Históricamente, es más rentable y más barato obtener electricidad en forma de corriente alterna generada por generadores de centrales eléctricas. Tal representación hizo posible transmitirlo eficientemente 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 de alimentación. Sin embargo, los circuitos internos de la mayoría de los receptores de alimentación modernos necesitan una fuente de alimentación constante, cuyo valor se selecciona de una serie estándar de valores de 5, 9, 12, 24, 36 o 48 voltios. Para obtenerlos, se tuvo que introducir un rectificador de voltaje especial (24 voltios, por ejemplo) en el circuito de los dispositivos electrónicos.
El principio de funcionamiento del rectificador.
Para una comprensión clara del principio de funcionamiento de un rectificador de CC, primero deberá tener en cuenta que los elementos semiconductores (diodos) se utilizan para rectificar una tensión alterna. Su característica distintiva es la capacidad de conducir la corriente en una sola dirección. Debido a esta propiedad, la tensión alterna que se les aplica en la salida tendrá la forma de pulsaciones positivas con las mitades inferiores del período de media oscilación interrumpidas. 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 necesitan elementos eléctricos adicionales.
Cualquier rectificador actual incorpora los siguientes nodos principales:
- Un transformador reductor que convierte 220 voltios al valor deseado;
- un conjunto de diodos (puente);
- condensador de suavizado (filtrado);
- estabilizador hecho en base a elementos de transistor.
Hay muchas opciones para los rectificadores electrónicos, que difieren en la cantidad y el método de conexión de los diodos, así como en sus parámetros de funcionamiento. De particular interés son los diversos enfoques para la inclusión de elementos de diodos en el circuito. La cascada estabilizadora del dispositivo rectificador se ensambla en interruptores de transistor, llamados relés electrónicos.
Tipos de rectificadores
Dependiendo del método de encendido de los diodos semiconductores, todos los rectificadores de CA se dividen en los siguientes tipos:
- media onda (media onda);
- dos medias ondas (onda completa con un punto medio o esquema de Mitkevich);
- Puente de Gretz o rectificadores;
- Rectificadores con duplicación de la tensión de funcionamiento y otros circuitos menos comunes.
La conmutación de media onda es el método más simple utilizado para rectificar corriente alterna. Otro nombre es circuito rectificador cero.
Usando dispositivos de esta clase, es posible obtener solo una corriente de salida pulsante (usada solo la mitad). Los esquemas basados en el principio de media onda se caracterizan por una baja eficiencia de conversión y rara vez se usan. Sus contrapartes de media onda incluyen dos diodos y proporcionan rectificación de media onda de ambas polaridades. Son más eficientes y se utilizan en fuentes de alimentación simples.
Los rectificadores de puente monofásicos, los llamados circuitos de Gretz con 4 diodos, se caracterizan por una alta eficiencia, que se entiende como la eficiencia del uso de la potencia recibida del transformador.
El voltaje en la salida de los puentes rectificadores de semiconductores es una buena base para el posterior alisado y estabilización, para obtener corriente continua.
Son ampliamente utilizados en dispositivos de mayor intensidad energética, como generadores con voltajes de salida de decenas a cientos de voltios. Sus ventajas incluyen:
- bajo voltaje inverso (fracciones de Volta);
- pequeñas dimensiones;
- Alta eficiencia del uso de un transformador (en comparación con el esquema Mitkevich).
Un inconveniente significativo de los circuitos de puente es una caída de voltaje dos veces mayor en los diodos, lo que los obliga a seleccionar los parámetros de salida del transformador con un margen durante su desarrollo. Esta parte del poder útil se pierde en las uniones de los cuatro diodos.
Tipos de rectificadores por funcionalidad
Según su finalidad y funcionalidad, las muestras de rectificadores conocidas se dividen en dispositivos monofásicos y trifásicos. Los primeros se utilizan en las redes eléctricas de edificios de apartamentos y casas privadas y están destinados a alimentar electrodomésticos. Los segundos son un módulo electrónico de 3 unidades del mismo tipo, fabricado de acuerdo con uno de los siguientes esquemas:
- rectificadores de un ciclo;
- sistemas push-pull;
- módulos combinados: con dos devanados trifásicos con conexión en paralelo y en serie de diodos.
El uso de esquemas de transformación de ciclo único está limitado debido a la baja eficiencia del voltaje rectificado. Sus análogos push-pull son ampliamente utilizados en motores de CC y otras máquinas eléctricas que contienen conjuntos de cepillos en su diseño. Además de los rectificadores clásicos diseñados para su instalación en motores de conmutación, existen esquemas que pueden aumentar el voltaje de salida varias veces. Un caso especial de tales soluciones es un rectificador de duplicación de voltaje.
El circuito rectificador con duplicación de voltaje solo difiere en detalles de las opciones ya consideradas. Dichos dispositivos se denominan comúnmente multiplicadores, que se ensamblan fácilmente con sus propias manos.
Relaciones básicas al calcular el rectificador
Para calcular un rectificador de media onda de 2 seleccionado como ejemplo, debe conocer los siguientes datos iniciales:
- voltaje de entrada que actúa en el devanado secundario del transformador;
- corriente en diodos que fluyen en el circuito teniendo en cuenta la carga;
- capacitancia de un condensador electrolítico, seleccionado en base a un coeficiente de suavizado de ondulación dado;
- Tensión máxima en él.
Es importante considerar la caída de voltaje a través de diodos de estado sólido en estado abierto.
Las proporciones calculadas para este caso se presentan en la siguiente forma.
- La corriente en el devanado del transformador es igual en magnitud a su valor máximo en la carga (Iobm = Inagr).
- El voltaje en el devanado secundario en modo inactivo es U2≈ 0.75Uload.
- Los diodos rectificadores se recomiendan con los siguientes parámetros: Ureb> 3.14Unag e Imax> 1.57Inag.
Los rectificadores se utilizan ampliamente en diversos campos de la ingeniería eléctrica y electrónica, incluidos los sistemas de control modernos. Por lo tanto, es muy importante comprender qué son los rectificadores actuales y cuáles son sus variedades para construir los circuitos más eficientes.
