Jak działa rektyfikacja AC

Jak wiadomo, elektrownie wytwarzają prąd przemienny. AC łatwo przekształca za pomocą transformatorów, jest przesyłany przewodami o minimalnych stratach, wiele silników elektrycznych pracuje na prądzie przemiennym, w końcu wszystkie sieci przemysłowe i domowe dzisiaj działają na prąd przemienny.

Jednak w niektórych zastosowaniach prąd przemienny jest zasadniczo nieodpowiedni. Akumulatory muszą być ładowane prądem stałym, elektrolizery są zasilane prądem stałym, diody LED wymagają prądu stałego, a wciąż jest o wiele więcej do zrobienia bez prądu stałego, nie wspominając o gadżetach, które były pierwotnie używane baterie. Tak czy inaczej, czasami konieczne jest wydobycie prądu stałego z prądu przemiennego poprzez jego konwersję, aby rozwiązać ten problem, uciekają się do prostowania prądu przemiennego.

Do rektyfikacji wykorzystania prądu przemiennego prostowniki diodowe. Najprostszy obwód prostownika zawierający tylko jeden dioda półprzewodnikowanazywa się prostownikiem półfalowym. Prąd przemienny przepływa tutaj przez uzwojenie pierwotne transformatora, którego uzwojenie wtórne jest połączone z anodą diody za pomocą jednego z jej zacisków oraz z obwodem obciążającym z drugim, który z kolei, podłączony do katody diody, zamyka obwód wtórny transformatora.

Zastanów się, co dzieje się w pierwszym momencie, kiedy do anody diody względem jej katody przyłożone jest dodatnie napięcie, działające podczas pierwszego półokresu prądu przemiennego.

W tym momencie elektrony przemieszczają się od katody do anody diody, przez drut uzwojenia wtórnego transformatora, przez cewkę, a następnie przez obciążenie - w ten sposób obwód się zamyka. Kiedy zaczyna się przeciwny półcykl, elektrony nie mogą przenikać z anody na katodę, dlatego w tym półokresie nie ma prądu w obwodzie. Wraz z nadejściem kolejnego półcyklu proces się powtarza.

Tak więc, ponieważ prąd w obwodzie płynie tylko podczas jednego z półokresów, ten rodzaj rektyfikacji nazywa się rektyfikacją półfalową. A ze względu na fakt, że podczas ujemnych półokresów prąd nie dostaje się do obwodu obciążenia, jego kształt okazuje się pulsujący, ponieważ działa w jednym kierunku, chociaż zmienia się jego wielkość.

W tym obwodzie zastosowano filtr wygładzający składający się z dławika (cewki) i kondensatorów, aby zmniejszyć poziom tętnienia na obciążeniu i sprawić, że prąd będzie prawie idealnie stały. Obwód filtra praktycznie nie pozwala na przejście elementu filtrującego do ładunku, przepuszcza tylko składnik stały.

Cewka ma rezystancję indukcyjną, która zależy od częstotliwości prądu, a im wyższa częstotliwość, tym większa rezystancja indukcyjna cewki, więc cewka jest odporna na przemienny składnik prądu pulsującego. Cewka łatwo przechodzi przez stały element.

Kondensator jednak przepuszcza składową zmienną, ale nie przepuszcza stałej, a im wyższa częstotliwość prądu, tym silniejszy kondensator przepuszcza go. Ogólnie rzecz biorąc, im większa pojemność kondensatora i im wyższa indukcyjność cewki indukcyjnej, tym mniej jest niepotrzebnej zmiany składowej prądu stałego przepływającego konkretnie przez obciążenie.

Tak więc, gdy dodatnia półfala prądu działa w obwodzie, pierwszy kondensator jest ładowany do amplitudy napięcia przemiennego uzwojenia wtórnego (minus spadek napięcia na diodzie). Kiedy działa ujemna półfala, elektryczność nie wchodzi do kondensatora, a on, rozładowując się do obciążenia, utrzymuje w nim stały prąd.

Gdyby nie było cewki indukcyjnej, to ponieważ napięcie na kondensatorze spadłoby podczas tego procesu, prąd przy obciążeniu miałby w jakiś sposób silne tętnienia. Aby zmniejszyć tętnienie, do obwodu dodaje się dławik (cewkę), a nawet z dodatkowym kondensatorem umieszczonym za nim. Drugi kondensator przejmuje prąd przepływający przez cewkę, która już prawie nie zawiera tętnienia.

Aby jeszcze bardziej wygładzić tętnienie, użyj prostownika półfalowego. Prostownik półfalowy można zrealizować na dwa sposoby. Można to wykonać przez most (składający się z czterech diod) lub zawierać tylko dwie diody, ale wówczas uzwojenie wtórne transformatora powinno mieć podwójną liczbę zwojów i moc wyjściową pośrodku między połówkami uzwojenia.

Prostownik półfalowy działa w następujący sposób. Podczas jednego z półokresów (na przykład dodatnich) prąd jest kierowany z anody do katody górnej zgodnie z obwodem diody, a dolna dioda nie przepuszcza prądu w tym czasie, jest zablokowana (jedyna dioda w prostowniku półfalowym zachowuje się tak samo podczas ujemnego prądu półfalowego )

Prąd zamyka się przez filtr, obciążenie, a następnie przez środkową moc wyjściową do uzwojenia transformatora. Kiedy pojawia się drugi półcykl, biegunowość prądu jest taka, że ​​dolna dioda w obwodzie przepuszcza prąd przez filtr i przez obciążenie, a górna dioda jest zablokowana. Następnie procesy są powtarzane.

Ponieważ prąd jest dostarczany do obciążenia podczas każdego z dwóch okresów, to prostowanie nazywane jest prostowaniem półfalowym, a prostownik nazywany jest prostownikiem półfalowym. Pulsacja wyjściowa jest o wiele mniejsza niż w przypadku rektyfikacji półfalowej, ponieważ częstotliwość wyprostowanych impulsów jest dwa razy wyższa, indukcyjność cewki indukcyjnej jest dwa razy większa, a kondensatory nie mają czasu na znaczne rozładowanie.

Bardziej szczegółowo, rozważane są tutaj typowe schematy różnych prostowników: Schematy prostowników jednofazowych