یکسوساز نیم موج

عملکرد یکسوساز نیم موج

عملکرد یکسوساز نیم موج


مقدمه و معرفی :

یکسوساز چیست ؟

یکسوسازی، عملی است که در آن، یک منبع ولتاژ‌ AC سینوسی با استفاده از دیودها، تریستورها، ترانزیستورها یا مبدل‌ها به یک منبع ولتاژ‌ DC یا جریان مستقیم تبدیل می‌شود. این فرایند یکسوسازی را می‌توان با یکسوسازهای مختلف نیم موج، تمام‌موج، کنترل‌نشده و کاملاً کنترل‌شده برای تبدیل منابع تکفاز و سه فاز به یک سطح DC ثابت انجام داد. در این پست در سایت ایران پاور، «یکسوساز نیم موج» (Half-wave Rectifier) را معرفی می‌کنیم.

همچنین لازم به ذکر است در توان های بسیار بالا که یکسوساز تمام موج مورد نیاز است معمولا از یکسوساز های 6 ،12 و 18 پالسه استفاده میشود.

 

یکسوساز نیم موج :

به طور کلی یکسوسازها یکی از بلوک‌های اصلی تشکیل دهنده تبدیل توان AC با یکسوسازی نیم موج یا تمام‌موج هستند و عموماً از دیودها برای یکسوسازی استفاده می‌کنند. دیودها، جریان متناوب را در جهت مستقیم عبور می‌دهند و آن را در جهت معکوس سد می‌کنند. در نتیجه، می‌توانند یک ولتاژ‌ DC تولید کنند.

البته، جریانی که دیودها یکسو کرده‌اند، مانند یک باتری، خالص نیست. که ولتاژ خروجی آن ثابت باشد(تقریبا) و تغییراتی به فرم ریپل سوار شده روی خروجی دارد که در اثر منبع متناوب به وجود آمده است.

در صورتی که در این یکسوساز از دیودهای سیگنال کوچک استفاده شود این مبدل صرفا در بازه ی جریان کوچکی (کم تر از یک آمپر) میتواند عمل کند.

یکسوساز نیم موج

و در صورت استفاده از دیودهای قدرت در یکسوساز نیم موج میتوان تا چند صد آمپر (KA) را در هدایت مستقیم از آن عبور داد و ولتاژ معکوس قابل تحمل دیود را تا چندین هزار ولتاژ افزایش داد. دلیل این افزایش در دیودهای قدرت آن است که این دیودها نسبت به دیودهای سیگنال کوچک دارای فضای پیوندی PN بسیار بزرگ تری هستند.

دیودهای قدرت به صورت کنترل نشده یکسوساز در کاربردهایی مانند شارژ باتری ها استفاده میشوند. به دلیل مشخصه ولتاژ و جریان بالای دیودهای قدرت میتوان از آن ها به عنوان دیود های freewheeling و شبکه های snubber نیز استفاده کرد.

عملکرد یکسوساز نیم موج :

در حالت نیم سیکل مثبت ، ولتاژ آند نسبت به ولتاژ کاتد بیشتر بوده و دیود در حالت بایاس مستقیم قرار گرفته و هدایت میکند.

به دلیل آنکه بار اهمی است ، جریان عبوری از بار تابعی از ولتاژ خروجی است.(قانون اهم)

عملکرد یکسوساز نیم موج

یکسوساز نیم موج

در حالت نیم سیکل منفی ، به دلیل کمتر بودن ولتاژ آند نسبت به کاتد دیود در حالت بایاس معکوس قرار میگیرد. هیچ جریانی از دیود عبور نکرده و بنابراین ولتاژ خروجی در این حالت صفر میشود.

 

پارامترهای یکسوساز نیم موج :

1. مقدار حداکثر ولتاژ معکوس (PIV یا Peak inverse voltage ) :

مقدار رنج PIV دیود در مراحل طراحی بسیار مهم است.این مقدار در حقیقت حداکثر ولتاژی است که دیود میتواند در حالت معکوس تحمل کند.در یکسوساز نیم موج هنگامی که در نیم سیکل منفی هستیم هیچ جریانی به سمت بار منتقل نمیشود و در حقیقت تمامی ولتاژ بر روی دیود ظاهر میشود.بنابراین :

 PIV یکسوساز نیم موج = Vsmax

 

2. متوسط و حداکثر جریان ها در دیود :

میدانیم مقدار لحظه ای ولتاژ ورودی به شکل زیر قابل بیان است.

