De ruggengraat van elektrische systemen: een uitgebreide gids voor gelijkrichters

Rectificatie is een basisaspect van elektrotechniek, goed voor het converteren van wisselstroom (AC) om de stroom (DC) te sturen, wat nuttig is voor de werking van tal van elektronische apparaten en systemen.Dit artikel onderzoekt de gedetailleerde aspecten van rectificatie, met betrekking tot basisprincipes, verschillende componenten en de verschillende soorten gelijkrichters op maat voor specifieke toepassingen en vermogensbehoeften.Door de werking van halfgolf- en full-wave gelijkrichters te verkennen, inclusief geavanceerde types zoals brug- en polyfase-gelijkrichters, krijgen we inzicht in hun mogelijkheden, beperkingen en de technologische vooruitgang die hun efficiëntie en toepassing verbeteren.Het artikel bespreekt ook praktisch gebruik waar gelijkrichters nodig zijn, variërend van telecommunicatie tot medische hulpmiddelen, met hun wijdverbreide impact op de moderne technologie.Benadrukt de rol van componenten zoals diodes en condensatoren bij het waarborgen van een gestage DC-output van een onstabiele AC-input, met als doel een diepgaand begrip te bieden van rectificatie-technologieën en hun belang in dagelijkse en gespecialiseerde elektrische doeleinden.

Catalogus

Figuur 1: Gelijkrichter circuit

Wat is rectificatie?

Rectificatie is het proces van het veranderen van elektrische stroomgedrag van het stromen van meerdere richtingen om in slechts één richting te stromen.In de meeste elektronische apparaten zijn er twee soorten stromen: wisselstroom (AC) en directe stroom (DC).AC verandert van richting meerdere keren gedurende een bepaalde periode, terwijl DC gestaag in één richting stroomt.Voor elektronische apparaten en apparaten om een ​​continue spanningsvoorraad te ontvangen, moet AC worden omgezet in DC, een proces dat bekend staat als AC -rectificatie.

Figuur 2: Schematisch diagram van rectificatie

Een gelijkrichter, de component die deze taak uitvoert, kan verschillende vormen aannemen, waaronder dioden van vaste toestand, vacuümbuisdioden, kwik-boogkleppen, siliciumgestuurde gelijkrichters en andere siliconen gebaseerde halfgeleiderschakelaars.Onder deze is de halfgeleidendiode bijzonder belangrijk en gedraagt ​​zich als een eenrichtingsklep voor elektrische lading.Hiermee kan de stroom in slechts één richting stromen, waardoor de conversie van AC naar DC wordt vergemakkelijkt.De halfgolfgelijkrichter, een eenvoudiger vorm van rectificatie, ondersteunt meer geavanceerde rectificerende systemen en tal van toepassingen die DC-stroom vereisen, die de functionaliteit van talloze elektronische apparaten bij dagelijks gebruik ondersteunen.

Gelijkrichterscomponenten

P-N Junction diode: dit apparaat laat de stroom in slechts één richting stromen.Wanneer de P -zijde van de diode een hoger potentieel heeft dan de N -zijde, is deze voorwaartse bevooroordeelde en laat de stroom voorbijgaan.Omgekeerd, wanneer de N -zijde een hoger potentieel heeft, is deze omgekeerd bevooroordeeld en blokkeert de huidige stroom.

Wisselingsstroom (AC): AC is een elektrische stroom die periodiek van richting verandert.

Directe stroom (DC): in tegenstelling tot AC is DC een type elektrische stroom die consistent in één richting stroomt zonder periodiek te veranderen.

WaveForm: dit is een grafische weergave die de grootte en richting van elektrische stroom of spanning in de loop van de tijd toont.

VRMS en IRMS: dit zijn de wortelgemiddelde vierkante waarden van spanning (VRMS) en stroom (IRMS) voor AC.Ze worden berekend als 1/√2 keer de piekspanning of stroom, waardoor een maat voor de effectieve waarde van de fluctuerende AC.

Condensator: een condensator is een tweeterminaal apparaat dat energie opslaat in een elektrisch veld.Het kan in een circuit opladen en ontladen, waardoor spanningsschommelingen worden gladgemaakt en een stabiele DC -uitgang bieden.

Functiegenerator: dit apparaat genereert verschillende elektrische golfvormen, waaronder AC, met specifieke spanningen en frequenties die nodig zijn voor het testen en bedienen van elektronische circuits.

