Storicamente, era più redditizio ed economico ottenere energia elettrica sotto forma di corrente alternata generata dai generatori delle centrali elettriche. Tale rappresentazione ha permesso di trasmetterla efficacemente a grandi distanze. All'estremità ricevente, è stato convertito in una tensione monofase, conveniente per i consumatori, e in questa forma è entrato nella linea elettrica. Tuttavia, i circuiti interni della maggior parte dei moderni consumatori elettrici richiedono un'alimentazione costante, il cui valore è selezionato dall'intervallo standard di 5, 9, 12, 24, 36 o 48 Volt. Per ottenerli era necessario introdurre nel circuito dei dispositivi elettronici uno speciale raddrizzatore di tensione (per 24 Volt, ad esempio).
Principio di funzionamento del raddrizzatore
Per una chiara comprensione del principio di funzionamento di un raddrizzatore CC, è necessario innanzitutto considerare che gli elementi a semiconduttore (diodi) vengono utilizzati per rettificare la tensione CA. La loro caratteristica distintiva è la capacità di condurre la corrente solo in una direzione. A causa di questa proprietà, la tensione alternata applicata loro in uscita avrà la forma di increspature positive con taglio delle metà inferiori del semiperiodo delle oscillazioni. Con semionde positive, una corrente scorrerà attraverso il diodo, che è la base per la formazione di un'alimentazione costante. Per ottenerlo sono necessari elementi elettrici aggiuntivi.
Qualsiasi raddrizzatore corrente include le seguenti unità principali:
- Un trasformatore step-down che converte 220 volt al valore desiderato;
- un insieme di diodi (ponte);
- condensatore di livellamento (filtraggio);
- stabilizzatore realizzato sulla base di elementi a transistor.
Sono note molte varianti di raddrizzatori elettronici, che differiscono per il numero e il metodo di collegamento dei diodi, nonché per i loro parametri operativi. Di particolare interesse sono vari approcci all'inclusione di elementi a diodo nel circuito. Lo stadio stabilizzatore del raddrizzatore è montato su interruttori a transistor detti relè elettronici.
Tipi di raddrizzatori
A seconda del metodo di accensione dei diodi a semiconduttore, tutti i raddrizzatori CA sono suddivisi nei seguenti tipi:
- semionda (semionda);
- full-wave (full-wave con un punto medio o schemi di Mitkevich);
- raddrizzatori a ponte o Gretz;
- raddrizzatori con raddoppio della tensione di esercizio e altri circuiti meno comuni.
La semionda è il metodo più semplice utilizzato per la rettifica CA. Un altro nome è circuito raddrizzatore zero.
Con l'aiuto di dispositivi di questa classe, è possibile ottenere solo una corrente di uscita pulsante (usata solo metà). I circuiti basati sul principio della semionda sono caratterizzati da una bassa efficienza di conversione e sono usati raramente. Le loro controparti a onda intera hanno due diodi nella loro composizione e forniscono la rettifica delle semionde di entrambe le polarità. Sono più efficienti e vengono utilizzati negli alimentatori più semplici.
I raddrizzatori a ponte monofase, i cosiddetti circuiti Gretz a 4 diodi, sono caratterizzati da un'elevata efficienza, intesa come l'efficienza di utilizzo della potenza ricevuta dal trasformatore.
La tensione all'uscita dei ponti raddrizzatori a semiconduttore è una buona base per il successivo livellamento e stabilizzazione, ottenendo corrente continua.
Sono ampiamente utilizzati in dispositivi con maggiore intensità energetica come generatori con tensioni di uscita da decine a centinaia di volt. I loro vantaggi includono:
- bassa tensione inversa (frazione di Volt);
- piccole dimensioni;
- alta efficienza nell'uso del trasformatore (rispetto allo schema Mitkevich).
Uno svantaggio significativo dei circuiti a ponte è il doppio della caduta di tensione attraverso i diodi, il che rende necessario scegliere i parametri di uscita del trasformatore con un margine durante il loro sviluppo. Questa parte della potenza utilizzabile va poi persa alle giunzioni dei quattro diodi.
Tipi di raddrizzatori per funzionalità
In base al loro scopo e funzionalità, i campioni noti di raddrizzatori sono suddivisi in dispositivi monofase e trifase. I primi sono utilizzati nelle reti elettriche di condomini e case private e sono progettati per alimentare gli elettrodomestici. Questi ultimi sono un modulo elettronico di 3 dello stesso tipo, realizzato secondo uno dei seguenti schemi:
- raddrizzatori single-ended;
- sistemi push-pull;
- moduli combinati: con due avvolgimenti trifase con collegamento in parallelo e serie dei diodi.
L'uso di circuiti di trasformazione single-ended è limitato a causa della bassa efficienza della tensione raddrizzata. I loro analoghi a due tempi sono ampiamente utilizzati nei motori a corrente continua e in altre macchine elettriche che contengono gruppi di spazzole nel loro design. Oltre ai classici raddrizzatori progettati per l'installazione nei motori del collettore, esistono circuiti in grado di aumentare più volte la tensione di uscita. Un caso speciale di tali soluzioni è un raddrizzatore raddoppiatore di tensione.
Il circuito raddrizzatore con raddoppio della tensione differisce solo nei dettagli dalle opzioni già considerate. Tali dispositivi sono solitamente chiamati moltiplicatori, che sono facilmente assemblabili a mano.
Relazioni di base nel calcolo di un raddrizzatore
- tensione di ingresso agente nell'avvolgimento secondario del trasformatore;
- la corrente nei diodi, che scorre nel circuito, tenendo conto del carico;
- la capacità del condensatore elettrolitico, selezionata in base al fattore di livellamento dell'ondulazione specificato;
- massima tensione su di esso.
È importante considerare la caduta di tensione sui diodi a stato solido quando sono aperti.
I rapporti calcolati per questo caso sono presentati nel modulo seguente.
- La corrente nell'avvolgimento del trasformatore è uguale in grandezza al suo valore massimo nel carico (Iwind = Iload).
- La tensione nell'avvolgimento secondario in modalità a vuoto è U2 ≈ 0,75 Uload.
- Si consiglia di prendere diodi raddrizzatori con i seguenti parametri: Urev> 3.14Uload e Imax> 1.57Iload.
I raddrizzatori sono ampiamente utilizzati in vari campi dell'ingegneria elettrica ed elettronica, compresi i moderni sistemi di controllo. Pertanto, è così importante capire cosa sono i raddrizzatori e quali tipi di essi vengono utilizzati per costruire i circuiti più efficienti.
