วงจรเรียงกระแสg-tech.ac.th/vdo/electricdoc/วิชาช่าง/e-book...
TRANSCRIPT
NAPAT WATJANATEPIN ELWE (THAI LAND) หนา 1
1 วชา อปกรณอเลกทรอนกสและวงจร บทท 2
รหสวชา 2104 – 2112
บทท 2 วงจรเรยงกระแส
วตถประสงค
1. ค านวณคาตางๆของรปคลนไซนได 2. เขาใจการท างานของวงจรเรยงกระแส 3. อธบายผลของวงจรกรองดวยตวเกบประจได 4. ค านวณคาแรงดนรบเปลได
2-1 บทน า วงจรเรยงกระแส (Rectifier Circuits) คอวงจรทแปลงไฟฟากระแสสลบ (AC) ใหเปนไฟฟากระแสตรง (DC) (แปลง AC เปน DC) และอปกรณทท าหนาทแปลงน คอ ไดโอด วงจรเรยงกระแสจะใชไดโอดเปนตวเรยงกระแสไฟสลบทมคลนดานบวกและลบใหเปนไฟตรง ทมเฉพาะคลนดานบวก หรอลบ พยงดานเดยว วงจรเรยงกระแสมทงแบบ 3 เฟส และ 1 เฟส ตามลกษณะของแรงดนอนพต และหากแบงตามลกษณะของแรงดนเอาตพต จะแบงได 2 แบบ คอ (1) การเรยงกระแสงเตมคลน (Full-ware Rectification) และ(2) การเรยงกระแสครงคลน (Half-ware Rectification) ในรายวชานจะกลาวเฉพาะวงจรเรยงกระแส 1 เฟส ทงแบบเตมคลน และแบบครงคลน
NAPAT WATJANATEPIN ELWE (THAI LAND) หนา 2
2 วชา อปกรณอเลกทรอนกสและวงจร บทท 2
รหสวชา 2104 – 2112
2-2 พารามเตอรของรปคลนไซน (Sine ware Parameters)
รปท 2-1 พารามเตอรของรปคลนไซน
(1) คลนไซน 1 ไซเกล จะมคาแรงดนทส าคญ คอ VP = คาสงสดของยอดคลน (Peak Voltage)
VP-P = คาสงสดของยอดคลนถงยอดคลน (Peak to Peak Voltage) VRMS = คาแรงดน อาร.เอม.เอส. (Root mean square Voltage) VAVE = คาแรงดนเฉลย (Average Voltage) และคาเหลานน หาไดจาก VP-P = 2 VP และ VRMS = 0.707 VP
(2) คาแรงดนเฉลย ของคลนไซน 2
1 ไซเกล
VAVE = PV
2 = 0.636VP
(3) คาแรงดนเฉลยของคลนเรยงกระแสแบบเตมคลน (Full – Wave Rectified) VAVE = 0.637 VP
(4) แรงดนเฉลยของคลนเรยงกระแสครงคลน (Half – Wave Rectified) VAVE = 0.318 VP
(5) ถาไมคดแรงดนตกครอม ไดโอดเรยงกระแส คา VP (อนพต)= VP (เอาตพต)
NAPAT WATJANATEPIN ELWE (THAI LAND) หนา 3
3 วชา อปกรณอเลกทรอนกสและวงจร บทท 2
รหสวชา 2104 – 2112
2-3 วงจรเรยงกระแสครงคลน วงจรเรยงกระแสแบบครงคลน ใชไดโอด 1 ตว ท าหนาทเปลยนอนพต เอ.ซ. (คลนไซน) ใหเปน ด.ซ. เฉพาะคลนไซเกลบวกของอนพตเทานน เพราะวาไดโอดจะท างาน (น ากระแส : ON) ไดเมอไดรบคลนไซนดานครงไซเกลบวกเทานน (เพราะวาชวงนนไดโอดจะไดรบไบแอสตรง) จงเกดกระแสไหลจากแหลงจาย (IF) ผานไดโอดไปสโหลด (RL) แตเมอคลนไซนอนพตเปนชวงครงไซเกลลบ ไดโอดจะไมน ากระแส : OFF จงไมมกระแสไหลผานโหลด รปคลนทเอาตพตจงปรากฏเฉพาะครงไซเกลบวกเทานน จงเรยกวงจรเรยงกระแสแบบนวา วงจรครงคลน ดงรปท 2-2
รปท 2-2 วงจรเรยงกระแสครงคลน
เมอพจารณาจากรปคลนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสครงคลนในรปท 2-3 จะพบวาคาสงสดของคลนไซนอนพต คอ +VP และ –VP สวนคาสงสดของคลนเอาตพต คอ +Vp ทงนเพราะไมน าคาแรงดนตาครอมไดโอด (0.6V) มาคดคา VP(input) จงเทากบ VP (Output) แตคาแรงดนเฉลยทเอาตพต (VDC) หรอคาแรงดนเฉลยทเอาตพต (VAVE) จะเขยนแทนดวยเสนตรง ดงแสดงในรปท 2-3 และคาของแรงดนเอาตพตทผเรยนตองสามารถหาคาไดจะม 3 คา คอ (1) แรงดนสงสด (VP) (2) แรงดน อาร.เอม.เอส. (VRMS) และ(3)แรงดน ด.ซ. (VDC) หรอ แรงดนเฉลย (VAVE)
