Povijesno je bilo isplativije i jeftinije dobivati električnu energiju u obliku izmjenične struje koju generiraju generatori elektrana. Takav prikaz omogućio je učinkovit prijenos na velike udaljenosti. Na prijemnom kraju pretvorio se u jednofazni napon, prikladan za potrošače, i u ovom je obliku ušao u dalekovod. Međutim, interni krugovi većine suvremenih električnih potrošača zahtijevaju konstantno napajanje čija se vrijednost odabire iz standardnog raspona od 5, 9, 12, 24, 36 ili 48 V. Da bi ih se dobilo, u krug elektroničkih uređaja morao se uvesti poseban naponski ispravljač (na primjer za 24 V).
Princip rada ispravljača
Da biste jasno razumjeli princip rada istosmjernog ispravljača, prvo morate uzeti u obzir da se poluvodički elementi (diode) koriste za ispravljanje izmjeničnog napona. Njihova prepoznatljiva značajka je sposobnost provođenja struje samo u jednom smjeru. Zbog ovog svojstva, izmjenični napon koji se na njih izlaže imat će oblik pozitivnih valova s odrezanim donjim polovicama poluperioda oscilacija. S pozitivnim poluvalovima, kroz diodu će teći struja, što je osnova za stvaranje stalnog napajanja. Da bi se dobio, potrebni su dodatni električni elementi.
Bilo koji trenutni ispravljač uključuje sljedeće glavne jedinice:
- Stepen-transformator koji pretvara 220 volti u željenu vrijednost;
- set dioda (most);
- kondenzator za zaglađivanje (filtriranje);
- stabilizator izrađen na osnovi tranzistorskih elemenata.
Poznate su mnoge varijante elektroničkih ispravljača, koje se razlikuju po broju i načinu povezivanja dioda, kao i po njihovim radnim parametrima. Od posebnog su interesa različiti pristupi uključivanju diodnih elemenata u krug. Stabilizacijski stupanj ispravljača sastavljen je na tranzistorskim prekidačima koji se nazivaju elektronički releji.
Vrste ispravljača
Ovisno o načinu uključivanja poluvodičkih dioda, svi ispravljači izmjeničnog napona podijeljeni su u sljedeće vrste:
- poluval (poluval);
- punovalni (punovalni sa srednjim ili Mitkevićevim shemama);
- mostovni ili Gretz ispravljači;
- ispravljači s udvostručenjem radnog napona i drugi rjeđi krugovi.
Poluval je najjednostavnija metoda koja se koristi za ispravljanje izmjeničnom strujom. Drugi naziv je ispravljački krug nula.
Uz pomoć uređaja ove klase moguće je dobiti samo pulsirajuću (korištenu samo polovinu) izlaznu struju. Sklopove zasnovane na poluvalnom principu karakterizira niska učinkovitost pretvorbe i rijetko se koristi. Njihovi kolegi s punim valovima imaju dvije diode u svom sastavu i omogućuju ispravljanje poluvalova oba polariteta. Oni su učinkovitiji i koriste se u najjednostavnijim izvorima napajanja.
Jednofazni mostovni ispravljači, takozvani 4-diodni Gretz krugovi, odlikuju se visokom učinkovitošću, koja se podrazumijeva kao učinkovitost korištenja snage primljene iz transformatora.
Napon na izlazu poluvodičkih mostova ispravljača dobra je osnova za naknadno zaglađivanje i stabilizaciju - dobivanje istosmjerne struje.
Široko se koriste u uređajima s povećanim intenzitetom energije, poput generatora s izlaznim naponima od desetaka do stotina volti. Njihove prednosti uključuju:
- nizak reverzni napon (udio Volta);
- mala veličina;
- visoka učinkovitost korištenja transformatora (u usporedbi s Mitkevićevom shemom).
Značajan nedostatak krugova mostova je dvostruki pad napona na diodama, zbog čega je tijekom njihovog razvoja potrebno odabrati izlazne parametre transformatora s marginom. Tada se taj dio korisne snage gubi na spojevima četiri diode.
Vrste ispravljača prema funkcionalnosti
Poznati uzorci ispravljača prema svojoj namjeni i funkcionalnosti dijele se na jednofazne i trofazne uređaje. Prvi se koriste u električnim mrežama stambenih zgrada i privatnih kuća i dizajnirani su za napajanje kućanskih aparata. Drugi je elektronički modul od 3 iste vrste jedinica, proizveden prema jednoj od sljedećih shema:
- jednokraki ispravljači;
- push-pull sustavi;
- kombinirani moduli: s dva trofazna namota s paralelnim i serijskim spajanjem dioda.
Upotreba jednostranih transformacijskih krugova ograničena je zbog niske učinkovitosti ispravljenog napona. Njihovi dvotaktni analozi široko se koriste u istosmjernim motorima i drugim električnim strojevima koji u svom dizajnu sadrže sklopove četkica. Pored klasičnih ispravljača dizajniranih za ugradnju u kolektorske motore, postoje sklopovi koji mogu nekoliko puta povećati izlazni napon. Poseban slučaj takvih rješenja je ispravljač za udvostručavanje napona.
Ispravljački krug s dvostrukim naponom razlikuje se samo u pojedinostima od već razmatranih opcija. Takvi se uređaji obično nazivaju množitelji, koji se lako sastavljaju ručno.
Osnovni odnosi pri izračunavanju ispravljača
- ulazni napon koji djeluje u sekundarnom namotu transformatora;
- struja u diodama, koja teče u krugu, uzimajući u obzir opterećenje;
- kapacitet elektrolitskog kondenzatora, odabran na temelju određenog faktora zaglađivanja valovitosti;
- maksimalni napon na njemu.
Važno je uzeti u obzir pad napona na čvrstim diodama kada su otvorene.
Izračunati omjeri za ovaj slučaj predstavljeni su u sljedećem obliku.
- Struja u namotu transformatora jednaka je veličini s njegovom maksimalnom vrijednošću u opterećenju (Iwind = Iload).
- Napon u sekundarnom namotu u režimu praznog hoda je U2 ≈ 0,75Uopterećenja.
- Preporučuje se uzimanje ispravljačkih dioda sa sljedećim parametrima: Urev> 3,14Uload i Imax> 1,57Iload.
Ispravljači se široko koriste u raznim područjima elektrotehnike i elektronike, uključujući moderne upravljačke sustave. Stoga je toliko važno razumjeti što su ispravljači i koje se vrste koriste za izgradnju najučinkovitijih krugova.
