Gelijkrichters met spanningsvermenigvuldiger

Een gelijkrichter is een apparaat voor het omzetten van wisselstroom in gelijkstroom, evenals voor het stabiliseren en regelen van een gelijkgerichte spanning.

In het schema van afb. 1, en de transformator heeft geen dubbele spanningsboostwikkeling met een middelpunt, maar tegelijkertijd volledige golf rectificatie de gelijkrichter verdubbelt de spanning.

Gedurende de eerste halve periode wordt via de diode D1, waarover de spanning gelijk is, de condensator C1 ongeveer opgeladen tot de amplitudespanning van de secundaire wikkeling. Tijdens de tweede halve cyclus zal de doorlaatspanning over diode D2 staan ​​en wordt condensator C2 op dezelfde manier erover opgeladen.

Condensatoren C1 en C2 zijn in serie geschakeld en de totale spanning daarover is ongeveer gelijk aan tweemaal de amplitudespanning van de transformator. Dezelfde maximale sperspanning zal over elke diode staan. Gelijktijdig met het opladen van de condensatoren C1 en C2 worden deze via de belasting R ontladen, waardoor de spanning in de condensatoren afneemt.

Hoe lager de belastingsweerstand R, dat wil zeggen, hoe groter de belastingsstroom en hoe lager de capaciteit van condensatoren C1 en C2, hoe sneller ze ontladen en hoe lager de spanning erop. Daarom is het onmogelijk om de spanning praktisch te verdubbelen. Met een condensatorcapaciteit van minimaal 10 μF en een belastingsstroom van maximaal 100 mA kan een spanning worden verkregen die 1,7 of zelfs 1,9 keer hoger is dan die van de transformator.

Rijst. 1. Gelijkrichtercircuits met verdubbeling (a) en verviervoudiging (b) spanning

Het voordeel van de schakeling is dat de condensatoren rimpelingen in de gelijkgerichte stroom gladstrijken.

Gelijkrichtercircuits met een spanningsvermenigvuldiger kunnen een willekeurig aantal keren worden toegepast. In afb. 1b toont een schakeling die de spanning verdrievoudigt en vier diodes en vier condensatoren heeft. In oneven halve cycli wordt de condensator C1 opgeladen via de diode D1 tot bijna de piekwaarde van de spanning van de transformator Et. De geladen condensator C1 is zelf een bron.

Daarom wordt, zelfs in halve cycli waarin de polariteit van de transformatorspanning wordt omgekeerd, de condensator C2 opgeladen via de diode D2 tot ongeveer tweemaal de spanning 2Em. Deze spanning is de maximale waarde van de totale spanning van de in serie geschakelde transformator en condensator C1.

Evenzo wordt de condensator C3 in oneven halve cycli via de diode D3 ook opgeladen tot een spanning van 2Em, wat de totale spanning is van de in serie geschakelde C1, de transformator en C2 (er moet rekening mee worden gehouden dat de spanningen van C1 en C2 werken op elkaar in).

Op dezelfde manier verder redenerend, vinden we dat condensator C4 zelfs halve cycli zal opladen via diode D4.Wederom naar de spanning 2Em die de som is van de spanningen van C1, C3, de transformator en C2. Natuurlijk worden de condensatoren na het inschakelen van de gelijkrichter geleidelijk gedurende verschillende halve cycli opgeladen tot de gespecificeerde spanningen. Als gevolg hiervan kunt u van condensatoren C1 en C4 een viervoudige spanning 4Et krijgen.

Gelijktijdig met condensatoren C1 en C3 kunt u een drievoudige spanning ZET krijgen. Als we aan het circuit meer condensatoren en diodes toevoegen die volgens hetzelfde principe zijn aangesloten, dan zullen uit een aantal condensatoren C1, C3, C5, enz. Spanningen worden verkregen die met een oneven aantal keren toenemen (3, 5, 7 , etc. n.), en van een aantal condensatoren C2, C4, C6, etc. het zal mogelijk zijn om spanningen te verkrijgen die met een even aantal keren zijn verhoogd (2, 4, 6, enz.).

Wanneer de belasting wordt ingeschakeld, zullen de condensatoren ontladen en zal de spanning erop afnemen.Hoe lager de belastingsweerstand, hoe sneller de condensatoren zullen ontladen en de spanning erop zal afnemen. Daarom wordt het gebruik van dergelijke schema's bij onvoldoende grote belastingsweerstanden irrationeel.

In de praktijk bieden dergelijke schema's alleen een effectieve spanningsvermenigvuldiging bij lage belastingsstromen. U kunt natuurlijk hogere stromen krijgen als u de capaciteit van de condensatoren vergroot. Het voordeel van het bovenstaande schema is de mogelijkheid om hoogspanning te verkrijgen zonder een hoogspanningstransformator. Bovendien moeten de condensatoren een bedrijfsspanning van slechts 2Em hebben, ongeacht hoe vaak de spanning wordt vermenigvuldigd, en elke diode werkt op een maximale sperspanning van slechts 2Em.

