مدارهای یکسو کننده
فهرست مطالب
یکسوکننده پل سه فاز (دوطرفه)
مدارهای دوازده پالسی
یکسو کننده های قابل کنترل
یکسوکننده قابل کنترل تکفاز نیم موج
یکسوکننده قابل کنترل پل تکفاز
یکسوکننده قابل کنترل سه فاز نیم موج
یکسوکننده قابل کنترل شش فاز نیم موج
یکسوکننده قابل کنترل پل سه فاز
تداخل همپوشانی
مقدمه
انواع مدارهای یکسوکننده
دیود کموتاسیون
یکسوکننده های غیر قابل کنترل
یکسو کننده تکفاز نیم موج ۳ (یکطرفه)
یکسو کننده دو فاز نیم موج (یکطرفه)
پل تکفاز (دوطرفه)
یکسوکننده سه فاز نیم موج (یکطرفه)
یکسوکننده شش فاز نیم موج (یکطرفه)
رگولاسیون (تنظیم) ولتاژ
ضریب توان
مقادیر نامی ترانسفورماتور
مبدل با جریان بار ناپیوسته
مقدمه
دیودها و تریستورها در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی کاربردهای فراوانی دارند. همچنین این وسایل نیمه هادی بطور وسیع در مدارهای الکترونیک قدرت به منظور تبدیل توان الکتریکی از ac به dc مورد استفاده قرار میگیرند.
مبدل de معمولا به یکسو کننده موسوم است و یکسو کننده های دیودی خروجی dc ثابت را فراهم مینمایند. به منظور بدست آوردن ولتاژ خروجی قابل کنترل در مدارهای یکسو کننده بجای دیود از تریستور میشود. به این نوع مبدل قابل کنترل نیز مبدل ac-dc گفته میشود در این فصل به بررسی این نوع مبدل پرداخته.
انواع مدارهای یکسوکننده
مدار یکسو کننده
مداری است که یک منبع تغذیه ac را به یک بار dc متصل میکند، به عبارت دیگر ولتاژ متناوب تغذیه را به ولتاژ مستقیم تبدیل می نماید.
دو دسته
یکسو کننده نیم موج
تمام موج
مدارهای نیم موج
مدارهای یکسوکننده تمام موج
مدارهایی هستند که در آنها بر روی هر خط منبع تغذیه ac یک وسیله یا عنصر یکسو کننده قرار دارد و کاتد این عناصر بهم متصل گردیده و بار dc را تغذیه میکنند و خط برگشت از بار به خط خنثای منبع تغذیه متصل میگردد.
مدارهایی هستند که در آنها عملا" دو مدار یکسوکننده نیم موج بطور سری قرار گرفته اند یکی از آنها بار را تغذیه مینماید و مدار دیگر جریان بار را مستقیما به خطوط ac بر میگرداند و در نتیجه نیازی به خط خنثای منبع ac نمی باشد.
دیود کموتاسیون
اگر برای تغذیه یک بار اندوکتیو از یک دیود یا تریستور استفاده کنیم، ولتاژ بار در مدت زمان هدایت معکوس میگردد. اگر یک دیود در دوسر بار قرارگیرد از معکوس شدن ولتاژ ممانعت مینماید به چنین دیودی، دیود کموتاسیون گفته میشود که غالبا در مدارهای کنترل نشده یا نیمه کنترل شده مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین در خلال معکوس شدن ولتاژ دوسر بار جریان بار از یکسوکننده اصلی به دیود انتقال می یابد و در نتیجه به تریستورها اجازه داده میشود تا دوباره حالت مسدود ۲ خودشان را بازیابند.
جریان دیود کموتاسیون به وسیله انرژی ذخیره شده در میدان مغناطیسی اندوکتانس بار، حفظ میگردد.
یکسوکننده های غیر قابل کنترل
همان طوری که گفته شد با استفاده از دیودها در مدارهای الکترونیک قدرت میتوان ولتاژ ac را به ولتاژ ثابت dc تبدیل کرد در این بخش به تشریح انواع این مدارهای یکسوکننده می پردازیم.
یکسو کننده تکفاز نیم موج ۳ (یکطرفه)
یک یکسوکننده تکفاز نیم موج ساده ترین نوع یکسو کننده است که بطور طبیعی در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار نمیگیرد لیکن از نقطه نظر فهمیدن اصول کار یکسوکننده بررسی آن مفید خواهد بود.
در خلال نیم سیکل مثبت ولتاژ ورودی دیود هدایت میکند و ولتاژ ورودی در دوسر بار ظاهر میشود. در خلال نیم سیکل ،منفی دیود هدایت نمیکند و ولتاژ خروجی صفر است.
یکسو کننده دو فاز نیم موج (یکطرفه)
مدار یکسو کننده دو فاز نیم موج با ترانسفورماتور دارای انشعاب میانی است. هر نیمه ترانسفورماتور همراه با دیود مربوطه بصورت یک یکسو کننده نیم موج عمل میکند خروجی یکسو کننده تمام موج در شکل نشان داده شده است.