Verschillende soorten gelijkrichters

Figuur 3: ongecontroleerde gelijkrichter

Ongecontroleerde gelijkrichters

Een ongecontroleerde gelijkrichter is een type gelijkrichter waarvan de uitgangsspanning niet kan worden aangepast.Er zijn twee hoofdsoorten ongecontroleerde gelijkrichters: halfgolfrichters en full-wave gelijkrichters.

Halfgolfgelijkrichter zet slechts de helft van de AC-cyclus om in DC.Hiermee kan de positieve of negatieve helft van de AC -golf voorbijgaan, waardoor de andere helft wordt geblokkeerd.

Full-wave gelijkrichter zet zowel de positieve als de negatieve helften van de AC-cyclus om in DC.Een voorbeeld van een full-wave gelijkrichter is de bruggelijkrichter, die vier diodes gebruikt die zijn gerangschikt in een Wheatstone-brugconfiguratie om deze conversie te bereiken.

Gecontroleerde gelijkrichters

Een gecontroleerde gelijkrichter maakt de aanpassing van de uitgangsspanning mogelijk.Componenten zoals siliciumgestuurde gelijkrichters (SCR's), metaal-oxide-halfgeleider veldeffecttransistoren (MOSFET's) en geïsoleerde bipolaire transistoren (IGBT's) worden gebruikt om deze rechters te maken.Gecontroleerde gelijkrichters hebben vaak de voorkeur boven ongecontroleerde vanwege hun veelzijdigheid.

Halfgolfgestuurde gelijkrichter is vergelijkbaar met de halve golf ongecontroleerde gelijkrichter maar vervangt de diode door een SCR, waardoor de regeling over de uitgangsspanning mogelijk wordt.

Full-wave gecontroleerde gelijkrichter zet beide helften van de AC-cyclus om in DC, maar zorgt voor spanningsregeling door het gebruik van SCR's of andere vergelijkbare componenten.

Figuur 4: Gecontroleerde gelijkrichter

Halfgolfrectificatie

Halfgolfrectificatie, hoewel eenvoudig in ontwerp, heeft opmerkelijke beperkingen, vooral wanneer een hoge efficiëntie en lage harmonische vervorming vereist zijn.Deze methode verwerkt slechts de helft van de AC -golfvorm en negeert de andere helft.Als gevolg hiervan creëert het inefficiënties en introduceert het een hoge harmonische inhoud in de output, waardoor de afvlakkingsbewerkingen worden ingewikkeld.

Dit type rectificatie wordt meestal gebruikt in minder veeleisende toepassingen.Het is bijvoorbeeld geschikt voor bepaalde verlichtingsdimmers die geen continue voeding nodig hebben.In deze dimmers wisselen schakelaars af tussen het volledige acvermogen voor maximale helderheid en een halfgolfrichtde uitgang voor dimmen.Deze techniek pulseert stroom naar de lamp, waardoor het filament wordt voorkomen dat de gloeilament snelle temperatuurveranderingen verandert.Deze geleidelijke verwarming en koeling behouden een consistente, gedimde lichtoutput en minimaliseer flikkeren, effectief beheren van de energiestroom naar langzamere reagerende belastingen.

Ondanks de basisbewerking kan halfgolfrectificatie energiezuinig zijn in specifieke scenario's waarbij geavanceerde vermogensregeling en continue output niet gewenst zijn.Deze aanpak benadrukt het praktische gebruik van halfgolfrichters in toepassingen die profiteren van eenvoudige, maar effectieve, energiemodulatie.

Afbeelding 5: Halfgolfrichtspiercircuit

Positieve halfcyclus in halve golf rectificatie

Tijdens de positieve halve cyclus van een AC-ingang wordt de diode vooruitstrevend en functioneert als een kortsluiting.Hierdoor kan de stroom door het circuit stromen, waardoor de AC -ingang wordt gerepliceerd in de DC -uitgang.In praktische toepassingen is de uitgangsspanning echter iets lager dan de ingangsspanning vanwege de spanningsval over de diode.

Figuur 6: Positieve halfgolfrichter

Negatieve halfcyclus in rectificatie van halve golf

Tijdens de negatieve halve cyclus van de AC-ingang is de diode omgekeerd en gedraagt ​​zich als een open circuit.Als gevolg hiervan stroomt er gedurende deze periode geen stroom door het circuit en bevat de uitgang niet de negatieve halfcyclus van de invoer.

Figuur 7: Negative Half Wave gelijkrichter

Voor- en nadelen van halfgolfgigrager

Halfgolfrichters bieden verschillende voordelen, waardoor ze geschikt zijn voor bepaalde toepassingen.Een van de belangrijkste voordelen is hun eenvoud;Het circuit is eenvoudig en gemakkelijk te implementeren.Deze eenvoud vertaalt zich in goedkope ontwerpen, omdat de vereiste componenten goedkoop zijn.Bovendien zorgt het ongecompliceerde ontwerp van halfgolfrichters voor gemakkelijke en grootschalige productie.