NAPAT WATJANATEPIN ELWE (THAI LAND) หนา 4
4 วชา อปกรณอเลกทรอนกสและวงจร บทท 2
รหสวชา 2104 – 2112
รปท 2-3 แรงดนอนพตและเอาตพต
รปท 2.4 คา แสดง VP , VRMS , VDC
จากรปท 2-4 ค านวณคา VDC ไดดงสมการตอไปน
VDC = VAVE = 0.318 VP
VDC = VAVE = 0.45 VS
เมอ Vs คอ คาแรงดน อาร.เอม.เอส. ของแหลงจายไฟฟาคลนไซน VP คอ แรงดนสงสดของคลนเอาตพต
NAPAT WATJANATEPIN ELWE (THAI LAND) หนา 5
5 วชา อปกรณอเลกทรอนกสและวงจร บทท 2
รหสวชา 2104 – 2112
ตวอยางท 2-1 จากวงจรในรปท 2-5 จงหาคาของ VDC , IDC และก าลงไฟฟาทโหลด (PR) วธท า VRMS =220 V
VP = 2 VRMS VP = 1.414 (220V) VDC = 0.318 VP = 0.318 (1.414) (220V)
รปท 2-5 VDC = 98.92V
IDC =
100
92.98 V
R
VDC = 0.989A
PR = VDC x IDC = 98.92V x 0.989A
ตอบ PR = 97.85 W
2-4 วงจรเรยกกระแสครงคลนและวงจรกรองดวยตวเกบประจ วงจรกรองดวยตวเกบประจ (Smoothing Capacitor: Filter Capacitor) มความส าคญมากเพราะวาจะชวยใหไฟ ด.ซ. ทเอาตพตของวงจรเรยงกระแส จายไดอยางตอเนอง เรยบ(Smooth) ไมเปนคลน ท าใหแรงดน ด.ซ. ทไดจากการเรยงกระแสมคณภาพใกลเคยงกบแรงดน ด.ซ. ทไดมาจากแหลงจายไฟฟากระแสตรง เชน แบตเตอร การกรองดวยตวเกบประจ
น ท าไฟฟาโดยใชตวเกบประจ (C) ตอขนานทโ ห ล ด ห ร อ ทเ อ า ต พ ต ข อ งวงจร ดง รปท 2-6
รปท 2-6 วงจรเรยกกระแสครงคลนและวงจรกรองดวยตวเกบประจ
NAPAT WATJANATEPIN ELWE (THAI LAND) หนา 6
6 วชา อปกรณอเลกทรอนกสและวงจร บทท 2
รหสวชา 2104 – 2112
ตวเกบประจ (C) จะเกดการเกบประจ (Charge) ในชวงทแรงดนเอาตพตสงกวาคาแรงดนตกครอม C และC จะคายประจ (Discharge) ในชวงทแรงดนเอาตพตต ากวาคาแรงดนสงสด (Vp) การเกบประจและคายประจของ C ตวน จะท าใหรปคลนเอาตพตเรยบขน จงเรยกตวเกบประจ (C) ทท าหนาทนวา Smoothing Capacitor หรอ Filter Capacitor เมอเปรยบเทยบระหวางรปคลนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสครงคลน ทม C ตออยกบท ไมม C ตออยจะเหนวา ตางกนและท าใหคาแรงดน ด.ซ. เอาตพต ตางกนดวย วงจรเรยงกระแสครงคลนทม C ตออยจะม VDC มากกวา แบบทไมม C ตออย และจะมคาแรงดน VDC เกอบเทากบคา Vp
2-5 วงจรเรยงกระแสเตมคลน วงจรเรยงกระแสเตมคลนทใชกบแหลงจายไฟฟา เอ.ซ. 1 เฟส จะม 2 แบบ คอ (1) วงจรเรยงกระแสมหมอแปลงแทปกลาง (ใชไดโอด 2 ตว) (2) วงจรบรดจ (ใชไดโอด 4 ตว)
2-5-1 วงจรเรยงกระแสมหมอแปลงแทปกลาง (Full-Wave Rectifier with Tapping Trans-former) วงจรนแสดงในรปท 2-7 จะไดไดโอด 2 ตว และหมอแปลงแทปกลาง 1 ตว หมอแปลงนจะตองมแรงดนดานทตยภมเทากน (VAC = VBC) ไดโอด D1 จะท างานเมอ VAC อยในครงไซเกลมาก และไดโอด D2 จะท างานเมอ VBC อยในครงไซเกลบวก ท าใหแรงดนเอาตพตทไดมาจากไดโอด 2 ตว เรยงกน จงมรปคลนเปนแบบเตมคลน และคา VDC ของวงจรเตมคลนจะมคาสงกวาแบบครงคลนเปน 2 เทา (VDC เตมคลน = 2VDC ครงคลน)
รปท 2-7 วงจรเรยงกระแสทมหมอแปลงแทปกลาง
NAPAT WATJANATEPIN ELWE (THAI LAND) หนา 7
7 วชา อปกรณอเลกทรอนกสและวงจร บทท 2
รหสวชา 2104 – 2112
