Els esquemes de rectificació de CA a CC més comuns
Un rectificador és un dispositiu electrònic dissenyat per convertir l'energia elèctrica de corrent altern a corrent continu. Els rectificadors es basen en dispositius semiconductors amb conducció d'un sol costat: díodes i tiristors.
A baixa potència de càrrega (fins a diversos centenars de watts), la conversió de corrent altern en corrent continu es realitza mitjançant rectificadors monofàsics. Aquests rectificadors estan dissenyats per alimentar diversos dispositius electrònics amb corrent continu, bobinatges d'excitació de motors de corrent continu de petita i mitjana potència, etc.
Per a una comprensió més fàcil del funcionament dels circuits rectificadors, procedirem del càlcul que el rectificador treballa amb una càrrega resistiva.
Circuit rectificador monofàsic de mitja ona (cicle únic).
La figura 1 mostra el circuit de rectificació més senzill. El circuit conté un rectificador connectat entre el bobinatge secundari del transformador i la càrrega.
Figura 1 - Rectificador monofàsic de mitja ona: a) circuit - díode obert, b) circuit - díode tancat, c) diagrames de temps de funcionament
La tensió u2 canvia de manera sinusoïdal, és a dir.conté mitges ones positives i negatives (mitges períodes). El corrent al circuit de càrrega només passa en semicicles positius quan s'aplica un potencial positiu a l'ànode del díode VD (Fig. 1, a). Amb la polaritat inversa de la tensió u2, el díode està tancat, el corrent de la càrrega no flueix, però la tensió inversa Urev s'aplica al díode (Fig. 1, b).
Che. només s'allibera una mitja ona de la tensió del bobinatge secundari a través de la càrrega. El corrent de la càrrega només flueix en una direcció i és de corrent continu, tot i que té un caràcter pulsatori (Fig. 1, c). Aquesta forma de tensió (corrent) s'anomena pols de corrent continu.
Les tensions i corrents rectificades contenen un component DC (útil) i un component AC (ondes). La qualitat de l'operació del rectificador s'avalua per la relació entre el component útil i l'excitació de tensió i corrent. El factor de ondulació d'aquest circuit és 1,57. El valor mitjà de la tensió corregida per al període Un = 0,45U2. El valor màxim de la tensió inversa del díode Urev.max = 3,14Un.
L'avantatge d'aquest circuit és la seva senzillesa, els desavantatges: mal ús del transformador, gran tensió inversa del díode, alta relació d'ondulació de la tensió rectificada.
Circuit rectificador de pont monofàsic
Consta de quatre díodes connectats en un circuit pont. El bobinatge secundari del transformador està connectat a una diagonal del pont, i la càrrega a l'altra (Fig. 2). El punt comú dels càtodes dels díodes VD2, VD4 és el pol positiu del rectificador, el punt comú dels ànodes dels díodes VD1, VD3 és el pol negatiu.
Figura 2-Pont rectificador monofàsic: a) circuit de rectificació de mitja ona positiva, b) rectificació de mitja ona negativa, c) diagrames de temps de funcionament
La polaritat de la tensió al bobinatge secundari canvia amb la freqüència de la xarxa de subministrament. Els díodes d'aquest circuit funcionen per parells en sèrie. En el mig cicle positiu de la tensió u2, els díodes VD2, VD3 condueixen el corrent i la tensió inversa s'aplica als díodes VD1, VD4 i es tanquen. Durant el mig cicle negatiu de la tensió u2, el corrent flueix pels díodes VD1, VD4 i els díodes VD2, VD3 es tanquen.El corrent de càrrega flueix tot el temps en una direcció.
El circuit és d'ona completa (push-pull), ja que ambdós semiperíodes de la tensió de xarxa Un = 0,9U2, el coeficient d'ondulació - 0,67 es distribueix sobre la càrrega.
L'ús d'un circuit de pont de commutació de díodes permet utilitzar un transformador monofàsic per rectificar dos semicicles. A més, la tensió inversa aplicada al díode és 2 vegades menor.
Els consumidors de potència mitjana i alta s'alimenten amb corrent continu des de rectificadors trifàsics, l'ús del qual redueix la càrrega actual dels díodes i redueix el factor d'ondulació.
Circuit rectificador de pont trifàsic
El circuit consta de sis díodes, que es divideixen en dos grups (Fig. 2.61, a): càtode — díodes VD1, VD3, VD5 i ànode VD2, VD4, VD6. La càrrega es connecta entre els punts de connexió dels càtodes i els ànodes dels díodes, és a dir. a la diagonal del pont dempeus. El circuit està connectat a una xarxa trifàsica.
Figura 3 — Pont rectificador trifàsic: a) circuit, b) diagrames de temps de funcionament
En qualsevol moment, el corrent de càrrega flueix a través de dos díodes.En el grup del càtode, el díode amb el potencial d'ànode més alt funciona durant cada terç del període (Fig. 3, b). Al grup d'ànodes, en aquesta part del període, funciona el díode el càtode del qual té el major potencial negatiu. Cadascun dels díodes funciona durant un terç del període. El factor de ondulació d'aquest circuit és només 0,057.
Rectificadors controlats: rectificadors que, juntament amb la correcció de la tensió alterna (corrent), proporcionen la regulació del valor de la tensió corregida (corrent).
Els rectificadors controlats s'utilitzen per controlar la velocitat dels motors de corrent continu, la brillantor de la resplendor de les làmpades incandescents, quan es carreguen bateries, etc.
Els circuits rectificadors controlats estan construïts sobre tiristors i es basen a controlar el moment d'obertura dels tiristors.
La figura 4a mostra un diagrama d'un rectificador controlat monofàsic. Per a la possibilitat de corregir dues mitges ones de la tensió de xarxa, s'utilitza un transformador amb un bobinatge secundari bifàsic, en el qual es formen dues tensions amb fases oposades. En cada fase s'activa un tiristor. El mig cicle positiu de la tensió U2 rectifica el tiristor VS1, el negatiu - VS2.
El circuit de control CS genera polsos per obrir els tiristors. El temps del pols d'obertura determina quanta part de la mitja ona s'allibera a la càrrega. El tiristor s'obre quan hi ha una tensió positiva a l'ànode i un pols d'obertura a l'elèctrode de control.
Si el pols arriba en el temps t0 (Fig. 4, b), el tiristor està obert durant tot el mig cicle i la tensió màxima a la càrrega, si en els moments t1, t2, t3, aleshores només una part de la tensió de la xarxa és alliberat a la càrrega.
Figura 4 — Rectificador monofàsic: a) circuit, b) cronograma de funcionament
L'angle de retard, mesurat des del moment de l'encesa natural del tiristor, expressat en graus, s'anomena angle de control o d'ajust i es denota amb la lletra α. En canviar l'angle α (desplaçament de fase dels polsos de control en relació a la tensió dels ànodes dels tiristors), canviem el temps de l'estat obert dels tiristors i, en conseqüència, la tensió corregida a la càrrega.