Halfgolfrichters hebben echter ook opmerkelijke nadelen.Een serieus nadeel is de hoge rimpelfactor.Dit veroorzaakt aanzienlijke schommelingen in de DC -uitgangsspanning, die in veel toepassingen problematisch kan zijn.Halfgolfrichters lijden aan hoog vermogensverlies omdat ze slechts de helft van de inputgolfvorm gebruiken.Dit resulteert in aanzienlijke vermogensdissipatie en verminderde efficiëntie.In vergelijking met full-wave gelijkrichters zijn halfgolfgelijkrichters in het algemeen minder efficiënt, omdat ze gebruik maken van slechts de helft van de invoercyclus.Bovendien is de uitgangsspanning van een halfgolfgelijkrichter lager dan die van een full-wave gelijkrichter, waardoor de toepasbaarheid in systemen die hogere spanningen vereisen, beperkt.

Full-wave gelijkrichters

Figuur 8: Relatifier met volledige golf

Full-wave gelijkrichters verbeteren de rectificatie met behulp van de gehele AC-golfvorm, waardoor de conversie-efficiëntie wordt verbeterd.In tegenstelling tot halfgolfgelijkrichters, die slechts de helft van de AC-cyclus gebruiken, converteren full-wave gelijkrichters beide helften in DC.Dit proces verdubbelt effectief het vermogen.Een gemeenschappelijk ontwerp voor gelijkwaardige gelijkrichters is de configuratie in het midden-tap.Deze opstelling maakt gebruik van een transformator met een midden-aangetapte secundaire wikkeling en twee diodes.De gelijktijdige gelijkrichter werkt door af te wisselen tussen de twee diodes op basis van de AC-polariteit.Elke diode loopt op zijn beurt en zorgt ervoor dat beide helften van de AC -golfvorm worden gebruikt.Deze methode biedt een continue en stabielere DC -uitgang, waardoor de uitgangsspanning wordt verhoogd en de rimpelfrequentie wordt verminderd.De resulterende DC is soepeler dan die van halfgolfrichters.Full-wave gelijkrichters zijn belangrijk voor situaties die een gestage en betrouwbare DC-voeding nodig hebben, zoals voedingen voor elektronische gadgets.Door de volledige AC-ingang te gebruiken, bieden full-wave gelijkrichters een sterke oplossing voor veeleisende taken, waardoor consistente DC-kracht wordt geboden.

Positieve halve cyclus in rectificatie met volledige golf

Figuur 9: Positieve volledige golfgelijkrichter

Een consistente DC-output in full-wave rectificatie met een midden-tap-ontwerp hangt af van het gedrag van het circuit tijdens de positieve halve cyclus.Wanneer de AC-bron een positieve spanning vertoont, wordt de bovenste diode naar voren gebaseerd, waardoor de stroom door de bovenste helft van de secundaire wikkeling van de transformator kan stromen.Dit proces stuurt de positieve helft van de AC -golfvorm naar de belasting.

De werking van de bovendiode tijdens deze fase is waardevol.Het voert de positieve spanning uit naar de belasting en blokkeert negatieve spanningscomponenten.Deze selectieve geleiding zorgt ervoor dat het positieve segment van de golfvorm efficiënt wordt omgezet in DC zonder interferentie van de negatieve helft.Het handhaven van een gestage en betrouwbare DC -voeding omvat het uitvoeren van deze actie.

Door zich te concentreren op de positieve helft van de AC-cyclus, maximaliseert de midden-tap full-wave gelijkrichter de bruikbare energie van de AC-bron.Deze gedetailleerde blik op de rol van de positieve halfcyclus in het gelijkrichtercircuit benadrukt het belang ervan bij het converteren van AC naar DC-vermogensefficiënt en stabiel, waardoor een hoogwaardige en consistente DC-output wordt gewaarborgd.

Negatieve halve cyclus in rectificatie met volledige golf

Figuur 10: Negative Full Wave gelijkrichter

In de negatieve halve cyclus van een midden-tap full-wave gelijkrichter verschuift de werking van het circuit om continue stroomafgifte te behouden.Wanneer de AC-polariteit omkeert, wordt de bodemdiode naar voren gebaseerd en geleidt en betrekt de onderste helft van de secundaire wikkeling van de transformator.Dit proces zet de negatieve helft van de AC-golfvorm om in een positieve output, net als tijdens de positieve halfcyclus.

