Typ prostownika | Zasada działania i konstrukcja
Instrument typu prostownik mierzy napędy i prądy przemiennego z użyciem elementów prostujących i permanentnych magnesów z ruchomą cewką. Podstawową funkcją instrumentów typu prostownik jest działanie jako woltomierz. Teraz musi nas ogarnąć pytanie, dlaczego tak szeroko stosujemy instrumenty typu prostownik w świecie przemysłowym, choć mamy różne inne woltomierze przemiennego prądu, takie jak instrumenty typu elektrodynamometru, termopary itp? Odpowiedź na to pytanie jest bardzo prosta i brzmi następująco.
Koszt instrumentów typu elektrodynamometr jest znacznie wyższy niż instrumentów typu prostownik. Instrumenty typu prostownik są jednak równie dokładne co instrumenty typu elektrodynamometr. Dlatego instrumenty typu prostownik są preferowane nad instrumentami typu elektrodynamometr.
Instrumenty termoparowe są bardziej delikatne niż instrumenty typu prostownik. Instrumenty termoparowe są jednak szerzej stosowane przy bardzo wysokich częstotliwościach.
Zanim przejrzymy zasady konstrukcji i działanie instrumentów typu prostownik, należy szczegółowo omówić charakterystyki napięcia i prądu idealnego i praktycznego elementu prostującego zwanego diodą.
Najpierw omówmy idealne cechy elementu prostującego. Co to jest idealny element prostujący? Element prostujący to taki, który oferuje zero oporu, jeśli jest obciążony w przód, a nieskończony opór, jeśli jest obciążony w tył.
Ta właściwość jest używana do prostowania napięć (prostowanie oznacza przekształcenie wielkości przemiennych w stałe, czyli AC na DC). Rozważmy poniższy schemat obwodu.
W podanym schemacie obwodu idealna dioda jest połączona szeregowo z źródłem napięcia i oporem obciążenia. Kiedy dioda jest obciążona w przód, przepuszcza doskonale, oferując ścieżkę o zerowym oporze elektrycznym. Wtedy zachowuje się jak zwarcie. Możemy obciążyć diodę w przód, połączając dodatni terminal baterii z anodem, a ujemny terminal z katodem. Charakterystyka przód-obciążenie elementu prostującego lub diody jest pokazana w charakterystyce napięcia-prąd.
Teraz, gdy zastosujemy ujemne napięcie, czyli połączymy ujemny terminal baterii z anodem diody, a dodatni terminal baterii z katodem diody, z powodu obciążenia w tył, oferuje ona nieskończony opór elektryczny i zachowuje się jak otwarty obwód. Pełne charakterystyki napięcia-prąd są przedstawione poniżej.
Rozważmy ponownie ten sam obwód, ale z tym różnicą, że używamy praktycznego elementu prostującego zamiast idealnego. Praktyczny element prostujący ma skończoną wartość blokującej napięcia w przód i wysoką blokującą napięcia w tył. Zastosujemy tę samą procedurę, aby uzyskać charakterystyki napięcia-prąd praktycznego elementu prostującego. Gdy praktyczny element prostujący jest obciążony w przód, nie przepuszcza, dopóki zastosowane napięcie nie będzie większe niż napięcie blokujące w przód lub możemy powiedzieć napięcie kolanka. Gdy zastosowane napięcie staje się większe niż napięcie kolanka, dioda lub element prostujący wejdzie w tryb przepustu. Zachowuje się jak zwarcie, ale ze względu na pewien opór elektryczny występuje spadek napięcia na tej praktycznej diodzie. Możemy obciążyć element prostujący w przód, połączając dodatni terminal baterii z anodem, a ujemny terminal z katodem. Charakterystyka przód-obciążenie praktycznego elementu prostującego lub diody jest pokazana w charakterystyce napięcia-prąd. Teraz, gdy zastosujemy ujemne napięcie, czyli połączymy ujemny terminal baterii z anodem diody, a dodatni terminal baterii z katodem elementu prostującego, z powodu obciążenia w tył, oferuje on skończony opór i ujemne napięcie, dopóki zastosowane napięcie nie stanie się równe napięciu blokującemu w tył, i zachowuje się jak otwarty obwód. Pełne charakterystyki są przedstawione poniżej
Instrumenty typu prostownik używają dwóch typów obwodów prostujących:
Półfalowe obwody prostujące instrumentów typu prostownik
Rozważmy poniższy półfalowy obwód prostujący, w którym element prostujący jest połączony szeregowo z sinusoidalnym źródłem napięcia, permanentnym magnesem z ruchomą cewką i rezystorem mnożnika.
Funkcja tego mnożnika rezystora elektrycznego polega na ograniczeniu prądu pobieranego przez instrument typu PMMC. Jest to niezbędne, aby ograniczyć prąd pobierany przez instrument typu PMMC, ponieważ jeśli prąd przekroczy jego nominalną wartość, instrument zostanie zniszczony. Teraz podzielimy naszą operację na dwie części. W pierwszej części zastosujemy stałe napięcie DC do powyższego obwodu. W schemacie obwodu zakładamy, że element prostujący jest idealny.
