De meest voorkomende AC naar DC rectificatieschema's

Een gelijkrichter is een elektronisch apparaat dat is ontworpen om elektrische energie om te zetten van wisselstroom naar gelijkstroom. Gelijkrichters zijn gebaseerd op halfgeleiderapparaten met enkelzijdige geleiding - diodes en thyristors.

Bij een laag belastingsvermogen (tot enkele honderden watt) wordt de omzetting van wisselstroom in gelijkstroom uitgevoerd met behulp van enkelfasige gelijkrichters. Dergelijke gelijkrichters zijn ontworpen om verschillende elektronische apparaten van stroom te voorzien met gelijkstroom, bekrachtigingswikkelingen van gelijkstroommotoren met klein en middelgroot vermogen, enz.

Voor een beter begrip van de werking van gelijkrichtercircuits gaan we uit van de berekening dat de gelijkrichter werkt op een weerstandsbelasting.

Eenfasige, halve golf (enkele cyclus) gelijkrichtschakeling

Figuur 1 toont het eenvoudigste gelijkrichtcircuit. Het circuit bevat een gelijkrichter die is aangesloten tussen de secundaire wikkeling van de transformator en de belasting.

Figuur 1 - Enkelfasige halfgolfgelijkrichter: a) circuit - diode open, b) circuit - diode gesloten, c) timingdiagrammen van werking

De spanning u2 verandert sinusvormig, d.w.z.bevat positieve en negatieve halve golven (halve perioden). De stroom in het belastingscircuit passeert alleen in positieve halve cycli wanneer een positieve potentiaal wordt toegepast op de anode van de diode VD (Fig. 1, a). Met de omgekeerde polariteit van de spanning u2 is de diode gesloten, de stroom in de belasting vloeit niet, maar de sperspanning Urev wordt op de diode toegepast (Fig. 1, b).

Che. slechts één halve golf van de secundaire wikkelspanning wordt vrijgegeven over de belasting. De stroom in de belasting stroomt slechts in één richting en is gelijkstroom, hoewel deze een pulserend karakter heeft (Fig. 1, c). Deze vorm van spanning (stroom) wordt een DC-puls genoemd.

Gelijkgerichte spanningen en stromen bevatten een DC (nuttige) component en een AC component (rimpelingen). De kwaliteitszijde van de werking van de gelijkrichter wordt geëvalueerd door de relatie tussen de nuttige component en de spannings- en stroombekrachtiging. De rimpelfactor van dit circuit is 1,57. De gemiddelde waarde van de gecorrigeerde spanning voor de periode Un = 0,45U2. De maximale waarde van de sperspanning van de diode Urev.max = 3.14Un.

Het voordeel van deze schakeling is de eenvoud, de nadelen: slecht gebruik van de transformator, grote sperspanning van de diode, hoge rimpelverhouding van de gelijkgerichte spanning.

Enkelfasige bruggelijkrichterschakeling

Het bestaat uit vier diodes die in een brugschakeling zijn aangesloten. De secundaire wikkeling van de transformator is verbonden met de ene diagonaal van de brug en de belasting met de andere (figuur 2). Het gemeenschappelijke punt van de kathodes van diodes VD2, VD4 is de positieve pool van de gelijkrichter, het gemeenschappelijke punt van de anodes van diodes VD1, VD3 is de negatieve pool.

Figuur 2-Eenfasige bruggelijkrichter: a) positief halfgolfgelijkrichtcircuit, b) negatieve halfgolfgelijkrichter, c) timingdiagrammen van de werking

De polariteit van de spanning in de secundaire wikkeling verandert met de frequentie van het voedingsnet. De diodes in deze schakeling werken paarsgewijs in serie. In de positieve halve cyclus van de spanning u2 geleiden de diodes VD2, VD3 stroom, en de sperspanning wordt toegepast op de diodes VD1, VD4 en ze sluiten. Tijdens de negatieve halve periode van de spanning u2 vloeit de stroom door de diodes VD1, VD4 en zijn de diodes VD2, VD3 gesloten.De belastingsstroom vloeit de hele tijd in één richting.

