В исторически план е по-изгодно и по-евтино да получите електричество под формата на променлив ток, генериран от генератори на електроцентрали. Подобно представяне направи възможно ефикасното му предаване на огромни разстояния. В края на приемането той се преобразува в еднофазно напрежение, удобно за потребителите и в тази форма влиза в електропровода. Вътрешните вериги на повечето съвременни захранващи устройства обаче се нуждаят от постоянно захранване, чиято стойност е избрана от стандартна поредица от стойности от 5, 9, 12, 24, 36 или 48 волта. За да ги получи, трябва да се въведе специален изправител на напрежение (например за 24 волта) в схемата на електронните устройства.
Принципът на работа на токоизправителя
За ясно разбиране на принципа на работа на постоянен ток, първо трябва да вземете предвид, че полупроводниковите елементи (диоди) се използват за изправяне на променливо напрежение. Тяхната отличителна черта е способността да провеждат ток само в една посока. Поради това свойство, променливото напрежение, приложено към тях на изхода, ще бъде под формата на положителни пулсации с отрязани долните половини на полу-трептенията. При положителни полувълни през диода ще тече ток, който е основата за образуването на постоянно захранване. За да се получи, са необходими допълнителни електрически елементи.
Всеки токов изправител включва следните основни възли:
- Понижаващ трансформатор, който преобразува 220 волта до желаната стойност;
- набор от диоди (мост);
- изглаждащ (филтриращ) кондензатор;
- стабилизатор, направен на базата на транзисторни елементи.
Има много опции за електронни токоизправители, които се различават по броя и метода за свързване на диодите, както и по техните работни параметри. Особен интерес представляват различните подходи към включването на диодни елементи във веригата. Стабилизиращата каскада на изправителното устройство е сглобена върху транзисторни превключватели, наречени електронни релета.
Видове токоизправители
В зависимост от метода за включване на полупроводникови диоди, всички токоизправители се разделят на следните видове:
- полувълна (полувълна);
- двуполовинна вълна (пълна вълна със средна точка или схема на Миткевич);
- Грец мост или токоизправители;
- токоизправители с удвояване на работното напрежение и други, по-рядко срещани вериги.
Полувълновото превключване е най-простият метод, използван за коригиране на променлив ток. Друго име е нулева токоизправителна верига.
С помощта на устройства от този клас е възможно да се получи само пулсиращ (използван само половината) изходен ток. Схемите, основани на принципа на полувълната, се характеризират с ниска ефективност на преобразуване и рядко се използват. Техните половин вълнови колеги включват два диода и осигуряват полувълново коригиране на двете полярности. Те са по-ефективни и се използват в прости захранвания.
Еднофазните мостови изправители, така наречените вериги Gretz с 4 диода, се характеризират с висока ефективност, което се разбира като ефективността на използване на мощността, получена от трансформатора.
Напрежението на изхода на полупроводниковите изправителни мостове е добра основа за последващо изглаждане и стабилизиране - за получаване на постоянен ток.
Те се използват широко в устройства с повишена енергийна интензивност, като генератори с изходни напрежения от десетки до стотици волта. Техните предимства включват:
- ниско обратно напрежение (волта фракции);
- малки размери;
- висока ефективност на използването на трансформатор (в сравнение със схемата на Миткевич)
Значителен недостатък на мостовите вериги е двойният спад на напрежението в диодите, което ги принуждава да избират изходните параметри на трансформатора с марж по време на тяхното развитие. След това тази част от полезната сила се губи на кръстовищата на четирите диода.
Видове токоизправители по функционалност
Според тяхното предназначение и функционалност, известните токоизправителни проби се разделят на еднофазни и трифазни устройства. Първите се използват в електрическите мрежи на жилищни сгради и частни къщи и са предназначени за захранване на домакински уреди. Вторите са електронен модул от 3 единици от същия тип, произведен по една от следните схеми:
- едноциклови изправители;
- push-pull системи;
- комбинирани модули: с две трифазни намотки с паралелно и серийно свързване на диоди.
Използването на схеми за едноциклично преобразуване е ограничено поради ниската ефективност на ректифицираното напрежение. Техните аналози за издърпване са широко използвани в двигатели с постоянен ток и други електрически машини, съдържащи четки в своите конструкции. В допълнение към класическите токоизправители, предназначени за монтаж в комутаторни двигатели, има схеми, които могат да увеличат изходното напрежение няколко пъти. Специален случай на такива решения е изправител за удвояване на напрежението.
Токоизправителната верига с удвояване на напрежението се различава само в детайли от вече разгледаните опции. Такива устройства обикновено се наричат мултипликатори, които лесно се сглобяват със собствените си ръце.
Основни отношения при изчисляване на токоизправителя
За да изчислите 2-полувълнов изправител, избран като пример, трябва да знаете следните първоначални данни:
- входно напрежение, действащо във вторичната намотка на трансформатора;
- ток в диоди, протичащи във веригата, като се вземе предвид натоварването;
- капацитет на електролитен кондензатор, избран въз основа на зададен коефициент на изглаждане на пулсации;
- максимално напрежение върху него.
Важно е да се вземе предвид спада на напрежението в твърдо състояние диоди в отворено състояние.
Изчислените отношения за този случай са представени в следната форма.
- Токът в намотката на трансформатора е равен по величина на неговата максимална стойност в натоварването (Iobm = Inagr).
- Напрежението във вторичната намотка в режим на празен ход е U2≈ 0.75Uload.
- Преобразуващите диоди се препоръчват със следните параметри: Ureb> 3.14Unag и Imax> 1.57Inag.
Токоизправителите се използват широко в различни области на електротехниката и електрониката, включително съвременните системи за управление. Следователно е толкова важно да разберем какви са настоящите токоизправители и какви са техните разновидности, които се използват за изграждане на най-ефективните вериги.
