Historicamente, é mais rentável e mais barato obter eletricidade na forma de corrente alternada gerada pelos geradores de usinas de energia. Essa representação tornou possível transmiti-la eficientemente por longas distâncias. Na extremidade receptora, foi convertida em uma tensão monofásica, conveniente para os consumidores e, dessa forma, entrou na linha de energia. No entanto, os circuitos internos dos receptores de energia mais modernos precisam de fonte de alimentação constante, cujo valor é selecionado a partir de uma série padrão de valores de 5, 9, 12, 24, 36 ou 48 Volts. Para obtê-los, um retificador de tensão especial (por 24 volts, por exemplo) teve que ser introduzido no circuito de dispositivos eletrônicos.
O princípio de operação do retificador
Para uma compreensão clara do princípio de operação de um retificador CC, primeiro você deve considerar que os elementos semicondutores (diodos) são usados para retificar uma tensão alternada. Sua característica distintiva é a capacidade de conduzir corrente em apenas uma direção. Devido a essa propriedade, a tensão alternada aplicada a eles na saída assumirá a forma de ondulações positivas, com as metades inferiores do período de meia oscilação cortadas. Com meias-ondas positivas, uma corrente flui através do diodo, que é a base para a formação de uma fonte de alimentação constante. Para obtê-lo, são necessários elementos elétricos adicionais.
Qualquer retificador de corrente incorpora os seguintes nós principais:
- Um transformador abaixador que converte 220 volts no valor desejado;
- um conjunto de diodos (ponte);
- capacitor de alisamento (filtragem);
- estabilizador feito com base em elementos de transistor.
Existem muitas opções para retificadores eletrônicos, diferindo no número e método de conexão dos diodos, bem como em seus parâmetros operacionais. De particular interesse são as várias abordagens para a inclusão de elementos de diodo no circuito. A cascata estabilizadora do dispositivo retificador é montada em comutadores de transistor, chamados relés eletrônicos.
Tipos de retificadores
Dependendo do método de ativação dos diodos semicondutores, todos os retificadores CA são divididos nos seguintes tipos:
- meia onda (meia onda);
- duas meias-ondas (onda completa com um ponto médio ou esquema de Mitkevich);
- Ponte Gretz ou retificadores;
- retificadores com duplicação da tensão operacional e outros circuitos menos comuns.
A comutação de meia onda é o método mais simples usado para retificar a corrente alternada. Outro nome é circuito retificador zero.
Usando dispositivos desta classe, é possível obter apenas uma corrente de saída pulsante (usada apenas pela metade). Esquemas baseados no princípio da meia onda são caracterizados por baixa eficiência de conversão e raramente são usados. Seus pares de meia onda incluem dois diodos e fornecem retificação de meia onda de ambas as polaridades. Eles são mais eficientes e são usados em fontes de alimentação simples.
Os retificadores de ponte monofásicos, os chamados circuitos Gretz com 4 diodos, são caracterizados por alta eficiência, que é entendida como a eficiência do uso da energia recebida pelo transformador.
A tensão na saída das pontes retificadoras de semicondutores é uma boa base para alisamento e estabilização subsequentes - para obter corrente direta.
Eles são amplamente utilizados em dispositivos com maior intensidade de energia, como geradores com voltagens de saída de dezenas a centenas de volts. Suas vantagens incluem:
- baixa voltagem reversa (frações de Volta);
- pequenas dimensões;
- alta eficiência do uso de um transformador (em comparação com o esquema de Mitkevich).
Uma desvantagem significativa dos circuitos de ponte é a queda de tensão dupla nos diodos, o que os obriga a selecionar os parâmetros de saída do transformador com uma margem durante seu desenvolvimento. Esta parte da energia útil é então perdida nas junções dos quatro diodos.
Tipos de retificadores por funcionalidade
De acordo com seu objetivo e funcionalidade, as amostras retificadoras conhecidas são divididas em dispositivos monofásicos e trifásicos. Os primeiros são usados nas redes elétricas de prédios de apartamentos e casas particulares e destinam-se à alimentação de eletrodomésticos. Os segundos são um módulo eletrônico de 3 unidades do mesmo tipo, fabricado de acordo com um dos seguintes esquemas:
- retificadores de ciclo único;
- sistemas push-pull;
- módulos combinados: com dois enrolamentos trifásicos com conexão de diodos paralela e em série.
O uso de esquemas de transformação de ciclo único é limitado devido à baixa eficiência da tensão retificada. Seus análogos push-pull são amplamente utilizados em motores de corrente contínua e outras máquinas elétricas que contêm conjuntos de escova em seu design. Além dos retificadores clássicos projetados para instalação em motores de comutador, existem esquemas que podem aumentar a tensão de saída várias vezes. Um caso especial dessas soluções é um retificador de duplicação de tensão.
O circuito retificador com duplicação de tensão difere apenas em detalhes das opções já consideradas. Esses dispositivos são comumente chamados multiplicadores, que são facilmente montados com as próprias mãos.
Relacionamentos básicos ao calcular o retificador
Para calcular um retificador de duas ondas e meia selecionado como exemplo, você precisa conhecer os seguintes dados iniciais:
- tensão de entrada atuando no enrolamento secundário do transformador;
- corrente nos diodos que fluem no circuito, levando em consideração a carga;
- capacitância de um capacitor eletrolítico, selecionado com base em um dado coeficiente de suavização de ondulação;
- tensão máxima nele.
É importante considerar a queda de tensão nos diodos de estado sólido no estado aberto.
As proporções calculadas para este caso são apresentadas no seguinte formulário.
- A corrente no enrolamento do transformador é igual em magnitude ao seu valor máximo na carga (Iobm = Inagr).
- A tensão no enrolamento secundário no modo inativo é U2≈ 0.75Uload.
- Os diodos retificadores são recomendados com os seguintes parâmetros: Ureb> 3.14Unag e Imax> 1.57Inag.
Os retificadores são amplamente utilizados em vários campos da engenharia elétrica e eletrônica, incluindo sistemas de controle modernos. Portanto, é tão importante entender o que são retificadores de corrente e quais são suas variedades usadas para construir os circuitos mais eficientes.
