ВОСПОМИНАНИЕ № 10. ПЕРЕМЕННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ И ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК. 11 страница

⇐ ПредыдущаяСтр 11 из 35Следующая ⇒

Соберите схему, приведенную на листке А (рис. 41). Здесь Л₁ и Л₂ обыкновенные электрические лампочки небольшой мощности, лучше всего по 25 вт или в крайнем случае по 40 вт. Лампочки рассчитаны на то напряжение, которое действует у вас в сети, – на 127 или на 220 в. Выключатели Вк₁ и Вк₂ – любого типа. В качестве диодов Д_л1, Д_л2, Д₁ и Д₂ можно использовать все типы плоскостных диодов, у которых I_пр больше 150 ма, а U_{обр=доп} больше 200 в, если напряжение сети 127 в, и больше 300 в, если напряжение сети 220 в (диоды приходится рассчитывать на амплитуду напряжения сети, см. стр: 73). Пользуясь таблицами 1 и 3 , находим, что для любого напряжения сети подходят диоды Д7Д, Д7Е, Д7Ж, Д226 и др.

Внимательно проверив правильность соединения диодов (ошибаться здесь нельзя: некоторые ошибки могут привести к одновременной гибели всех четырех диодов!), включите собранную схему в сеть. Теперь можете поочередно замыкать и размыкать выключатели и удивляться. Если замкнут Вк₁ , то горит только лампочка Л₂ , если замкнут Вк₂ – только лампочка Л₁ . Когда замкнуты оба выключателя, то одновременно горят обе лампочки, а если оба выключателя разомкнуты, лампочки не горят. Попробуйте «перевернуть» диоды Д₁ и Д₂ , то есть включить их в обратную сторону, и выключатели поменяются ролями: Вк₂ , будет управлять лампочкой Л₂ , а Вк₁ – лампочкой Л₁ .

Как же объяснить столь странное поведение нашей подопытной цепи? Прежде всего нужно вспомнить, что прямое сопротивление диода очень мало, а обратное – очень велико.

Мы подводим к цепи переменное напряжение, и в некоторые моменты параллельно выключателям и лампочкам диоды включены в прямом направлении, а в другие моменты – в обратном. Иными словами, в некоторые моменты параллельно выключателям и лампочкам включены очень небольшие (прямые) сопротивления, а в другие моменты – очень большие (обратные) сопротивления.

Нарисуем график подводимого напряжения и четные полупериоды условно назовем положительными, а нечетные – отрицательными. Будем считать, что положительные полупериоды – это те, во время которых пропускают ток диоды Д_л1 и Д₂ , а отрицательные полупериоды – это те, во время которых пропускают ток диоды Д_л2 и Д₁. На рисунке положительное направление тока (ток во время положительных полупериодов) показано пунктиром, а отрицательное направление тока – точками.

Предположим, что замкнуты оба выключателя и все напряжение сети подводится только к лампочкам. Во время положительного полупериода диод Д_л1 своим малым прямым сопротивлением сильно шунтирует (см. Воспоминание № 8, стр. 145), проще говоря, замыкает накоротко лампочку Л₁ , весь ток идет через этот диод (по пути наименьшего сопротивления), и лампочка Л₁ , естественно, не горит. Зато во время отрицательного полупериода, когда диод Д_л1 оказывается включенным в обратном направлении и поэтому обладает очень большим сопротивлением, весь ток идет через лампочку Л₁ и она светится.

С лампочкой Л₂ все происходит наоборот. Шунтирующий ее диод Д_л2 включен в противоположную сторону (если сравнивать с диодом Д_л1 , и поэтому лампочка Л₂ горит только во время положительных полупериодов.

Когда замкнуты оба выключателя, горят обе лампочки поочередно, если можно так сказать – через такт. Мы, конечно, этой очередности не замечаем: лампочки слишком быстро сменяют друг друга, одна зажигается позже другой всего лишь на сотую долю секунды.

