Historisch gezien was het winstgevender en goedkoper om elektriciteit te verkrijgen in de vorm van wisselstroom opgewekt door generatoren van elektriciteitscentrales. Een dergelijke weergave maakte het mogelijk om het over grote afstanden effectief te verzenden. Aan de ontvangende kant werd het omgezet in een enkelfasige spanning, handig voor consumenten, en in deze vorm kwam het in de stroomlijn. De interne circuits van de meeste moderne elektrische verbruikers vereisen echter een constante stroomvoorziening, waarvan de waarde wordt gekozen uit het standaardbereik van 5, 9, 12, 24, 36 of 48 Volt. Om ze te verkrijgen, moest een speciale spanningsgelijkrichter (bijvoorbeeld voor 24 Volt) in het circuit van elektronische apparaten worden geïntroduceerd.
Werkingsprincipe gelijkrichter:
Voor een goed begrip van het werkingsprincipe van een gelijkstroomgelijkrichter, moet je er eerst rekening mee houden dat halfgeleiderelementen (diodes) worden gebruikt om wisselspanning te corrigeren. Hun onderscheidende kenmerk is het vermogen om stroom slechts in één richting te geleiden. Vanwege deze eigenschap zal de wisselspanning die erop wordt toegepast aan de uitgang de vorm hebben van positieve rimpelingen met afgesneden van de onderste helften van de halve periode van de oscillaties. Bij positieve halve golven zal er een stroom door de diode vloeien, wat de basis is voor de vorming van een constante stroomvoorziening. Om het te verkrijgen, zijn extra elektrische elementen vereist.
Elke huidige gelijkrichter omvat de volgende hoofdeenheden:
- Een step-down transformator die 220 volt omzet naar de gewenste waarde;
- een set diodes (brug);
- afvlakking (filter) condensator;
- stabilisator gemaakt op basis van transistorelementen.
Er zijn veel varianten van elektronische gelijkrichters bekend, die verschillen in het aantal en de methode voor het aansluiten van diodes, evenals in hun bedrijfsparameters. Van bijzonder belang zijn verschillende benaderingen voor het opnemen van diode-elementen in het circuit. De stabiliserende fase van de gelijkrichter is gemonteerd op transistorschakelaars die elektronische relais worden genoemd.
Soorten gelijkrichters
Afhankelijk van de methode voor het inschakelen van halfgeleiderdiodes, zijn alle AC-gelijkrichters onderverdeeld in de volgende typen:
- halve golf (halve golf);
- full-wave (full-wave met een middelpunt of Mitkevich-schema's);
- brug- of Gretz-gelijkrichters;
- gelijkrichters met een verdubbeling van de bedrijfsspanning en andere minder gebruikelijke circuits.
Halve golf is de eenvoudigste methode die wordt gebruikt voor AC-rectificatie. Een andere naam is een nulgelijkrichterschakeling.
Met behulp van apparaten van deze klasse is het mogelijk om alleen een pulserende (slechts de helft gebruikte) uitgangsstroom te verkrijgen. Circuits op basis van het halvegolfprincipe worden gekenmerkt door een lage conversie-efficiëntie en worden zelden gebruikt. Hun full-wave tegenhangers hebben twee diodes in hun samenstelling en bieden rectificatie van halve golven van beide polariteiten. Ze zijn efficiënter en worden gebruikt in de eenvoudigste voedingen.
Enkelfasige bruggelijkrichters, de zogenaamde 4-diode Gretz-circuits, worden gekenmerkt door een hoog rendement, dat wordt begrepen als de efficiëntie van het gebruik van het vermogen dat wordt ontvangen van de transformator.
De spanning aan de uitgang van halfgeleidergelijkrichterbruggen is een goede basis voor daaropvolgende afvlakking en stabilisatie - het verkrijgen van gelijkstroom.
Ze worden veel gebruikt in apparaten met een verhoogde energie-intensiteit, zoals generatoren met uitgangsspanningen van tientallen tot honderden volt. Hun voordelen zijn onder meer:
- lage sperspanning (fractie van een Volt);
- kleine maat;
- hoge efficiëntie van het gebruik van de transformator (in vergelijking met het Mitkevich-schema).
Een belangrijk nadeel van brugschakelingen is de dubbele spanningsval over de diodes, waardoor het noodzakelijk is om de uitgangsparameters van de transformator met een marge te kiezen tijdens hun ontwikkeling. Dit deel van het bruikbare vermogen gaat dan verloren op de knooppunten van de vier diodes.
Gelijkrichtertypen op functionaliteit
Volgens hun doel en functionaliteit zijn bekende voorbeelden van gelijkrichters verdeeld in enkelfasige en driefasige apparaten. De eerstgenoemde worden gebruikt in de elektrische netwerken van appartementsgebouwen en particuliere huizen en zijn ontworpen om huishoudelijke apparaten van stroom te voorzien. De tweede is een elektronische module van 3 eenheden van hetzelfde type, vervaardigd volgens een van de volgende schema's:
- enkelzijdige gelijkrichters;
- push-pull-systemen;
- gecombineerde modules: met twee driefasige wikkelingen met parallelle en serieschakeling van diodes.
Het gebruik van single-ended transformatiecircuits is beperkt vanwege het lage rendement van de gelijkgerichte spanning. Hun tweetakt-analogen worden veel gebruikt in gelijkstroommotoren en andere elektrische machines die borstelassemblages in hun ontwerp bevatten. Naast klassieke gelijkrichters die zijn ontworpen voor installatie in collectormotoren, zijn er circuits die de uitgangsspanning meerdere keren kunnen verhogen. Een speciaal geval van dergelijke oplossingen is een spanningsverdubbelende gelijkrichter.
Het gelijkrichtcircuit met spanningsverdubbeling verschilt alleen in details van de reeds overwogen opties. Dergelijke apparaten worden meestal multipliers genoemd, die gemakkelijk met de hand kunnen worden geassembleerd.
Basisrelaties bij het berekenen van een gelijkrichter
- ingangsspanning die werkt in de secundaire wikkeling van de transformator;
- de stroom in de diodes, die in het circuit vloeit, rekening houdend met de belasting;
- de capaciteit van de elektrolytische condensator, geselecteerd op basis van de gespecificeerde rimpelafvlakkingsfactor;
- maximale spanning erop.
Het is belangrijk om rekening te houden met de spanningsval over solid-state diodes wanneer ze open zijn.
De berekende verhoudingen voor dit geval worden weergegeven in de volgende vorm.
- De stroom in de transformatorwikkeling is in grootte gelijk aan de maximale waarde in de belasting (Iwind = Iload).
- De spanning in de secundaire wikkeling in onbelaste modus is U2 ≈ 0,75Uload.
- Het wordt aanbevolen om gelijkrichtdiodes te nemen met de volgende parameters: Urev> 3.14Uload en Imax> 1.57Iload.
Gelijkrichters worden veel gebruikt in verschillende gebieden van elektrotechniek en elektronica, waaronder moderne besturingssystemen. Daarom is het zo belangrijk om te begrijpen wat gelijkrichters zijn en welke soorten worden gebruikt om de meest efficiënte circuits te bouwen.