De afwisselende geleiding tussen de bovenste en onderste diodes is van cruciaal belang voor rectificatie met volledige golf.Het zorgt voor een continue en stabiele DC -toevoer door beide helften van de AC -golfvorm te gebruiken.Voor apparaten die constant DC -vermogen vereisen, verhoogt deze dubbele geleiding niet alleen de efficiëntie van de stroomconversie, maar stabiliseert ook de output door consistente polariteit en amplitude te behouden.

De precieze coördinatie van diode-activiteit tijdens elke halve cyclus maximaliseert het potentieel van de AC-input, het verminderen van afval en het verbeteren van de uitgangsefficiëntie.Het analyseren van de negatieve halve cyclus laat zien hoe full-wave rectificatie dynamisch aanpast aan de veranderende invoeromstandigheden, waardoor een betrouwbare en ononderbroken DC-voeding wordt geboden.Deze methode toont zijn superioriteit over eenvoudigere rectificatietechnieken door complexe vermogenseisen effectief te beheren.

Nadelen van het full-wave gelijkrichterontwerp

Full-wave gelijkrichters zijn efficiënter dan halfgolfgelijkrichters, maar ze hebben nadelen die hun gebruik beïnvloeden.Een groot probleem is de behoefte aan een transformator met een middelbare secundaire wikkeling.Deze vereiste is vooral problematisch in krachtige toepassingen waar transformatoren duurzaam moeten zijn en in staat zijn om grote stroombelastingen te verwerken zonder opmerkelijke verliezen.

Deze krachtige transformatoren zijn duur en fysiek groot.De verhoogde grootte en kosten maken de goedgolfrichters minder praktisch in toepassingen waar de ruimte beperkt is of budgetbeperkingen krap zijn.De omvang en kosten belemmeren het gebruik ervan in draagbare of kleinschalige apparaten waar compactheid en betaalbaarheid vereist zijn.Ze beïnvloeden beslissingen over wanneer en waar te gebruiken full-wave rectificatie.Ondanks hun efficiëntie en outputstabiliteit vereisen deze praktische beperkingen een zorgvuldige evaluatie van de beoogde toepassing, vermogensbehoeften en het algemene systeemontwerp.

Veelzijdigheid in full-wave gelijkrichtersconfiguraties

Het full-wave center-tap gelijkrichterontwerp is zeer veelzijdig, waardoor wijzigingen mogelijk zijn, zoals het omkeren van de laadpolariteit.Dit kan worden gedaan door de oriëntatie van de diodes te wijzigen of deze parallel te integreren met een bestaande positieve output-gelijkrichter.Deze flexibiliteit om zowel positieve als negatieve spanningen uit een enkele stroombron te genereren, toont het aanpassingsvermogen van full-wave gelijkrichters.Deze ontwerpflexibiliteit zorgt ervoor dat deze gelijkrichters kunnen worden aangepast om aan specifieke elektrische behoeften te voldoen, waardoor het gebruik ervan in complexe circuits wordt verbeterd.Dit is met name nuttig voor toepassingen die verschillende spanningspolariteiten nodig hebben, zoals bipolaire transistorversterkers of operationele versterkersystemen, waarbij het hebben van twee voedingsspanningen wordt aanbevolen.

De mogelijkheid om de functionaliteit van full-wave gelijkrichters te wijzigen en uit te breiden dan basisrectificatie benadrukt hun belang in geavanceerd elektronisch ontwerp.Dit aanpassingsvermogen verhoogt niet alleen het nut van full-wave gelijkrichters, maar moedigt ook innovatie en efficiëntie aan bij het ontwikkelen van elektronische systemen, het voldoen aan een breed scala aan technische vereisten en applicatiescenario's.

Bridge gelijkrichters

Figuur 11: Bridge gelijkrichters

Onder de gelijkrichters is de bruggelijkrichter het meest efficiënte gelijkrichtingscircuit.We kunnen bruggelijkrichters definiëren als een type full-wave gelijkrichter dat vier of meer diodes in een brugcircuitconfiguratie gebruikt om een ​​efficiënt alternerende (AC) stroom te converteren naar een directe (DC) stroom.

De full-wave bruggelijkrichter heeft vaak de voorkeur boven het centrum-tap-ontwerp vanwege zijn betrouwbaarheid en efficiënt polariteitsbeheer.Het gebruikt vier diodes in een brugconfiguratie om een ​​consistente uitvoerpolariteit te behouden, ongeacht de invoerpolariteit.Dit ontwerp zet de gehele AC -golfvorm om in een stabiele DC -uitgang, waardoor het zeer betrouwbaar is voor verschillende elektronische toepassingen.