Правда, присмотревшись, можно отметить некоторое мигание лампочек, которого не бывает при включении их в сеть переменного тока без диодов. Мигание появляется потому, что через лампочку, параллельно которой подключен диод, проходит ток только одного направления (используется лишь один полупериод). Через лампочку проходит 50 толчков (импульсов) тока в секунду. Если же лампочка включена в сеть без диода, то ток через нее идет и «туда», и «обратно» (используются оба полупериода), то есть толчки тока следуют в два раза чаще и притом без перерывов. Нить не успевает остывать, и никакого мелькания практически нет.

Итак, при замкнутых выключателях горят обе лампочки: одна – во время положительных полупериодов, другая – во время отрицательных. Как только вы разомкнете один из выключателей, одна из лампочек потухнет. Так, в частности, если разомкнуть Вк₂ , то потухнет Л₁ , а если разомкнуть Вк₁ , то потухнет Л₂ . И, наконец, если разомкнуть оба выключателя, то потухнут обе лампочки. Это очень эффектное зрелище, когда, манипулируя последовательно соединенными и, казалось бы, совершенно одинаковыми выключателями, вы поочередно зажигаете так же последовательно соединенные и уж наверняка одинаковые лампочки.

Механизм «чуда» довольно прост. Размыкая выключатель, вы вводите в цепь полупроводниковый диод, который преграждает путь току во время одного из полупериодов. Так, например, диод Д₁ преграждает путь положительному току (ток положительного полупериода), который заставлял светиться лампочку Л₂ , и она гаснет. Точно так же диод Д₂ преграждает путь отрицательному току (ток отрицательного полупериода), который зажигал лампочку Л₁ . Когда включены в цепь оба диода, то закрыт путь току и положительного, и отрицательного направления, поэтому ни одна из лампочек не горит.

Можно проделать много очень интересных опытов, показывающих, как диод изменяет форму сигнала, преобразует его спектр. Но мы пока ограничимся одним опытом, простейшим среди простых. Включите громкоговоритель в трансляционную сеть через диод (рис. 41, листок Б ), и вы сразу услышите сильнейшее искажение звука. Это как раз и есть результат появления в спектре новых составляющих, результат изменений формы сигнала из‑за односторонней проводимости диода.

Все, что мы до сих пор делали, это, если можно так сказать, учебные опыты. А сейчас попробуем собрать несколько схем, которые могут найти практическое применение. Это три схемы выпрямителей для питания транзисторной аппаратуры небольшой мощности, выпрямитель для зарядки автомобильных аккумуляторов и двухдиапазонный детекторный приемник. Принципиальные и монтажные схемы всех этих простейших устройств приведены на цветной вклейке (рис. 42, 43)[1].

Никаких пояснений схемы эти, по‑видимому, не требуют: в общем виде, без конкретного указания деталей, мы с ними встречались и раньше (рис. 27).

В выпрямителях для питания маломощной транзисторной аппаратуры (рис. 42–1, 2, 3 ) проще всего применить небольшой силовой трансформатор, который понижает напряжение сети до 6–12 в.

рис. 42 –1, 2, 3

Выпрямив это пониженное напряжение и погасив часть его, если в этом будет необходимость, на сопротивлении фильтра R₁ (R₂ ), мы как раз и получим нужное постоянное напряжение 8–10 в. Во всех наших выпрямителях в качестве понижающего используется накальный трансформатор телевизора «Рекорд», который дает необходимое переменное напряжение 6,3 в.

Можно использовать и любой другой накальный трансформатор от телевизора, да и вообще любой трансформатор, имеющий шестивольтовую обмотку. Желательно лишь, чтобы этот трансформатор был поменьше размером, так как транзисторные приемники, которые будет питать наш выпрямитель, потребляют очень небольшую мощность – всего каких‑нибудь 0,5–1 вт. Даже сравнительно мощные потребители, такие, например, как переносная радиола «Отдых», и то берут от выпрямителя не больше чем 3–5 вт. А сетевые трансформаторы, как правило, рассчитаны на мощность 30–60 вт и более. Поэтому, выбрав готовый трансформатор, мы неизбежно создаем огромный запас по допустимой для трансформатора мощности и платим за этот запас весом, габаритами трансформатора и, конечно, рублями. Страшного в этом, конечно, ничего нет. Жаль только, что трансформатор оказывается значительно б'ольше и тяжелее, чем он мог бы быть, если бы был рассчитан специально на наш выпрямитель.

