व्होल्टेज रेक्टिफायर म्हणजे काय आणि ते कशासाठी आहे: ठराविक रेक्टिफायर सर्किट्स

विद्युत उर्जा सोयीस्करपणे वाहून नेली जाते आणि पर्यायी व्होल्टेजच्या स्वरूपात परिमाणात रूपांतरित केली जाते. या स्वरूपात ते अंतिम ग्राहकांपर्यंत पोहोचवले जाते. परंतु अनेक उपकरणांना उर्जा देण्यासाठी, आपल्याला अद्याप स्थिर व्होल्टेजची आवश्यकता आहे.

इलेक्ट्रिकल अभियांत्रिकीमध्ये आम्हाला रेक्टिफायरची आवश्यकता का आहे?

एसी व्होल्टेज डीसीमध्ये रूपांतरित करण्याचे कार्य रेक्टिफायर्सना नियुक्त केले आहे. हे उपकरण मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते आणि रेडिओ आणि इलेक्ट्रिकल अभियांत्रिकीमध्ये सुधारित उपकरणांच्या वापराची मुख्य क्षेत्रे आहेत:

• पॉवर इलेक्ट्रिकल इंस्टॉलेशन्स (ट्रॅक्शन सबस्टेशन, इलेक्ट्रोलिसिस प्लांट्स, सिंक्रोनस जनरेटरची उत्तेजना प्रणाली) आणि शक्तिशाली डीसी मोटर्ससाठी थेट प्रवाह तयार करणे;
• इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसाठी वीज पुरवठा;
• मॉड्युलेटेड रेडिओ सिग्नलचा शोध;
• स्वयंचलित गेन कंट्रोल सिस्टम तयार करण्यासाठी इनपुट सिग्नलच्या पातळीच्या प्रमाणात स्थिर व्होल्टेजची निर्मिती.

रेक्टिफायर्सची संपूर्ण व्याप्ती विस्तृत आहे आणि एका पुनरावलोकनाच्या चौकटीत त्याची यादी करणे अशक्य आहे.

रेक्टिफायर्सच्या ऑपरेशनची तत्त्वे

उपकरणे सुधारण्याचे ऑपरेशन घटकांच्या एकतर्फी चालकतेच्या गुणधर्मावर आधारित आहे. तुम्ही हे वेगवेगळ्या प्रकारे करू शकता. यांत्रिक सिंक्रोनस मशीन किंवा इलेक्ट्रोव्हॅक्यूम उपकरणांचा वापर यासारख्या औद्योगिक अनुप्रयोगांचे अनेक मार्ग भूतकाळातील गोष्ट बनले आहेत. आता व्हॉल्व्ह वापरले जातात जे एका दिशेने विद्युत प्रवाह चालवतात. फार पूर्वी नाही, उच्च-पॉवर रेक्टिफायर्ससाठी पारा उपकरणे वापरली जात होती. याक्षणी, ते अर्धसंवाहक (सिलिकॉन) घटकांद्वारे व्यावहारिकरित्या बदललेले आहेत.

ठराविक रेक्टिफायर सर्किट्स

सुधारण्याचे साधन विविध तत्त्वांनुसार तयार केले जाऊ शकते. डिव्हाइस सर्किट्सचे विश्लेषण करताना, हे लक्षात ठेवले पाहिजे की कोणत्याही रेक्टिफायरच्या आउटपुटवर स्थिर व्होल्टेज केवळ सशर्त म्हटले जाऊ शकते. हा नोड एक स्पंदन करणारा एकदिशात्मक व्होल्टेज तयार करतो, जो बहुतेक प्रकरणांमध्ये फिल्टरद्वारे गुळगुळीत करणे आवश्यक आहे. काही ग्राहकांना सुधारित व्होल्टेजचे स्थिरीकरण देखील आवश्यक आहे.

सिंगल फेज रेक्टिफायर्स

सर्वात सोपा एसी व्होल्टेज रेक्टिफायर एकल डायोड आहे.

हे सायनसॉइडच्या सकारात्मक अर्ध-लहरी ग्राहकांना देते आणि नकारात्मक "कापून टाकते".

