الکترونیک صنعتی

1. الکترونیک صنعتی یکسو کننده ها

2. مدارهاي ديودي و يكسو كننده ها ديودهاي با بار RC و RL در شكل1-2 يك مدار ديودي با بار RC نشان داده شده است . هنگامي كه كليد S1 در لحظه t=0 بسته مي شود ، با شرط اوليه vc(t=0)=0 ، جريان شارژي i بدست می آید :

3. ولتاژ خازن vc برابر خواهد بود با: • كهT=RC ثابت زمانی بار RCاست . نسبت تغييراتولتاژ خازن برابر است با: و نسبت اوليه تغييرات ولتاژ خازن ( در t=0 ) از رابطه زیر بدست مي آيد :

4. يك مدار ديودي با بار RL در شکل 3-2 الف نشان داده شده است . هنگامي كه كليد S1 در t=0 بسته مي شود ، جریان عبوری از سلف، I افزایش و به صورت زير بیان مي شود: • با شرط اوليهi(t=0)=0، جواب رابطه قبل به صورت زير خواهد بود.

5. نسبت تغييرات اين جريان از رابطه 2-8بدست مي آيد : • و نسبت اوليه صعود جريان (در t=0 )از رابطه 2-9 بدست خواهد آمد. • ولتاژ دو سر سلف ، VL برابر است با :

6. مثال 1: • در مدار ديودي شكلa 3-2 است . ولتاژ اوليه خازن است . اگر كليد s1 درt=0 بسته شود ، الف ) جريان ماكزيمم ديود ، ب) انرژي تلف شده در مقاومت R ولتاژ • حل : شكل موجها در شكل b 3-2 نشان داده شده اند . • الف ) اگر در رابطه 3-2 ، Vs=V0 قرار داده شود ، Ip ، جريان ماكزيمم ديود برابر خواهد بود با: • I=Vo/R=220/44=5A

7. ب) انرژی تلف شده برابر است با: W=0.5C x Vo^2=0.5 x 0.1 x 10^-6 x 220^2 W=0.00242J=2.42 mJ

8. ديود هاي با بار LC و RLC • در شكل 2-4a يك مدار ديودي با بار LC نشان داده شده است وهنگامي كه كليد S1 در لحظه t=0 با احتساب شرایط اولیه داریم:

10. که w=1/LC^(1/2)و پیک جریان Ipبرابر است با:: نسبت افزایش جریان برابر است با:

11. ديود های هرز گرد • اگر كليد S1 در شکل a4-2 براي زمان t1 بسته شود ، جرياني از بار مي‌گذرد. با باز شدن كليد بايد مسيري براي جريان بار سلفي فراهم گردد . اين عمل به طور معمول با قرار دادن يك ديود Dm به صورتي كه در شكل a4-2 ا نشان داده شده انجام مي گيرد . با اين ديود به اصطلاح ديود هرزگرد مي گويند . طرز كار مدار به دو حالت تقسيم مي شود . حالت اول با بسته شدن كليد در t=0 آغاز و حالت دوم با باز شدن كليد شروع مي شود .

12. مدارهاي معادل اين دو حالت در شكل 2-4b نشان داده شده اند. • . i1 و i2 به ترتيب جريانهاي لحظه اي براي حالت اول و دوم تعريف مي شوند . t1 و t2 زمان اين دو حالت است .

13. حالت 1. دراين حالت جريان ديود i1، برابر خواهد بود با: حالت 2 . اين وضعيت با بازشدن كليد آغاز مي گردد و جريان بار وارد ديود هرزگرد مي گردد . با تعريف مبدازماني در آغاز اين حالت ، جريان ديود هرزگرد از رابطه زير محاسبه مي شود . با احتساب شرط اولیه:

14. مثال :در مدار زیر اندوکتانس مغناطیسی ترانس N2=100, N1=10, Lm=250uHمیباشد.اندوکتانسهای نشتی و مقاومتهای ترانس قابل صرفنظر است.Vs=220Vو جریان اولیه مدار 0 است.اگر کلید s1 به مدت t1=50us بسته و سپس باز شود a))ولتاژ معکوس دیود(b).d1 پیک جریان اولیه.(c) پیک جریان ثانویه. (d)زمان هدایت (e) .Dانرژی تامین شده.

15. مدارهای معادل به صورت زیر میباشند: حل مسئله:

18. يكسو کننده هاي تكفاز نيم موج • يك يكسو كننده مداري است كه عمل تبديل يك سيگنال AC به يك سيگنال يكسويه را انجام مي دهد . ديودهاي به صورت گسترده اي در يكسو كننده ها بكار مي روند . ساده ترين نوع يكسو كننده ها ، يكسو كننده تكفاز نيم موج است كه به طور معمول در كاربردهاي صنعتي بكار گرفته نمي شود ، اما براي فهم اصول طرز كار مدارهاي يكسو كننده بسيار مفيد است .

