עמוד השדרה של מערכות החשמל: מדריך מקיף ליישורים
תיקון הוא היבט בסיסי של הנדסת חשמל, טוב להמרת זרם חילופין (AC) לזרם ישיר (DC), שימושי להפעלת מכשירים ומערכות אלקטרוניות רבות.מאמר זה בוחן את ההיבטים המפורטים של התיקון, המכסים עקרונות בסיסיים, רכיבים שונים ואת סוגי המיישר השונים המותאמים ליישומים ספציפיים וצרכי כוח.על ידי בחינת פעולותיהם של מיישרים חצי גל וגל מלא, כולל סוגים מתקדמים כמו מגדלים ופוליפאז, אנו מקבלים תובנות לגבי יכולותיהם, מגבלותיהם וההתקדמות הטכנולוגית המשפרות את היעילות והיישום שלהם.המאמר דן גם בשימושים מעשיים שבהם יש צורך במיישרים, החל מתקשורת למכשירים רפואיים, ומציגים את השפעתם הרחבה על הטכנולוגיה המודרנית.מדגיש את תפקידם של רכיבים כמו דיודות וקבלים בהבטחת תפוקת DC קבועה מכניסה AC לא יציבה, במטרה להציע הבנה מעמיקה של טכנולוגיות התיקון ואת חשיבותן למטרות חשמל יומיומיות ומיוחדות.
קָטָלוֹג
איור 1: מעגל מיישר
מה זה תיקון?
התיקון הוא תהליך שינוי התנהגות זרם חשמלי מזרום לכיוונים מרובים לזרום לכיוון אחד בלבד.ברוב המכשירים האלקטרוניים ישנם שני סוגים של זרמים: זרם חילופין (AC) וזרם ישיר (DC).AC משנה כיוון מספר פעמים במהלך תקופה נתונה, ואילו DC זורם בהתמדה בכיוון אחד.עבור מכשירים ומכשירים אלקטרוניים לקבלת אספקת מתח רציפה, יש להמיר AC ל- DC, תהליך המכונה תיקון AC.
איור 2: תרשים סכמטי של תיקון
מיישר, הרכיב שמבצע משימה זו, יכול ללבוש צורות שונות, כולל דיודות במצב מוצק, דיודות צינור ואקום, שסתומי קשת כספית, מיישרים מבוקרים על ידי סיליקון ומתגי מוליכים למחצה אחרים מבוססי סיליקון.בין אלה, דיודת המוליכים למחצה חשובה במיוחד, פועלת כמו שסתום חד כיווני למטען חשמלי.זה מאפשר לזרם לזרום בכיוון אחד בלבד, ומאפשר את ההמרה מ- AC ל- DC.מיישר הגל של חצי הגל, צורה פשוטה יותר של תיקון, תומך במערכות מתקנות מתקדמות יותר ויישומים רבים הדורשים כוח DC, תוך העומד בבסיס הפונקציונליות של אינספור מכשירים אלקטרוניים בשימוש יומיומי.
רכיבי מיישר
דיודה צומת P-N: מכשיר זה מאפשר לזרם לזרום בכיוון אחד בלבד.כאשר לצד ה- P של הדיודה יש פוטנציאל גבוה יותר מצד ה- N, הוא מוטה קדימה ומאפשר לזרם לעבור.לעומת זאת, כאשר לצד ה- N יש פוטנציאל גבוה יותר, הוא מוטה הפוך וחוסם את הזרימה הנוכחית.
זרם חילופין (AC): AC הוא זרם חשמלי המשנה מדי פעם כיוון.
זרם ישיר (DC): שלא כמו AC, DC הוא סוג של זרם חשמלי הזורם בעקביות בכיוון אחד מבלי להשתנות מדי פעם.
צורת גל: זהו ייצוג גרפי המציג את גודל וכיוון הזרם החשמלי או המתח לאורך זמן.
VRMs ו- IRMs: אלה הם ערכי הריבוע הממוצע של השורש של מתח (VRMS) וזרם (IRMS) עבור AC.הם מחושבים כ- 1/√2 פעמים מתח השיא או זרם, ומספקים מדד לערך האפקטיבי של ה- AC המשתנה.
קבלים: קבלים הוא מכשיר דו-מסופי המאחסן אנרגיה בשדה חשמלי.זה יכול להטעין ולפרוק בתוך מעגל, ועוזר להחליק תנודות מתח ולספק פלט DC יציב.
מחולל פונקציות: מכשיר זה מייצר צורות גל חשמליות שונות, כולל AC, עם מתחים ותדרים ספציפיים הנדרשים לבדיקה והפעלת מעגלים אלקטרוניים.