अशा उपकरणाची व्याप्ती लहान आहे - प्रामुख्याने, वीज पुरवठा रेक्टिफायर्स स्विच करणेतुलनेने उच्च फ्रिक्वेन्सीवर कार्यरत. जरी ते एका दिशेने प्रवाह निर्माण करत असले तरी, त्याचे महत्त्वपूर्ण तोटे आहेत:

• उच्च पातळीची लहर - गुळगुळीत आणि थेट प्रवाह मिळविण्यासाठी, आपल्याला मोठ्या आणि अवजड कॅपेसिटरची आवश्यकता असेल;
• स्टेप-डाउन (किंवा स्टेप-अप) ट्रान्सफॉर्मरच्या पॉवरचा अपूर्ण वापर, ज्यामुळे आवश्यक वजन आणि आकाराच्या निर्देशकांमध्ये वाढ होते;
• आउटपुटवर सरासरी ईएमएफ पुरवलेल्या ईएमएफच्या निम्म्यापेक्षा कमी आहे;
• डायोडसाठी वाढीव आवश्यकता (दुसरीकडे, फक्त एक वाल्व आवश्यक आहे).

म्हणून, अधिक व्यापक फुल-वेव्ह (ब्रिज) सर्किट.

येथे, प्रवाह एका दिशेने दोन वेळा लोडमधून वाहतो:

• लाल बाणांनी दर्शविलेल्या मार्गावर सकारात्मक अर्ध-लहर;
• हिरव्या बाणांनी दर्शविलेल्या मार्गावर नकारात्मक अर्ध-लहर.

नकारात्मक लहर नाहीशी होत नाही, परंतु वापरली जाते, म्हणून इनपुट ट्रान्सफॉर्मरची शक्ती अधिक पूर्णपणे वापरली जाते. सरासरी EMF एक-अर्धा-वेव्ह आवृत्तीच्या दुप्पट आहे. रिपल करंटचा आकार सरळ रेषेच्या खूप जवळ आहे, परंतु तरीही स्मूथिंग कॅपेसिटर आवश्यक आहे. त्याची क्षमता आणि परिमाणे मागील केसपेक्षा लहान असतील, कारण रिपल वारंवारता मुख्य व्होल्टेजच्या दुप्पट असते.

जर दोन समान विंडिंग्स असलेला ट्रान्सफॉर्मर असेल जो मालिकेत जोडला जाऊ शकतो किंवा मध्यभागी टॅप असलेल्या वाइंडिंगसह जोडला जाऊ शकतो, तर वेगळ्या योजनेनुसार फुल-वेव्ह रेक्टिफायर तयार केला जाऊ शकतो.

हा पर्याय प्रत्यक्षात अर्ध-वेव्ह रेक्टिफायरचा दुहेरी सर्किट आहे, परंतु पूर्ण-वेव्ह रेक्टिफायरचे सर्व फायदे आहेत. गैरसोय म्हणजे विशिष्ट डिझाइनचा ट्रान्सफॉर्मर वापरण्याची आवश्यकता.

ट्रान्सफॉर्मर हौशी परिस्थितीत बनवल्यास, दुय्यम वळण आवश्यकतेनुसार वळण घेण्यास कोणतेही अडथळे नाहीत, परंतु थोडे मोठे लोखंड वापरावे लागेल. परंतु 4 डायोड्सऐवजी, फक्त 2 वापरले जातात. यामुळे वजन आणि आकाराच्या निर्देशकांमधील तोटा भरून काढणे आणि जिंकणे देखील शक्य होईल.

जर रेक्टिफायर उच्च प्रवाहासाठी डिझाइन केलेले असेल आणि रेडिएटर्सवर वाल्व स्थापित करणे आवश्यक असेल, तर डायोडच्या अर्ध्या संख्येने स्थापित केल्याने लक्षणीय बचत होते. हे देखील लक्षात घेतले पाहिजे की अशा रेक्टिफायरमध्ये ब्रिज सर्किटमध्ये एकत्रित केलेल्या तुलनेत दुप्पट आंतरिक प्रतिकार असतो, म्हणून ट्रान्सफॉर्मर विंडिंग्स गरम करणे आणि संबंधित नुकसान देखील जास्त असेल.

थ्री-फेज रेक्टिफायर्स

मागील सर्किटवरून, समान तत्त्वानुसार एकत्रित केलेल्या तीन-फेज व्होल्टेज रेक्टिफायरवर जाणे तर्कसंगत आहे.

आउटपुट व्होल्टेज आकार सरळ रेषेच्या खूप जवळ आहे, तरंग पातळी फक्त 14% आहे आणि वारंवारता मुख्य व्होल्टेजच्या वारंवारतेच्या तीन पट आहे.

आणि तरीही या सर्किटचा स्त्रोत हा अर्ध-वेव्ह रेक्टिफायर आहे, त्यामुळे तीन-टप्प्यावरील व्होल्टेज स्त्रोतासह देखील अनेक कमतरता दूर केल्या जाऊ शकत नाहीत. मुख्य म्हणजे ट्रान्सफॉर्मर पॉवरचा अपूर्ण वापर आणि सरासरी EMF 1.17⋅E आहे_2eff (ट्रान्सफॉर्मरच्या दुय्यम वळणाच्या EMF चे प्रभावी मूल्य).