2-5-2 วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ (Full-Wave Bridge Rectifier) วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ จะไมตองใชหมอแปลงแทปกลาง ซงมขอดมากกวา เพราะหมอแปลงแทปกลางจะมขนาดใหญและน าหนกมากกวาหมอแปลงทไมมแทปกลาง เพราะวามขดลวดมากกวา ดงนน การใชวงจรบรดจจะลดคาใชจายและ ลดขนาดของวงจรไดมากกวา วงจรบรดจ แสดงในรปท 2-8 ซงประกอบดวย ไดโอดเรยงกระแส 4 ตว เอาตพตของมนจงเกดจากการท างานไดโอด ครงละ 2 ตว สลบกนทกครงไซเกล
รปท 2-8 วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ
การท างานของวงจรเรยงกระแสบรดจอธบายดงรปท 2-9 (1) เมอ D1 และD2 น ากระแส (D1-2 on) ในชวงครงไซเกลบวก (+) ของแรงดนอนพต จะไดรปคลนเอาตพต เปนครงคลนในสวนท 1 (2) เมอ D3 และ D4 น ากระแส (D3-4 on) ไดโอด D1 และD2 จะไมน ากระแส (OFF) กระแสจะไหลผานไปทโหลดในทศทางเดม ท าใหไดเอาตพตครงคลนในชวงท 2 ของไซเกลลบ
NAPAT WATJANATEPIN ELWE (THAI LAND) หนา 8
8 วชา อปกรณอเลกทรอนกสและวงจร บทท 2
รหสวชา 2104 – 2112
รปท 2-9 การท างานของวงจรเรยงกระแสแบบบรดจ
การค านวณคาแรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสเตมคลนหาไดจากสมการตอไปน
VDC = VAVE =
PV2 = 0.636 VP
VDC = VAVE = 0.9 VRMS
ตวอยางท 2-2 วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ ดงรปท 2-10 จงหาคาของ VDC และ IDC เมอ RL = 90Ω
รปท 2-10
NAPAT WATJANATEPIN ELWE (THAI LAND) หนา 9
9 วชา อปกรณอเลกทรอนกสและวงจร บทท 2
รหสวชา 2104 – 2112
วธท า VDC = 0.636 VP
VP = 2 100V = 141.4 V VDC = 0.636 141.4 V VDC = 90 V
ตอบ IDC = AV
R
V
L
DC 190
90
2-5-3 วงจรกระแสเตมคลนและวงจรกรองดวยตวเกบประจ เมอตอตวเกบประจ (C) ทเอาตพตเพอกรองใหรปคลนเอาตพตทเรยงและมกระแสไหลผานโหลดอยางตอเนอง ตอวงจรไดดงรปท 2-11 จะเหนวาคลน ด.ซ. เอาตพตของวงจรจะเรยบมากขน ใกลเคยงกบเสนตรง ซงเปนขอดเพราะวธนจะท าใหคาแรงดนรปเปล (Ripple) ทเอาตพตลดลง (แหลงจาย ด.ซ. ทดนน ตองไมมคาแรงดนรปเปล : รบเปล = 0) โดยทวไปคา C นจะตองมคาสงมากวา 100µF จงจะสามารถท าให ด.ซ. เรยงเปนเสนตรงได แตกตองเลอก C ททนแรงดนใชงานไดสงกวาคาแรงดนสงสด (VP) อกดวย เชน ถา VP ของแหลงจายเทากบ 100 V ควรเลอก C ทมคา 100 µF 150 V เปนตน
รปท 2-11 วงจรเรยงกระแสเตมคลนและวงจรกรองดวยตวเกบประจ
NAPAT WATJANATEPIN ELWE (THAI LAND) หนา 10
10 วชา อปกรณอเลกทรอนกสและวงจร บทท 2
รหสวชา 2104 – 2112
2-6 แรงดนรปเปล (Ripple Voltage) แรงดนรปเปล คอ คลนของแรงดน เอ.ซ. ทปะปนออกมายงรปคลนเอาตพตของวงจรเรยงกระแส เปนคลนแรงดนทไมเรยบ (ซงในการแปลงไฟสลบเปนไฟตรง ไมตองการหรอตองการใหมคลนนนอยทสด) ดงนนแรงดนรปเปลจงควรถกขจดออกไป จากเอาตพตของวงจรเรยงกระแส วธการขจดท าได โดยการใชต ว เกบประจ กรองใหเรยบนนเอง รปคลนแรงดนรปเปลและคาของมนในว ง จ ร แ บ บ ค ร ง ค ล น จ ะ มมากกวาวงจรเตมคลน ดงแสดงเปรยบเทยบไวในรปท 2-12
รปท 2-12 แรงดนรปเปลของการเรยงกระแสครงคลนและเตมคลน
จากรป 2-12 จะเหนวา คา VR2 > VR1 และคา VR(p-p) (Ripple voltage peak to peak)
หาไดจากสมการ
VR(p-p) = 2VP - VAVE
เมอ VR (P-P) คอ แรงดนรปเปล (P-P)
VP คอ คาแรงดนเอาตพตสงสด VAVE คอ คาแรงดนเฉลยทโหลด (แรงดน ด.ซ.)