Een sterkte van de Bridge -gelijkrichter is het vermogen om de stroom door de belasting continu te houden, zelfs als de polariteit van de AC -bron verandert.De brugconfiguratie heeft echter nadelen.Elk van de vier diodes introduceert een spanningsval, meestal ongeveer 0,7 volt per diode, die de uitgangsspanning aanzienlijk kan verminderen.

Ondanks deze spanningsdruppels wegen de voordelen van de full-wave bridge-gelijkrichter vaak op tegen de nadelen van zijn nadelen, vooral in hogere spanningstoepassingen waarbij de diodespanningsdruppels minder zijn ten opzichte van de totale spanning.Het vermogen om een ​​betrouwbare en stabiele DC -output te bieden onder verschillende invoeromstandigheden onderstreept zijn superioriteit, waardoor het een beste component is in veel moderne elektronische systemen.

Full-wave bruggelijkrichtingscircuitdiagram

Visuele hulpmiddelen kunnen het begrip opmerkelijk verbeteren voor diegenen die nieuw zijn in elektronica.Een alternatief circuitdiagram van de full-wave bruggelijkrichter, ontworpen met educatieve doeleinden in gedachten, kan zeer nuttig zijn.Deze versie van het diagram rangschikt alle diodes horizontaal, waardoor de visualisatie van de stroom van het circuit wordt vereenvoudigd.Deze lay -out verduidelijkt de functie van elke diode in de gelijkrichter en maakt de principes van brug -rectificatie toegankelijker.

Figuur 12: Full-wave bruggelijkrichter

De horizontale opstelling van diodes helpt gebruikers duidelijk te observeren hoe stroom door het circuit stroomt tijdens beide helften van de AC -cyclus.Deze instelling vereenvoudigt het proces van het omzetten van AC naar DC met behulp van een bruggelijkrichter.Door de componenten en hun verbindingen op een duidelijke manier weer te geven, wordt het gemakkelijker om te begrijpen hoe elk deel de continuïteit en stabiliteit van de uitgangsstroom ervoor zorgt.

Polyfasebrug gelijkrichters

Het aanpassen van bruggelijkrichters voor polyfase AC-systemen verbetert hun nut, vooral in krachtige toepassingen.Door elke fase van het polyfasesysteem te verbinden met de gelijkrichter met een speciaal paar diodes, verdeelt het circuit het vermogen efficiënt over zowel positieve als negatieve belastingen.Deze opstelling vermindert de hoeveelheid AC -inhoud in de uiteindelijke DC -output, wat belangrijk is in industriële toepassingen, door gebruik te maken van de inherente faseveranderingen in polyfasesystemen.

De fase-verschoven pulsen uit meerdere AC-bronnen overlappen elkaar, wat resulteert in een veel soepelere DC-uitgang.Deze gladheid is een must voor toepassingen die een hoge elektrische stabiliteit en minimale rimpel vereisen, zoals gevoelige elektronische apparatuur of grote industriële machines.Door het rimpeleffect typisch in eenfase-gelijkrichters te verminderen, verbetert de polyfase-bruggelijkrichter niet alleen de kwaliteit en efficiëntie van de DC-output, maar verbetert ook de algehele betrouwbaarheid en prestaties van het voedingssysteem.

Voordelen en nadelen van gelijkrichters van polyfasebrug

Voordelen

Bridge-gelijkrichters zijn efficiënter dan halfgolfgelijkrichters.De DC-output van een bruggelijkrichter is soepeler in vergelijking met een halfgolfgelijkrichter omdat deze zowel de positieve als negatieve halve cycli van het AC-signaal gebruikt.

Polyfase-gelijkrichters gebruiken meerdere AC-bronnen met overlappende fase-verschoven pulsen, wat resulteert in een soepelere DC-uitgang dan eenfase-gelijkrichters.Polyfase -gelijkrichters minimaliseren spanning en stroomschommelingen (rimpel), die een hogere elektrische stabiliteit bieden, goed voor precisie -instrumenten en medische apparatuur.

De soepelere DC -output van polyfase -gelijkrichters vermindert stress op elektrische componenten, verbetert de prestaties en het verminderen van onderhoudsbehoeften.Verminderde rimpeleffecten leiden tot een betrouwbaarder voedingssysteem.

De efficiëntie van polyfase -gelijkrichters verlaagt de behoefte aan extra filter- en stabilisatiecircuits, waardoor het energieverbruik en onderhoudskosten worden verlaagd.Na verloop van tijd leidt dit tot besparingen, vooral in industriële omgevingen.

