ويبلغ متوسط ​​قيمتها 98 فولت ، أي أقل من اثنين من دخل التيار المتردد بتيار 220 فولت.

في الرسم البياني التالي ، أضفنا مكثفًا للترشيح ومتعددًا واحدًا لقياس الحمل الحالي ، وتذكر تواقيعهم حتى لا تتشوش عند دراسة الرسومات.

هناك حاجة إلى المقاوم الموجود أمام الصمام الثنائي لقياس تيار الشحن للمكثف لمعرفة التيار - قسّم عدد الفوتات على 1 (المقاومة). ومع ذلك ، في المستقبل سوف نلاحظ أنه في التيارات العالية يسقط جهد كبير عبر المقاوم ، والذي يمكن أن يكون مربكًا أثناء القياسات ، في ظروف حقيقية - وهذا من شأنه أن يتسبب في تسخين المقاوم وفقدان الكفاءة.

يوضح الشكل الموجي جهد الدخل باللون البرتقالي ومدخل التيار باللون الأحمر. بالمناسبة ، التحول الحالي ملحوظ في اتجاه تقدم الجهد.

في الشكل الموجي لإشارة الإخراج ، نرى كيف تعمل مكثف - الجهد في الحمل بينما يتم إغلاق الصمام الثنائي ويمر نصف موجة واحدة ، ينخفض ​​بسلاسة ، يرتفع متوسط ​​القيمة ، وينخفض ​​تموج. بعد ذلك ، في موجة نصف موجبة ، يعاد شحن المكثف وتتكرر العملية.

عن طريق زيادة مقاومة الحمل بعامل 10 ، قللنا التيار ، ولم يكن لدى المكثف وقت للتفريغ ، وأصبحت التموجات أقل بكثير ، لذلك أثبتنا المعلومات النظرية الموضحة في القسم السابق حول التموجات وتأثير التيار والقدرة عليها. لإظهار هذا ، يمكننا تغيير سعة المكثف.

تغيرت إشارة الدخل أيضًا - انخفضت تيارات الشحن ، وظل شكلها كما هو.

دارة نصف الموجة

لنلقِ نظرة على كيفية ظهور مخطط التصحيح لكلا الفترتين. قمنا بتثبيت جسر الصمام الثنائي عند المدخل.

تظهر التذبذبات أن كلا من نصف الموجات يدخلان الحمل ، لكن الموجات كبيرة جدًا.

ظهر النصف السفلي من نصف الموجة عند التيار (باللون الأحمر) على شكل موجة الإدخال.

تقليل تموج عن طريق تثبيت مكثف كهربائيا تصفية في المدخلات. في الممارسة العملية ، من المرغوب فيه تثبيت واحدة من السيراميك بالتوازي معها ، من أجل الحد من المكونات عالية التردد للجيوب الأنفية (التوافقيات).

يوضح الشكل الموجي للمدخلات أنه تمت إضافة نصف الموجة العكسي عند شحن المكثف (يصبح موجبًا بعد الجسر).

يوضح الشكل الموجي للإخراج أن التموج يكون أقل من الدارة الأولى مع مكثف الترشيح ، لاحظ أن الجهد يميل إلى السعة ، وأقل التموج ، كلما كان متوسط ​​قيمته أقرب إلى السعة.

إذا قمنا بزيادة الحمل الحالي بمقدار 20 مرة ، مما قلل من مقاومته ، فسوف نشهد تموجات قوية في الخرج.

والتيارات الأكبر من الرسوم عند المدخلات ، فإن التحول الحالي في الطور ملحوظ للغاية. لا تحدث عملية شحن المكثف بشكل خطي ، ولكن أضعافا مضاعفة ، لذلك نرى أن الجهد الكهربائي يرتفع وينخفض ​​التيار.

استنتاج

تستخدم المقومات على نطاق واسع في جميع مجالات الإلكترونيات والكهرباء بشكل عام. يتم تثبيت دوائر المقوم في كل مكان - بدءًا من وحدات التزويد بالطاقة الصغيرة وأجهزة الراديو وحتى دوائر الطاقة الخاصة بمحركات التيار المباشر الأقوى في معدات الرافعات.

تساعد المحاكاة تمامًا على فهم العمليات التي تحدث في الدوائر ودراسة كيفية تغير التيارات مع تغير معلمات الدائرة. يسمح تطوير التقنيات الحديثة بدراسة العمليات الكهربائية المعقدة بدون معدات باهظة الثمن مثل أجهزة التحليل الطيفي ومقاييس التردد ومقاييس الذبذبات والمسجلات ومقاييس الجهد الفائق الدقة. إنه يتجنب الأخطاء عند تصميم الدوائر قبل التجميع.