از آن جایی که از ترانسفورماتور مولفه dc عبور نمیکند بنابراین مساله اشباع ترانسفورماتور وجود ندارد.
پل تکفاز (دوطرفه)
در یکسو کننده دو فاز نیم موج میتوان بجای استفاده از ترانسفورماتور با انشعاب میانی از چهار دیود مطابق شکل استفاده نمود.
این مدار که به یکسوکننده پل معروف است، خروجی تمام موج را فراهم میکند و در مقایسه با مدار دو فاز نیم موج قبل هر دیود ولتاژ معکوس کمتری را تحمل میکند
شکل موج جریان و ولتاژ در شکل نشان داده شده است.
یکسوکننده سه فاز نیم موج (یکطرفه)
یکسوکننده سه فاز نیم ،موج عنصر اصلی اکثر مدارهای یکسو کننده چند فاز را تشکیل می دهد. مدار این یکسوکننده در شکل نشان داده شده است. هر فاز تغذیه از طریق یک دیود به بار متصل شده است و مشابه کلیه اتصالات نیم ،موج جریان بار به نقطه خنثی تغذیه بر میگردد. عملکرد مدار به این صورت است که در هر لحظه مفروض فقط یک دیود هدایت میکند و آن دیودی است که به فازی که دارای بیشترین مقدار ولتاژ لحظه ای ،است متصل شده باشد.
یکسوکننده شش فاز نیم موج (یکطرفه)
با استفاده از یک ترانسفورماتور تغذیه ستاره ساده میتوان یک منبع تغذیه شش فاز را ایجاد کرد و از آن در یکسوکننده شش فاز نیم موج مورد بهره برداری قرارد داد. ولتاژهای خروجی ترانسفورماتور با یکدیگر ۶۰۰ اختلاف فاز دارند.
نحوه اتصال مشابه مدار سه فاز نیم موج است و فقط تعداد فاز افزایش یافته است. ولتاژ خروجی دارای مشخصه شش پالسی است.
یکسوکننده پل سه فاز (دوطرفه)
اتصال پل سه فاز تمام موج دوطرفه را نشان میدهد که در آن دو مدار یکسوکننده سه فاز نیم موج به هم متصل شدهاند طوری که یکی در نیم سیکلهای مثبت و دیگری در نیم سیکلهای منفی تغذیه عمل میکند بار از طریق اتصال نیم موج سه فاز تغذیه می شود و جریان برگشتی از طریق اتصال نیم موج دیگری به تغذیه بر میگردد و نیازی به سیم خنثی نمیباشد. این مدار به پل سه فاز شش پالسی معروف است
مدارهای دوازده پالسی
شکل موج ولتاژ دوازده پالسی نشان داده شده است و واضح است که این شکل موج به ولتاژ مستقیمdcنزدیکتر است شکل موج نشان داده شده، نمونه شکل موج جریانی است که از منبع تغذیه سه فاز acکشیده میشود که در مقایسه با مدارهای با پالس کمتر، به شکل موج سینوسی نزدیک تر است.
چند نمونه از اتصالات دوازده پالسی
سه نوع اتصال دوازده پالسی که عمومیت دارند.
شکل موج ولتاژ خروجی و جریان ورودی در مدار دوازده پالسی
یکسو کننده های قابل کنترل
همانطوریکه در بخش قبل ملاحظه کردیم یکسوکننده های غیر قابل کنترل (دیودی) ولتاژ خروجی ثابتی را تولید مینمایند برای اینکه بتوان خروجی قابل کنترلی را بدست آورد، بجای دیود از تریستور استفاده میشود که در آن ولتاژ خروجی با تغییر زاویه آتش تریستور کنترل می شود و به این ترتیب یکسو کنندههای قابل کنترل که بخشی از مبدلهای ac به dc میباشند بدست می آیند. این نوع مبدلها بطور وسیع در کاربردهای صنعتی بخصوص در محرکهای سرعت متغیر مورد استفاده قرار میگیرند. همانطوریکه گفته شد این نوع مبدلها بر حسب نوع تغذیه به مبدلهای تکفاز و سه فاز تقسیم میشوند و هر نوع ممکن است بصورت نیمه کنترل شده و یا تمام کنترل شده باشد.
یکسوکننده قابل کنترل تکفاز نیم موج
مدار تکفاز نیم موج را میتوان با استفاده از یک تریستور بجای دیود کنترل کرد. با تشریح طرز کار این مدار میتوان به اصول کار مبدل قابل کنترل پی برد.
در این مدار مشابه مدار کنترل نشده بار میتواند اهمی و یا اندوکتیو باشد.تریستور وقتی شروع به هدایت می نمایدکه ولتاژ دو سرش مثبت است و پالس اتش را دریافت می نماید. بنابراین وقتی تریستور در بایاس (گرایش) مستقیم قرار دارد،تریستور شروع به هدایت می کند.
در هر مدار ساده نیم ،موج در هر زمان مفروض فقط یک تریستور هدایت میکند.
در این مدار تریستور مورد نظر می تواند در هر لحظه ای که ولتاژ آند آن نسبت به کاتد مثبت است روشن شود.