Сердечник выбранного трансформатора собран из пластин УШ‑19, толщина набора 28 мм. Первичная обмотка содержит 820 витков провода ПЭЛ 0,23 (секция для сети с напряжением 127 в) и 640 витков провода ПЭЛ 0,2 (секция, которая добавляется к первой секции при включении трансформатора в сеть 220 в). Вторичная обмотка содержит 49 витков провода ПЭЛ 1,2 и дает напряжение, необходимое для питания сетевых ламп, то есть 6,3 в. Не забудьте, что это эффективное значение напряжения, а амплитуда его в 1,4 раза больше.

Иными словами, амплитуда переменного напряжения достигает 8,8 в, и именно таким будет выпрямленное напряжение при достаточно большой емкости конденсатора С₁ и сравнительно небольшом потребляемом токе (рис. 28, стр. 74). Практически даже в однополупериодном выпрямителе (рис. 42–1 ) на выходе получается 7–8 в выпрямленного напряжения, а этого, как показал опыт, достаточно для питания таких приемников, как «Альпинист», «Атмосфера», «Нейва», «Спорт‑2» и многие другие.

Можно несколько повысить выпрямленное напряжение и, конечно, уменьшить пульсации, если собрать выпрямитель по мостовой схеме, используя тот же трансформатор (рис. 42–2 ), или по двуполупериодной схеме на трансформаторе, где имеется еще одна накальная обмотка (как, например, в другом накальном трансформаторе того же телевизора «Рекорд»).

Наконец, если нужно получить более высокое напряжение, то можно, используя тот же трансформатор с одной шестивольтовой обмоткой, собрать выпрямитель по схеме с удвоением напряжения (рис. 42–3 ).

Собранные нами выпрямители можно использовать для питания микроэлектродвигателей, в частности, для питания электрифицированных игрушек. К наиболее распространенному двигателю (официальное его название ДП‑10) нужно подвести напряжение 3–5 в. Потребляемый двигателем ток может составлять 200–500 ма, в зависимости от нагрузки, то есть от той работы, которую этот двигатель выполняет. Чтобы погасить излишек напряжения, резистор R₁ (рис. 42–1, 2 ) должен иметь сопротивление 10–20 ом, рассчитанное на мощность 1–2 вт. Вместо этого резистора можно включить лампочку на 3,5 или на 6,3 в. Если сопротивление одной лампочки мало, можно включить две лампочки последовательно, а если велико – параллельно. Поскольку двигателю не страшны пульсации напряжения, то питание его осуществляется прямо с первого конденсатора фильтра С₁ . Можно обойтись вообще без конденсатора С₁ , но при этом выпрямленное напряжение несколько уменьшится (рис. 28). Кстати, воспользовавшись этой неприятностью, можно создать предельно простой выпрямитель питания для микроэлектродвигателя. В таком выпрямителе есть только один диод, через который с шестивольтовой обмотки напряжение подается прямо на двигатель без всякого фильтра и гасящего резистора. Постоянная составляющая напряжения при этом получается около 5 в, что вполне терпимо.

Выпрямитель, схема которого показана на рис. 42–4 , предназначен для зарядки автомобильных и мотоциклетных аккумуляторов. Согласно существующим правилам, зарядка кислотных аккумуляторов (а именно такие аккумуляторы установлены на автомобилях и на большинстве мотоциклов) производится током, составляющим 10 % емкости аккумулятора.

Так, например, аккумулятор 6‑СТ‑54 (автомобиль «Волга», «Победа»; последняя цифра указывает емкость в ампер‑часах) и аккумулятор 6‑СТ‑42 (автомобиль «Москвич‑408») нужно заряжать током около 5 а при напряжении около 12,6 в, а аккумулятор 3‑МТ‑6 (мотоцикл «ИЖ‑50», мотороллер «Вятка» и др.) заряжают током до 1 а при напряжении около 6,3 в.