סוגים שונים של מיישר
איור 3: מיישר לא מבוקר
מיישרים לא מבוקרים
מיישר לא מבוקר הוא סוג של מיישר שלא ניתן להתאים את מתח היציאה שלו.ישנם שני סוגים עיקריים של מיישרים לא מבוקרים: מיישרים חצי גל ומיישרים גל מלא.
מיישר חצי גל ממיר רק מחצית מחזור ה- AC ל- DC.זה מאפשר לעבור את המחצית החיובית או השלילית של גל AC, ולחסום את החצי השני.
מיישר גל מלא ממיר הן את החצאים החיוביים והשליליים של מחזור ה- AC ל- DC.דוגמה למיישר גל מלא היא מיישר הגשר, המשתמש בארבע דיודות המסודרות בתצורת גשר אבן חיטה כדי להשיג המרה זו.
מיישרים מבוקרים
מיישר מבוקר מאפשר התאמת מתח היציאה.רכיבים כמו מיישרים מבוקרים על ידי סיליקון (SCRS), טרנזיסטורים של אפקט שדה-מוליך-תחמוצת-מוליכים (MOSFETs), וטרנזיסטורים דו קוטביים-שער מבודד (IGBTs) משמשים ליצירת מיישרים אלה.לעיתים קרובות מועדפים מיישנים מבוקרים על פני אלה שאינם מבוקרים בגלל הרבגוניות שלהם.
מיישר מבוקר של חצי גל דומה למיישר הבלתי מבוקר של הגל אך מחליף את הדיודה ב- SCR, ומאפשר שליטה על מתח היציאה.
מיישר מבוקר גל מלא ממיר את שני חצאי מחזור ה- AC ל- DC אך מאפשר ויסות מתח באמצעות SCRS או רכיבים דומים אחרים.
איור 4: מיישר מבוקר
תיקון חצי גל
לתיקון חצי גל, אם כי פשוט בעיצוב, יש מגבלות בולטות, במיוחד כאשר נדרשים יעילות גבוהה ועיוות הרמוני נמוך.שיטה זו מעבדת רק מחצית מצורת הגל AC, תוך התעלמות מהמחצית השנייה.כתוצאה מכך זה יוצר חוסר יעילות ומציג תוכן הרמוני גבוה בתפוקה, ומסבך את פעולות ההחלקה.
סוג זה של תיקון משמש בדרך כלל ביישומים פחות תובעניים.לדוגמה, זה מתאים לדימי תאורה מסוימים שאינם זקוקים לאספקת חשמל רציפה.בדימרים אלה, מתגים מתחלפים בין כוח AC מלא לבהירות מקסימאלית לבין פלט מתוקן של חצי גל לצורך עמעום.טכניקה זו פועלת את הכוח למנורה, ומונעת את השינויים המהירים בטמפרטורה מהירה.חימום וקירור הדרגתי זה שומרים על תפוקת אור עקבית ועמומה וממזערת מהבהב, מנהלים ביעילות את זרימת האנרגיה לעומסים איטיים יותר.
למרות פעולתו הבסיסית, תיקון חצי גל יכול להיות יעיל באנרגיה בתרחישים ספציפיים שבהם אין רצוי בקרת חשמל מתקדמת ותפוקה רציפה.גישה זו מדגישה את השימוש המעשי של מיישרים חצי גל ביישומים הנהנים מפינון כוח פשוט ועם זאת יעיל.
איור 5: מעגל מיישר חצי גל
מחזור מחצית חיובי בחצי לתיקון גל
במהלך מחזור המחזור החיובי של כניסת AC, הדיודה הופכת למוטה קדימה ומתפקדת כקציר.זה מאפשר לזרם לזרום במעגל, וכתוצאה מכך כניסת AC משוכפלת בפלט DC.עם זאת, ביישומים מעשיים, מתח היציאה נמוך מעט ממתח הכניסה עקב ירידת המתח על פני הדיודה.
איור 6: מיישר חצי גל חיובי
מחזור מחצית שלילי בחצי לתיקון גל
במהלך מחזור המחזור השלילי של כניסת AC, הדיודה מוטה הפוך ומתנהג כמו מעגל פתוח.כתוצאה מכך, אף זרם לא זורם במעגל בתקופה זו, והתפוקה אינה כוללת את מחזור המחזור השלילי של הקלט.
איור 7: מיישר גל שלילי של חצי גל
יתרונות וחסרונות של מיישר חצי גל
מיישר חצי גל מציעים מספר יתרונות, מה שהופך אותם למתאימים ליישומים מסוימים.אחד היתרונות העיקריים הוא הפשטות שלהם;המעגל פשוט וקל ליישום.פשטות זו מתורגמת לעיצובים בעלות נמוכה, מכיוון שהרכיבים הנדרשים אינם יקרים.בנוסף, העיצוב הלא מסובך של מיישרים חצי גל מאפשר ייצור קל וגדול.
