Storicamente, è più redditizio ed economico ottenere elettricità sotto forma di corrente alternata generata dai generatori di centrali elettriche. Tale rappresentazione ha permesso di trasmetterla in modo efficiente su vaste distanze. All'estremità ricevente, è stato convertito in una tensione monofase, conveniente per i consumatori, e in questa forma è entrato nella linea elettrica. Tuttavia, i circuiti interni della maggior parte dei moderni ricevitori di potenza richiedono un'alimentazione costante, il cui valore è selezionato da una serie standard di valori di 5, 9, 12, 24, 36 o 48 Volt. Per ottenerli, è stato necessario introdurre uno speciale raddrizzatore di tensione (ad esempio per 24 Volt) nel circuito dei dispositivi elettronici.
Il principio di funzionamento del raddrizzatore
Per una chiara comprensione del principio di funzionamento di un raddrizzatore a corrente continua, è necessario innanzitutto considerare che gli elementi a semiconduttore (diodi) vengono utilizzati per rettificare una tensione alternata. La loro caratteristica distintiva è la capacità di condurre corrente in una sola direzione. Grazie a questa proprietà, la tensione alternata applicata a loro in uscita assumerà la forma di increspature positive con le metà inferiori del periodo di mezza oscillazione interrotte. Con semionde positive, una corrente scorrerà attraverso il diodo, che è la base per la formazione di un alimentatore costante. Per ottenerlo sono necessari ulteriori elementi elettrici.
Qualsiasi raddrizzatore corrente incorpora i seguenti nodi principali:
- Un trasformatore step-down che converte 220 volt al valore desiderato;
- un set di diodi (ponte);
- condensatore di lisciatura (filtraggio);
- stabilizzatore realizzato sulla base di elementi a transistor.
Esistono molte opzioni per i raddrizzatori elettronici, che si differenziano per il numero e il metodo di collegamento dei diodi, nonché i loro parametri operativi. Di particolare interesse sono i vari approcci all'inclusione di elementi a diodi nel circuito. La cascata stabilizzatrice del dispositivo raddrizzatore è assemblata su interruttori a transistor, chiamati relè elettronici.
Tipi di raddrizzatori
A seconda del metodo di accensione dei diodi a semiconduttore, tutti i raddrizzatori CA sono suddivisi nei seguenti tipi:
- semionda (semionda);
- due mezze onde (onda intera con punto medio o schema Mitkevich);
- Gretz bridge o raddrizzatori;
- raddrizzatori con raddoppio della tensione di esercizio e altri circuiti meno comuni.
La commutazione a semionda è il metodo più semplice utilizzato per correggere la corrente alternata. Un altro nome è il circuito raddrizzatore zero.
Utilizzando dispositivi di questa classe, è possibile ottenere solo una corrente di uscita pulsante (utilizzata solo la metà). Gli schemi basati sul principio della semionda sono caratterizzati da una bassa efficienza di conversione e sono usati raramente. Le loro controparti a semionda includono due diodi e forniscono la rettifica a semionda di entrambe le polarità. Sono più efficienti e vengono utilizzati in semplici alimentatori.
I raddrizzatori a ponte monofase, i cosiddetti circuiti Gretz con 4 diodi, sono caratterizzati da un'alta efficienza, intesa come efficienza dell'utilizzo della potenza ricevuta dal trasformatore.
La tensione all'uscita dei ponti del raddrizzatore a semiconduttore è una buona base per il successivo livellamento e stabilizzazione - per ottenere corrente continua.
Sono ampiamente utilizzati in dispositivi di maggiore intensità energetica come generatori con tensioni di uscita da decine a centinaia di volt. I loro vantaggi includono:
- bassa tensione inversa (frazioni Volta);
- piccole dimensioni;
- alta efficienza nell'uso di un trasformatore (rispetto allo schema Mitkevich).
Un significativo svantaggio dei circuiti a ponte è la doppia caduta di tensione sui diodi, che li costringe a selezionare i parametri di uscita del trasformatore con un margine durante il loro sviluppo. Questa parte della potenza utile viene quindi persa alle giunzioni dei quattro diodi.
Tipi di raddrizzatori per funzionalità
In base al loro scopo e funzionalità, i campioni noti di raddrizzatori sono divisi in dispositivi monofase e trifase. I primi sono utilizzati nelle reti elettriche di condomini e case private e sono destinati all'alimentazione di elettrodomestici. I secondi sono un modulo elettronico di 3 unità dello stesso tipo, fabbricato secondo uno dei seguenti schemi:
- raddrizzatori a ciclo singolo;
- sistemi push-pull;
- moduli combinati: con due avvolgimenti trifase con collegamento in parallelo e serie di diodi.
L'uso di schemi di trasformazione a ciclo singolo è limitato a causa della bassa efficienza della tensione rettificata. I loro analoghi push-pull sono ampiamente utilizzati nei motori a corrente continua e in altre macchine elettriche contenenti gruppi di spazzole nel loro design. Oltre ai classici raddrizzatori progettati per l'installazione nei motori di commutazione, esistono schemi che possono aumentare più volte la tensione di uscita. Un caso speciale di tali soluzioni è un raddrizzatore di raddoppio della tensione.
Il circuito raddrizzatore con raddoppio della tensione differisce solo nei dettagli dalle opzioni già considerate. Tali dispositivi sono comunemente chiamati moltiplicatori, che possono essere facilmente assemblati con le proprie mani.
Relazioni di base nel calcolo del raddrizzatore
Per calcolare un raddrizzatore a 2 semionde selezionato come esempio, è necessario conoscere i seguenti dati iniziali:
- tensione di ingresso che agisce nell'avvolgimento secondario del trasformatore;
- corrente nei diodi che scorre nel circuito tenendo conto del carico;
- capacità di un condensatore elettrolitico, selezionata in base a un dato coefficiente di livellamento dell'ondulazione;
- massima tensione su di esso.
È importante considerare la caduta di tensione tra i diodi a stato solido nello stato aperto.
I rapporti calcolati per questo caso sono presentati nel seguente modulo.
- La corrente nell'avvolgimento del trasformatore è uguale in grandezza al suo valore massimo nel carico (Iobm = Inagr).
- La tensione nell'avvolgimento secondario in modalità inattiva è U2≈ 0,75 Carica.
- I diodi raddrizzatori sono raccomandati con i seguenti parametri: Ureb> 3.14Unag e Imax> 1.57Inag.
I raddrizzatori sono ampiamente utilizzati in vari campi dell'elettrotecnica e dell'elettronica, compresi i moderni sistemi di controllo. Pertanto, è così importante capire quali sono gli attuali raddrizzatori e quali sono le loro varietà utilizzate per costruire i circuiti più efficienti.