Het circuit is full-wave (push-pull), aangezien beide halve perioden van de netspanning Un = 0,9U2, de rimpelcoëfficiënt - 0,67 worden verdeeld over de belasting.

Door het gebruik van een diodeschakelbrugschakeling kan een enkelfasige transformator worden gebruikt om twee halve cycli te corrigeren. Bovendien is de sperspanning die op de diode wordt toegepast 2 keer minder.

Verbruikers met een gemiddeld en hoog vermogen worden van gelijkstroom voorzien driefasige gelijkrichters, waarvan het gebruik de huidige belasting van de diodes vermindert en de rimpelfactor vermindert.

Driefasige bruggelijkrichterschakeling

Het circuit bestaat uit zes diodes, die zijn verdeeld in twee groepen (Fig. 2.61, a): kathode — diodes VD1, VD3, VD5 en anode VD2, VD4, VD6. De belasting is aangesloten tussen de aansluitpunten van de kathodes en anoden van de diodes, d.w.z. naar de diagonaal van de staande brug. Het circuit is aangesloten op een driefasig netwerk.

Figuur 3 — Driefasige bruggelijkrichter: a) circuit, b) timingdiagrammen van de werking

Op elk moment stroomt de belastingsstroom door twee diodes.In de kathodegroep werkt de diode met het hoogste anodepotentiaal gedurende elke derde van de periode (Fig. 3, b). In de anodegroep werkt in dit deel van de periode de diode waarvan de kathode de grootste negatieve potentiaal heeft. Elk van de diodes werkt gedurende een derde van de periode. De rimpelfactor van dit circuit is slechts 0,057.

Gecontroleerde gelijkrichters - gelijkrichters die, samen met de correctie van wisselspanning (stroom), zorgen voor regeling van de waarde van de gecorrigeerde spanning (stroom).

Gecontroleerde gelijkrichters worden gebruikt om de snelheid van gelijkstroommotoren te regelen, de helderheid van de gloed van gloeilampen, bij het opladen van batterijen, enz.

Gecontroleerde gelijkrichtercircuits zijn gebouwd op thyristors en zijn gebaseerd op het regelen van het openingsmoment van de thyristors.

Figuur 4a toont een diagram van een enkelfasige gestuurde gelijkrichter. Voor de mogelijkheid om twee halve golven van de netspanning te corrigeren, wordt een transformator met een tweefasige secundaire wikkeling gebruikt, waarin twee spanningen met tegengestelde fasen worden gevormd. In elke fase wordt een thyristor ingeschakeld. De positieve halve cyclus van de spanning U2 corrigeert de thyristor VS1, de negatieve - VS2.

Het CS-stuurcircuit genereert pulsen om de thyristors te openen. De timing van de openingspuls bepaalt hoeveel van de halve golf wordt vrijgegeven in de belasting. De thyristor opent wanneer er een positieve spanning op de anode staat en een openingspuls op de stuurelektrode.

Als de puls arriveert op tijdstip t0 (Fig. 4, b), is de thyristor open gedurende de hele halve cyclus en de maximale spanning bij de belasting, als op tijden t1, t2, t3, dan is slechts een deel van de netwerkspanning losgelaten in de lading.

Figuur 4 — Enkelfasige gelijkrichter: a) circuit, b) timingdiagrammen van de werking

De vertragingshoek, gemeten vanaf het moment van natuurlijke ontsteking van de thyristor, uitgedrukt in graden, wordt de regel- of instelhoek genoemd en wordt aangeduid met de letter α. Door de hoek α te veranderen (faseverschuiving van de stuurpulsen ten opzichte van de spanning van de anoden van de thyristors), veranderen we de tijd van de open toestand van de thyristors en dienovereenkomstig de gecorrigeerde spanning in de belasting.