I circuiti raddrizzatori possono essere monofase o multifase. La maggior parte dei raddrizzatori a bassa potenza per apparecchiature domestiche sono monofase, ma la rettifica trifase è molto importante per le applicazioni industriali e per la trasmissione di energia come DC (HVDC).
Raddrizzatori monofasimodifica
Rettifica a semionda
Nella rettifica a semionda di un’alimentazione monofase, viene passata la metà positiva o negativa dell’onda CA, mentre l’altra metà viene bloccata., Matematicamente, è una funzione di passo (per passaggio positivo, blocco negativo): il passaggio positivo corrisponde alla funzione di rampa che è l’identità sugli ingressi positivi, il blocco negativo corrisponde ad essere zero sugli ingressi negativi. Poiché solo una metà della forma d’onda di ingresso raggiunge l’uscita, la tensione media è inferiore. La rettifica a semionda richiede un singolo diodo in un’alimentazione monofase o tre in un’alimentazione trifase., I raddrizzatori producono una corrente continua unidirezionale ma pulsante; i raddrizzatori a semionda producono molto più ripple dei raddrizzatori a onda intera e molto più filtraggio è necessario per eliminare le armoniche della frequenza CA dall’uscita.,v>semionda raddrizzatore
Il no-carico di uscita CC tensione ideale di una semionda raddrizzatore per un ingresso sinusoidale di tensione:
V r m s = V p e a p e k 2 V d c = V p e a p e k π {\displaystyle {\begin{aligned}V_{\mathrm {rms} }&={\frac {V_{\mathrm {picco} }}{2}}\\V_{\mathrm {dc} }&={\frac {V_{\mathrm {picco} }}{\pi }}\end{aligned}}}
dove:
Vdc, Vav – la DC o media tensione in uscita Picco, il valore di picco della fase di tensioni di ingresso, Vrms, root mean square (RMS) valore della tensione di uscita.,
Raddrizzamento ad onda pienamodifica
Raddrizzatore ad onda intera, con tubo a vuoto con due anodi.
Un raddrizzatore a onda intera converte l’intera forma d’onda di ingresso in una di polarità costante (positiva o negativa) alla sua uscita. Matematicamente, questo corrisponde alla funzione di valore assoluto. La rettifica a onda intera converte entrambe le polarità della forma d’onda di ingresso in CC pulsante (corrente continua) e produce una tensione di uscita media più elevata., Due diodi e un centro sfruttato trasformatore, o quattro diodi in una configurazione ponte e qualsiasi sorgente AC (tra cui un trasformatore senza centro rubinetto), sono necessari. Singoli diodi semiconduttori, doppi diodi con catodo comune o anodo comune e ponti a quattro o sei diodi sono fabbricati come singoli componenti.
Raddrizzatore a ponte Graetz: un raddrizzatore a onda intera che utilizza quattro diodi.,
Per monofase AC, se il trasformatore è centrata, poi due diodi back-to-back (catodo-catodo o anodo-anodo, a seconda polarità di uscita richiesto) può formare un raddrizzatore a onda intera. Due volte più giri sono necessari sul trasformatore secondario per ottenere la stessa tensione di uscita rispetto a un raddrizzatore a ponte, ma la potenza nominale è invariata.
Raddrizzatore a onda intera utilizzando un trasformatore a rubinetto centrale e 2 diodi.,3fcbb794e7″>
La media e delle imprese no-carico di tensioni di uscita ideale di una singola fase di pieno-raddrizzatore a onda sono:
V d c = V v = 2 ⋅ V p e a p e k π V r m s = V p e a p e k 2 {\displaystyle {\begin{aligned}V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }&={\frac {2\cdot V_{\mathrm {picco} }}{\pi }}\\V_{\mathrm {rms} }&={\frac {V_{\mathrm {picco} }}{\sqrt {2}}}\end{aligned}}}
Molto comune doppio diodo raddrizzatore tubi a vuoto conteneva un catodo comune e due anodi all’interno di una singola busta, raggiungere la piena onda la rettifica con uscita positiva., Il 5U4 e il 80/5Y3(4 pin) / (ottale) erano esempi popolari di questa configurazione.
