Įvadas
Elektrotechnikoje, norint gauti nuolatinę srovę iš kintamosios, naudojami lygintuvai. Vienas paprasčiausių - vienpusis lygintuvas, kuris praleidžia tik vieną kintamosios srovės pusperiodį. Tačiau tokia išlyginta srovė yra pulsuojanti, todėl naudojami filtrai, siekiant ją išlyginti. Šiame straipsnyje aptarsime vienpusio lygintuvo veikimą ir filtrų, skirtų srovės išlyginimui, principus.
Pagrindinės sąvokos
Prieš gilinantis į vienpusio lygintuvo veikimą, svarbu susipažinti su pagrindinėmis nuolatinės ir kintamosios srovės sąvokomis.
Nuolatinė srovė
Nuolatinė srovė (DC) - tai srovė, kuri laikui bėgant nekinta ir nekeičia savo krypties. Ji teka uždara grandine, o srovės stiprumas priklauso nuo įtampos ir varžos.
- Elektros srovė - tai laidininku per laiko vienetą pernešamas elektros krūvis.
- Elektrinė varža (R) - laidininko savybė priešintis tekančiai srovei. Ji priklauso nuo medžiagos, ilgio ir skerspjūvio ploto: R = ρl/S (Ω), kur ρ - specifinė elektrinė varža.
- Elektrinis laidumas (G) - atvirkštinis dydis elektrinei varžai: G = 1/R.
- Specifinis elektrinis laidumas (γ) - atvirkštinis dydis specifinei varžai: γ = 1/ρ.
- Elektrovara (E) - energijos šaltinio charakteristika, apibūdinanti jo gebėjimą varyti srovę grandine.
Kintamoji srovė
Kintamoji srovė (AC) - tai srovė, kuri laikui bėgant kinta, periodiškai keisdama savo kryptį. Sinusoidinė kintamoji srovė apibūdinama amplitudine verte (Im) ir kitimo periodu (T).
- Dažnis (f) - kintamosios srovės kitimo ciklų skaičius per sekundę: f = 1/T.
- Kampinis dažnis (ω) - ω = 2πf.
- Fazė (α) - sinusinio dydžio argumentas (ωt + ψ).
- Pradinė fazė (ψ) - fazės vertė pradiniu laiko momentu (t = 0).
- Efektinė vertė - kintamosios srovės vertė, atitinkanti nuolatinės srovės sukeliamą tokį patį šiluminį poveikį.
Omo dėsnis
Omo dėsnis apibrėžia ryšį tarp srovės, įtampos ir varžos:
Taip pat skaitykite: Alprazolamas: veikimo mechanizmo analizė
- Grandinės daliai: I = U/R (srovė yra lygi įtampai, padalintai iš varžos).
- Pilnai grandinei: I = E / (R + Ri) (srovė yra lygi elektrovarai, padalintai iš bendros varžos).
Kirchhofo dėsniai
Kirchhofo dėsniai naudojami sudėtingesnėms elektros grandinėms analizuoti:
- Pirmasis Kirchhofo dėsnis - elektrinės grandinės mazgo srovių algebrinė suma lygi nuliui: ΣI = 0.
- Antrasis Kirchhofo dėsnis - elektrinės grandinės kontūro įtampų algebrinė suma lygi nuliui: ΣU = 0.
Vienpusis lygintuvas
Vienpusis lygintuvas - tai paprasta schema, sudaryta iš diodo ir apkrovos varžos. Diodas praleidžia srovę tik viena kryptimi, todėl kintamoji srovė, tekėdama per diodą, išlyginama - lieka tik vienas pusperiodis.
Veikimo principas
Kintamoji įtampa u2 kinta sinuso dėsniu. Pirmajame pusperiodyje, kai įtampos u2 poliarumas yra toks, kad diodui VD tenka tiesioginė įtampa, grandine teka srovė i, ir ant apkrovos varžos RL turime įtampą u. Antrojo pusperiodžio metu diodas yra nelaidus (jam tenka atbulinė įtampa) ir srovė grandine neteka.
Trūkumai
Pagrindinis vienpusio lygintuvo trūkumas - didelis pulsacijos koeficientas, t.y. išlygintos srovės stiprumas stipriai kinta. Tai reiškia, kad tokia srovė netinka jautriai elektroninei įrangai maitinti.
Filtrai
Siekiant sumažinti pulsacijas ir gauti tolygesnę nuolatinę srovę, naudojami filtrai. Dažniausiai naudojami kondensatoriniai ir induktyviniai filtrai.
Taip pat skaitykite: Streso įtaka sveikatai
Kondensatorinis filtras
Kondensatorius, prijungtas lygiagrečiai apkrovos varžai, atlieka energijos kaupimo funkciją. Kai diodas praleidžia srovę (pusperiodžio metu), kondensatorius įkraunamas. Tarp pusperiodžių, kai diodas yra uždarytas, kondensatorius išsikrauna per apkrovos varžą, tiekiant energiją grandinei ir išlyginant įtampą.
- Veikimo principas: Kondensatorius įkraunamas, kai diodas praleidžia srovę, ir išsikrauna per apkrovą, kai diodas yra uždarytas.
- Privalumai: Paprastas ir nebrangus.