עם זאת, למיישרים חצי גל יש גם חסרונות בולטים.החיסרון הרציני הוא הגורם האדווה הגבוה.זה גורם לתנודות משמעותיות במתח יציאת DC, שיכול להיות בעייתי ביישומים רבים.מיישר חצי גל סובלים מאובדן חשמל גבוה מכיוון שהם משתמשים רק במחצית של צורת הגל הקלט.התוצאה היא פיזור כוח רב ויעילות מופחתת.בהשוואה למיישנים גל מלא, מיישרים חצי גל הם פחות יעילים בסך הכל, מכיוון שהם משתמשים רק במחצית מחזור הקלט.יתר על כן, מתח היציאה של מיישר גל חצי נמוך מזה של מיישר גל מלא, ומגביל את תחולתו במערכות הדורשות מתחים גבוהים יותר.
מיישר גל מלא
איור 8: מיישר גל מלא
מיישר גל מלא משפרים את התיקון על ידי שימוש בצורת גל AC כולה, ומשפרים את יעילות ההמרה.שלא כמו מיישרים חצי גל, המשתמשים רק במחצית מחזור ה- AC, מיישרים גל מלא ממירים את שני החצאים ל- DC.תהליך זה מכפיל ביעילות את תפוקת הכוח.תכנון נפוץ עבור מיישרים גל מלא הוא תצורת ה- CENTER-TAP.מערך זה משתמש בשנאי עם סלילה משנית מכוסה במרכז ושתי דיודות.מיישר ה- CENTER-TAP פועל על ידי לסירוגין בין שתי הדיודות על בסיס קוטביות AC.כל דיודה מתבצעת בתורו, ומבטיחה את שני חצאי צורת הגל AC.שיטה זו מספקת תפוקת DC רציפה ויציבה יותר, מגדילה את מתח היציאה ומפחיתה את תדר האדווה.ה- DC שהתקבל הוא חלק יותר מזה של מיישר חצי גל.מיישר גל מלא חשובים למצבים הזקוקים לאספקת DC קבועה ואמינה, כמו ספקי חשמל לגאדג'טים אלקטרוניים.על ידי שימוש בכל כניסת ה- AC, מיישרים גל מלא מציעים פיתרון חזק לדרישות משימות, ומספקים כוח DC עקבי.
מחזור מחצית חיובי בתיקון גל מלא
איור 9: מיישר גל מלא חיובי
פלט DC עקבי בתיקון גל מלא עם תכנון מרכזי תלויה בהתנהגות המעגל במהלך חצי המחזור החיובי.כאשר מקור ה- AC מראה מתח חיובי, הדיודה העליונה מוטה קדימה, ומאפשרת לזרם לזרום דרך המחצית העליונה של הפיתול המשני של השנאי.תהליך זה מכוון את המחצית החיובית של צורת הגל AC לעומס.
פעולת הדיודה העליונה בשלב זה היא בעלת ערך.זה מוביל את המתח החיובי לעומס תוך חסימת רכיבי מתח שליליים.הולכה סלקטיבית זו מבטיחה כי הקטע החיובי של צורת הגל יומר ביעילות ל- DC ללא הפרעה מהמחצית השלילית.שמירה על אספקת DC יציבה ואמינה כוללת ביצוע פעולה זו.
על ידי התמקדות במחצית החיובית של מחזור ה- AC, מיישר הגל המלא במרכז מקלל את האנרגיה השימושית ממקור ה- AC.מבט מפורט זה על תפקידו של מחזור המחזור החיובי במעגל המיישר מדגיש את חשיבותו בהמרה של AC ל- DC כוח ביעילות ויציבה, ומבטיח תפוקת DC באיכות גבוהה ועקבית.
מחזור מחצית שלילי בתיקון גל מלא
איור 10: מיישר גל מלא שלילי
במחזור המחזור השלילי של מיישר גל מלא במרכז, פעולת המעגל עוברת לשמירה על אספקת חשמל רציפה.כאשר קוטביות ה- AC מתהפכת, הדיודה התחתונה מוטה קדימה ומתנהלת, ומעוררת את המחצית התחתונה של המתפתל המשני של השנאי.תהליך זה ממיר את המחצית השלילית של צורת הגל AC לתפוקה חיובית, ממש כמו במהלך מחזור המחזור החיובי.
