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によって変換されます。この形でエンドユーザーに届けられます。しかし、多くのデバイスに電力を供給するには、依然として直流電圧が必要です。
電気工学における整流器
整流器は、交流電圧を直流電圧に変換する役割を担っています。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用途は次のとおりです。
- 電力設備（牽引変電所、電解プラント、同期発電機の励起システム）および強力な直流モーター用の直流電流の形成。
- 電子機器用電源;
- 変調された無線信号の検出;
- 自動ゲイン制御システムを構築するための、入力信号レベルに比例する直流電圧の形成。
整流器アプリケーションの全範囲は広大であり、それらすべてを 1 つの概要にリストすることは不可能です。
整流器の原理
整流装置は、要素の一方向伝導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です。最近では、片側に電流を流すバルブが使用されています。少し前まで、水銀デバイスは高出力整流器に使用されていました。現在、これらは実質的に半導体（シリコン）素子に取って代わられています。
一般的な整流回路
整流装置は、さまざまな原理に従って構築できます。デバイスのスキームを分析するときは、整流器の出力での電圧は条件付きでのみ一定と呼ぶことができることを覚えておく必要があります。このユニットは脈動する単方向電圧を生成します。ほとんどの場合、これはフィルターで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適用分野は小さく、主に、 スイッチング電源の整流器比較的高い周波数で動作するスイッチモード電源の整流器。一方向に流れる電流を供給しますが、重大な欠点があります。
- 高レベルのリップル - 平滑化して定電流を得るには、大きくて扱いにくいコンデンサが必要になります。
- 降圧（または昇圧）トランスの電力の不完全な使用により、必要な重量と寸法が増加します。
- 平均出力 EMF は入力 EMF の半分未満です。
- ダイオードの要件が増加しました（一方で、必要なバルブは1つだけです）。
したがって、最も普及しているのは 2 つの半周期 (ブリッジ) 回路.
ここで、負荷を流れる電流は、周期ごとに同じ方向に 2 回流れます。
- 赤い矢印で示されたパスに沿った正の半波。
- 緑の矢印で示されたパスに沿った負の半波。
負波も失われずに使用されるため、入力トランスのパワーをよりフルに活用できます。平均 EMF は、単一の半波バージョンの 2 倍です。脈動電流の形状はかなり直線に近くなりますが、それでも平滑コンデンサが必要です。脈動の周波数は主電源電圧の周波数の2倍であるため、その容量と寸法は前のケースよりも小さくなります。
直列に接続できる2つの同一の巻線を持つトランス、または中間にタップがある巻線を持つトランスがある場合、別の回路に従って二重半周期整流器を構築できます。
これは実際には単一の半周期整流器の 2 倍ですが、二重の半周期のすべての利点があります。欠点は、特定の設計の変圧器が必要なことです。
トランスを素人で作ると、必要に応じて2次側を巻くのに支障はありませんが、鉄はやや大きめにならざるを得ません。ただし、4 つのダイオードの代わりに 2 つのダイオードのみが使用されます。これにより、重量と寸法の損失が補償され、さらには勝ちます。
整流器が高電流用に設計されており、バルブをヒートシンクに取り付ける必要がある場合、取り付けるダイオードの数を半分にすると大幅な節約になります。また、このような整流器にはブリッジ回路に比べて内部抵抗が 2 倍あることも考慮に入れる必要があります。そのため、トランス巻線の加熱と関連する損失も高くなります。
三相整流器
前の回路から、同様の原理で組み立てられた三相電圧整流器に進むことは論理的です。
出力電圧の形状は直線に近く、リップルのレベルはわずか 14% で、周波数は電源電圧の周波数の 3 倍です。
それでも、この回路の電源は単一の半周期整流器であるため、三相電圧源を使用しても多くの欠点を解消できません。主なものは、変圧器の電力が十分に活用されておらず、平均 EMF が 1.17⋅E であることです。2eff (実効変圧器二次起電力)。
最良のパラメータには、ブリッジ三相回路があります。
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 電圧の劣った周波数に等しいため、フィルタリング コンデンサの静電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」回路の二次巻線を持つ出力トランスと共に使用されますが、出力が「デルタ」回路に含まれるトランスと一緒に使用すると、同じバルブ アセンブリの効果が大幅に低下します。
ここで、リップルの振幅と周波数は前のスキームと同じです。しかし、平均 EMF は前の回路よりも 1 倍低くなります。したがって、この接続はめったに使用されません。
電圧増倍付き整流器
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は可能です。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 は負の半周期中に充電され、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 の電圧値が 2 倍になっていることです。したがって、このような方式は、自動利得制御回路などの測定体として、振幅検出器の低電力信号を2倍にして整流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、倍加回路の別のバージョンが使用されます。
ラトゥールの回路に従って組み立てられたダブラーは、負荷容量が大きくなっています。各コンデンサは入力電圧の下にあるため、質量と寸法の点でも、このバリアントは前のバリアントよりも優れています。正の半周期ではコンデンサ C1 が充電され、負の半周期では C2 が充電されます。コンデンサは直列に接続されており、負荷に対して並列に接続されているため、負荷の電圧は次の合計に等しくなります。 充電されたコンデンサの電圧の.リップルの周波数は線間電圧の周波数の 2 倍に等しく、その値は次の式に依存します。 コンデンサの値について.それらが高いほど、リップルは低くなります。そしてここで、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 つを接地することが禁止されていることです。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、スイッチング原理を2回繰り返すことで、電圧が4倍になる回路など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ことができなければならず、他のコンデンサは電源電圧を2倍にすることができなければなりません。すべてのゲートは、2 倍の逆電圧用に設計する必要があります。もちろん、回路を確実に動作させるには、すべてのパラメータに少なくとも 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、それらを直列に接続できます。これにより、最大許容電圧が倍増します。ただし、各ダイオードに並列にイコライジング抵抗を含める必要があります。そうしないと、ゲートのパラメータの変動により、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です。結果は、ダイオードの 1 つの最大値にな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（それらの定格は同じでなければなりません）、逆電圧は厳密に同じように分配されます。各抵抗の抵抗値は、ダイオードの逆方向抵抗値の約 10 分の 1 にする必要があります。この場合、回路動作に対する追加要素の影響は最小限に抑えられます。
この回路で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、負荷が重大な電力を消費する他の整流器回路では役立ちます。並列接続は、バルブを流れる許容電流を増やしますが、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消費し、それを維持できない場合があります。これを避けるために、各ダイオードに直列に抵抗を入れます。
抵抗器の定格は、最大電流での電圧降下が 1 ボルトになるように選択されます。したがって、1 A の電流の場合、抵抗は 1 オームになるはずです。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、電圧多重度は無限大に増やすことができます。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に注意してください。その結果、負荷の電圧降下が乗算の多重度を超え、整流器が無意味に機能する状況になる可能性があります。この欠点は、そのようなすべての回路に固有のものです。
多くの場合、このような電圧増倍器は、絶縁性に優れた単一のモジュールとして製造されます。このようなデバイスは、たとえば、モニターとしてブラウン管を備えた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倍増回路も知られていますが、普及していません。巻線部分の作成が難しく、動作の信頼性があまり高くありません。
非常に多くの整流器スキームがあります。このユニットの応用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、長く信頼性の高い操作が保証されます。
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