Historisch gezien is het voordeliger en goedkoper om elektriciteit te krijgen in de vorm van wisselstroom die wordt opgewekt door elektriciteitscentrale-generatoren. Een dergelijke weergave maakte het mogelijk om het efficiënt over grote afstanden te verzenden. Aan de ontvangende kant werd het omgezet in een enkelfasige spanning, handig voor consumenten, en kwam in deze vorm de voedingslijn binnen. De interne circuits van de meeste moderne stroomontvangers hebben echter een constante stroomvoorziening nodig, waarvan de waarde wordt gekozen uit een standaardreeks waarden van 5, 9, 12, 24, 36 of 48 volt. Om ze te verkrijgen, moest een speciale spanningsgelijkrichter (bijvoorbeeld voor 24 volt) in het circuit van elektronische apparaten worden geïntroduceerd.
Het werkingsprincipe van de gelijkrichter
Voor een goed begrip van het werkingsprincipe van een gelijkrichter, moet u er eerst rekening mee houden dat halfgeleiderelementen (diodes) worden gebruikt om een wisselspanning te corrigeren. Hun onderscheidende kenmerk is het vermogen om stroom in slechts één richting te geleiden. Vanwege deze eigenschap zal de wisselspanning die aan de uitgang wordt aangelegd de vorm aannemen van positieve rimpels met de onderste helften van de halve oscillatieperiode afgesneden. Bij positieve halve golven stroomt er een stroom door de diode, wat de basis is voor de vorming van een constante voeding. Om dit te verkrijgen, zijn extra elektrische elementen nodig.
Elke huidige gelijkrichter bevat de volgende hoofdknooppunten:
- Een step-down transformator die 220 volt omzet naar de gewenste waarde;
- een set diodes (brug);
- afvlakken (filteren) condensator;
- stabilisator gemaakt op basis van transistorelementen.
Er zijn veel opties voor elektronische gelijkrichters, die verschillen in het aantal en de methode om de diodes aan te sluiten, evenals hun bedrijfsparameters. Van bijzonder belang zijn de verschillende benaderingen voor het opnemen van diode-elementen in het circuit. De stabiliserende cascade van de gelijkrichter is gemonteerd op transistorschakelaars, elektronische relais genoemd.
Soorten gelijkrichters
Afhankelijk van de methode voor het inschakelen van halfgeleiderdiodes, zijn alle AC-gelijkrichters onderverdeeld in de volgende typen:
- halve golf (halve golf);
- twee-halve golf (volledige golf met een middelpunt of Mitkevich-schema);
- Gretz-brug of gelijkrichters;
- gelijkrichters met verdubbeling van de bedrijfsspanning en andere, minder gebruikelijke circuits.
Halve golfschakeling is de eenvoudigste methode om wisselstroom te corrigeren. Een andere naam is een nulgelijkrichtingscircuit.
Met apparaten van deze klasse is het mogelijk om alleen een pulserende (slechts half gebruikte) uitgangsstroom te verkrijgen. Regelingen gebaseerd op het halfgolfprincipe worden gekenmerkt door een lage conversie-efficiëntie en worden zelden gebruikt. Hun halfgolf-tegenhangers bevatten twee diodes en zorgen voor halfgolf-rectificatie van beide polariteiten. Ze zijn efficiënter en worden gebruikt in eenvoudige voedingen.
Eenfasige bruggelijkrichters, de zogenaamde Gretz-circuits met 4 diodes, worden gekenmerkt door een hoog rendement, wat wordt begrepen als het rendement van het gebruik van het vermogen dat wordt ontvangen van de transformator.
De spanning aan de uitgang van de halfgeleider gelijkrichtbruggen is een goede basis voor daaropvolgende afvlakking en stabilisatie - om gelijkstroom te verkrijgen.
Ze worden veel gebruikt in apparaten met verhoogde energie-intensiteit, zoals generatoren met uitgangsspanningen van tientallen tot honderden volt. Hun voordelen zijn onder meer:
- lage sperspanning (Volta-fracties);
- kleine afmetingen;
- hoge efficiëntie van het gebruik van een transformator (in vergelijking met het Mitkevich-schema).
Een belangrijk nadeel van brugcircuits is de dubbele spanningsval over de diodes, waardoor ze gedwongen worden om de uitgangsparameters van de transformator met een marge te selecteren tijdens hun ontwikkeling. Dit deel van het nuttige vermogen gaat dan verloren op de kruispunten van de vier diodes.
Typen gelijkrichters op functionaliteit
Volgens hun doel en functionaliteit zijn bekende gelijkrichtermonsters verdeeld in enkelfasige en driefasige apparaten. De eerste worden gebruikt in de elektrische netwerken van appartementsgebouwen en privéwoningen en zijn bedoeld voor het voeden van huishoudelijke apparaten. De tweede zijn een elektronische module van 3 eenheden van hetzelfde type, vervaardigd volgens een van de volgende schema's:
- gelijkrichters met één cyclus;
- push-pull systemen;
- gecombineerde modules: met twee driefasige wikkelingen met parallelle en serieschakeling van diodes.
Het gebruik van transformatieschema's met één cyclus is beperkt vanwege het lage rendement van de gelijkgerichte spanning. Hun push-pull-analogen worden veel gebruikt in gelijkstroommotoren en andere elektrische machines met borstelassemblages in hun ontwerp. Naast de klassieke gelijkrichters die zijn ontworpen voor installatie in commutatormotoren, zijn er schema's die de uitgangsspanning meerdere keren kunnen verhogen. Een speciaal geval van dergelijke oplossingen is een spanningsverdubbelende gelijkrichter.
Het gelijkrichtcircuit met spanningsverdubbeling verschilt alleen in details van de reeds overwogen opties. Dergelijke apparaten worden gewoonlijk multiplicatoren genoemd, die eenvoudig met hun eigen handen kunnen worden gemonteerd.
Basisrelaties bij het berekenen van de gelijkrichter
Om een als voorbeeld gekozen 2-halve-golfgelijkrichter te berekenen, moet u de volgende initiële gegevens kennen:
- ingangsspanning die werkt in de secundaire wikkeling van de transformator;
- stroom in diodes die in het circuit stromen rekening houdend met de belasting;
- capaciteit van een elektrolytische condensator, geselecteerd op basis van een gegeven rimpelvereffeningscoëfficiënt;
- maximale spanning erop.
Het is belangrijk om rekening te houden met de spanningsval over solid-state diodes in open toestand.
De berekende ratio's voor dit geval worden weergegeven in het volgende formulier.
- De stroom in de transformatorwikkeling is even groot als de maximale waarde in de belasting (Iobm = Inagr).
- De spanning in de secundaire wikkeling in inactieve modus is U2≈ 0.75Uload.
- Gelijkrichterdiodes worden aanbevolen met de volgende parameters: Ureb> 3.14Unag en Imax> 1.57Inag.
Gelijkrichters worden veel gebruikt in verschillende gebieden van elektrotechniek en elektronica, waaronder moderne besturingssystemen. Daarom is het zo belangrijk om te begrijpen wat huidige gelijkrichters zijn en wat hun varianten worden gebruikt om de meest efficiënte circuits te bouwen.