ההולכה המתחלפת בין הדיודות העליונות והתחתונות היא המפתח לתיקון הגל המלא.זה מבטיח אספקת DC רציפה ויציבה על ידי שימוש בשני חצאי צורת הגל AC.עבור מכשירים הדורשים כוח DC קבוע, הולכה כפולה זו לא רק מגדילה את יעילות המרת הספק אלא גם מייצבת את התפוקה על ידי שמירה על קוטביות ומשרעת עקבית.
התיאום המדויק של פעילות הדיודה במהלך כל מחזור חצי מחזור ממקסם את הפוטנציאל של קלט ה- AC, מפחית פסולת ומשפר את יעילות הפלט.ניתוח מחזור המחזור השלילי מדגים כיצד תיקון גל מלא מסתגל באופן דינמי לשינוי תנאי קלט, ומספק אספקת DC אמינה ובלתי מופרעת.שיטה זו מראה על עליונותה על פני טכניקות תיקון פשוטות יותר על ידי ניהול יעיל של דרישות כוח מורכבות.
חסרונות של עיצוב מיישר גל מלא
מיישרים גל מלא יעילים יותר מאשר מיישרים חצי גל, אך יש להם חסרונות המשפיעים על השימוש בהם.נושא מרכזי אחד הוא הצורך בשנאי עם פיתול משני מכוסה במרכז.דרישה זו בעייתית במיוחד ביישומים בעלי עוצמה גבוהה שבהם שנאים חייבים להיות עמידים ומסוגלים לטפל בעומסי כוח גדולים ללא הפסדים בולטים.
רובוטריקים בעלי עוצמה גבוהה אלה יקרים וגדולים פיזית.הגודל וההוצאה המוגדלים הופכים את מיישר הגל המלא למעשי פחות ביישומים שבהם המרחב מוגבל או אילוצי התקציב הם צמודים.העלויות והעלות מפריעות לשימושם במכשירים ניידים או בקנה מידה קטן שבהם נדרשים קומפקטיות וזכויות.הם משפיעים על החלטות מתי ואיפה להשתמש בתיקון גל מלא.למרות היעילות שלהם ויציבות התפוקה שלהם, אילוצים מעשיים אלה דורשים הערכה מדוקדקת של היישום המיועד, צרכי הכוח ותכנון המערכת הכללי.
צדדיות בתצורות מיישר גל מלא
עיצוב המיישר המרכזי של הגל המלא הוא רב-תכליתי מאוד, ומאפשר שינויים כמו היפוך קוטביות העומס.ניתן לעשות זאת על ידי שינוי האוריינטציה של הדיודות או שילובן במקביל למיישר קיים-פלט חיובי.גמישות זו לייצור מתחים חיוביים ושליליים ממקור כוח יחיד מדגימה את יכולת ההסתגלות של מיישרים גל מלא.גמישות עיצובית זו מבטיחה שניתן להתאים אישית מיישרים אלה כדי לענות על צרכים חשמליים ספציפיים, ולשפר את השימוש בהם במעגלים מורכבים.זה מועיל במיוחד ליישומים הזקוקים לקוטביות מתח שונות, כמו מגברי טרנזיסטור דו קוטבי או מערכות מגבר תפעולי, בהן מומלץ להיות שני מתחי אספקה.
היכולת לשנות ולהרחיב את הפונקציונליות של מיישר גל מלא מעבר לתיקון בסיסי מדגישה את חשיבותם בעיצוב אלקטרוני מתקדם.יכולת הסתגלות זו לא רק מגדילה את התועלת של מיישר גל מלא, אלא גם מעודדת חדשנות ויעילות בפיתוח מערכות אלקטרוניות, עמידה במגוון רחב של דרישות טכניות ותרחישים של יישומים.
מיישר גשר
איור 11: מיישר גשר
בין המיישרים, מיישר גשר הוא מעגל המיישר היעיל ביותר.אנו יכולים להגדיר מיישרים עם גשר כסוג של מיישר גל מלא המשתמש בארבע דיודות או יותר בתצורת מעגל גשר כדי להמיר ביעילות זרם חילופי (AC) לזרם ישיר (DC).
לעיתים קרובות מועדף את מיישר גשר הגל המלא על פני תכנון המרכזי על אמינותו וניהול הקוטביות היעיל שלו.הוא משתמש בארבע דיודות בתצורת גשר כדי לשמור על קוטביות פלט עקבית, ללא קשר לקוטביות הקלט.תכנון זה ממיר את כל צורת הגל AC לפלט DC יציב, מה שהופך אותו לאמין ביותר ליישומים אלקטרוניים שונים.
