Mục Lục
Quá trình chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều được gọi là chỉnh lưu. Việc chỉnh lưu có thể đạt được bằng cách sử dụng một hoặc một nhóm điốt. Những điốt chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều được gọi là bộ chỉnh lưu.
Bộ chỉnh lưu thường được phân thành hai loại: bộ chỉnh lưu nửa sóng và bộ chỉnh lưu toàn sóng.
Bộ chỉnh lưu nửa sóng chỉ sử dụng một diode duy nhất để chuyển đổi AC thành DC. Vì vậy, việc chế tạo bộ chỉnh lưu nửa sóng rất dễ dàng. Tuy nhiên, một diode đơn trong bộ chỉnh lưu nửa sóng chỉ cho phép nửa chu kỳ dương hoặc nửa chu kỳ âm của tín hiệu AC đầu vào và nửa chu kỳ còn lại của tín hiệu AC đầu vào bị chặn. Kết quả là một lượng lớn năng lượng bị lãng phí. Hơn nữa, bộ chỉnh lưu nửa sóng không phù hợp trong các ứng dụng cần điện áp DC ổn định và trơn tru. Vì vậy, bộ chỉnh lưu nửa sóng không phải là bộ chuyển đổi AC sang DC hiệu quả.
Chúng ta có thể dễ dàng khắc phục nhược điểm này bằng cách sử dụng một loại bộ chỉnh lưu khác được gọi là bộ chỉnh lưu toàn sóng. Bộ chỉnh lưu toàn sóng có một số ưu điểm cơ bản so với bộ chỉnh lưu nửa sóng. Điện áp đầu ra DC trung bình do bộ chỉnh lưu toàn sóng tạo ra cao hơn bộ chỉnh lưu nửa sóng. Hơn nữa, tín hiệu đầu ra DC của bộ chỉnh lưu toàn sóng có ít gợn sóng hơn bộ chỉnh lưu nửa sóng. Kết quả là chúng ta có được điện áp DC đầu ra mượt mà hơn.
Chúng ta hãy xem bộ chỉnh lưu toàn sóng ………..
Định nghĩa chỉnh lưu toàn sóng
Bộ chỉnh lưu toàn sóng là loại bộ chỉnh lưu chuyển đổi cả hai nửa chu kỳ của tín hiệu AC thành tín hiệu DC dạng xung.
Như thể hiện trong hình trên, bộ chỉnh lưu toàn sóng chuyển đổi cả nửa chu kỳ dương và âm của tín hiệu AC đầu vào thành tín hiệu DC xung đầu ra.
Bộ chỉnh lưu toàn sóng được phân thành hai loại: bộ chỉnh lưu toàn sóng có điểm giữa và bộ chỉnh lưu cầu toàn sóng.
Trong hướng dẫn này, bộ chỉnh lưu toàn sóng có điểm nhấn ở giữa sẽ được giải thích.
Trước khi đi vào hoạt động của bộ chỉnh lưu toàn sóng có điểm giữa, trước tiên chúng ta hãy xem xét máy biến áp có điểm giữa. Bởi vì máy biến áp có nấc giữa đóng vai trò quan trọng trong bộ chỉnh lưu toàn sóng có nấc giữa.
Máy biến áp có điểm giữa
Khi một dây bổ sung được nối qua chính giữa cuộn thứ cấp của máy biến áp, nó được gọi là máy biến áp có điểm giữa.
Dây được điều chỉnh sao cho rơi đúng vào điểm chính giữa của cuộn thứ cấp. Vì vậy, dây chính xác ở mức 0 volt của tín hiệu AC. Dây này được gọi là vòi trung tâm.
Máy biến áp có điểm nối giữa hoạt động gần giống như máy biến áp thông thường. Giống như máy biến áp thông thường, máy biến áp có điểm giữa cũng làm tăng hoặc giảm điện áp xoay chiều. Tuy nhiên, máy biến áp có điểm nối ở giữa còn có một tính năng quan trọng khác. Đó là cuộn dây thứ cấp của máy biến áp có điểm nối ở giữa chia dòng điện xoay chiều đầu vào hoặc tín hiệu xoay chiều (V P ) thành hai phần.
Phần trên của cuộn thứ cấp tạo ra điện áp dương V1 và phần dưới của cuộn thứ cấp tạo ra điện áp âm V2 . Khi chúng ta kết hợp hai điện áp này ở tải đầu ra, chúng ta sẽ nhận được tín hiệu AC hoàn chỉnh.