Gelijkrichter onderdelen

dioden worden geselecteerd op basis van hun belangrijkste parameters: maximale gelijkgerichte stroom I0max en beperkende sperspanning Urev. In aanwezigheid van een condensator aan de ingang van het filter, mag de effectieve waarde van de spanning van de secundaire wikkeling van de transformator U2 in alle gelijkrichtercircuits, behalve het brugcircuit, niet hoger zijn dan - 35% van de waarde van Urev. In een nulpunt full-wave circuit verwijst de spanning U2 naar de helft van de wikkeling. In het brugcircuit mag y niet hoger zijn dan 70% van de Urev-waarde.

Om hogere spanningen te corrigeren, wordt het juiste aantal diodes in serie geschakeld.

Wanneer germanium- en siliciumdiodes in serie zijn geschakeld, worden ze noodzakelijkerwijs gemanipuleerd met weerstanden met dezelfde weerstand in de orde van tientallen of honderden kilo-ohms (figuur 2). Als dit niet gebeurt, is de sperspanning vanwege een aanzienlijke spreiding in de omgekeerde weerstand van de diodes ongelijk verdeeld tussen hen en is doorslag van de diode mogelijk. En in aanwezigheid van shuntweerstanden is de sperspanning praktisch gelijk verdeeld over de diodes.

Parallelle aansluiting van diodes om grote stromen te verkrijgen is ongewenst, omdat ze vanwege de spreiding van parameters en kenmerken van individuele diodes ongelijkmatig met stroom worden belast. Om de stromen in dit geval te vereffenen, worden vereffeningsweerstanden in serie geschakeld met individuele diodes, waarvan de weerstanden empirisch worden gekozen.

Bij gelijkrichttransformatoren heeft de primaire wikkeling meestal meerdere secties die schakelen op 110, 127 en 220 V netspanning.

Rijst. 2. Serieschakeling van halfgeleiderdiodes

Rijst. 3.Manieren om de spanning aan te passen

De secundaire wikkeling is ontworpen voor de vereiste spanning. Met een full-wave circuit heeft het een middelpuntuitgang. Om interferentie van het netwerk in de gelijkrichtertransformatoren die de ontvangers voeden te verminderen, is een afschermspoel geplaatst tussen de primaire en secundaire wikkelingen, waarvan één uiteinde is verbonden met een gemeenschappelijk negatief.

Chokes voor het filter hebben in de regel in de kern diamagnetische opening om magnetische verzadiging te elimineren, wat leidt tot een vermindering van de inductantie. De weerstand van de inductorspoel tegen gelijkstroom is meestal gelijk aan enkele tientallen of honderden ohm. Een deel van de gelijkgerichte spanning valt erop en op de step-upwikkeling van de transformator.

In het netwikkelcircuit zijn een schakelaar en een zekering geïnstalleerd om de gelijkrichter in geval van nood automatisch uit te schakelen. Als bijvoorbeeld de filtercondensator stuk is, ontstaat er kortsluiting in de gelijkgerichte stroomkring. De primaire stroom zal aanzienlijk hoger worden dan normaal en de zekering zal doorslaan. Zonder dit kan de transformator doorbranden. Bovendien is zo'n kortsluiting erg gevaarlijk voor de diode, die kapot kan gaan door oververhitting met te veel stroom.

Soms is de primaire wikkeling van de transformator gemaakt met uitgangen voor verschillende spanningen, bijvoorbeeld 190, 200, 210, 220 en 230 V, dus met behulp van de schakelaar was het mogelijk om een ​​ongeveer constante spanning van de gelijkrichter te behouden met behulp van de schakelen bij schommelingen in de netspanning (afb. 3, a).Een andere manier om te regelen is het opnemen van een regulerende autotransformator met uitgangen voor verschillende spanningen en een schakelaar.

Aanzetten regulerende autotransformator maakt het mogelijk om, wanneer de netspanning wordt verlaagd, normale spanning te leveren aan de primaire wikkeling van de vermogenstransformator (Fig. 3, b).Er zijn ook speciale autotransformatoren voor netspanning 127 en 220 V, waardoor een soepele aanpassing van de spanning van 0 tot 250 V.

Bij het werken met een gelijkrichter, vooral als deze een hoge spanning afgeeft, moeten voorzorgsmaatregelen worden genomen, omdat het levensbedreigend is om een ​​​​persoon te verwonden met een spanning van enkele honderden volt.

Afb. 4. Een verdeler inschakelen voor drie verschillende spanningen

Alle hoogspanningsonderdelen van de gelijkrichter moeten worden beschermd tegen onbedoeld contact. Raak nooit enig deel van de werkende gelijkrichter aan. Alle verbindingen met of wijzigingen aan het gelijkrichtercircuit worden gemaakt wanneer de gelijkrichter is uitgeschakeld en de filtercondensatoren zijn ontladen. Het is handig om een ​​neonlamp op de gelijkgerichte spanning op te nemen als indicator (wijzer) van hoogspanning. De gloed duidt op de aanwezigheid van hoogspanning.

De neonlamp wordt ingeschakeld door een begrenzingsweerstand met een weerstand van enkele tientallen kilo-ohms. De aanwezigheid van een constante belasting in de vorm van een dergelijke lamp beschermt de filtercondensatoren tegen overspanningsdoorslag. Dit laatste kan gebeuren als de gelijkrichter stationair draait. Zonder belasting is er geen spanningsval in de gelijkrichter en daarom zal de spanning over de filtercondensatoren maximaal zijn.

Lees ook: Spanningsresonantie