חוזק של מיישר הגשר הוא יכולתו לשמור על זרימת הזרם דרך העומס רציף, אפילו כאשר הקוטביות של מקור ה- AC משתנה.עם זאת, לתצורת הגשר יש חסרונות.כל אחת מארבע הדיודות מציגה ירידת מתח, בדרך כלל סביב 0.7 וולט לדיודה, שיכולה להפחית משמעותית את מתח היציאה.
למרות טיפות מתח אלה, היתרונות של מיישר גשר הגל המלא עולים לעתים קרובות על החסרונות שלו, במיוחד ביישומי מתח גבוה יותר שבהם טיפות מתח הדיודה פחות יחסית למתח הכללי.היכולת שלה לספק תפוקת DC אמינה ויציבה בתנאי קלט משתנים מדגישה את עליונותו, מה שהופך אותו לרכיב הטוב ביותר במערכות אלקטרוניות מודרניות רבות.
תרשים מעגלי מיישר גשר גל מלא
עזרים חזותיים יכולים לשפר להפליא את ההבנה עבור אלה חדשים לאלקטרוניקה.תרשים מעגלים אלטרנטיבי של מיישר גשר הגל המלא, המעוצב במטרות חינוכיות בראש, יכול להועיל מאוד.גרסה זו של התרשים מסדרת את כל הדיודות בצורה אופקית, ומפשטת את ההדמיה של זרימת המעגל.פריסה זו מבהירה את פונקציית כל הדיודה בתוך המיישר והופכת את עקרונות תיקון הגשר לנגישים יותר.
איור 12: מיישר גשר גל מלא
הסידור האופקי של דיודות מסייע למשתמשים להתבונן בבירור כיצד הזרם זורם במעגל בשני חצאי מחזור ה- AC.הגדרה זו מפשטת את תהליך המרת AC ל- DC באמצעות מיישר גשר.על ידי הצגת הרכיבים והקשרים שלהם בצורה ברורה, קל יותר להבין כיצד כל חלק מבטיח את המשכיות ויציבותו של זרם הפלט.
מיישר גשר פוליפאז
התאמת מיישר גשר למערכות AC פוליפאז משפרת את התועלת שלהם, במיוחד ביישומים בעלי עוצמה גבוהה.על ידי חיבור כל שלב במערכת הפוליפאז למיישר עם זוג דיודות ייעודי, המעגל מפיץ ביעילות את הספק על עומסים חיוביים ושליליים כאחד.הגדרה זו מצמצמת את כמות תוכן ה- AC בתפוקת DC הסופית, החשובה ביישומים תעשייתיים, על ידי שימוש בשינויי הפאזה המובנים במערכות הפוליפאז.
הפולסים המועברים לשלב ממקורות AC מרובים חופפים, וכתוצאה מכך תפוקת DC חלקה בהרבה.חלקות זו היא חובה ליישומים הדורשים יציבות חשמלית גבוהה וטרחה מינימלית, כגון ציוד אלקטרוני רגיש או מכונות תעשייתיות גדולות.על ידי הפחתת אפקט האדווה האופייני במיישרים חד-פאזיים, מיישר גשר הפוליפאז לא רק משפר את האיכות והיעילות של תפוקת DC, אלא גם משפר את האמינות והביצועים הכוללים של מערכת אספקת החשמל.
יתרונות וחסרונות של מיישר גשר פוליפאז
יתרונות
מיישר גשר יעילים יותר מאשר מיישר חצי גל.תפוקת ה- DC של מיישר גשר חלקה יותר בהשוואה למיישר חצי גל מכיוון שהוא משתמש במחזורי המחצית החיובית והשלילית של אות AC.
מיישר פוליפאז משתמשים במקורות AC מרובים עם פולסים מועברים לשלב חופפים, וכתוצאה מכך תפוקת DC חלקה יותר מאשר מיישרים חד פאזיים.מיישר פוליפאז ממזער את המתח ותנודות הזרם (Ripple), ומספקים יציבות חשמלית גבוהה יותר, טוב למכשירים מדויקים וציוד רפואי.
פלט DC חלק יותר ממיישרים פוליפאז מפחית את הלחץ על רכיבים חשמליים, שיפור הביצועים והפחתת צרכי התחזוקה.השפעות אדווה מופחתות מובילות למערכת אספקת חשמל אמינה יותר.
היעילות של מיישר פוליפאז מורידה את הצורך במעגלי סינון וייצוב נוספים, ומפחיתה את עלויות צריכת האנרגיה ותחזוקה.עם הזמן זה מוביל לחיסכון, במיוחד במסגרות תעשייתיות.