Tức là V Tổng = V 1 + V 2
Hai điện áp V1 và V2 có độ lớn bằng nhau nhưng ngược chiều. Đó là điện áp (V 1 và V 2 ) được tạo ra bởi phần trên và phần dưới của cuộn thứ cấp lệch pha nhau 180 độ. Tuy nhiên, bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu toàn sóng với máy biến áp có điểm giữa, chúng ta có thể tạo ra các điện áp cùng pha với nhau. Nói một cách đơn giản, bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu toàn sóng với máy biến áp có điểm giữa, chúng ta có thể tạo ra dòng điện chỉ chạy theo một hướng.
Bộ chỉnh lưu toàn sóng có điểm giữa là gì
Bộ chỉnh lưu toàn sóng có điểm giữa là một loại bộ chỉnh lưu sử dụng một máy biến áp có điểm giữa và hai điốt để chuyển đổi tín hiệu AC hoàn chỉnh thành tín hiệu DC.
Bộ chỉnh lưu toàn sóng có điểm nối ở giữa được tạo thành từ một nguồn AC, một máy biến áp có điểm nối ở giữa, hai điốt và một điện trở tải.
Nguồn AC được nối với cuộn sơ cấp của máy biến áp có điểm giữa. Một vòi trung tâm (dây bổ sung) được nối ở chính giữa cuộn thứ cấp sẽ chia điện áp đầu vào thành hai phần.
Phần trên của cuộn thứ cấp được nối với diode D 1 và phần dưới của cuộn thứ cấp được nối với diode D 2 . Cả diode D 1 và diode D 2 đều được kết nối với tải chung R L với sự trợ giúp của máy biến áp ở giữa. Vòi trung tâm thường được coi là điểm nối đất hoặc điểm tham chiếu điện áp bằng 0.
Cách thức hoạt động của bộ chỉnh lưu sóng toàn sóng có điểm giữa
Bộ chỉnh lưu toàn sóng có điểm giữa sử dụng một máy biến áp có điểm giữa để chuyển đổi điện áp xoay chiều đầu vào thành điện áp DC đầu ra.
Khi đặt điện áp xoay chiều đầu vào, cuộn thứ cấp của máy biến áp có điểm giữa sẽ chia điện áp xoay chiều đầu vào này thành hai phần: dương và âm.
Trong nửa chu kỳ dương của tín hiệu AC đầu vào, cực A trở thành dương, cực B trở nên âm và điểm trung tâm được nối đất (không vôn). Cực dương A được nối với phía p của diode D1 và cực âm B được nối với phía n của diode D1 . Vì vậy, diode D1 được phân cực thuận trong nửa chu kỳ dương và cho dòng điện chạy qua nó.
Mặt khác, cực âm B được nối với phía p của diode D 2 và cực dương A được nối với phía n của diode D 2 . Vì vậy, diode D 2 bị phân cực ngược trong nửa chu kỳ dương và không cho dòng điện chạy qua nó.
Diode D 1 cung cấp dòng điện một chiều cho tải R L . Dòng điện một chiều sinh ra ở tải R L sẽ quay trở lại cuộn thứ cấp thông qua một điểm nối ở giữa.
Trong nửa chu kỳ dương, dòng điện chỉ chạy ở phần trên của mạch trong khi phần dưới của mạch không mang dòng điện đến tải vì diode D 2 bị phân cực ngược. Như vậy, trong nửa chu kỳ dương của tín hiệu AC đầu vào, chỉ có diode D 1 cho phép dòng điện chạy qua trong khi diode D 2 không cho phép dòng điện chạy qua.
Trong nửa chu kỳ âm của tín hiệu AC đầu vào, cực A trở nên âm, cực B trở thành dương và điểm trung tâm được nối đất (không vôn). Cực âm A được nối với phía p của diode D 1 và cực dương B được nối với phía n của diode D 1 . Vì vậy, diode D 1 bị phân cực ngược trong nửa chu kỳ âm và không cho dòng điện chạy qua nó.
Mặt khác, cực dương B được nối với phía p của diode D 2 và cực âm A được nối với phía n của diode D 2 . Vì vậy, diode D 2 được phân cực thuận trong nửa chu kỳ âm và cho dòng điện chạy qua nó.
Diode D 2 cung cấp dòng điện một chiều cho tải R L . Dòng điện một chiều sinh ra ở tải R L sẽ quay trở lại cuộn thứ cấp thông qua một điểm nối ở giữa.
Trong nửa chu kỳ âm, dòng điện chỉ chạy ở phần dưới của mạch trong khi phần trên của mạch không mang dòng điện đến tải vì diode D 1 bị phân cực ngược.Như vậy, trong nửa chu kỳ âm của tín hiệu AC đầu vào, chỉ diode D 2 cho phép dòng điện chạy qua trong khi diode D 1 không cho phép dòng điện chạy qua.
Do đó, diode D 1 cho phép dòng điện chạy trong nửa chu kỳ dương và diode D 2 cho phép dòng điện chạy trong nửa chu kỳ âm của tín hiệu AC đầu vào. Kết quả là cho phép cả hai nửa chu kỳ (dương và âm) của tín hiệu AC đầu vào. Vì vậy điện áp DC đầu ra gần bằng điện áp AC đầu vào.
Một điện áp nhỏ bị lãng phí ở diode D 1 và diode D 2 để làm cho chúng dẫn điện. Tuy nhiên, điện áp này rất nhỏ so với điện áp xuất hiện ở đầu ra. Vì vậy điện áp này bị bỏ qua.
Các điốt D 1 và D 2 thường được nối với tải R L. Vì vậy dòng điện tải là tổng của các dòng điện điốt riêng lẻ.
Chúng ta biết rằng một diode chỉ cho dòng điện chạy theo một hướng. Từ sơ đồ trên, chúng ta có thể thấy rằng cả hai điốt D 1 và D 2 đều cho dòng điện chạy cùng chiều.
Ta biết dòng điện chỉ chạy theo một chiều gọi là dòng điện một chiều. Vì vậy dòng điện tổng hợp ở đầu ra (tải) là dòng điện một chiều (DC). Tuy nhiên, dòng điện một chiều xuất hiện ở đầu ra không phải là dòng điện một chiều thuần túy mà là dòng điện một chiều dạng xung.
Giá trị của dòng điện một chiều dao động thay đổi theo thời gian. Điều này là do sự gợn sóng trong tín hiệu đầu ra. Những gợn sóng này có thể được giảm bớt bằng cách sử dụng các bộ lọc như tụ điện và cuộn cảm.
Điện áp DC đầu ra trung bình trên điện trở tải gấp đôi so với mạch chỉnh lưu nửa sóng đơn.
Dạng sóng đầu ra của bộ chỉnh lưu toàn sóng
Dạng sóng đầu ra của bộ chỉnh lưu toàn sóng được hiển thị trong hình bên dưới.
Dạng sóng đầu tiên biểu thị tín hiệu AC đầu vào. Dạng sóng thứ hai và dạng sóng thứ ba biểu thị tín hiệu DC hoặc dòng điện một chiều được tạo ra bởi diode D 1 và diode D 2 . Dạng sóng cuối cùng biểu thị tổng dòng điện một chiều đầu ra được tạo ra bởi điốt D 1 và D 2 . Từ các dạng sóng trên, chúng ta có thể kết luận rằng dòng điện đầu ra được tạo ra ở điện trở tải không phải là một chiều thuần túy mà là một chiều dao động.
Đặc điểm của bộ chỉnh lưu toàn sóng
Hệ số gợn sóng
Hệ số gợn sóng được sử dụng để đo lượng gợn sóng có trong tín hiệu DC đầu ra. Hệ số gợn sóng cao biểu thị tín hiệu DC xung cao trong khi hệ số gợn sóng thấp biểu thị tín hiệu DC xung thấp.
Hệ số gợn sóng được định nghĩa là tỷ số giữa điện áp gợn sóng và điện áp DC thuần túy
Hệ số gợn sóng được cho bởi
Cuối cùng, chúng tôi nhận được γ = 0,48
Hiệu suất chỉnh lưu
Hiệu suất của bộ chỉnh lưu cho biết bộ chỉnh lưu chuyển đổi AC thành DC hiệu quả như thế nào. Tỷ lệ phần trăm hiệu suất chỉnh lưu cao cho thấy bộ chỉnh lưu tốt trong khi phần trăm hiệu suất chỉnh lưu thấp cho thấy bộ chỉnh lưu kém hiệu quả.
Hiệu suất của bộ chỉnh lưu được định nghĩa là tỷ số giữa công suất đầu ra DC và công suất đầu vào AC.