Nadelen

Bridge-gelijkrichters hebben een complexer circuit in vergelijking met halfgolf- en middengetailleerde full-wave gelijkrichters, met behulp van vier diodes in plaats van twee.

Het gebruik van meer diodes in bruggelijkrichters resulteert in een hoger vermogensverlies.Terwijl een middengetailleerde full-wave gelijkrichter één diode per halve cyclus gebruikt, gebruikt een bruggelijkrichter twee diodes in serie per halve cyclus, wat leidt tot een hogere spanningsval.

Het verminderen van rimpelspanning in gerectificeerde uitgangen

Ripple -spanning, de resterende AC binnen een DC -uitgang, vormt een uitdaging in rectificatie.Deze fluctuatie kan een negatieve invloed hebben op elektronische apparaten die een stabiele DC -voeding nodig hebben.Daarom is het beheren en minimaliseren van rimpelspanning nodig in elektronische toepassingen met een zeer nauwkeurige.

Om rimpel te verminderen, worden filternetwerken vaak gebruikt.Deze netwerken combineren meestal condensatoren en inductoren om spanningsoscillaties glad te maken.Condensatoren slaan opladen en los deze los tijdens spanningsdruppels, waardoor de uitgang stabiliseert.Inductoren helpen door de snelheid van de stroomverandering te beperken, waardoor de spanningscurve verder wordt gladgemaakt.De effectiviteit van deze filters hangt af van de betrokken vermogensniveaus.Voor systemen met lagere stroomvereisten kunnen eenvoudige condensatorfilters voldoende zijn.Hoger vermogen of meer gevoelige toepassingen kunnen echter meer complexe filterregelingen nodig hebben.Het regelen van rimpelspanning is vereist omdat het direct de betrouwbaarheid, efficiëntie en stabiliteit van elektronische systemen beïnvloedt.Met een soepelere DC -uitgang kunnen elektronische apparaten optimaal werken, vrij van verstorende interferentie veroorzaakt door overmatige rimpel.

Gelijkrichters classificeren door polsaantallen, weg en fase

Gelijkrichter circuits worden gecategoriseerd door fase-, weg- en pulskenmerken.

Pulskenmerk

De "puls" -karakteristiek geeft het aantal DC -uitgangspulsen aan dat per AC -cyclus wordt gegenereerd.Meer pulsen per cyclus resulteren in een soepelere en stabielere DC -uitgang.Een 1-pulsgelijkrichter biedt bijvoorbeeld basisfunctionaliteit, terwijl een 6-pulsgelijkrichter een veel soepeler output biedt, geschikt voor gevoelige en veelgevraagde toepassingen.

Veel kenmerk

De "Way" -karakteristiek beschrijft hoe de AC wordt omgezet in DC, hetzij in een enkele (halve golf) of tweeweg (full-wave) mode.

Relysegers van één weg zijn eenvoudig maar beperkt in efficiëntie en uitgangskwaliteit.Ze corrigeren slechts de helft van de AC -cyclus, wat resulteert in vermogensverlies en een zeer fluctuerende DC -output.

Tweewegelijk gelijkrichters corrigeren zowel de positieve als de negatieve helften van de golfvorm, waardoor de efficiëntie van de vermogensconversie wordt verbeterd en de gladheid van de DC-output verbetert.

Fasekarakteristiek

De "fase" -karakteristiek verwijst naar het aantal AC -ingangen dat in de gelijkrichter wordt gebruikt.Gelijkrichters kunnen een enkele fase of driefasig zijn.

Eenfasige gelijkrichters worden meestal gebruikt voor lagere vermogenseisen.Met een eenfase halfgolfgelijk gelijkrichter kan slechts de helft van de AC-golfvorm doorgaan, waardoor de andere helft wordt geblokkeerd, wat resulteert in een enkele puls per AC-cyclus, waardoor het een 1-pulse-eenheid is.De uitgang van één puls is echter minder soepel en pulserend, wat mogelijk niet geschikt is voor toepassingen die een stabiele DC-uitgang vereisen.

Een eenfase full-wave gelijkrichter daarentegen maakt beide helften van de AC-golfvorm door te geven, waardoor ze worden omgezet in een pulserende DC-uitgang met twee pulsen per cyclus, waardoor het een 2-pulse-eenheid is.Deze opstelling verbetert de soepelheid en efficiëntie van de DC-output, waardoor deze geschikt is voor een breder scala aan toepassingen in vergelijking met de halfgolft tegenhanger.