חסרונות
למיישרים עם גשר יש מעגל מורכב יותר בהשוואה למיישרים של גל מלא חצי גל ומרכזי, בעזרת ארבע דיודות במקום שתיים.
השימוש בדיודות רבות יותר ביישורי גשר מביא לאובדן חשמל גבוה יותר.בעוד שמיישר גל מלא מרכזי משתמש בדיודה אחת לחצי מחזור, מיישר גשר משתמש בשתי דיודות בסדרה לחצי מחזור, מה שמוביל לירידה במתח גבוה יותר.
הפחתת מתח אדווה בתפוקות מתוקנות
מתח אדווה, ה- AC הנותר בתוך פלט DC, מהווה אתגר בתיקון.תנודה זו יכולה להשפיע לרעה על מכשירים אלקטרוניים הזקוקים לאספקת חשמל DC יציבה.לפיכך, יש צורך במתח אדווה ומזעור של מתח ביישומים אלקטרוניים בעלי דיוק גבוה.
כדי להפחית את האדווה משתמשים לרוב ברשתות סינון.רשתות אלה משלבות בדרך כלל קבלים ומשרנים כדי להחליק תנודות מתח.קבלים מאחסנים מטענים ומשחררים אותו במהלך טיפות מתח, ומייצבים את התפוקה.משרנים עוזרים על ידי הגבלת קצב השינוי הנוכחי, החלקה נוספת של עקומת המתח.היעילות של פילטרים אלה תלויה ברמות ההספק המעורבות.עבור מערכות עם דרישות כוח נמוכות יותר, מסנני קבלים פשוטים עשויים להספיק.עם זאת, יישומים גבוהים יותר או יישומים רגישים יותר עשויים להזדקק להסדרי סינון מורכבים יותר.נדרשת בקרת מתח אדווה מכיוון שהיא משפיעה ישירות על האמינות, היעילות והיציבות של מערכות אלקטרוניות.פלט DC חלק יותר מאפשר למכשירים אלקטרוניים לפעול בצורה אופטימלית, נקייה מהפרעות משבשות הנגרמות כתוצאה מקרב מוגזם.
סיווג מיישרים לפי מספרי דופק, דרך ושלב
מעגלי מיישר מסווגים לפי מאפייני שלב, דרך ודופק.
מאפיין דופק
המאפיין "הדופק" מציין את מספר פולסי הפלט של DC שנוצרו בכל מחזור AC.קטניות רבות יותר למחזור גורמות לפלט DC חלק ויציב יותר.לדוגמה, מיישר של 1 דופק מציע פונקציונליות בסיסית, ואילו מיישר בן 6 דופק מספק תפוקה חלקה בהרבה, המתאימה ליישומים רגישים וביקוש גבוה.
מאפיין דרך
המאפיין "דרך" מתאר כיצד ה- AC מומר ל- DC, או בצורה חד-כיוונית (חצי גל) או דו כיוונית (גל מלא).
מיישרים חד-כיווניים הם פשוטים אך מוגבלים ביעילות ובאיכות הפלט.הם מתקנים רק מחצית מחזור ה- AC, וכתוצאה מכך אובדן חשמל ותפוקת DC משתנה מאוד.
מיישרים דו כיווניים מתקנים הן את החצאים החיוביים והשליליים של צורת הגל, משפרים את יעילות המרת הכוח ומשפרים את החלקות של תפוקת DC.
מאפיין שלב
המאפיין "שלב" מתייחס למספר כניסות ה- AC המשמשות במיישר.מיישרים יכולים להיות חד פאזיים או תלת פאזי.
מיישרים חד-פאזיים משמשים בדרך כלל לדרישות כוח נמוכות יותר.מיישר גל חד-פאזי של חצי-גל מאפשר רק למחצית של צורת הגל AC לעבור דרכה, לחסום את החצי השני, וכתוצאה מכך דופק בודד לכל מחזור AC, מה שהופך אותו ליחידה של 1 דופק.עם זאת, פלט הדופק היחיד פחות חלק ופועם יותר, שאולי אינו מתאים ליישומים הדורשים פלט DC יציב.
לעומת זאת, מיישר גל מלא שלב מלא, לעומת זאת, מאפשר לשני חצאי צורת הגל AC לעבור, וממיר אותם לפלט DC פועם עם שני פולסים לכל מחזור, מה שהופך אותו ליחידת דו-דופק.סידור זה משפר את החלקות ואת היעילות של תפוקת DC, מה שהופך אותו למגוון רחב יותר של יישומים בהשוואה למקבילו למחצה הגל.