Raddrizzatori trifase
I raddrizzatori monofase sono comunemente usati per alimentatori per apparecchiature domestiche. Tuttavia, per la maggior parte delle applicazioni industriali e ad alta potenza, i circuiti raddrizzatori trifase sono la norma. Come per i raddrizzatori monofase, i raddrizzatori trifase possono assumere la forma di un circuito a semionda, un circuito a onda intera utilizzando un trasformatore a centro o un circuito a ponte a onda intera.,
I tiristori sono comunemente usati al posto dei diodi per creare un circuito in grado di regolare la tensione di uscita. Molti dispositivi che forniscono corrente continua generano effettivamente CA trifase. Ad esempio, un alternatore automobilistico contiene sei diodi, che funzionano come un raddrizzatore a onda intera per la ricarica della batteria.,
Trifase, semionda circuitEdit
Controllato trifase semionda circuito raddrizzatore utilizzando tiristori come gli elementi di commutazione, ignorando alimentazione induttanza
Un incontrollato trifase, semionda circuito punto medio richiede tre diodi, uno collegato a ogni fase. Questo è il tipo più semplice di raddrizzatore trifase, ma soffre di distorsione armonica relativamente elevata su entrambe le connessioni AC e DC., = 3 ⋅ 6 ⋅ V L N 2 π {\displaystyle V_{\mathrm {av} }={\frac {3\cdot {\sqrt {6}}\cdot V_{\mathrm {LN} }}{2\pi }}} ≈ 1,17 ⋅ V L N {\displaystyle V_{\mathrm {LN} }}
trifase, full-wave circuito con presa centrale transformerEdit
Controllato trifase ad onda piena circuito raddrizzatore mediante tiristori come elementi di commutazione, con una presa centrale del trasformatore, ignorando la fornitura di induttanza
Se il cavo di alimentazione è alimentato tramite un trasformatore con un centro di toccare, un circuito raddrizzatore con maggiore armonica prestazioni può essere ottenuto., Questo raddrizzatore ora richiede sei diodi, uno collegato a ciascuna estremità di ciascun avvolgimento secondario del trasformatore. Questo circuito ha un numero di impulsi di sei e, in effetti, può essere pensato come un circuito a semionda a sei fasi.
Prima che i dispositivi a stato solido diventassero disponibili, il circuito a semionda e il circuito a onda intera utilizzando un trasformatore a centro, erano molto comunemente usati nei raddrizzatori industriali che utilizzavano valvole ad arco di mercurio. Questo perché i tre o sei ingressi di alimentazione CA potevano essere alimentati a un numero corrispondente di elettrodi anodici su un singolo serbatoio, condividendo un catodo comune.,
Con l’avvento di diodi e tiristori, questi circuiti sono diventati meno popolari e il circuito a ponte trifase è diventato il circuito più comune.
Raddrizzatore a ponte trifase incontrollatoedit
Alternatore automobilistico smontato, che mostra i sei diodi che compongono un raddrizzatore a ponte trifase a onda intera.
Per un raddrizzatore a ponte trifase non controllato, vengono utilizzati sei diodi e il circuito ha di nuovo un numero di impulsi di sei. Per questo motivo, è anche comunemente indicato come un ponte a sei impulsi., Il circuito B6 può essere visto semplificato come una connessione in serie di due circuiti centrali a tre impulsi.
Per applicazioni a bassa potenza, i doppi diodi in serie, con l’anodo del primo diodo collegato al catodo del secondo, sono fabbricati come un singolo componente per questo scopo. Alcuni doppi diodi disponibili in commercio hanno tutti e quattro i terminali disponibili in modo che l’utente possa configurarli per l’uso di alimentazione split monofase, mezzo ponte o raddrizzatore trifase.
Per applicazioni di potenza superiore, viene solitamente utilizzato un singolo dispositivo discreto per ciascuno dei sei bracci del ponte., Per le potenze molto elevate, ogni braccio del ponte può essere costituito da decine o centinaia di dispositivi separati in parallelo (dove è necessaria una corrente molto elevata, ad esempio nella fusione dell’alluminio) o in serie (dove sono necessarie tensioni molto elevate, ad esempio nella trasmissione di corrente continua ad alta tensione).
