電気エネルギーは便利に輸送され、交流電圧の形で大きさが変換されます。それが最終消費者に届けられるのはこの形である。しかし、多くのデバイスに電力を供給するためには、それでも一定の電圧が必要です。
電気工学で整流器が必要なのはなぜですか
AC電圧をDCに変換するタスクは、整流器に割り当てられています。このデバイスは広く使用されており、無線および電気工学における整流デバイスの主な使用分野は次のとおりです。
- 電力電気設備（牽引変電所、電解プラント、同期発電機の励起システム）および強力なDCモーター用の直流の形成。
- 電子機器用電源;
- 変調された無線信号の検出;
- 自動利得制御システムを構築するための入力信号のレベルに比例する定電圧の形成。
整流器の全範囲は広範であり、1つのレビューの枠組みの中でそれをリストすることは不可能です。
整流器の動作原理
整流装置の動作は、要素の片側導電性の特性に基づいています。これはさまざまな方法で行うことができます。機械式同期機や電気真空装置の使用など、産業用アプリケーションの多くの方法は過去のものになりました。現在、一方向に電流を流すバルブが使用されています。少し前までは、水銀デバイスが高出力整流器に使用されていました。現時点では、それらは実質的に半導体（シリコン）要素に取って代わられています。
典型的な整流回路
整流装置は、さまざまな原理に従って構築することができます。デバイス回路を分析するときは、整流器の出力の定電圧は条件付きでのみ呼び出すことができることを覚えておく必要があります。このノードは脈動する一方向電圧を生成しますが、ほとんどの場合、これはフィルターによって平滑化する必要があります。一部の消費者は、整流された電圧の安定化も必要としています。
単相整流器
最も単純なAC電圧整流器は単一のダイオードです。
正弦波の正の半波を消費者に渡し、負の半波を「遮断」します。
そのようなデバイスの範囲は小さいです-主に、 スイッチング電源整流器比較的高い周波数で動作します。一方向に流れる電流を生成しますが、重大な欠点があります。
- 高レベルのリップル-直流をスムーズにして取得するには、大きくてかさばるコンデンサが必要になります。
- 降圧（または昇圧）変圧器の電力の使用が不完全であるため、必要な重量およびサイズのインジケーターが増加します。
- 出力での平均EMFは、供給されたEMFの半分未満です。
- ダイオードの要件が増加しました（一方、必要なバルブは1つだけです）。
したがって、より広範囲に 全波（ブリッジ）回路.
ここで、電流は一方向に周期ごとに2回負荷を流れます。
- 赤い矢印で示された経路に沿った正の半波。
- 緑の矢印で示されたパスに沿った負の半波。
負の波は消えませんが、使用されるので、入力トランスの電力がより十分に使用されます。平均EMFは、半波バージョンの2倍です。リップル電流の形状は直線に非常に近いですが、それでも平滑コンデンサが必要です。リップル周波数は主電源電圧の2倍の周波数であるため、その容量と寸法は前の場合よりも小さくなります。
直列に接続できる2つの同一の巻線を備えたトランス、または中央からタップを備えた巻線を備えたトランスがある場合は、異なる方式に従って全波整流器を構築できます。
このオプションは、実際には半波整流器の二重回路ですが、全波整流器のすべての利点があります。欠点は、特定の設計のトランスを使用する必要があることです。
変圧器がアマチュア条件で作られている場合、必要に応じて二次巻線を巻くのに支障はありませんが、少し大きい鉄を使用する必要があります。しかし、4つのダイオードの代わりに2つだけが使用されます。これにより、重量とサイズのインジケーターの損失を補い、勝つことさえ可能になります。
整流器が大電流用に設計されており、バルブをラジエーターに取り付ける必要がある場合は、ダイオードの数を半分にすると大幅に節約できます。このような整流器は、ブリッジ回路で組み立てられたものと比較して2倍の内部抵抗を持っているため、変圧器の巻線の加熱とそれに伴う損失も高くなることも考慮に入れる必要があります。
三相整流器
前の回路から、同様の原理に従って組み立てられた三相電圧整流器に移ることは論理的です。
出力電圧の形状は直線に非常に近く、リップルレベルはわずか14％であり、周波数は主電源電圧の周波数の3倍に等しくなります。
それでも、この回路のソースは半波整流器であるため、3相電圧ソースを使用しても多くの欠点を克服することはできません。主なものは変圧器の電力の不完全な使用であり、平均EMFは1.17⋅Eです2eff （トランスの2次巻線のEMFの実効値）。
最適なパラメータには、三相ブリッジ回路があります。