19. يكسو کننده هاي تكفاز نيم موج

20. پارامتر هاي كارايي : • مقدار متوسط ولتاژ خروجي ( بار ) ، Vdc • مقدار متوسط جريان خروجي ( بار ) ، Idc • توان dc خروجي ، • مقدار موثر ولتاژ خروجي ، Vrms • توان ac خروجي

21. بازده ( يا نسبت يكسو سازي ) يك يكسو كننده كه مقايسه يكسو كننده ها را امكان پذير مي سازد به صورت زير تعريف شده است : • ولتاژ خروجي را مي توان تركيبي از دو مولفه در نظر گرفت : 1‌) مقدار dc و 2 ) مولفه ac‌ يا ريپل مقدار موثر مولفه ac ولتاژ خروجي برابر است با :

22. ضريب شكل ، كه نمايانگر شكل ولتاژ شكل ولتاژ خروجي است مطابق زير تعريف شده است . • ضريب ريپل ، كه نمايانگر مقدار ريپل است برابر است با : • با جايگزيني رابطه 2-45در رابطه2-47 مي توان ضريب ريپل را به صورت زير بيان كرد :

23. ضریب کارکرد ترانسفورماتور: ضریب تغعیر مکان:

25. نكات مهم : • ضريب هارموني HF بيانگر اعوجاج يك شكل موج است و از آن با نام اعوجاج هارموني كل (THD)نيز یاد مي شود . • اگر جريان ورودی Is سینوسی خالص باشد ، Is1=Is و ضريب توان PF برابر ضريب تغيير مكان DF خواهد بود . زاويه تغيير مكان براي يك بار RL‌ با زاويه امپدانس برابر خواهد بود . • ضريب تغيير مكان DF اغلب با نام ضريب مكان توان (DPF) ذكر ميشود.

26. مثال: • یکسوکننده شکل 2-12دارای یک بار مقاومتی Rاست.(a) بازده.((bضریب شکل.(c)ضریب ریپل. (d) ضریب استفاده ترانسفورماتور. (e) پیک ولتاژ معکوس CF (f) .d1 جریان ورودی.

27. حل مسئله:

30. مثال: • ولتاژ باتري در شكل 3-17 الف برابر است با E=12V و ظرفيت آن 100 W-h است . جريان شارژ كننده متوسط بايد برابر Idc = 5 A . ولتاژ ورودي اوليه Vp=120V , 60 Hz و نسبت سيم پيچهاي ترانسفورماتور n=2:1 است . محاسبه كنيد الف ) زاويه هدايت ديود ب ) مقاومت محدود كننده جريان R ج ) حد توان PR براي مقاومت R‌ د ) زمان شارژ h بر حسب ساعت هـ ) بازده يكسو كننده و) پيك ولتاژ معكوس ديود PIV . • حل : Vm=2Vs=2x60=84.85 V,E=12 V , Vs=Vp/n=120/2=60 V • الف) از رابطه 3-58 داريم : 0.1419 red يا و زاويه هدايت برابر با

32. مثال : • يكسو كننده نيم موج تكفاز شكل 3-14 الف به يك منبع 60 Hz و Vs =120 V متصل است . سري فوريه ولتاژ خروجي لحظه اي VL(t) را بدست آوريد .

33. يكسو كننده هاي تمام موج تكفاز • يك مدار يكسو كننده تمام موج با يك ترانسفورماتور سر وسط دار در شكل 2-14a نشان داده شده است . هر نيمه ترانسفور ماتور به همراه ديودش ، شمابه يكسو كننده نيم موج عمل مي كند .

34. يكسو كننده ي پل تمام موج

35. مثال: اگر يكسو كننده نشان داده شده در شكل 2-14a يك بار متفاوتي خالص R داشتهباشد ، الف ) بازده ، ب ) ضريب شكل ، ج ) ضريب ريپل ، د ) ضريب كاركرد ترانسفورماتور ، و ) پيك ولتاژ معكوس ديود (PIV ) D1 ، ز) مقدار CF جريان ورودي را بدست آوريد . حل مسئله:

37. مثال: با استفاده از روش فوریه ولتاژخروجی یکسوکننده • 2-14را بدست آورید.

40. مثال: یک یکسو کننده ی پل تکفاز کهبه یک بار به شدت سلفی مثل یک موتور dc وصل میباشد در شکل 2-16نشان داده شده است.نسبت دور های ترانس برابر واحد می باشند. (a)ضریب هارمونی جریان ورودی HF. (b)ضریب توان ورودی یکسو کننده را بیابید.

41. حل مسئله:

43. یکسوکننده های پل سه فاز:

45. زمانهای هدایت دیودها در شکل زیر نشان داده شده اند

46. مثال: ایک يكسو كننده پل سه فاز يك بار مقاومتي خالص دارد. بدست آوريد: ، الف ) بازده ، ب ) ضريب شكل ، ج ) ضريب ريپل ، د ) ضريب كاركرد ترانسفورماتور ، و ) پيك ولتاژ معكوس ديودها (PIV ) (و) پیک جریان دیودها. Idc=60A, Vdc=280.7 f=60Hz

49. طراحی مدار یکسوکننده

50. جریان یک دیود در شکل2-23 نشان داده شده است.تعیین کنید:aجریان موثرb جریان متوسط دیود را اگر: • t1=100us, t2=350us, t3=500us, f=250HZ,. Ia=150A, Im=450A, fs=5kHz, • می باشد.