NAPAT WATJANATEPIN ELWE (THAI LAND) หนา 11
11 วชา อปกรณอเลกทรอนกสและวงจร บทท 2
รหสวชา 2104 – 2112
ตวอยางท 2-3 จากรปตอไปนจงค านวณหาคาของแรงดนรปเปล (VR (P-P))
วธท า VR (P-P) = 2 VP – VAVE
= 2 (11.45 – 11.20)V ตอบ VR (P-P) = 0.50 V
NAPAT WATJANATEPIN ELWE (THAI LAND) หนา 12
12 วชา อปกรณอเลกทรอนกสและวงจร บทท 2
รหสวชา 2104 – 2112
แบบฝกหดเรองวงจรเรยงกระแส จงเลอกค าตอบทถกตองทสดเพยงค าตอบเดยว
1. ขอใดกลาวถกตองเกยวกบวงจรเรยงกระแส
ก. แปลงไฟ ด.ซ. เปน เอ. ซ.
ข. แปลงไฟสลบเปนไฟตรง
ค. แปลงไฟตรงเปนไฟสลบ
ง. แปลงไฟ ด.ซ. เปน ด.ซ.
จากรปตอไปนใชตอบค าถามขอ 2 ถง 4
2. จงหาคา VP ของแรงดน VS
ก. 33.94 V ข. 48.0 V
ข. 311.1 V ง. 67.87 V
3. จงหาคา VDC ทเอาตพต เมอไมคดแรงดนตาครอมไดโอด
ก. 21.58 V ข. 15.26 V ค. 10.79 V ง. 42.86 V
4. จงหาคา Vp ทเอาตพต เมอไดโอดมแรงดนตาครอม 0.6 V
ก. 54.12 V ข. 47.3 V ค. 66.38 V ง. 67.27 V
NAPAT WATJANATEPIN ELWE (THAI LAND) หนา 13
13 วชา อปกรณอเลกทรอนกสและวงจร บทท 2
รหสวชา 2104 – 2112
5. ขอใดกลาวถกตองเกยวกบ Smoothing Capacitor
ก. ท าใหกระแสโหลดไหลอยางตอเนอง ข. ท าใหแรงดนเอาตพตมคาสงขนมากกวา เมอไมม C ค. ท าใหรปคลนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสเรยบขน ง. ถกทกขอ
6. จากรปดานซาย ในคร งวฏจกรลบของ
แหลงจายไฟฟากระแสสลบไดโอดตวใดท างาน
ก. D4 - D3 ข. D1 - D2 ค. D1 - D4 ง. D2 - D4
7. วงจรในรป 6 คอขอใด
ก. วงจรเรยงกระแสครงคลน ข. วงจรเรยงกระแสเตมคลน ค. วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ ง. วงจรเรยงกระแสมหมอแปลงแทปกลาง
8. จากรปขางลางนจงค านวณหาคาแรงดนรปเปล ( VR(P-P) )
ก. VP-P ข. VP-P ค. VP-P ง. VP-P
9. จากรปท 2-15 เปนรปคลนของขอใด
ก. วงจรเรยงกระแสเตมคลน ไมมวงจรกรองดวยตวเกบประจ ข. วงจรเรยงกระแสแบบบรดจมวงจรกรองดวยตวเกบประจ ค. วงจรเรยงกระแสครงคลน ง. วงจรเรยงกระแสครงคลน มวงจรกรองดวยตวเกบประจ