מיישר תלת פאזי משמשים בסביבות תובעניות יותר, כמו ציוד תעשייתי ויישומים בעלי עוצמה גבוהה.מיישר גל מלא תלת פאזי משתמש בשימוש בתזוזות הפאזה הטמונים במערכת תלת פאזית כדי לייצר שישה פולסים לכל מחזור AC, ומסווג אותו כיחידה של 6 דופק.תכנון זה מניב תפוקה חלקה ויעילה בהרבה, המועילה במיוחד ליישומים הדורשים אספקת חשמל עקבית ואיכותית.
איור 13: מעגל מיישר תלת פאזי
התקדמות במערכת מיישר פוליפאז
במערכות מיישר פוליפאז מתקדמות, ניתן להשיג ספירת דופק הגדולה מפעמיים ממספר השלבים באמצעות תצורות שנאי חדשניות והקבלה אסטרטגית של תפוקות מיישר.על ידי מינוף מיומנות של משמרות פאזה, מהנדסים יכולים להפחית את אפקטים של אדווה, ובכך לשפר את האיכות הכוללת של תפוקת DC.
עיצובים מתוחכמים אלה מועילים במיוחד ביישומים בעלי עוצמה גבוהה שבהם הפחתת Ripple חשובה, אך המרחב לרכיבי סינון נרחבים מוגבל.הגדלת מספר הפולסים מחליקה את תפוקת ה- DC ומשפרת את היעילות והאמינות של מערכת הכוח, מה שהופך אותו לאידיאלי לסביבות תובעניות הדורשות ביצועים חשמליים חזקים ועקביים.
התקדמות זו בטכנולוגיית מיישר פוליפאז מסמנת צעד מסוים לעמוד בדרישות חשמל מורכבות תוך ניהול אילוצים פיזיים וכלכליים.הגידול האסטרטגי במספרי הדופק באמצעות תצורות מעגלים מתקדמות לא רק מיטב מערכות מיישר אלא גם מדגיש את החשיבות של חדשנות מתמשכת בהנדסת חשמל כדי להתמודד ולהתגבר על אתגרים עכשוויים.
יישומים ושימושים במיישר
טלוויזיות, מכשירי רדיו ומחשבים: האלקטרוניקה הביתית הנפוצה הללו תלויים במיישרים עבור כוח DC יציב, למרות שהם בדרך כלל מחוברים לשקעי זרם חילופין.מיישר משמשים לגילוי אותות כדי להבטיח תפקוד תקין של רדיו.
מטעני טלפון: מיישרים ממירים AC משקעי קיר אל ה- DC הדרושים להטענת מכשירים ניידים.
מערכות מכונות ובקרה: מכונות תעשייתיות ותהליכים אוטומטיים מסתמכים על מיישר לכוח DC עקבי.
טלקומוניקציה: ציוד כמו מגדלי תאים ומרכזי נתונים תלויים במיישרים לשמירה על ספקי כוח יציבים.
ציוד ריתוך: מבטיח שמכונות ריתוך פועלות בעזרת כוח DC של DC לעבודה מדויקת.הם מספקים מתח מקוטב טוב לתהליך הריתוך.
רכבים חשמליים (EVS) ורכבות: מיישר ממירים AC מתחנות טעינה או קווי תקורה לכוח DC שמיש למערכות הנעה.
ממירים סולאריים: מכשירים אלה משתמשים במיישרים כדי להפוך את DC שנוצר על ידי פאנלים סולאריים ל- AC, המתאים לשימוש ביתי ורשת.
מכשירים רפואיים: מכונות MRI וגנרטורים לרנטגן מסתמכים על מיישרים לצורך כוח DC מדויק.
מערכות תעופה: הן ממירות כוח לאוויוניקה, תאורה ומערכות משולבות אחרות.
מערכות מכ"ם: מיישרים משמשים הן לאספקת חשמל והן לעיבוד אותות.
מַסְקָנָה
התיקון חשוב לסוגים רבים ושונים של מערכות חשמל ומכשירים הפועלים ביעילות מיטבית.החל ממיישרים פשוטים של חצי גל המשמשים דימרים ביתי ועד מיישרים מורכבים של גשר פוליפאז במכונות תעשייתיות, כל סוג ממלא את התפקיד בהמרת AC לכוח DC שמיש.בדקנו את הפרטים הטכניים והעקרונות התפעוליים של סוגי מיישר שונים, תוך הדגשת היתרונות והמגבלות שלהם.על ידי בחינת הפונקציות של רכיבים ועיצובים שונים של מעגלים, אנו מכירים בתפקיד המיישר בייצוב אספקת החשמל ובשיפור ביצועי המכשיר.התקדמות מתמשכת בטכנולוגיית מיישר, במיוחד במערכות פוליפאז, מדגישות תחום דינאמי שמטרתו לעמוד בדרישות הכוח ההולכות וגוברות תוך התייחסות לאתגרי היעילות והחלל.שילוב מיישר ביישומים מגוונים, החל מאלקטרוניקה צרכנית למערכות רפואיות, מדגיש את תפקידם השונה בטכנולוגיה המודרנית.מאמר זה צופה התפתחויות עתידיות, ומספק לאנשי מקצוע וחובבים את הידע לחדש בעולם חשמל יותר ויותר.