ここで、出力電圧リップルの振幅は同じ14％ですが、周波数は入力AC電圧の六角形周波数に等しいため、フィルターコンデンサの容量は提示されたすべてのオプションの中で最小になります。また、出力EMFは前の回路の2倍になります。
この整流器は、スター型二次巻線を備えた出力トランスで使用されますが、出力がデルタで接続されているトランスと組み合わせて使用すると、同じバルブアセンブリの効率が大幅に低下します。
ここで、脈動の振幅と周波数は前の回路と同じです。しかし、平均EMFは、以前のスキームよりも時間的に少なくなっています。したがって、この包含はめったに使用されません。
倍率器整流器
出力電圧が入力電圧の倍数になる整流器を構築することが可能です。たとえば、電圧が2倍になる回路があります。
ここで、コンデンサC1は負の半サイクル中に充電され、入力正弦波の正の波と直列に切り替えられます。この構造の欠点は、整流器の負荷容量が小さいことと、コンデンサC2が電圧値の2倍未満であるという事実です。したがって、このような回路は、自動利得制御回路などの測定要素として、振幅検出器の低電力信号の整流を2倍にするための無線工学で使用されます。
電気工学およびパワーエレクトロニクスでは、ダブリングスキームの別のバージョンが使用されます。
ラトゥール方式で組み立てられたダブラーは、大きな耐荷重を備えています。各コンデンサは入力電圧下にあるため、重量とサイズの点で、このオプションも前のオプションよりも優れています。正の半サイクルの間、コンデンサC1は充電され、負の半サイクルの間は充電されます-C2。コンデンサは直列に接続されており、負荷に関連して並列に接続されているため、負荷の両端の電圧は合計に等しくなります。 充電されたコンデンサの電圧。リップル周波数は主電源電圧の周波数の2倍に等しく、値は 容量の値から。それらが大きいほど、波紋は少なくなります。そしてここでは、合理的な妥協点を見つける必要があります。
この回路の欠点は、負荷端子の1つを接地できないことです。この場合、ダイオードまたはコンデンサの1つが短絡します。
この回路は何度でもカスケード接続できます。したがって、包含の原理を2回繰り返すと、4倍の電圧などの回路を得ることができます。
回路の最初のコンデンサは電源の電圧に耐える必要があり、残りは電源電圧の2倍です。すべてのバルブは、二重逆電圧の定格が必要です。もちろん、回路の信頼性の高い動作のために、すべてのパラメータには少なくとも20％のマージンが必要です。
適切なダイオードがない場合は、直列に接続できます。この場合、最大許容電圧は1倍に増加します。ただし、各ダイオードと並列に、イコライジング抵抗を接続する必要があります。そうしないと、バルブのパラメータの広がりにより、逆電圧がダイオード間で不均一に分配される可能性があるため、これを行う必要があります。その結果、ダイオードの1つの最大値を超える可能性があります。また、チェーンの各要素が抵抗でシャントされている場合（それらの値は同じである必要があります）、逆電圧はまったく同じように分配されます。各抵抗の抵抗は、ダイオードの逆抵抗の約10分の1にする必要があります。この場合、回路の動作に対する追加の要素の影響は最小限に抑えられます。
この回路にダイオードを並列接続する必要はほとんどなく、ここでの電流は小さいです。しかし、負荷が深刻な電力を消費する他の整流回路で役立つ場合があります。並列接続はバルブを流れる許容電流を増やしますが、すべてがパラメータの偏差を台無しにします。その結果、1つのダイオードが最大の電流を引き受け、それに耐えることができません。これを回避するために、各ダイオードと直列に抵抗を配置します。
抵抗値は、最大電流でその両端の電圧降下が1ボルトになるように選択されます。したがって、1 Aの電流では、抵抗は1オームである必要があります。この場合の電力は、少なくとも1ワットである必要があります。
理論的には、電圧の多重度は無期限に増加する可能性があります。実際には、このような整流器の負荷容量は、ステージを追加するたびに急激に低下することを覚えておく必要があります。その結果、負荷両端の電圧降下が増倍率を超え、整流器の動作が無意味になる状況に陥る可能性があります。この欠点は、そのようなすべてのスキームに固有のものです。
多くの場合、このような倍率器は、良好な絶縁性を備えた単一のモジュールとして製造されます。同様のデバイスは、たとえば、ブラウン管をモニターとして使用するテレビやオシロスコープで高電圧を生成するために使用されました。チョークを使用したダブリング方式も知られていますが、それらは配布されていません。巻線部品は製造が難しく、操作の信頼性が低くなっています。
整流回路はたくさんあります。このノードの範囲が広いことを考えると、回路の選択と要素の計算に意識的に取り組むことが重要です。この場合にのみ、長く信頼性の高い動作が保証されます。
同様の記事：