Driefasige gelijkrichters worden gebruikt in meer veeleisende omgevingen, zoals industriële apparatuur en krachtige toepassingen.Een driefasige gelijkwaardige gelijkrichter maakt gebruik van de faseverschuivingen die inherent zijn aan een driefasig systeem om zes pulsen per AC-cyclus te produceren, waardoor deze wordt geclassificeerd als een 6-pulse-eenheid.Dit ontwerp levert een veel soepeler en efficiëntere output op, wat met name gunstig is voor toepassingen die consistente, hoogwaardige stroomafgifte vereisen.

Figuur 13: driefasige gelijkrichtercircuit

Vooruitgang in polyfase gelijkrichtersysteem

In geavanceerde polyfase -gelijkrichtersystemen is het genereren van een pulsaantal groter dan tweemaal het aantal fasen haalbaar door innovatieve transformatorconfiguraties en strategische parallel van gelijkrichtersuitgangen.Door faseverschuivingen vakkundig te benutten, kunnen ingenieurs rimpeleffecten verminderen, waardoor de algehele kwaliteit van de DC -output wordt verbeterd.

Deze geavanceerde ontwerpen zijn vooral gunstig in krachtige toepassingen waar het verminderen van rimpel belangrijk is, maar de ruimte voor uitgebreide filtercomponenten is beperkt.Het verhogen van het aantal pulsen gladstrijken de DC -output af en verbetert de efficiëntie en betrouwbaarheid van het voedingssysteem, waardoor het ideaal is voor veeleisende omgevingen die robuuste en consistente elektrische prestaties vereisen.

Deze vooruitgang in polyfase -gelijkrichtertechnologie markeert een bepaalde stap in het voldoen aan complexe elektrische vereisten, terwijl het beheren van fysieke en economische beperkingen.De strategische toename van pulsaantallen door middel van geavanceerde circuitconfiguraties optimaliseert niet alleen gelijkrichtersystemen, maar benadrukt ook het belang van continue innovatie in elektrotechniek om hedendaagse uitdagingen aan te gaan en te overwinnen.

Toepassingen en gebruik van gelijkrichters

Televisies, radio's en computers: deze gemeenschappelijke huishoudelijke elektronica zijn afhankelijk van gelijkrichters voor stabiele DC -kracht, hoewel ze meestal zijn aangesloten op AC -stopcontacten.Gelijkrichters worden gebruikt voor signaaldetectie om de juiste radiofunctie te garanderen.

Telefoonladers: gelijkrichters converteren AC van wanduitlaten in de DC die nodig zijn om mobiele apparaten op te laden.

Machines en besturingssystemen: industriële machines en geautomatiseerde processen vertrouwen op gelijkrichters voor consistent DC -vermogen.

Telecommunicatie: apparatuur zoals celtorens en datacenters zijn afhankelijk van gelijkrichters om stabiele voedingen te behouden.

Lasapparatuur: zorgt ervoor dat lasmachines werken met de vereiste DC -stroom voor precisiewerkzaamheden.Ze leveren gepolariseerde spanning die goed is voor het lasproces.

Elektrische voertuigen (EV's) en spoorwegen: gelijkrichters converteren AC van laadstations of overheadlijnen in bruikbare DC -stroom voor aandrijfsystemen.

Solar -omvormers: deze apparaten gebruiken gelijkrichters om DC te transformeren die door zonnepanelen worden gegenereerd in AC, die geschikt is voor het gebruik van thuis- en raster.

Medische hulpmiddelen: MRI-machines en röntgengeneratoren vertrouwen op gelijkrichters voor nauwkeurige DC-stroom.

Luchtvaartsystemen: ze zetten stroom om voor avionica, verlichting en andere ingebouwde systemen.

Radarsystemen: gelijkrichters worden gebruikt voor zowel voeding als signaalverwerking.

Conclusie

Rectificatie is belangrijk voor veel verschillende soorten elektrische systemen en apparaten die op een optimale efficiëntie werken.Van eenvoudige halfgolfrichters die worden gebruikt in huishoudelijke dimmers tot complexe polyfase-bruggelijkrichters in industriële machines, de rol van elk type spel bij het converteren van AC naar bruikbare DC-kracht.We hebben de technische details en operationele principes van verschillende gelijkrichtertypen onderzocht, met nadruk op hun voordelen en beperkingen.Door de functies van verschillende componenten en circuitontwerpen te onderzoeken, herkennen we de rol van de gelijkrichter bij het stabiliseren van de voeding en het verbeteren van de apparaatprestaties.Lopende vooruitgang in gelijkrichtertechnologie, met name in polyfasesystemen, benadrukken een dynamisch veld dat gericht is op het voldoen aan de groeiende vermogenseisen en tegelijkertijd de efficiëntie en ruimte -uitdagingen aanpakken.De integratie van gelijkrichters in diverse toepassingen, van consumentenelektronica tot medische systemen, onderstreept hun verschillende rol in de moderne technologie.Dit artikel anticipeert op toekomstige ontwikkelingen en biedt professionals en enthousiastelingen de kennis om te innoveren in een steeds meer geëlektrificeerde wereld.