שאלות נפוצות [שאלות נפוצות]
1. מהו העיקרון העובד של מיישר?
מיישר מתפקד בעיקר כדי להמיר זרם חילופין (AC) לזרם ישיר (DC).תהליך זה הוא בסיסי ביישומים חשמליים שונים שבהם יש צורך בהספק DC, כמו טעינה של סוללות, הפעלת מנועי DC והפעלת מעגלים אלקטרוניים.המיישר משיג זאת באמצעות מכשירי מוליכים למחצה כמו דיודות, המאפשרים לזרם לזרם בכיוון אחד בלבד.בסופו של דבר, הדיודות חוסמות חלק של אות AC (המחצית החיובית או השלילית של צורת הגל) או משנים את שני החצאים כדי לזרום בכיוון יחיד, ובכך מייצרים DC.
2. כיצד מיישר ממיר AC ל- DC?
ההמרה של AC ל- DC מבוצעת על ידי מאפשרת מתח AC לעבור דרך דיודות אחת או יותר המסודרות בתצורות ספציפיות-כמו מיישרים חצי גל, גל מלא וגשר.במיישר חצי גל, מותר רק למחצית של צורת הגל AC לעבור דרכה, ולחסום למעשה את החצי השני.לעומת זאת, מיישר גל מלא משתמש בדיודות מרובות כדי להפוך את המחצית השלילית של צורת הגל AC לחיובי, מה שמאפשר לכל צורת הגל לתרום לתפוקה.מיישר גשר, תוך שימוש בארבע דיודות המסודרות בתצורת גשר, משפרים את התהליך הזה על ידי שימוש בשני חצאי כניסת ה- AC, וכתוצאה מכך פלט DC עקבי וגבוה יותר.
3. מה הפונקציה העיקרית של מעגל מיישר?
הפונקציה העיקרית של מעגל מיישר היא לייצר פלט DC קבוע מכניסה AC.זה נדרש ביישומים בהם נדרש כוח DC יציב.מעבר רק להמרת AC ל- DC, מיישרים גם עוזרים להחליק את הפלט באמצעות רכיבים כמו קבלים ומשרנים, שמפחיתים את האדווה בזרם הפלט, מה שהופך אותו לאחיד יותר.
4. מה גורם למיישר להיכשל?
כישלונות מיישר יכולים לנבוע מכמה גורמים, כמו לחץ תרמי, עומס יתר חשמלי ובלאי רכיבים.התחממות יתר הנגרמת על ידי זרימת זרם מוגזמת או קירור לקוי עלולה לפגוע בחומר המוליכים למחצה בדיודות.נחשולים חשמליים יכולים לעלות על סובלנות המתח של הדיודות, מה שמוביל להתמוטטות.באופן דומה, שימוש ממושך יכול ללבוש את הדיודות והרכיבים הנלווים אליו, ולהפחית את היעילות שלהם ואת תוחלת החיים שלהם.
5. מהי דוגמא למיישר?
דוגמה נפוצה למיישר הוא מיישר הגשר המשמש באספקת כוח ביתית.סוג זה של מיישר ממיר את כניסת ה- AC מאספקת החשמל של החשמל לפלט DC, המשמש אז לטעינה של מכשירים כמו מחשבים ניידים וטלפונים ניידים, ומדגים את היישום המעשי שלו במכשירים אלקטרוניים יומיומיים.
6. מהו מעגל המיישר הטוב ביותר?
מעגל המיישר "הטוב ביותר" תלוי בדרישות הספציפיות של היישום, כולל גורמים כמו היעילות, העלות והמורכבות הרצויים.באופן כללי, מיישר הגשר נחשבים לעילונים עבור מרבית היישומים הסטנדרטיים מכיוון שהם משתמשים ביעילות בשני חצאי צורת הגל AC, וכתוצאה מכך מתח יציאה גבוה יותר ופחות אדווה בהשוואה למיישרים חצי גל וגל מלא.עבור יישומים בעלי דיוק גבוה, ניתן להשתמש במעגלי מיישר רב-שלביים מורכבים עם שלבי החלקה ורגולציה נוספים כדי להבטיח פלט DC יציב ביותר.