Circuito raddrizzatore a ponte a onda intera trifase controllato (B6C) utilizzando tiristori come elementi di commutazione, ignorando l’induttanza di alimentazione. I tiristori pulsano in ordine V1-V6.,ac {3\cdot {\sqrt {6}}\cdot V_{\mathrm {LN} }}{\pi }}} ≈ 2,34 ⋅ V L N {\displaystyle V_{\mathrm {LN} }}
3-fase di ingresso AC, a semionda e ad onda intera rettificato di uscita DC forme d’onda
Se il trifase raddrizzatore a ponte è gestito in modo simmetrico (come il positivo e il negativo della tensione di alimentazione), il punto centrale del raddrizzatore sul lato di uscita (o la cosiddetta isolato potenziale di riferimento), di fronte il centro del trasformatore (o il conduttore di neutro) ha una differenza di potenziale nella forma di un triangolare di tensione di modo comune., Per questo motivo, questi due centri non devono mai essere collegati tra loro, altrimenti scorrerebbero correnti di cortocircuito. La massa del raddrizzatore a ponte trifase in funzionamento simmetrico viene quindi disaccoppiata dal conduttore neutro o dalla terra della tensione di rete. Alimentato da un trasformatore, è possibile la messa a terra del punto centrale del ponte, a condizione che l’avvolgimento secondario del trasformatore sia isolato elettricamente dalla tensione di rete e che il punto stellare dell’avvolgimento secondario non sia a terra., In questo caso, tuttavia, correnti di dispersione (trascurabili) scorrono sugli avvolgimenti del trasformatore.
La tensione di modo comune è formata dai rispettivi valori medi delle differenze tra le tensioni di fase positive e negative, che formano la tensione CONTINUA pulsante.,k} }} · 0,25
Il valore RMS della tensione di modo comune è calcolato il fattore di forma per il triangolare di oscillazioni:
V a c o m u n e − m o d e = v ^ c o m m o n e − m o d e 3 {\displaystyle V_{\mathrm {common-mode} }={\frac {{\hat {v}}_{\mathrm {common-mode} }}{\sqrt {3}}}}
Se il circuito è gestito in modo asimmetrico (come una semplice tensione di alimentazione con un solo polo positivo), entrambi i poli positivo e negativo (o isolato potenziale di riferimento) sono un pulsare di fronte al centro (o terreno) della tensione di ingresso, per analogia, il positivo ed il negativo forme d’onda delle tensioni di fase., Tuttavia, le differenze nelle tensioni di fase determinano la tensione CC a sei impulsi (per la durata di un periodo). La separazione rigorosa del centro del trasformatore dal polo negativo (altrimenti scorreranno correnti di cortocircuito) o una possibile messa a terra del polo negativo quando alimentato da un trasformatore di isolamento si applicano in modo corrispondente all’operazione simmetrica.
Raddrizzatore a ponte trifase Controllatoedit
Il raddrizzatore a ponte trifase controllato utilizza tiristori al posto dei diodi.,xpressed in termini di linea di linea di tensione in ingresso:
V d c = V v = 3 ⋅ V L L a p e a k π ⋅ cos α {\displaystyle V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }={\frac {3\cdot V_{\mathrm {LLpeak} }}{\pi }}\cdot \cos \alpha }
Dove:
VLLpeak, il valore di picco della linea di tensione di ingresso di linea, Picco, il valore di picco della fase (linea-neutro) tensioni di ingresso, α, angolo di accensione dei tiristori (0 se i diodi sono utilizzati per eseguire la rettifica)
Le equazioni di cui sopra sono validi solo quando la corrente assorbita dall’alimentazione in CA o in caso teorico quando l’alimentazione connessioni non hanno induttanza., In pratica, l’induttanza di alimentazione provoca una riduzione della tensione di uscita DC con carico crescente, tipicamente nell’intervallo 10-20% a pieno carico.
L’effetto dell’induttanza di alimentazione è quello di rallentare il processo di trasferimento (chiamato commutazione) da una fase all’altra. Come risultato di ciò è che ad ogni transizione tra una coppia di dispositivi, c’è un periodo di sovrapposizione durante il quale tre (piuttosto che due) dispositivi nel ponte stanno conducendo simultaneamente. L’angolo di sovrapposizione è di solito indicato dal simbolo μ (o u), e può essere 20 30° a pieno carico., id=”9e7e4daa8e”>
trifase controllato Graetz ponte raddrizzatore ad alpha=20° c con sovrapposizione angolo di 20°
trifase controllato Graetz ponte raddrizzatore ad alpha=40° con sovrapposizione angolo di 20°
Dodici impulsi bridgeEdit
Dodici impulsi ponte raddrizzatore mediante tiristori come elementi di commutazione., Un ponte a sei impulsi è costituito dai tiristori pari, l’altro è il set dispari.
Sebbene siano migliori dei raddrizzatori monofase o dei raddrizzatori a semionda trifase, i circuiti raddrizzatori a sei impulsi producono ancora una notevole distorsione armonica sia sulle connessioni AC che DC. Per raddrizzatori ad altissima potenza viene solitamente utilizzata la connessione a ponte a dodici impulsi. Un ponte a dodici impulsi è costituito da due circuiti a ponte a sei impulsi collegati in serie, con le loro connessioni AC alimentate da un trasformatore di alimentazione che produce uno sfasamento di 30° tra i due ponti., Ciò annulla molte delle armoniche caratteristiche prodotte dai ponti a sei impulsi.
Lo sfasamento di 30 gradi viene solitamente ottenuto utilizzando un trasformatore con due serie di avvolgimenti secondari, uno in connessione a stella (wye) e uno in connessione delta.
Tensione-moltiplicando rectifiersEdit
Commutabile bridge/duplicatore di tensione.,
Il semplice semionda raddrizzatore può essere costruito in due configurazioni elettriche con i diodi che puntano in direzioni opposte, una versione collega il terminale negativo dell’uscita diretta per l’alimentazione e l’altro si collega al terminale positivo dell’uscita diretta per l’alimentazione in corrente alternata. Combinando entrambi questi con uscita separata smoothing è possibile ottenere una tensione di uscita di quasi il doppio della tensione di ingresso AC di picco. Ciò fornisce anche un rubinetto nel mezzo, che consente l’uso di un circuito come un alimentatore split rail.,
Una variante di questo è quello di utilizzare due condensatori in serie per la lisciatura di uscita su un raddrizzatore a ponte quindi posizionare un interruttore tra il punto medio di tali condensatori e uno dei terminali di ingresso AC. Con l’interruttore aperto, questo circuito si comporta come un normale raddrizzatore a ponte. Con l’interruttore chiuso, agisce come un raddrizzatore di raddoppio della tensione. In altre parole, questo rende facile ricavare una tensione di circa 320 V (±15%, ca.) DC da qualsiasi 120 V o 230 V alimentazione di rete in tutto il mondo, questo può quindi essere alimentato in un relativamente semplice switched-mode di alimentazione., Tuttavia, per un dato desiderato ripple, il valore dei condensatori deve essere il doppio del valore del singolo a quella necessaria per un normale ponte raddrizzatore; quando l’interruttore è chiuso, ognuno deve filtrare l’output di una semionda raddrizzatore, e quando l’interruttore è aperto, i due condensatori sono collegati in serie con un valore equivalente di metà di uno di loro.
Cockcroft Walton voltage multiplier
È possibile aggiungere stadi a diodi e condensatori a cascata per creare un moltiplicatore di tensione (circuito Cockroft-Walton)., Questi circuiti sono in grado di produrre un potenziale di tensione di uscita DC fino a circa dieci volte la tensione di ingresso CA di picco, in pratica limitata da problemi di capacità di corrente e regolazione della tensione., La tensione dei diodi moltiplicatori, spesso utilizzato come un punto finale stadio boost o primario ad alta tensione (HV) di origine, sono utilizzati in HV laser alimentatori, l’alimentazione di periferiche come i tubi a raggi catodici (CRT) (come quelli usati nei CRT a base di televisione, radar e sonar visualizza), fotone amplificando dispositivi trovato in immagine intensificando e foto moltiplicatore tubi (PMT), e magnetron radio frequenza (RF), i dispositivi usati trasmettitori radar a microonde e forno., Prima dell’introduzione dell’elettronica a semiconduttore, i ricevitori a tubo vuoto senza trasformatore alimentati direttamente dall’alimentazione CA a volte utilizzavano doppiatori di tensione per generare circa 300 VDC da una linea elettrica da 100-120 V.