یکسوکننده قابل کنترل تکفاز تمام موج
مدار یکسوکننده قابل کنترل تکفاز تمام موج در آن دیودها با تریستورها جایگزین شده اند.
مدار پل تکفاز میتواند بصورت آرایش های نیمه کنترل شده یا تمام کنترل شده مورد استفاده قرار گیرد.
اگر دیودهای موجود در مدار با تریستور جایگزین گردند، مدار پل تکفاز تمام کنترل شده شکل روبه رو بدست می آید.
یکسوکننده قابل کنترل پل تکفاز
یکسوکننده قابل کنترل سه فاز نیم موج
اگر دیودهای با تریستور جایگزین شوند مدار قابل کنترل شکل مقابل بدست می آید. مقدار متوسط ولتاژ خروجی با کنترل زاویه آتش قابل تنظیم خواهد بود. زاویه تاخیر آتش نسبت به نقطه ای که ولتاژهای فاز منبع تغذیه یکدیگر را تلاقی کرده اند، تعریف میشود. بنابراین وقتی زاویه تاخیر آتش صفر است مدار مشابه حالت دیودی است و مقدار متوسط ولتاژ خروجی ماکزیمم است و دیودها در نقاط تلاقی ولتاژهای فاز بطور طبیعی عمل کموتاسیون را انجام میدهند.
یکسوکننده قابل کنترل شش فاز نیم موج
مدار کنترل شده شش فاز نیم موج که در آن از یک ترانسفورماتور تغذیه ستاره ساده استفاده شده است در شکل نشان داده شده است. نحوه اتصال مشابه مدار سه فاز نیم موج است و فقط تعداد فاز افزایش یافته است و هر تریستور در فاصله یک ششم سیکل هدایت میکند
یکسوکننده قابل کنترل پل سه فاز
مبدل های پل سه فاز در کابردهای صنعتی تا قدرت حدود۱۲۰kW بطور وسیع مورد استفاده قرار میگیرند. اگر چنانچه دیودها با تریستور جایگزین شوند، پل سه فاز تمام کنترل شده شکل روبه رو بدست می آید. مشابه مدارهای قابل کنترل قبل، مقدار متوسط ولتاژ خروجی به کمک تغییر زاویه آتش قابل کنترل خواهد بود. وقتی زاویه تاخیر آتش کوچک شکل موج ولتاژ خروجی(بار) را می توان با جمع کردن شکل موج های دو گروه سه پالسی بدست آورد.
تداخل همپوشانی
برای یک موج الکترومغناطیس، تداخلِ حاصل از القای الکترومغناطیسی یا برهم نهی با دیگر امواج الکترومغناطیسی منتشرشده در فضاست. این اختلال ممکن است عمل کرد مدار را کاهش دهد یا حتی از آن جلو بگیرد.
هرگاه در طیف فرکانس های رادیویی، سیگنال اغتشاشی، که از سوی یک منبع بیرونی (خارج از مدار یا دستگاه موردنظر) تولید شده، از راه القاء الکترومغناطیسی، القاء الکترواستاتیکی یا حتی هدایت، روی مدار الکتریکی اثر بگذارد، تداخل رادیویی روی داده است.
رگولاسیون (تنظیم) ولتاژ
از عبارت رگولاسیون یا تنظیم برای بیان میزان افت ولتاژ وسایل یا تجهیزات در شرایط بارداری استفاده میگردد و درصد رگولاسیون یا درصد تنظیم ولتاژ بصورت زیر تعریف می شود.
عواملی نظیر افت دو سر وسایل نیمه هادی دیود) یا تریستور مقاومت اهمی سیم های رابط و منبع تغذیه و همچنین اندوکتانس منبع تغذیه سبب میشوند که مقدار ولتاژ خروجی مبدل در بارداری با مقدار آن در بیباری یا مدار باز (ولتاژ خروجی وقتی است متفاوت گردد.
ضریب توان
ضریب توان باری که از منبع تغذیه AC تغذیه میشود، توسط عبارت کلی زیر بیان می گردد:
مقادیر نامی ترانسفورماتور
همانطوریکه در این فصل ملاحظه کردیم برای مبدلهای مختلف، استفاده از ترانسفورماتور با آرایش سیم پیچی مخصوص اجتناب ناپذیر است. وقتی اینگونه ترانسفورماتورها مورد استفاده قرار میگیرند بایستی مقادیر نامی آنها در شرایط کاری معین،مشخص گردد.
این مقادیر نامی در موارد متعددی برای اولیه و ثانویه ترانسفورماتور یکسان نخواهد بود. از این جهت با عملکرد ترانسفورماتور معمولی که در آن مقادیر نامی هر دو سیم پیچ یکسان است، متفاوت می باشد.
مبدل با جریان بار ناپیوسته
اگر بار مبدل به قدر کفایت اندوکیتو ،نباشد جریان بار در مقدار ثابت و پیوسته باقی نمی ماند، بلکه دارای مولفه هارمونیک میگردد و در جریان تغذیه انعکاس می یابد.