Исторически по-изгодно и по-евтино е да се получи електричество под формата на променлив ток, генериран от генератори на електроцентрали. Подобно представяне направи възможно ефективното му предаване на големи разстояния. В приемащия край той се преобразува в еднофазно напрежение, удобно за потребителите, и под тази форма влиза в електропровода. Вътрешните вериги на повечето съвременни електрически консуматори обаче изискват постоянно захранване, чиято стойност се избира от стандартния диапазон от 5, 9, 12, 24, 36 или 48 волта. За да ги получи, в схемата на електронните устройства трябваше да се въведе специален токоизправител за напрежение (например за 24 волта).
Принцип на работа на токоизправителя
За ясно разбиране на принципа на действие на постояннотоков токоизправител, първо трябва да вземете предвид, че полупроводниковите елементи (диоди) се използват за коригиране на променливото напрежение. Тяхната отличителна черта е способността да провеждат ток само в една посока. Поради това свойство, променливото напрежение, приложено към тях на изхода, ще има формата на положителни вълни с отсечени долни половини на полупериода на 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 токоизправител включва следните основни единици:
- Понижаващ трансформатор, който преобразува 220 волта до желаната стойност;
- комплект диоди (мост);
- изглаждащ (филтриращ) кондензатор;
- стабилизатор, направен на базата на транзисторни елементи.
Известни са много варианти на електронни токоизправители, които се различават по броя и метода на свързване на диоди, както и по техните работни параметри. От особен интерес са различни подходи за включване на диодни елементи във веригата. Стабилизиращият етап на токоизправителя е сглобен на транзисторни превключватели, наречени електронни релета.
Видове токоизправители
В зависимост от метода на включване на полупроводникови диоди, всички AC токоизправители са разделени на следните типове:
- полувълна (полувълна);
- пълно вълна (пълно вълна със средна точка или схеми на Миткевич);
- мостови или токоизправители Gretz;
- токоизправители с удвояване на работното напрежение и други по-рядко срещани вериги.
Полувълната е най-простият метод, използван за AC коригиране. Друго име е нулевата токоизправителна верига.
С помощта на устройства от този клас е възможно да се получи само пулсиращ (използван само половината) изходен ток. Вериги, базирани на принципа на полувълната, се характеризират с ниска ефективност на преобразуване и рядко се използват. Техните двойници с пълна вълна имат два диода в състава си и осигуряват коригиране на полувълни с двете полярности. Те са по-ефективни и се използват в най-простите захранвания.
Еднофазните мостови токоизправители, така наречените 4-диодни схеми на Gretz, се характеризират с висока ефективност, която се разбира като ефективност на използване на мощността, получена от трансформатора.
Напрежението на изхода на полупроводникови изправителни мостове е добра основа за последващо изглаждане и стабилизиране - 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 (част от волта);
- малък размер;
- висока ефективност при използване на трансформатора (в сравнение със схемата на Миткевич).
Значителен недостатък на мостовите вериги е два пъти спада на напрежението на диодите, което налага да се избират изходните параметри на трансформатора с резерв по време на тяхното развитие. След това тази част от използваемата мощност се губи в кръстовищата на четирите диода.
Типове токоизправители по функционалност
Според предназначението и функционалността си добре известни образци на токоизправители 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. Вторият е електронен модул от 3 еднотипни блока, произведен по една от следните схеми:
- токоизправители с един край;
- push-pull системи;
- комбинирани модули: с две трифазни намотки с паралелно и последователно свързване на диоди.
Използването на еднократни трансформационни вериги е ограничено поради ниската ефективност на изправеното напрежение. Техните двутактови аналози се използват широко в двигатели с постоянен ток и други електрически машини, съдържащи четки в своя дизайн. В допълнение към класическите токоизправители, предназначени за монтаж в колекторни двигатели, има вериги, които могат да увеличат изходното напрежение няколко пъти. Специален случай на такива решения е изправителят за удвояване на напрежението.
Токоизправителната верига с удвояване на напрежението се различава само в детайли от вече разгледаните опции. Такива устройства обикновено се наричат умножители, които лесно се сглобяват на ръка.
Основни връзки при изчисляване на токоизправител
- входно напрежение, действащо във вторичната намотка на трансформатора;
- токът в диодите, протичащ във веригата, като се отчита натоварването;
- капацитетът на електролитния кондензатор, избран въз основа на посочения фактор на изглаждане на пулсации;
- максимално напрежение върху него.
Важно е да се вземе предвид спада на напрежението в твърдотелни диоди, когато са отворени.
Изчислените съотношения за този случай са представени в следната форма.
- Токът в намотката на трансформатора е равен по величина на максималната му стойност в товара (Iwind = Iload).
- Напрежението във вторичната намотка в режим на празен ход е U2 ≈ 0.75Uload.
- Препоръчва се да се вземат токоизправителни диоди със следните параметри: Urev> 3.14Uload и Imax> 1.57Iload.
Токоизправителите са широко използвани в различни области на електротехниката и електрониката, включително съвременни системи за управление. Следователно е толкова важно да се разбере какво са токоизправителите и какви типове от тях се използват за изграждане на най-ефективните вериги.