सर्वोत्तम पॅरामीटर्समध्ये तीन-फेज ब्रिज सर्किट आहे.

येथे, आउटपुट व्होल्टेज रिपलचे मोठेपणा समान 14% आहे, परंतु वारंवारता इनपुट एसी व्होल्टेजच्या षटकोनी वारंवारतेच्या बरोबरीची आहे, म्हणून फिल्टर कॅपेसिटरची कॅपेसिटन्स सादर केलेल्या सर्व पर्यायांपैकी सर्वात लहान असेल. आणि आउटपुट ईएमएफ मागील सर्किटपेक्षा दुप्पट जास्त असेल.

हे रेक्टिफायर तारा दुय्यम विंडिंग असलेल्या आउटपुट ट्रान्सफॉर्मरसह वापरले जाते, परंतु त्याच वाल्व असेंबलीचा वापर डेल्टामध्ये आउटपुट जोडलेल्या ट्रान्सफॉर्मरच्या संयोगाने केला जातो तेव्हा ते खूपच कमी कार्यक्षम असेल.

येथे स्पंदनांचे मोठेपणा आणि वारंवारता मागील सर्किट प्रमाणेच आहे. परंतु सरासरी EMF वेळेत मागील योजनेपेक्षा कमी आहे. म्हणून, हा समावेश क्वचितच वापरला जातो.

व्होल्टेज गुणक रेक्टिफायर्स

एक रेक्टिफायर तयार करणे शक्य आहे ज्याचे आउटपुट व्होल्टेज इनपुट व्होल्टेजच्या एकाधिक असेल. उदाहरणार्थ, व्होल्टेज दुप्पट करणारे सर्किट आहेत:

येथे, कॅपेसिटर C1 नकारात्मक अर्ध-चक्र दरम्यान चार्ज होतो आणि इनपुट साइन वेव्हच्या सकारात्मक लहरीसह मालिकेत स्विच केला जातो. या बांधकामाचा तोटा म्हणजे रेक्टिफायरची कमी भार क्षमता, तसेच कॅपेसिटर सी 2 व्होल्टेज मूल्याच्या दुप्पट कमी आहे. म्हणून, अशा सर्किटचा वापर रेडिओ अभियांत्रिकीमध्ये अॅम्प्लीट्यूड डिटेक्टरसाठी कमी-पॉवर सिग्नलच्या दुप्पट दुरुस्तीसाठी, स्वयंचलित गेन कंट्रोल सर्किट्समध्ये मोजण्याचे घटक म्हणून केला जातो.

इलेक्ट्रिकल अभियांत्रिकी आणि पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये, दुप्पट योजनेची दुसरी आवृत्ती वापरली जाते.

लातूर योजनेनुसार एकत्रित केलेल्या दुप्पटमध्ये मोठी भार क्षमता आहे. प्रत्येक कॅपेसिटर इनपुट व्होल्टेज अंतर्गत आहे, म्हणून, वजन आणि आकाराच्या बाबतीत, हा पर्याय देखील मागील एकापेक्षा जास्त आहे. सकारात्मक अर्ध-चक्र दरम्यान, कॅपेसिटर C1 चार्ज केला जातो, नकारात्मक दरम्यान - C2. कॅपेसिटर मालिकेत जोडलेले आहेत, आणि लोडच्या संबंधात - समांतर, म्हणून लोडवरील व्होल्टेज बेरीजच्या समान आहे चार्ज केलेल्या कॅपेसिटरचे व्होल्टेज. रिपल वारंवारता मुख्य व्होल्टेजच्या दुप्पट वारंवारतेच्या समान असते आणि मूल्य अवलंबून असते क्षमतेच्या मूल्यापासून. ते जितके मोठे असतील तितके कमी लहरी. आणि येथे वाजवी तडजोड शोधणे आवश्यक आहे.

सर्किटचा तोटा म्हणजे लोड टर्मिनल्सपैकी एक ग्राउंडिंग करण्यावर मनाई आहे - या प्रकरणात डायोड किंवा कॅपेसिटरपैकी एक लहान केला जाईल.

हे सर्किट कितीही वेळा कॅस्केड केले जाऊ शकते. म्हणून, समावेश करण्याच्या तत्त्वाची दोनदा पुनरावृत्ती केल्याने, आपण चौपट व्होल्टेजसह सर्किट मिळवू शकता इ.

