Gli schemi di rettifica da CA a CC più comuni
Un raddrizzatore è un dispositivo elettronico progettato per convertire l'energia elettrica da corrente alternata a corrente continua. I raddrizzatori si basano su dispositivi a semiconduttore con conduzione unilaterale: diodi e tiristori.
A bassa potenza di carico (fino a diverse centinaia di watt), la conversione della corrente alternata in corrente continua viene effettuata utilizzando raddrizzatori monofase. Tali raddrizzatori sono progettati per alimentare vari dispositivi elettronici con corrente continua, avvolgimenti di eccitazione di motori CC di piccola e media potenza, ecc.
Per una più facile comprensione del funzionamento dei circuiti raddrizzatori, procederemo dal calcolo che il raddrizzatore funziona su un carico resistivo.
Circuito di rettifica monofase a semionda (ciclo singolo).
La Figura 1 mostra il circuito di rettifica più semplice. Il circuito contiene un raddrizzatore collegato tra l'avvolgimento secondario del trasformatore e il carico.
Figura 1 - Raddrizzatore a semionda monofase: a) circuito - diodo aperto, b) circuito - diodo chiuso, c) diagrammi temporali di funzionamento
La tensione u2 varia in modo sinusoidale, cioècontiene semionde positive e negative (semiperiodi). La corrente nel circuito di carico passa solo in semicicli positivi quando viene applicato un potenziale positivo all'anodo del diodo VD (Fig. 1, a). Con la polarità inversa della tensione u2, il diodo è chiuso, la corrente nel carico non scorre, ma al diodo viene applicata la tensione inversa Urev (Fig. 1, b).
Che. solo una semionda della tensione dell'avvolgimento secondario viene rilasciata attraverso il carico. La corrente nel carico scorre solo in una direzione ed è corrente continua, sebbene abbia un carattere pulsante (Fig. 1, c). Questa forma di tensione (corrente) è chiamata impulso CC.
Le tensioni e le correnti raddrizzate contengono una componente CC (utile) e una componente CA (ondulazione). Il lato qualitativo del funzionamento del raddrizzatore è valutato dal rapporto tra la componente utile e l'eccitazione di tensione e corrente. Il fattore di ondulazione di questo circuito è 1,57. Il valore medio della tensione corretta per il periodo Un = 0,45U2. Il valore massimo della tensione inversa del diodo Urev.max = 3.14Un.
Il vantaggio di questo circuito è la sua semplicità, gli svantaggi: cattivo uso del trasformatore, grande tensione inversa del diodo, alto rapporto di ondulazione della tensione raddrizzata.
Circuito raddrizzatore a ponte monofase
Consiste di quattro diodi collegati in un circuito a ponte. L'avvolgimento secondario del trasformatore è collegato a una diagonale del ponte e il carico all'altra (Fig. 2). Il punto comune dei catodi dei diodi VD2, VD4 è il polo positivo del raddrizzatore, il punto comune degli anodi dei diodi VD1, VD3 è il polo negativo.
Figura 2-Radrizzatore a ponte monofase: a) circuito di raddrizzamento a semionda positiva, b) raddrizzamento a semionda negativa, c) diagrammi temporali di funzionamento
La polarità della tensione nell'avvolgimento secondario cambia con la frequenza della rete di alimentazione. I diodi in questo circuito funzionano a coppie in serie. Nel semiperiodo positivo della tensione u2, i diodi VD2, VD3 conducono corrente e la tensione inversa viene applicata ai diodi VD1, VD4 e si chiudono. Durante il semiperiodo negativo della tensione u2, la corrente scorre attraverso i diodi VD1, VD4 e i diodi VD2, VD3 sono chiusi.La corrente di carico scorre sempre in una direzione.
Il circuito è a onda intera (push-pull), poiché entrambi i semiperiodi della tensione di rete Un = 0,9U2, il coefficiente di ondulazione — 0,67 sono distribuiti sul carico.
L'uso di un circuito a ponte di commutazione a diodi consente di utilizzare un trasformatore monofase per rettificare due semicicli. Inoltre, la tensione inversa applicata al diodo è 2 volte inferiore.
I consumatori di media e alta potenza sono alimentati con corrente continua da raddrizzatori trifase, il cui utilizzo riduce il carico di corrente sui diodi e riduce il fattore di ondulazione.
Circuito raddrizzatore a ponte trifase
Il circuito è costituito da sei diodi, che sono divisi in due gruppi (Fig. 2.61, a): catodo - diodi VD1, VD3, VD5 e anodo VD2, VD4, VD6. Il carico è collegato tra i punti di connessione dei catodi e gli anodi dei diodi, cioè alla diagonale del ponte verticale. Il circuito è collegato a una rete trifase.
Figura 3 — Raddrizzatore a ponte trifase: a) circuito, b) diagrammi temporali di funzionamento
In qualsiasi istante di tempo, la corrente di carico scorre attraverso due diodi.Nel gruppo catodico, il diodo con il potenziale anodico più elevato opera durante ogni terzo del periodo (Fig. 3, b). Nel gruppo dell'anodo, in questa parte del periodo, lavora il diodo il cui catodo ha il maggior potenziale negativo. Ciascuno dei diodi funziona per un terzo del periodo. Il fattore di ondulazione di questo circuito è solo 0,057.
Raddrizzatori controllati - raddrizzatori che, insieme alla correzione della tensione alternata (corrente), forniscono la regolazione del valore della tensione corretta (corrente).
I raddrizzatori controllati vengono utilizzati per controllare la velocità dei motori CC, la luminosità del bagliore delle lampade a incandescenza, durante la ricarica delle batterie, ecc.
I circuiti raddrizzatori controllati sono costruiti su tiristori e si basano sul controllo del momento di apertura dei tiristori.
La figura 4a mostra uno schema di un raddrizzatore controllato monofase. Per la possibilità di correggere due semionde della tensione di rete, viene utilizzato un trasformatore con avvolgimento secondario bifase, in cui si formano due tensioni con fasi opposte. In ogni fase viene attivato un tiristore. Il semiperiodo positivo della tensione U2 rettifica il tiristore VS1, il negativo - VS2.
Il circuito di controllo CS genera impulsi per aprire i tiristori. La temporizzazione dell'impulso di apertura determina quanta semionda viene rilasciata nel carico. Il tiristore si apre quando c'è una tensione positiva sull'anodo e un impulso di apertura sull'elettrodo di controllo.
Se l'impulso arriva all'istante t0 (Fig. 4, b), il tiristore è aperto per l'intero semiperiodo e la tensione massima al carico, se agli istanti t1, t2, t3, allora solo una parte della tensione di rete è rilasciato nel carico.
Figura 4 — Raddrizzatore monofase: a) circuito, b) diagrammi temporali di funzionamento
L'angolo di ritardo, misurato dal momento dell'accensione naturale del tiristore, espresso in gradi, è chiamato angolo di controllo o regolazione ed è indicato con la lettera α. Modificando l'angolo α (sfasamento degli impulsi di controllo rispetto alla tensione degli anodi dei tiristori), cambiamo il tempo dello stato aperto dei tiristori e, di conseguenza, la tensione corretta nel carico.