Históricamente, era más rentable y barato obtener electricidad en forma de corriente alterna generada por generadores de centrales eléctricas. Tal representación permitió transmitirlo eficazmente a grandes distancias. En el extremo receptor, se convirtió en un voltaje monofásico, conveniente para los consumidores, y de esta forma ingresó a la línea eléctrica. Sin embargo, los circuitos internos de la mayoría de los consumidores eléctricos modernos requieren una fuente de alimentación constante, cuyo valor se selecciona del rango estándar de 5, 9, 12, 24, 36 o 48 voltios. Para obtenerlos, se tuvo que introducir un rectificador de voltaje especial (para 24 Voltios, por ejemplo) en el circuito de dispositivos electrónicos.
Principio de funcionamiento del rectificador
Para una comprensión clara del principio de funcionamiento de un rectificador de CC, primero debe tener en cuenta que los elementos semiconductores (diodos) se utilizan para rectificar el voltaje de CA. Su característica distintiva es la capacidad de conducir la corriente solo en una dirección. Debido a esta propiedad, la tensión alterna que se les aplica en la salida tendrá la forma de ondulaciones positivas con el corte de las mitades inferiores del semiperíodo de las oscilaciones. Con medias ondas positivas, una corriente fluirá a través del diodo, que es la base para la formación de una fuente de alimentación constante. Para obtenerlo, se requieren elementos eléctricos adicionales.
Cualquier rectificador de corriente incluye las siguientes unidades principales:
- Un transformador reductor que convierte 220 voltios al valor deseado;
- un conjunto de diodos (puente);
- condensador de suavizado (filtrado);
- estabilizador hecho sobre la base de elementos de transistores.
Se conocen muchas variantes de rectificadores electrónicos, que difieren en el número y método de conexión de diodos, así como en sus parámetros de funcionamiento. Son de particular interés varios enfoques para la inclusión de elementos de diodo en el circuito. La etapa de estabilización del rectificador se ensambla en interruptores de transistores llamados relés electrónicos.
Tipos de rectificador
Dependiendo del método de conmutación de diodos semiconductores, todos los rectificadores de CA se dividen en los siguientes tipos:
- media onda (media onda);
- onda completa (onda completa con un punto medio o esquemas de Mitkevich);
- rectificadores puente o Gretz;
- rectificadores con una duplicación de la tensión de funcionamiento y otros circuitos menos comunes.
La media onda es el método más simple utilizado para la rectificación de CA. Otro nombre es circuito rectificador cero.
Con la ayuda de dispositivos de esta clase, es posible obtener solo una corriente de salida pulsante (usada solo la mitad). Los circuitos basados en el principio de media onda se caracterizan por una baja eficiencia de conversión y rara vez se utilizan. Sus contrapartes de onda completa tienen dos diodos en su composición y proporcionan rectificación de medias ondas de ambas polaridades. Son más eficientes y se utilizan en las fuentes de alimentación más simples.
Los puentes rectificadores monofásicos, los denominados circuitos Gretz de 4 diodos, se caracterizan por una alta eficiencia, que se entiende como la eficiencia de utilizar la potencia recibida del transformador.
El voltaje en la salida de los puentes rectificadores de semiconductores es una buena base para el posterior suavizado y estabilización, obteniendo corriente continua.
Se utilizan ampliamente en dispositivos con mayor intensidad energética, como generadores con voltajes de salida de decenas a cientos de voltios. Sus ventajas incluyen:
- voltaje inverso bajo (fracción de un voltio);
- talla pequeña;
- alta eficiencia de uso del transformador (en comparación con el esquema de Mitkevich).
Un inconveniente importante de los circuitos puente es el doble de caída de voltaje en los diodos, lo que hace necesario elegir los parámetros de salida del transformador con un margen durante su desarrollo. Esta parte de la potencia utilizable se pierde en las uniones de los cuatro diodos.
Tipos de rectificador por funcionalidad
Según su propósito y funcionalidad, las muestras conocidas de rectificadores se dividen en dispositivos monofásicos y trifásicos. Los primeros se utilizan en las redes eléctricas de edificios de apartamentos y casas particulares y están diseñados para alimentar electrodomésticos. El segundo es un módulo electrónico de 3 unidades del mismo tipo, fabricado según uno de los siguientes esquemas:
- rectificadores de un solo extremo;
- sistemas push-pull;
- módulos combinados: con dos devanados trifásicos con conexión de diodos en paralelo y en serie.
El uso de circuitos de transformación de un solo extremo está limitado debido a la baja eficiencia de la tensión rectificada. Sus análogos de dos tiempos se utilizan ampliamente en motores de CC y otras máquinas eléctricas que contienen conjuntos de escobillas en su diseño. Además de los rectificadores clásicos diseñados para su instalación en motores de colector, existen circuitos que pueden aumentar la tensión de salida varias veces. Un caso especial de tales soluciones es un rectificador de duplicación de voltaje.
El circuito rectificador con duplicación de voltaje difiere solo en detalles de las opciones ya consideradas. Estos dispositivos generalmente se denominan multiplicadores, que se ensamblan fácilmente a mano.
Relaciones básicas al calcular un rectificador.
- voltaje de entrada que actúa en el devanado secundario del transformador;
- la corriente en los diodos, que fluye en el circuito, teniendo en cuenta la carga;
- la capacidad del condensador electrolítico, seleccionada en función del factor de suavizado de ondulación especificado;
- voltaje máximo en él.
Es importante considerar la caída de voltaje en los diodos de estado sólido cuando están abiertos.
Los ratios calculados para este caso se presentan de la siguiente forma.
- La corriente en el devanado del transformador es igual en magnitud a su valor máximo en la carga (Iwind = Iload).
- El voltaje en el devanado secundario en modo sin carga es U2 ≈ 0.75Uload.
- Se recomienda tomar diodos rectificadores con los siguientes parámetros: Urev> 3.14Uload e Imax> 1.57Iload.
Los rectificadores se utilizan ampliamente en diversos campos de la ingeniería eléctrica y la electrónica, incluidos los sistemas de control modernos. Por lo tanto, es muy importante comprender qué son los rectificadores y qué tipos de ellos se utilizan para construir los circuitos más eficientes.