सर्किटमधील पहिल्या कॅपेसिटरने वीज पुरवठ्याच्या व्होल्टेजचा सामना केला पाहिजे, उर्वरित - पुरवठा व्होल्टेजच्या दुप्पट. सर्व वाल्व्ह दुहेरी रिव्हर्स व्होल्टेजसाठी रेट केलेले असणे आवश्यक आहे. अर्थात, सर्किटच्या विश्वसनीय ऑपरेशनसाठी, सर्व पॅरामीटर्समध्ये किमान 20% मार्जिन असणे आवश्यक आहे.

योग्य डायोड नसल्यास, ते मालिकेत जोडले जाऊ शकतात - या प्रकरणात, जास्तीत जास्त स्वीकार्य व्होल्टेज 1 च्या घटकाने वाढेल. परंतु प्रत्येक डायोडच्या समांतर, समानता प्रतिरोधक जोडलेले असणे आवश्यक आहे. हे करणे आवश्यक आहे, कारण अन्यथा, वाल्वच्या पॅरामीटर्सच्या प्रसारामुळे, रिव्हर्स व्होल्टेज डायोड्स दरम्यान असमानपणे वितरित केले जाऊ शकते. परिणाम डायोड्सपैकी एकासाठी सर्वात मोठ्या मूल्यापेक्षा जास्त असू शकतो. आणि जर साखळीतील प्रत्येक घटक रेझिस्टरने बंद केला असेल (त्यांचे मूल्य समान असले पाहिजे), तर उलट व्होल्टेज तंतोतंत वितरीत केले जाईल. प्रत्येक रेझिस्टरचा प्रतिकार डायोडच्या रिव्हर्स रेझिस्टन्सपेक्षा 10 पट कमी असावा. या प्रकरणात, सर्किटच्या ऑपरेशनवर अतिरिक्त घटकांचा प्रभाव कमी केला जाईल.

या सर्किटमध्ये डायोड्सचे समांतर कनेक्शन आवश्यक असण्याची शक्यता नाही, येथे प्रवाह लहान आहेत. परंतु हे इतर रेक्टिफायर सर्किट्समध्ये उपयुक्त ठरू शकते जेथे लोड गंभीर शक्ती वापरतो. समांतर कनेक्शन वाल्वद्वारे स्वीकार्य वर्तमान गुणाकार करते, परंतु सर्वकाही पॅरामीटर्सचे विचलन खराब करते. परिणामी, एक डायोड सर्वात वर्तमान घेऊ शकतो आणि त्याचा सामना करू शकत नाही. हे टाळण्यासाठी, प्रत्येक डायोडसह एक रोधक मालिकेत ठेवला जातो.

रेझिस्टन्स व्हॅल्यू निवडले आहे जेणेकरुन कमाल करंटवर व्होल्टेज ड्रॉप 1 व्होल्ट असेल. तर, 1 A च्या प्रवाहावर, प्रतिरोध 1 ohm असावा. या प्रकरणात शक्ती किमान 1 वॅट असावी.

सिद्धांतानुसार, व्होल्टेज गुणाकार अनिश्चित काळासाठी वाढविला जाऊ शकतो. सराव मध्ये, हे लक्षात ठेवले पाहिजे की अशा रेक्टिफायर्सची लोड क्षमता प्रत्येक अतिरिक्त टप्प्यासह झपाट्याने कमी होते. परिणामी, आपण अशा परिस्थितीत येऊ शकता जिथे लोड ओलांडून व्होल्टेज ड्रॉप गुणाकार घटकापेक्षा जास्त आहे आणि रेक्टिफायरचे ऑपरेशन निरर्थक बनवते. ही गैरसोय अशा सर्व योजनांमध्ये अंतर्निहित आहे.

बर्याचदा अशा व्होल्टेज मल्टीप्लायर्स चांगल्या इन्सुलेशनमध्ये एकल मॉड्यूल म्हणून तयार केले जातात. तत्सम उपकरणे वापरली गेली, उदाहरणार्थ, मॉनिटर म्हणून कॅथोड रे ट्यूबसह टेलिव्हिजन किंवा ऑसिलोस्कोपमध्ये उच्च व्होल्टेज तयार करण्यासाठी. चोक वापरून दुप्पट करण्याच्या योजना देखील ज्ञात आहेत, परंतु त्यांना वितरण प्राप्त झाले नाही - विंडिंग भाग तयार करणे कठीण आहे आणि ऑपरेशनमध्ये ते फारसे विश्वासार्ह नाहीत.

रेक्टिफायर सर्किट्स भरपूर आहेत. या नोडची विस्तृत व्याप्ती लक्षात घेता, सर्किटच्या निवडीकडे जाणे आणि घटकांची गणना जाणीवपूर्वक करणे महत्त्वाचे आहे. केवळ या प्रकरणात दीर्घ आणि विश्वासार्ह ऑपरेशनची हमी दिली जाते.

तत्सम लेख: