Gleichrichter-Typ Instrument | Bau und Arbeitsprinzip
Gleichrichter-Messgeräte messen Wechselspannung und -strom mit Hilfe von Gleichrichterelementen und Permanentmagneten beweglicher Spulenmessgeräte. Der Hauptzweck dieser Geräte besteht jedoch darin, als Voltmeter zu dienen. Es stellt sich die Frage, warum wir in der Industriewelt weit verbreitet Gleichrichter-Messgeräte verwenden, obwohl es verschiedene andere AC-Voltmeter wie Elektrodynamometer-Messgeräte, Thermoelement-Messgeräte usw. gibt. Die Antwort auf diese Frage ist einfach und lautet wie folgt.
Die Kosten für Elektrodynamometer-Messgeräte sind erheblich höher als die für Gleichrichter-Messgeräte. Gleichrichter-Messgeräte sind jedoch genauso präzise wie Elektrodynamometer-Messgeräte. Daher werden Gleichrichter-Messgeräte den Elektrodynamometer-Messgeräten vorgezogen.
Thermoelement-Messgeräte sind empfindlicher als Gleichrichter-Messgeräte. Allerdings werden Thermoelement-Messgeräte bei sehr hohen Frequenzen häufiger verwendet.
Bevor wir uns mit dem Bau- und Funktionsprinzip von Gleichrichter-Messgeräten befassen, müssen wir detailliert über die Spannungs-Strom-Kennlinien idealer und praktischer Gleichrichterelemente, auch bekannt als Dioden, sprechen.
Lassen Sie uns zunächst die ideale Kennlinie des Gleichrichterelements besprechen. Was ist ein ideales Gleichrichterelement? Ein Gleichrichterelement bietet Nullwiderstand, wenn es vorwärts polarisiert wird, und unendlichen Widerstand, wenn es rückwärts polarisiert wird.
Diese Eigenschaft wird verwendet, um Spannungen zu gleichen (Gleichrichtung bedeutet, eine wechselnde Größe in eine gleichförmige Größe umzuwandeln, also AC in DC). Betrachten Sie das unten gezeigte Schaltbild.
Im gegebenen Schaltbild ist die ideale Diode in Reihe mit der Spannungsquelle und dem Lastwiderstand angeschlossen. Wenn wir die Diode vorwärts polarisieren, leitet sie perfekt und bietet einen Nullwiderstandsweg. Sie verhält sich also wie ein Kurzschluss. Wir können die Diode vorwärts polarisieren, indem wir den positiven Pol der Batterie mit dem Anodeanschluss und den negativen Pol mit dem Kathodenanschluss verbinden. Die Vorwärtseigenschaft des Gleichrichterelements oder der Diode wird in der Spannungs-Strom-Kennlinie dargestellt.
Wenn wir nun eine negative Spannung anlegen, also den negativen Pol der Batterie mit dem Anodeanschluss der Diode und den positiven Pol der Batterie mit dem Kathodenanschluss der Diode verbinden, bietet sie aufgrund der Rückwärts-Polarisation unendlichen elektrischen Widerstand und verhält sich wie ein offener Schaltkreis. Die vollständigen Spannungs-Strom-Kennlinien sind unten dargestellt.
Betrachten wir nun denselben Schaltkreis, aber mit dem Unterschied, dass wir hier ein praktisches Gleichrichterelement anstelle eines idealen verwenden. Praktische Gleichrichterelemente haben eine endliche Vorwärts-Sperrspannung und eine hohe Rückwärts-Sperrspannung. Wir werden denselben Vorgang anwenden, um die Spannungs-Strom-Kennlinien des praktischen Gleichrichterelements zu erhalten. Wenn wir das praktische Gleichrichterelement vorwärts polarisieren, leitet es nicht, bis die angelegte Spannung größer als die Vorwärts-Zerspannung oder Knie-Spannung ist. Wenn die angelegte Spannung größer als die Knie-Spannung wird, kommt die Diode oder das Gleichrichterelement in den Leitmodus. Es verhält sich wie ein Kurzschluss, aber aufgrund eines gewissen elektrischen Widerstands fällt eine Spannung über dieser praktischen Diode ab. Wir können das Gleichrichterelement vorwärts polarisieren, indem wir den positiven Pol der Batterie mit dem Anodeanschluss und den negativen Pol mit dem Kathodenanschluss verbinden. Die Vorwärtseigenschaft des praktischen Gleichrichterelements oder der Diode wird in der Spannungs-Strom-Kennlinie dargestellt. Wenn wir nun eine negative Spannung anlegen, also den negativen Pol der Batterie mit dem Anodeanschluss der Diode und den positiven Pol der Batterie mit dem Kathodenanschluss des Gleichrichterelements verbinden, bietet es aufgrund der Rückwärts-Polarisation einen endlichen Widerstand, bis die angelegte Spannung der Rückwärts-Zerspannung entspricht, und verhält sich dann wie ein offener Schaltkreis. Die vollständigen Kennlinien sind unten dargestellt
Gleichrichter-Messgeräte verwenden zwei Arten von Gleichrichterschaltungen:
Halbwellengleichrichterschaltungen von Gleichrichter-Messgeräten
Betrachten wir den Halbwellengleichrichterschaltkreis, in dem das Gleichrichterelement in Reihe mit einer sinusförmigen Spannungsquelle, einem Permanentmagneten beweglichen Spulenmessgerät und einem Multiplikatorwiderstand angeschlossen ist.
Die Funktion dieses Multiplikatorwiderstands besteht darin, den vom Permanentmagneten beweglichen Spulenmessgerät gezogenen Strom zu begrenzen. Es ist äußerst wichtig, den Strom, der vom Permanentmagneten beweglichen Spulenmessgerät gezogen wird, zu begrenzen, da das Messgerät zerstört wird, wenn der Strom die Strombelastung des PMMC überschreitet. Nun teilen wir unseren Betrieb in zwei Teile. Im ersten Teil wenden wir eine konstante Gleichspannung auf den obigen Schaltkreis an. In dem Schaltbild nehmen wir das Gleichrichterelement als ideales an.
Nehmen wir an, der Widerstand des Multiplikators sei R, und der des Permanentmagneten beweglichen Spulenmessgeräts sei R1. Die Gleichspannung erzeugt eine Vollskalenausschlagstärke von I=V/(R+R1), wobei V der effektive Wert der Spannung ist. Betrachten wir nun den zweiten Fall, in dem wir eine sinusförmige Wechselspannung v =Vm × sin(wt) auf den Schaltkreis anwenden und die Ausgangswellenform wie dargestellt erhalten. In der positiven Halbschwingung leitet das Gleichrichterelement, während es in der negativen Halbschwingung nicht leitet. So erhalten wir an dem beweglichen Spulenmessgerät einen Spannungsimpuls, der einen pulsierenden Strom erzeugt, was wiederum einen pulsierenden Drehmoment erzeugt.
Der erzeugte Ausschlag entspricht dem Durchschnittswert der Spannung. Berechnen wir den Durchschnittswert des elektrischen Stroms, um den Durchschnittswert der Spannung zu berechnen, müssen wir den Momentanwert der Spannung von 0 bis 2 pi integrieren. Der berechnete Durchschnittswert der Spannung beträgt 0,45V. Wieder ist V der effektive Wert des Stromes. Somit schließen wir, dass die Empfindlichkeit des AC-Eingangs 0,45-mal die Empfindlichkeit des DC-Eingangs im Fall des Halbwellengleichrichters beträgt.
Vollwellengleichrichterschaltungen von Gleichrichter-Messgeräten
Betrachten wir einen Vollwellengleichrichterschaltkreis, wie unten gezeigt.
Wir haben hier einen Brückengleichrichterschaltkreis verwendet, wie dargestellt. Wir teilen unseren Betrieb wieder in zwei Teile. Im ersten analysieren wir den Ausgang, indem wir eine Gleichspannung anlegen, und im zweiten legen wir eine Wechselspannung auf den Schaltkreis an. Ein Serienmultiplikatorwiderstand ist in Reihe mit der Spannungsquelle angeschlossen, der dieselbe Funktion hat, wie oben beschrieben. Betrachten wir den ersten Fall, in dem wir eine Gleichspannungsquelle an den Schaltkreis anlegen. Der Wert des Vollskalenausschlagsstroms in diesem Fall beträgt wieder V/(R+R1), wobei V der effektive Wert der angelegten Spannung, R der Widerstand des Multiplikatorwiderstands und R1 der elektrische Widerstand des Messgeräts ist. R und R1 sind im Schaltbild gekennzeichnet. Betrachten wir nun den zweiten Fall, in dem wir eine sinusförmige Wechselspannung v = Vmsin(wt) auf den Schaltkreis anlegen, wobei Vm der Spitzenwert der angelegten Spannung ist. Wenn wir den Wert des Vollskalenausschlagsstroms in diesem Fall durch Anwendung des gleichen Verfahrens berechnen, erhalten wir einen Ausdruck für den Vollskalenausschlagsstrom von .9V/(R+R1). Um den Durchschnittswert der Spannung zu erhalten, sollten wir den Momentanwert der Spannung von null bis pi integrieren. Vergleichen wir dies mit dem Gleichspannungs-Ausgang, schließen wir, dass die Empfindlichkeit bei einer Wechselspannungsquelle 0,9-mal so groß ist wie bei einer Gleichspannungsquelle.
Die Ausgangswelle ist unten dargestellt. Nun diskutieren wir die Faktoren, die die Leistungsfähigkeit von Gleichrichter-Messgeräten beeinflussen:
Gleichrichter-Messgeräte werden in Bezug auf die effektiven Werte sinusförmiger Spannungs- und Stromwellen kalibriert. Das Problem ist, dass die Eingangswelle möglicherweise nicht die gleiche Formfaktor hat, auf den die Skala dieser Meter kalibriert ist.
Es kann Fehler durch den Gleichrichterschaltkreis geben, da wir den Widerstand des Gleichrichterbrückenschaltkreises in beiden Fällen nicht berücksichtigt haben. Die nichtlinearen Eigenschaften der Brücke können die Strom- und Spannungswellen verzerren.
Es kann Temperaturänderungen geben, die den elektrischen Widerstand der Brücke verändern, daher sollten wir, um solche Fehler zu kompensieren, einen Multiplikatorwiderstand mit hohem Temperaturkoeffizienten anwenden.
Einfluss der Kapazität des Brückengleichrichters: Der Brückengleichrichter hat eine unvollkommene Kapazität, wodurch Hochfrequenzströme umgangen werden. Daher sinkt die Messung.
Die Empfindlichkeit von Gleichrichter-Messgeräten ist bei Wechselspannungs-Eingang geringer.
Vorteile von Gleichrichter-Messgeräten
Folgende Vorteile bieten Gleichrichter-Messgeräte:
Die Genauigkeit von Gleichrichter-Messgeräten beträgt etwa 5 Prozent unter normalen Betriebsbedingungen.
Der Frequenzbereich des Betriebs kann auf hohe Werte erweitert werden.
Sie haben eine gleichmäßige Skala am Messgerät.
Sie haben niedrige Betriebswerte für Strom und Spannung.
Die Belastungswirkung eines AC-Gleichrichtervoltmeters in beiden Fällen (d.h. Halbwellendiodegleichrichter und Vollwellendiodegleichrichter) ist höher als die Belastungswirkung von DC-Voltmetern, da die Empfindlichkeit des Voltmeters, ob bei Halbwellen- oder Vollwellengleichrichtung, geringer ist als die Empfindlichkeit von DC-Voltmetern.
Erklärung: Respektiere das Original, gute Artikel sind der Teilung wert, bei Verletzung von Rechten bitte Kontakt aufnehmen, um zu löschen.