ولتاژ ورودی یکسوساز نیم موج

ولتاژ ورودی یکسوساز نیم موج

به دلیل اینکه مقاومت معکوس دیود در حدود چندین مگا اهم است آن را بی نهایت در نظر گرفته و مقاومت هدایت مستقیم را Rf در نظر میگیریم.بنابراین جریان عبوری از بار RL برابر است با :

جریان یکسوساز نیم موج

فرمول جریان یکسوساز نیم موج

همچنین :

(IMAX = VSMAX/(RF + RL

 

3. مقدار جریان DC خروجی :

جریان خروجی DC یکسوساز نیم موج

جریان خروجی DC یکسوساز نیم موج

لازم به یادآوریست که منطور از pi در محاسبه ی بالا همان عدد پی(3.1415) یا π است.

 

4. ولتاژ DC خروجی :

مقدار ولتاژ خروجی ای که دو سر بار می افتد به صورت زیر قابل محاسبه است :

{Vdc = Idc RL = VSMAX/pi(RF + RL)X RVSMAX/{1+RF/RL

همچنین با فرض آنکه R>> RF:

 Vdc = VSMAX/pi

 

5. مقدار جریان موثر (RMS) :

مقدار جریان موثر عبوری از دیود برابر است با :

جریان موثر RMS یکسوساز نیم موج

جریان موثر RMS یکسوساز نیم موج

 

6. مقدار موثر (RMS) ولتاژ خروجی :

مقدار موثر ولتاژ خروجی دو سر بار برابر است با :

{VLrms = Irms RL = VSMAX RL /2(RF + RL) = VSMAX/2{1+RF/RL

و با فرض RL>>RF باشد :

VLrms = VSMAX/2

 

7. راندمان یکسوساز :

راندمان یکسوساز به صورت نسبت توان خروجی به توان ac ورودی تعریف میشود.یعنی مقدار راندمان Ƞ برابر است با Pdc/Pac 

توان DC منتقل شده به بار برابر است با Pdc = I2dc R(Imax/pi)RL

توانی که از ورودی ac نیز گرفته میشود برابر است با حاصل جمع توان استفاده شده در بار و پیوند دیود که در نهایت برابر است با = [I2rms RI2rms R= {I2MAX/4}[ RF + RL

بنابراین راندمان را میتوان به شکل زیر نوشت :

{Ƞ = Pdc/Pac = {4/2}[ RL/ (RF + RL)] = 0.406/{1+ RF/RL

همانطور که از فرمول بالا قابل مشاهده است ، حداکثر راندمان این یکسوساز 40.6 درصد است و در زمانی قابل دست یابی است که مقدار مقاومت دیود (RF) نادیده فرض شود.

 

8. فاکتور ریپل یا ضریب ریپل:

فاکتور لرزش در واقع یک اندازه گیری است از مولفه های متناوب باقی مانده در خروجی یکسوساز فیلتر شده.این فاکتور برابر است با نسبت مولفه های ac موثر ولتاژ (یا جریان) موجود در خروجی به مولفه DC ولتاژ (یا جریان) خروجی .

مقدار موثر جریان بار به شکل زیر است :

I=I2dc+I21+I22+I2 =  I2dc +I2ac

که در آن I1,I2,  I4، مقادیر RMS هارمونیک های اصلی ،دوم و چهارم هستند.بنابر این ضریب ریپل برابر است با :

( γ = Iac/ Idc = I– I2dc)/ Idc {( Irms/ Idc2)-1} = Kf2 – 1

که در آن Kf ضریب فرم یا form factor نام دارد و برای یکسوساز نیم موج به شکل زیر بیان میشود.

KIrms /Iavg (Imax/2)/ (Imax/pi) = pi/2 = 1.57

بنابراین فاکتور ریپل در نهایت 1.21 میشود :

 γ =  (1.572 – 1) = 1.21

 

9. رگوله سازی :

رگوله سازی یا توانایی منبع تغذیه در نگهداشتن ولتاژ خروجی بین حدود معین، با وجود تغییرات در ورودی خط توان و بار خروجی.

درصد رگوله سازی برابر است با :

 Vno-load – Vfull-load)/ Vfull-load}* 100)}

برای یک منبع تغذیه ایده آل ، ولتاژ خروجی باید مستقل از جریان بار باشد و درصد رگوله سازی باید برابر صفر باشد.

آموزش هامباحث پایه ای برق

جریان موثرضریب ریپلنیم موجیکسوساز

2 دیدگاه

  • سلام
    مطالبتون خیلی خوب هستند
    ولی این جمله اشکال دارد
    “لازم به یادآوریست که pi در محاسبه ی بالا همان عدد نپر(3.1415) است.”
    عدد پی را با π نشان می دهند که برابر 3.1415 است
    عدد نپر را با e نشان می دهند که برابر 2.7182 است.
    لطفا اصلاح کنید

دیدگاهتان را بنویسید