Собственное внутреннее сопротивление аккумулятора, а значит, и ток в его цепи зависит от многих факторов: от емкости, степени заряда, плотности электролита, температуры и др. Это внутреннее сопротивление может изменяться в довольно широких пределах, и, чтобы устранить его влияние на величину зарядного тока, в схему вводят резистор R₁ с сопротивлением 0,5–2 ом при допустимой мощности 5–10 вт. Его можно изготовить самому из небольшого кусочка спирали от плитки или намотав на жаропрочный каркас 2–3 метра провода ПЭ 0,3 (намотка однослойная). Такой самодельный резистор будет сильно нагреваться, но на это можно не обращать внимания. Подробней об этом резисторе сказано на стр. 347.

Для того чтобы можно было установить нужный зарядный ток при любом состоянии аккумулятора и при изменении напряжения сети, во всех зарядных устройствах предусматривают регулировку напряжения, подводимого к аккумулятору. Часто для этой цели пользуются реостатом, который включается последовательно с выпрямителем (то есть вместо R₁ ) и гасит ту или иную часть напряжения.

В нашем выпрямителе применен другой распространенный способ регулировки: меняется переменное напряжение, подводимое к выпрямителю, а значит, и выпрямленное напряжение, поступающее на аккумулятор. Амплитуда подводимого напряжения всегда должна быть несколько больше, чем э. д. с. аккумулятора, – выпрямитель, подключенный к аккумулятору, всегда работает с отсечкой, и, чем больше амплитуда переменного напряжения, тем больше импульсы выпрямленного тока, тем больше и средний (зарядный) ток. У вторичной обмотки нашего понижающего трансформатора сделано несколько отводов, и, подключая выпрямитель к тому или иному отводу, мы, по сути дела, меняем переменное напряжение, которое на этот выпрямитель подается. Учтите, что в цепи выпрямителя идет довольно большой ток, и при переключении отводов нужно обеспечить надежный контакт. Проще всего это сделать так: каждый отвод соединяется со своим зажимом, а уже под него зажимается провод, идущий к диодам. Переключение отводов производится с таким расчетом, чтобы установить в цепи аккумулятора необходимый зарядный ток. При этом проще всего ориентироваться на показания амперметра, если, конечно, есть амперметр. Если же амперметра нет, то его место занимает обычный проводник.

Можно приближенно оценить зарядный ток и без амперметра– по свечению лампочки, включенной в первичную цепь трансформатора. Чем больше ток в цепи аккумулятора, тем больший ток потребляется и из сети, тем ярче горит лампочка. Нетрудно подсчитать, что при зарядном токе 6 а и напряжении 12 в трансформатор будет потреблять от сети около 60 вт, а значит, в первичной обмотке пойдет ток около 0,5 а при напряжении сети 127 в и около 0,25 а при напряжении сети 220 в. Это значит, что индикатором тока зарядки может быть стандартная лампочка на 6,3 в и 0,28 а (для сети 220 в) или две такие лампочки, соединенные параллельно (для сети 127 в).

На рис. 42 приводятся два варианта выпрямителя для зарядки аккумуляторов. Один из них собран по мостовой схеме (рис. 42–5 ), другой – по простейшей однополупериодной (рис. 42–4 ). Когда идет речь о зарядке аккумуляторов, то мостовая схема сама по себе не имеет особых преимуществ по сравнению с более простой однополупериодной схемой.

рис. 42 –4, 5

Мостовую схему иногда применяют в тех случаях, когда допустимый выпрямленный ток I_вып для одного диода слишком мал. Так, например, в нашей мостовой схеме используются диоды Д304, каждый из которых может выпрямить ток не более 5 а. А в мостовой схеме, где каждый полупериод (половина общего тока) дает одна пара диодов (Д₁ и Д₂ или Д₃ и Д₄ ), можно допустить общий выпрямленный ток до 10 а, И хотя выпрямитель рассчитан на зарядный ток 5 а, иметь запас по допустимой величине тока необходимо. В полупериодном выпрямителе работает один диод Д305, для которого I_вып = 10 а. Собрав на таких диодах мостовую схему, мы могли бы получить выпрямленный ток до 20 а.

