Històricament, és més rendible i econòmic obtenir electricitat en forma de corrent altern generat pels generadors de centrals elèctriques. Aquesta representació va permetre transmetre-la eficaçment a grans distàncies. A l’extrem receptor, es va convertir en una tensió monofàsica convenient per als consumidors i, d’aquesta forma, va entrar a la línia elèctrica. No obstant això, els circuits interns de la majoria dels consumidors elèctrics moderns requereixen una font d'alimentació constant, el valor de la qual es selecciona entre el rang estàndard de 5, 9, 12, 24, 36 o 48 volts. Per obtenir-los, calia introduir un rectificador de tensió especial (per exemple, de 24 volts) al circuit dels dispositius electrònics.
Principi de funcionament del rectificador
Per obtenir una comprensió clara del principi de funcionament d’un rectificador de corrent continu, primer heu de tenir en compte que s’utilitzen elements semiconductors (díodes) per rectificar la tensió de corrent altern. El seu tret distintiu és la capacitat de conduir el corrent només en una direcció. A causa d'aquesta propietat, la tensió alterna que se'ls aplica a la sortida tindrà la forma d'ondulacions positives amb tall de les meitats inferiors del mig període de les oscil·lacions. Amb mitjanes ones positives, un corrent fluirà a través del díode, que és la base per a la formació d’una font d’alimentació constant. Per obtenir-lo, es requereixen elements elèctrics addicionals.
Qualsevol rectificador de corrent inclou les següents unitats principals:
- Un transformador reductor que converteix 220 volts al valor desitjat;
- un conjunt de díodes (pont);
- condensador de suavitzat (filtrat);
- estabilitzador fabricat sobre la base d’elements de transistor.
Es coneixen moltes variants de rectificadors electrònics, que difereixen pel nombre i mètode de connexió de díodes, així com pels seus paràmetres de funcionament. Són d’interès particular diversos enfocaments per a la inclusió d’elements de díodes al circuit. L’etapa estabilitzadora del dispositiu rectificador s’uneix en interruptors de transistors anomenats relés electrònics.
Tipus de rectificadors
Segons el mètode d’activació de díodes semiconductors, tots els rectificadors de CA es divideixen en els tipus següents:
- mitja ona (mitja ona);
- ona completa (ona completa amb un punt mig o esquemes de Mitkevich);
- rectificadors de pont o Gretz;
- rectificadors amb un doble de la tensió de funcionament i altres circuits menys habituals.
La mitja ona és el mètode més senzill utilitzat per a la rectificació de corrent altern. Un altre nom és el circuit rectificador zero.
Amb l'ajut de dispositius d'aquesta classe, només és possible obtenir un corrent de sortida pulsant (només s'utilitza la meitat). Els circuits basats en el principi de mitja ona es caracteritzen per una baixa eficiència de conversió i poques vegades s’utilitzen. Les seves contraparts d’ona completa tenen dos díodes en la seva composició i proporcionen la rectificació de mitges ones d’ambdues polaritats. Són més eficients i s’utilitzen en les fonts d’alimentació més senzilles.
Els rectificadors de pont monofàsics, els anomenats circuits Gretz de 4 díodes, es caracteritzen per una alta eficiència, que s’entén com l’eficiència d’utilitzar la potència rebuda del transformador.
La tensió a la sortida dels ponts rectificadors de semiconductors és una bona base per a un posterior suavitzat i estabilització, obtenint corrent continu.
S’utilitzen àmpliament en dispositius amb una intensitat energètica augmentada, com ara generadors amb tensions de sortida de desenes a centenars de volts. Els seus avantatges són:
- baixa tensió inversa (fracció de Volt);
- petites dimensions;
- alta eficiència en l’ús del transformador (en comparació amb l’esquema de Mitkevich).
Un inconvenient important dels circuits de pont és el doble de la caiguda de tensió a través dels díodes, cosa que fa necessari triar els paràmetres de sortida del transformador amb un marge durant el seu desenvolupament. Aquesta part de la potència útil es perd llavors a les unions dels quatre díodes.
Tipus de rectificadors per funcionalitat
Segons el seu propòsit i funcionalitat, mostres conegudes de rectificadors es divideixen en dispositius monofàsics i trifàsics. Els primers s’utilitzen a les xarxes elèctriques d’edificis d’apartaments i cases particulars i estan dissenyats per alimentar electrodomèstics. El segon és un mòdul electrònic de 3 del mateix tipus d’unitats, fabricat segons un dels esquemes següents:
- rectificadors de punta única;
- sistemes push-pull;
- mòduls combinats: amb dos bobinats trifàsics amb connexió en paral·lel i en sèrie de díodes.
L’ús de circuits de transformació de punta única és limitat a causa de la baixa eficiència de la tensió rectificada. Els seus anàlegs de dos temps s’utilitzen àmpliament en motors de corrent continu i altres màquines elèctriques que contenen conjunts de raspalls en el seu disseny. A més dels rectificadors clàssics dissenyats per a la instal·lació en motors de col·lecció, hi ha circuits que poden augmentar la tensió de sortida diverses vegades. Un cas especial d’aquestes solucions és un rectificador de duplicació de tensió.
El circuit rectificador amb duplicació de tensió només es diferencia en detalls de les opcions ja considerades. Aquests dispositius se solen anomenar multiplicadors, que es poden muntar fàcilment a mà.
Relacions bàsiques a l'hora de calcular un rectificador
- tensió d'entrada que actua en el bobinat secundari del transformador;
- el corrent als díodes, que circula pel circuit, tenint en compte la càrrega;
- la capacitat del condensador electrolític, seleccionada en funció del factor de suavitzat de l'ondulació especificat;
- tensió màxima.
És important tenir en compte la caiguda de tensió dels díodes d'estat sòlid que estan oberts.
Les ràtios calculades per a aquest cas es presenten a la forma següent.
- El corrent del bobinatge del transformador és igual en magnitud al seu valor màxim en la càrrega (Iwind = Iload).
- La tensió del bobinatge secundari en mode sense càrrega és U2 ≈ 0,75 Descàrrega.
- Es recomana prendre díodes rectificadors amb els paràmetres següents: Urev> 3,14Uload i Imax> 1,57Iload.
Els rectificadors s’utilitzen àmpliament en diversos camps de l’enginyeria elèctrica i electrònica, inclosos els sistemes de control moderns. Per tant, és tan important entendre què són els rectificadors i quins tipus d’ells s’utilitzen per construir els circuits més eficients.