Oznaczmy opór mnożnika jako R, a opór instrumentu typu PMMC jako R1. Napięcie DC powoduje pełne odchylenie o wartości I=V/(R+R1), gdzie V to wartość efektywna napięcia. Teraz rozważmy drugi przypadek, w którym zastosujemy sinusoidalne napięcie AC do obwodu v =Vm × sin(wt) i otrzymamy wyjściowy przebieg, jak pokazano. W pozytywnym półokresie element prostujący przepuszcza, a w negatywnym półokresie nie przepuszcza. Otrzymamy więc impuls napięcia na ruchomym elemencie cewki, który powoduje pulsujący prąd, co tworzy pulsujący moment obrotowy.
Wytworzone odchylenie odpowiada średniej wartości napięcia. Obliczmy więc średnią wartość prądu, aby obliczyć średnią wartość napięcia, musimy scałkować natychmiastowe wyrażenie napięcia od 0 do 2 pi. Obliczona średnia wartość napięcia wynosi 0,45V. Ponownie V to wartość efektywna prądu. Stąd wnioskujemy, że czułość wejścia AC wynosi 0,45 razy czułość wejścia DC w przypadku półfalowego prostownika.
Pełnofalowe obwody prostujące instrumentów typu prostownik
Rozważmy poniższy pełnofalowy obwód prostujący.
Użyliśmy tutaj obwodu prostownika mostkowego, jak pokazano. Ponownie podzielimy naszą operację na dwie części. W pierwszej analizujemy wyjście, zastosowując napięcie DC, a w drugiej zastosujemy napięcie AC do obwodu. Szeregowy rezystor mnożnika jest połączony szeregowo z źródłem napięcia, który ma tę samą funkcję, jak opisano powyżej. Rozważmy pierwszy przypadek, w którym zastosowaliśmy napięcie DC do obwodu. Wartość pełnego odchylenia prądu w tym przypadku wynosi ponownie V/(R+R1), gdzie V to wartość efektywna zastosowanego napięcia, R to opór rezystora mnożnika, a R1 to opór elektryczny instrumentu. R i R1 są oznaczone w schemacie obwodu. Teraz rozważmy drugi przypadek, w którym zastosujemy sinusoidalne napięcie AC do obwodu, które wynosi v = Vmsin(wt), gdzie Vm to maksymalna wartość zastosowanego napięcia. Jeśli obliczymy wartość pełnego odchylenia prądu w tym przypadku, stosując podobną procedurę, otrzymamy wyrażenie pełnego prądu jako .9V/(R+R1). Pamiętaj, aby uzyskać średnią wartość napięcia, powinniśmy scałkować natychmiastowe wyrażenie napięcia od zera do pi. Porównując to z wyjściem DC, wnioskujemy, że czułość przy wejściu napięcia AC wynosi 0,9 razy, jak w przypadku wejścia napięcia DC.
Wyjściowy przebieg jest pokazany poniżej. Teraz omówimy czynniki wpływające na działanie instrumentów typu prostownik:
Instrumenty typu prostownik są kalibrowane w zakresie wartości efektywnych sinusoidalnych fal napięcia i prądu. Problem polega na tym, że fala wejściowa może lub nie może mieć tego samego współczynnika kształtu, na którym jest skalibrowana skala tych mierników.
Może być jakiś błąd z powodu obwodu prostownika, ponieważ nie uwzględniliśmy oporu mostka prostownika w obu przypadkach. Nieliniowe charakterystyki mostka mogą zniekształcać fale prądu i napięcia.
Mogą wystąpić wahania temperatury, co zmienia opór elektryczny mostka, dlatego aby skompensować tego typu błędy, powinniśmy zastosować rezystor mnożnik o wysokim współczynniku temperaturowym.
Wpływ pojemności mostka prostownika: Mostek prostownika ma nieperfekcyjną pojemność, co powoduje, że omija wysokie częstotliwości. Dlatego następuje spadek odczytu.
Czułość instrumentów typu prostownik jest niska w przypadku wejścia napięcia AC.
Zalety instrumentów typu prostownik
Następujące są zaletami instrumentów typu prostownik:
Dokładność instrumentów typu prostownik wynosi około 5 procent w normalnych warunkach pracy.
Zakres częstotliwości pracy można rozszerzyć do wysokich wartości.
Mają jednolitą skalę na mierniku.
Mają niskie wartości robocze prądu i napięcia.
Efekt obciążenia woltomierza prostownika AC w obu przypadkach (czyli półfalowy prostownik diodowy i pełnofalowy prostownik diodowy) jest wyższy w porównaniu z efektem obciążenia woltomierzy DC, ponieważ czułość woltomierza, zarówno w przypadku półfalowej, jak i pełnofalowej prostownicy, jest mniejsza niż czułość woltomierzy DC.
Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły są warte udostępniania, w przypadku naruszenia praw autorskich proszę o kontakt w celu usunięcia.