Veelgestelde vragen [FAQ]

1. Wat is het werkende principe van gelijkrichter?

Een gelijkrichter functioneert voornamelijk om een ​​wisselstroom (AC) om te zetten in directe stroom (DC).Dit proces is van fundamenteel belang in verschillende elektrische toepassingen waar DC -stroom nodig is, zoals het opladen van batterijen, het bedienen van DC -motoren en elektronische circuits.De gelijkrichter bereikt dit door het gebruik van halfgeleiderapparaten zoals diodes, waardoor de stroom in slechts één richting kan stromen.Uiteindelijk blokkeer het diodes -deel van het AC -signaal (de positieve of negatieve helft van de golfvorm) of wijzig beide helften om in een enkele richting te stromen, waardoor DC wordt geproduceerd.

2. Hoe converteert een gelijkrichter AC naar DC?

De conversie van AC naar DC wordt uitgevoerd door de AC-spanning door een of meer diodes te laten gaan gerangschikt in specifieke configuraties-zoals halfgolf-, full-wave en bruggelijkrichters.In een halfgolfrichter mag slechts de helft van de AC-golfvorm doorgaan, waardoor de andere helft effectief wordt geblokkeerd.Een full-wave gelijkrichter daarentegen gebruikt meerdere diodes om de negatieve helft van de AC-golfvorm om te keren in positief, waardoor de hele golfvorm kan bijdragen aan de output.Bridge -gelijkrichters, met behulp van vier diodes gerangschikt in een brugconfiguratie, verbeteren dit proces door beide helften van de AC -input te laten worden gebruikt, wat resulteert in een meer consistente en hogere spannings -DC -uitgang.

3. Wat is de hoofdfunctie van het gelijkrichtercircuit?

De hoofdfunctie van een gelijkrichtercircuit is het produceren van een gestage DC -uitgang van een AC -ingang.Dit is vereist in toepassingen waar stabiel DC -vermogen vereist is.Naast het omzetten van AC naar DC, helpen gelijkrichters ook bij het gladmaken van de output met behulp van componenten zoals condensatoren en inductoren, die de rimpel in de uitgangsstroom verminderen, waardoor het uniformer is.

4. Wat zorgt ervoor dat een gelijkrichter mislukt?

Gelijkrichters kunnen voortkomen uit verschillende factoren, zoals thermische stress, elektrische overbelasting en slijtage van componenten.Oververhitting veroorzaakt door overmatige stroom of slechte koeling kan het halfgeleidermateriaal in diodes beschadigen.Elektrische pieken kunnen de spanningstolerantie van de diodes overschrijden, wat leidt tot afbraak.Evenzo kan langdurig gebruik de diodes en bijbehorende componenten verslijten, waardoor hun efficiëntie en levensduur wordt verminderd.

5. Wat is een voorbeeld van een gelijkrichter?

Een veel voorkomend voorbeeld van een gelijkrichter is de bruggelijkrichter die wordt gebruikt in de voedingen van huishoudens.Dit type gelijkrichter zet de AC -ingang van de voedingsvoeding om in een DC -uitgang, die vervolgens wordt gebruikt om apparaten zoals laptops en mobiele telefoons op te laden, waardoor de praktische toepassing in alledaagse elektronische apparaten wordt aangetoond.

6. Wat is het beste gelijkrichtercircuit?

Het "beste" gelijkrichtingscircuit hangt af van de specifieke vereisten van de toepassing, inclusief factoren zoals de gewenste efficiëntie, kosten en complexiteit.Over het algemeen worden bruggelijkrichters voor de meeste standaardtoepassingen als superieur beschouwd, omdat ze beide helften van de AC-golfvorm efficiënt gebruiken, wat resulteert in een hogere uitgangsspanning en minder rimpel in vergelijking met halfgolf- en full-wave gelijkrichters.Voor toepassingen met een hoge precisie kunnen complexe multi-fase gelijkrichtingscircuits met extra afvlakkings- en regulatie-fasen worden gebruikt om een ​​zeer stabiele DC-uitgang te garanderen.