Instrument de redreçament | Principi de construcció i funcionament
L'instrument de tipus retificador mesura la tensió i la corrent alternades amb l'ajuda d'elements rectificadors i instruments de bobina mòbil permanent. No obstant això, la funció principal d'aquests instruments és la de voltmetre. Ara bé, una pregunta que es pot plantejar és per què utilitzem tan àmpliament els instruments de tipus retificador en el món industrial, tot i tenir altres voltmetres AC com els instruments de tipus electrodinamòmetre o termopare, etc. La resposta a aquesta pregunta és molt simple i es detalla a continuació.
El cost dels instruments de tipus electrodinamòmetre és bastant elevat comparat amb els instruments de tipus retificador. Tot i això, els instruments de tipus retificador són tan precisos com els de tipus electrodinamòmetre. Per tant, es prefereixen els instruments de tipus retificador sobre els de tipus electrodinamòmetre.
Els instruments de tipus termopare són més delicats que els instruments de tipus retificador. No obstant això, els instruments de tipus termopare es fan servir més àmpliament a freqüències molt altes.
Abans de veure la construcció, el principi i el funcionament dels instruments de tipus retificador, cal discutir en detall les característiques de tensió i corrent dels elements rectificadors ideals i pràctics, anomenats diodes. Comencem discutint les característiques ideals d'un element rectificador. Què és un element rectificador ideal? Un element rectificador és aquell que ofereix resistència zero si està polaritzat en sentit directe i ofereix resistència infinita si està polaritzat en sentit invers.
Aquesta propietat s'utilitza per rectificar les tensions (rectificar significa convertir una magnitud alternada en una magnitud contínua, és a dir, AC a DC). Considerem el diagrama de circuit següent.
En el diagrama de circuit proporcionat, el diode ideal està connectat en sèrie amb la font de tensió i la resistència de càrrega. Quan polaritzem el diode en sentit directe, aquest condueix perfectament oferint una via de resistència elèctrica zero. Així, comporta un curtcircuït. Podem polaritzar el diode en sentit directe connectant el terminal positiu de la bateria amb l'ànoda i el terminal negatiu amb la catòde. La característica en sentit directe de l'element rectificador o diode es mostra en la característica de tensió-corrent.
Ara, quan apliquem una tensió negativa, és a dir, connectant el terminal negatiu de la bateria amb el terminal de l'ànoda del diode i el terminal positiu de la bateria amb el terminal de la catòde del diode. Degut a la polarització en sentit invers, aquest ofereix una resistència elèctrica infinita i, per tant, comporta un circuit obert. Les característiques completes de tensió-corrent es mostren a continuació.
Considerem de nou el mateix circuit, però la diferència és que ara fem servir un element rectificador pràctic en lloc d'un ideal. L'element rectificador pràctic té una tensió de bloqueig en sentit directe finita i una tensió de bloqueig en sentit invers alta. Aplicarem el mateix procediment per obtenir les característiques de tensió-corrent de l'element rectificador pràctic. Quan polaritzem l'element rectificador pràctic en sentit directe, no condueix fins que la tensió aplicada no sigui superior a la tensió de trencament en sentit directe o la tensió de genoll. Quan la tensió aplicada supera la tensió de genoll, el diode o l'element rectificador passa a mode de conducció. Així, comporta un curtcircuït, però degut a la resistència elèctrica, hi ha una caiguda de tensió a través d'aquest diode pràctic. Podem polaritzar l'element rectificador en sentit directe connectant el terminal positiu de la bateria amb l'ànoda i el terminal negatiu amb la catòde. La característica en sentit directe de l'element rectificador pràctic o diode es mostra en la característica de tensió-corrent. Ara, quan apliquem una tensió negativa, és a dir, connectant el terminal negatiu de la bateria amb el terminal de l'ànoda del diode i el terminal positiu de la bateria amb el terminal de la catòde de l'element rectificador. Degut a la polarització en sentit invers, aquest ofereix una resistència finita i la tensió negativa fins que la tensió aplicada no sigui igual a la tensió de trencament en sentit invers, i, per tant, comporta un circuit obert. Les característiques completes es mostren a continuació
Ara, els instruments de tipus retificador utilitzen dos tipus de circuits rectificadors:
Circuits de meitat d'ona dels instruments de tipus retificador
Considerem el circuit de meitat d'ona rectificador següent en el qual l'element rectificador està connectat en sèrie amb una font de tensió sinusoidal, un instrument de bobina mòbil permanent i una resistència multiplicadora.
La funció d'aquesta resistència elèctrica multiplicadora és limitar la corrent consumida pel instrument de bobina mòbil permanent. És essencial limitar la corrent consumida pel instrument de bobina mòbil permanent perquè, si la corrent excedeix la classificació de corrent de PMMC, destrueix l'instrument. Ara dividim la nostra operació en dues parts. En la primera part, aplicam una tensió DC constant al circuit anterior. En el diagrama de circuit, assumim que l'element rectificador és ideal.