- Trūkumai: Mažai efektyvus esant didelėms apkrovos srovėms.
Induktyvinis filtras
Induktyvumo ritė, prijungta nuosekliai su apkrovos varža, priešinasi srovės kitimui. Kai srovė didėja, ritė kaupia energiją magnetiniame lauke, o kai srovė mažėja, ritė atiduoda energiją grandinei, taip išlygindama srovės svyravimus.
- Veikimo principas: Ritė priešinasi srovės kitimui, kaupdama ir atiduodama energiją magnetiniame lauke.
- Privalumai: Efektyvesnis nei kondensatorinis filtras esant didelėms apkrovos srovėms.
- Trūkumai: Didesnis ir brangesnis nei kondensatorinis filtras.
RC filtras
RC filtras sudarytas iš nuosekliai sujungto rezistoriaus ir lygiagrečiai sujungto kondensatoriaus. Rezistorius riboja srovę, o kondensatorius išlygina įtampą.
Vienpusio lygintuvo grandinės elementai
Transformatorius
Transformatorius naudojamas įtampos sumažinimui arba padidinimui. Lygintuvo schemoje transformatorius dažniausiai naudojamas kintamosios įtampos sumažinimui iki reikiamo lygio.
Diodas
Diodas yra pagrindinis vienpusio lygintuvo elementas, praleidžiantis srovę tik viena kryptimi. Diodams būdinga asimetriška voltamperinė charakteristika, todėl jie idealiai tinka kintamajai srovei lyginti.
Taip pat skaitykite: Xanax veikimas, naudojimas ir šalutinis poveikis
Apkrovos varža
Apkrovos varža (RL) - tai elementas, kuriam tiekiama išlyginta srovė.
Kondensatorius
Kondensatorius naudojamas kaip filtras, siekiant sumažinti pulsacijas ir gauti tolygesnę nuolatinę srovę.
Laboratorinis darbas: Vienpusio lygintuvo tyrimas
Laboratorinio darbo tikslas - ištirti vienpusio lygintuvo veikimą ir jo priklausomybę nuo filtrų parametrų.
Darbo eiga
- Sujungiama vienpusio lygintuvo grandinė su diodu ir apkrovos varža.
- Matuojama įtampa ir srovė grandinėje.
- Prijungiamas kondensatorius lygiagrečiai apkrovos varžai.
- Matuojama įtampa ir srovė grandinėje su kondensatoriumi.
- Analizuojami gauti rezultatai ir daromos išvados.
Išvados
Atlikus laboratorinį darbą, galima pastebėti, kad:
- Diodas praleidžia įtampą tik į vieną pusę, todėl lieka tik vienas pusperiodis.
- Prijungtas kondensatorius sumažina pulsacijas.
- Norint visiškai išlyginti pulsacijas, reikia didinti apkrovos varžą arba kondensatoriaus talpumą.
Grandinių darbo režimai
Elektros grandinės gali dirbti skirtingais režimais:
- Tuščiosios eigos režimas - grandinė atvira, srovė neteka (I = 0). Šaltinio įtampa lygi elektrovaros jėgai.
- Vardinis režimas - grandinės elementai dirba nominaliomis sąlygomis, t.y. srovė, įtampa ir galia atitinka apskaičiuotas vertes.
- Trumpojo jungimo režimas - imtuvo varža lygi nuliui (R = 0). Srovė grandinėje yra labai didelė ir pavojinga.
- Suderintas režimas - imtuvo galia yra didžiausia, kai jo varža lygi šaltinio vidinei varžai (R = Ri).
Elementų jungimo būdai
Grandinės elementai gali būti jungiami nuosekliai, lygiagrečiai arba mišriai.
- Nuoseklus jungimas - elementai, kuriais teka ta pati srovė.
- Lygiagretus jungimas - elementai, kurių įtampa yra ta pati.
- Mišrus jungimas - kombinacija nuoseklaus ir lygiagretaus jungimų.
Kintamosios srovės grandinės
Kintamosios srovės grandinėse, be aktyviosios varžos (R), yra ir reaktyviosios varžos - induktyvioji (XL) ir talpinė (XC).
- Induktyvioji varža (XL) - atsiranda dėl induktyvumo ritės ir priklauso nuo dažnio: XL = 2πfL.
- Talpinė varža (XC) - atsiranda dėl kondensatoriaus ir priklauso nuo dažnio: XC = 1/(2πfC).
Rezonansas
Kintamosios srovės grandinėse gali vykti rezonanso reiškinys, kai induktyvioji ir talpinė varžos kompensuoja viena kitą.
- Įtampų rezonansas - vyksta nuoseklioje RLC grandinėje, kai XL = XC.
- Srovių rezonansas - vyksta lygiagrečioje RLC grandinėje, kai XL = XC.
Trifazės srovės grandinės
Trifazės srovės sistemos yra plačiai naudojamos energetikoje. Trifazę sistemą sudaro trys elektrovaros šaltiniai, kurių fazės paslinktos 120 laipsnių kampu. Imtuvai gali būti jungiami žvaigžde arba trikampiu.
tags: #vienpusio #lygintuvo #veikimo #priklausomybe #nuo #filtro