Несколько слов о трансформаторе. Его можно изготовить, взяв за основу от какого‑нибудь лампового приемника силовой трансформатор, рассчитанный на мощность 50–60 вт. У такого трансформатора удаляются все обмотки, кроме сетевых, и на месте удаленных обмоток легко размещается новая понижающая обмотка с отводами. Число витков этой понижающей обмотки довольно просто рассчитать следующим образом. Прежде всего нужно посчитать (или узнать по справочнику) число витков удаленной накальной обмотки и разделить его на 6,3 (на напряжение, которое дает обмотка). В результате вы получите одну из основных характеристик трансформатора – число витков на вольт. Затем определяется необходимое число витков новой вторичной обмотки с таким расчетом, чтобы секция 1–2 давала напряжение 10 в, а секции 2–3, 3–4, 4–5 и 5–6 по 1–1,5 в.

Для примера рассмотрим, как рассчитывается вторичная обмотка, если за основу взят силовой трансформатор от радиолы «Рекорд‑61». Накальная обмотка в этом трансформаторе содержит 40 витков, то есть на каждый вольт приходится примерно 6,4 витка (40:6,3 ~= 6,4). Отсюда следует, что секция 1–2 новой обмотки, рассчитанная на 10 в, должна содержать 64 витка (10·6,4 = 64), а все остальные секции, каждая из которых должна давать напряжение примерно 1–1,5 в, могут содержать по 7–10 витков.

При выборе диаметра провода для новой обмотки исходят из того, что на каждый квадратный миллиметр провода можно допустить ток 3 а. (Можно допустить и 5 а на квадратный миллиметр, но при этом трансформатор будет перегреваться.)

Таким образом, если мы хотим, чтобы провод легко, то есть не слишком сильно нагреваясь, пропускал ток 5–6 а, то нужно, чтобы сечение провода было не меньше чем 2 мм². Такое сечение имеет провод диаметром 1,6 мм, и, значит, именно из этого провода (а хотите – более толстого) нужно сделать новую обмотку. Если под руками нет такого толстого провода, то можно взять провод диаметром 1,1 мм и намотку вести вдвое, то. есть одновременно двумя проводами, – общее сечение опять‑таки будет около 2 мм². От каждого из этих двух проводов нужно сделать выводы и соединить их между собой.

Новая обмотка должна быть сделана очень аккуратно. Ее нужно тщательно изолировать от остающейся на трансформаторе сетевой обмотки. Для этого лучше всего проложить несколько слоев плотной бумаги или лакоткани. Провод новой вторичной обмотки нужно укладывать туго, делая прокладки из плотной бумаги или даже из изоляционной ленты, хорошо закреплять сами выводы в боковых щечках каркаса. Не стоит особенно гоняться за местом, так как после удаления повышающей и накальной обмоток трансформатора для новой обмотки места хватит с избытком.

И, наконец, для тех, кто будет выполнять подобную работу впервые, сообщаем: не вздумайте мучиться и производить переделку трансформатора, не разбирая его. Нужно разобрать сердечник, снять каркас с обмотками, произвести необходимую переделку и затем вновь собрать сердечник. Дело это не очень сложное, и, если не торопиться, оно много времени не займет.

Все приведенные выше данные относятся к выпрямителю для зарядки автомобильных двенадцативольтовых аккумуляторов. Для зарядки мотоциклетных аккумуляторов нужно лишь перебросить провод, идущий к диодам, с отвода 1 на отвод 2 . При этом со вторичной обмотки будет сниматься напряжение от 1 в до 4–6 в и в цепи аккумулятора можно будет установить необходимый ток зарядки – около 1 а. К сожалению, в этом случае лампочки в цепи первичной обмотки уже не будут индикаторами нормального тока зарядки – они вообще не будут светиться из‑за того, что потребляемый от сети ток слишком мал.

Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 115; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 6 7 8 9 101112 13 14 15 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!