Nó có thể được viết về mặt toán học như
η = đầu ra P DC / đầu vào P AC
Hiệu suất chỉnh lưu của bộ chỉnh lưu toàn sóng là 81,2%.
Hiệu suất của bộ chỉnh lưu toàn sóng gấp đôi hiệu suất của bộ chỉnh lưu nửa sóng. Vì vậy, bộ chỉnh lưu toàn sóng hiệu quả hơn bộ chỉnh lưu nửa sóng
Điện áp nghịch đảo đỉnh (PIV)
Điện áp nghịch đảo cực đại hoặc điện áp ngược cực đại là điện áp tối đa mà một diode có thể chịu được trong điều kiện phân cực ngược. Nếu điện áp đặt vào lớn hơn điện áp nghịch đảo cực đại thì diode sẽ bị phá hủy vĩnh viễn.
Điện áp nghịch đảo đỉnh (PIV) = 2Vsmax
Dòng điện đầu ra DC
Ở điện trở tải đầu ra R L , cả dòng điện của diode D 1 và diode D 2 đều chạy cùng chiều. Vì vậy dòng điện đầu ra là tổng của dòng điện D 1 và D 2.
Dòng điện do D 1 tạo ra là I max / π và dòng điện do D 2 tạo ra là I max / π.
Vậy dòng điện ra I DC= 2 I max / π
Trong đó, I max = dòng tải DC tối đa
Điện áp đầu ra DC
Điện áp đầu ra DC xuất hiện ở điện trở tải R L được cho là
V DC = 2V max / π
Trong đó, V max = điện áp thứ cấp tối đa
Ý nghĩa gốc giá trị bình phương (RMS) của dòng tải IRMS
Các Giá trị bình phương trung bình gốc (RMS) của dòng tải trong toàn sóng chỉnh lưu là
Ý nghĩa gốc giá trị bình phương (RMS) của điện áp tải đầu ra VRMS
Các giá trị bình phương trung bình gốc (RMS) của điện áp tải đầu ra trong một chỉnh lưu toàn sóng là
Yếu tố hình thức
Hình thức hệ số là tỷ lệ giá trị RMS của dòng điện với đầu ra DC hiện hành
Nó có thể được viết về mặt toán học là
F.F = Giá trị RMS của dòng điện / dòng điện đầu ra DC
Các hệ số dạng của bộ chỉnh lưu toàn sóng là
FF = 1,11
bộ chỉnh lưu toàn sóng với máy biến áp có điểm giữa
Ưu điểm
Hiệu suất chỉnh lưu cao
Chỉnh lưu toàn sóng có hiệu suất chỉnh lưu cao hơn một nửa chỉnh lưu sóng. Điều đó có nghĩa là bộ chỉnh lưu toàn sóng sẽ chuyển đổi AC sang DC hiệu quả hơn bộ chỉnh lưu nửa sóng.
Điện áp mất đi ít hơn
Trong bộ chỉnh lưu nửa sóng, chỉ nửa chu kỳ (dương hoặc âm nửa chu kỳ) được cho phép và nửa chu kỳ còn lại là bị chặn. Kết quả là hơn một nửa điện áp lãng phí. Nhưng trong bộ chỉnh lưu toàn sóng, cả hai nửa chu kỳ (nửa chu kỳ dương và âm) được cho phép ở cùng một thời điểm thời gian. Vì vậy, không có tín hiệu nào bị lãng phí trong bộ chỉnh lưu toàn sóng.
Gợn sóng thấp hơn
Các tín hiệu DC đầu ra trong bộ chỉnh lưu toàn sóng có ít gợn sóng hơn hơn bộ chỉnh lưu nửa sóng.
Nhược điểm
Tốn tiền hơn
Các máy biến áp có điểm giữa thì đắt tiền và chiếm diện tích lớn không gian.
Kết Luận
Bộ chỉnh lưu toàn sóng là một giải pháp hiệu quả và được sử dụng phổ biến để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều với độ ổn định cao. Mặc dù có chi phí cao hơn so với bộ chỉnh lưu nửa sóng, nhưng tính hiệu quả và khả năng cung cấp nguồn điện DC ít gợn sóng đã giúp nó trở thành lựa chọn hàng đầu trong nhiều ứng dụng công nghiệp và dân dụng.
Xem thêm tại diencobacninh.com