Suposem que la resistència de la multiplicadora és R, i la del instrument de bobina mòbil permanent és R1. La tensió DC produeix una desviació total de magnitud I=V/(R+R1) on V és el valor mitjà quadràtic de la tensió. Ara considerem el segon cas, en aquest cas, aplicam una tensió AC sinusoidal al circuit v =Vm × sin(wt) i obtindrem la forma d'ona de sortida com es mostra. En el semicicle positiu, l'element rectificador condueix i en el semicicle negatiu no condueix. Així, tindrem un pols de tensió al instrument de bobina mòbil que produeix una corrent pulsant, així, la corrent pulsant produeix un parell pulsant.
La desviació produïda correspon al valor mitjà de la tensió. Calculem, doncs, el valor mitjà de la corrent elèctrica, per calcular el valor mitjà de la tensió, hem d'integrar l'expressió instantània de la tensió de 0 a 2 pi. Així, el valor mitjà calculat de la tensió resulta ser 0,45V. Novament, tenim que V és el valor mitjà quadràtic de la corrent. Així, conclourem que la sensibilitat de la entrada AC és 0,45 vegades la sensibilitat de la entrada DC en el cas del rectificador de meitat d'ona.
Circuits de full d'ona dels instruments de tipus retificador
Considerem un circuit de rectificador de full d'ona següent.
Hem utilitzat aquí un circuit de rectificador de pont com es mostra. Novament, dividim la nostra operació en dues parts. En la primera, analitzem la sortida aplicant la tensió DC i, en l'altra, aplicam la tensió AC al circuit. Una resistència multiplicadora en sèrie està connectada en sèrie amb la font de tensió, que té la mateixa funció que la descrita anteriorment. Considerem el primer cas, on aplicam una font de tensió DC al circuit. El valor de la desviació total de corrent en aquest cas és de nou V/(R+R1), on V és el valor mitjà quadràtic de la tensió aplicada, R és la resistència de la resistència multiplicadora i R1 que és la resistència elèctrica de l'instrument. R i R1 estan marcats en el diagrama de circuit. Ara considerem el segon cas, en aquest cas, aplicam una tensió AC sinusoidal al circuit que és v = Vmsin(wt) on Vm és el valor màxim de la tensió aplicada. Si calculem el valor de la desviació total de corrent en aquest cas aplicant el procediment similar, obtenim una expressió de la corrent total com .9V/(R+R1). Recordem que, per obtenir el valor mitjà de la tensió, hem d'integrar l'expressió instantània de la tensió de zero a pi. Així, comparant-ho amb la sortida DC, conclourem que la sensibilitat amb la font de tensió AC és 0,9 vegades la de la font de tensió DC.
La forma d'ona de sortida es mostra a continuació. Ara, parlarem dels factors que afecten el rendiment dels instruments de tipus retificador:
Els instruments de tipus retificador es calibren en termes de valors mitjans quadràtics de les ones sinusoidals de tensió i corrent. El problema és que la forma d'ona d'entrada pot o no tenir el mateix factor de forma en el qual es calibra l'escala d'aquests metres.
Hi pot haver alguns errors deguts al circuit rectificador, ja que no hem inclòs la resistència dels circuits de pont rectificador en tots dos casos. Les característiques no lineals del pont poden distorsionar les formes d'ona de corrent i tensió.
Hi pot haver variacions de temperatura que fan canviar la resistència elèctrica del pont, per tant, per compensar aquests tipus d'errors, hauríem d'aplicar una resistència multiplicadora amb un coeficient de temperatura alt.
Efecte de la capacitància del rectificador de pont: El rectificador de pont té una capacitància imperfecta, així que, degut a això, passa per alt les corrents de freqüència alta. Per tant, hi ha una disminució en la lectura.
La sensibilitat dels instruments de tipus retificador és baixa en el cas de la tensió d'entrada AC.
Avantatges dels instruments de tipus retificador
Els avantatges dels instruments de tipus retificador són els següents:
La precisió dels instruments de tipus retificador és d'aproximadament el 5% en condicions normals d'operació.
El rang de freqüència d'operació es pot estendre a valors alts.
Tenen una escala uniforme en el metre.
Tenen valors de corrent i tensió d'operació baixos.
L'efecte de càrrega d'un voltmetre AC rectificador en tots dos casos (és a dir, rectificador de meitat d'ona i rectificador de full d'ona) és més elevat en comparació amb l'efecte de càrrega dels voltmetres DC, ja que la sensibilitat del voltmetre, que es fa servir en la rectificació de meitat d'ona o de full d'ona, és menor que la sensibilitat dels voltmetres DC.
Declaració: Respecteu l'original, els bons articles mériten ser compartits, si hi ha alguna infracció contacteu per eliminar-la.
