Los esquemas de rectificación de CA a CC más comunes
Un rectificador es un dispositivo electrónico diseñado para convertir energía eléctrica de corriente alterna a corriente continua. Los rectificadores se basan en dispositivos semiconductores con conducción unilateral: diodos y tiristores.
Con baja potencia de carga (hasta varios cientos de vatios), la conversión de corriente alterna en corriente continua se lleva a cabo mediante rectificadores monofásicos. Dichos rectificadores están diseñados para alimentar varios dispositivos electrónicos con corriente continua, devanados de excitación de motores de corriente continua de pequeña y mediana potencia, etc.
Para una comprensión más fácil del funcionamiento de los circuitos rectificadores, partiremos del cálculo de que el rectificador funciona con una carga resistiva.
Circuito de rectificación monofásico de media onda (ciclo único)
La Figura 1 muestra el circuito de rectificación más simple. El circuito contiene un rectificador conectado entre el devanado secundario del transformador y la carga.
Figura 1 - Rectificador monofásico de media onda: a) circuito - diodo abierto, b) circuito - diodo cerrado, c) cronogramas de operación
El voltaje u2 cambia de manera sinusoidal, es decircontiene medias ondas positivas y negativas (medios períodos). La corriente en el circuito de carga pasa solo en semiciclos positivos cuando se aplica un potencial positivo al ánodo del diodo VD (Fig. 1, a). Con la polaridad inversa del voltaje u2, el diodo se cierra, la corriente en la carga no fluye, pero el voltaje inverso Urev se aplica al diodo (Fig. 1, b).
Che. solo se libera una media onda del voltaje del devanado secundario a través de la carga. La corriente en la carga fluye solo en una dirección y es corriente continua, aunque tiene un carácter pulsante (Fig. 1, c). Esta forma de voltaje (corriente) se llama pulso de CC.
Los voltajes y corrientes rectificados contienen un componente DC (útil) y un componente AC (ondulaciones). El lado de la calidad de la operación del rectificador se evalúa por la relación entre el componente útil y la excitación de voltaje y corriente. El factor de ondulación de este circuito es 1,57. El valor medio de la tensión corregida para el período Un = 0,45U2. El valor máximo de la tensión inversa del diodo Urev.max = 3,14Un.
La ventaja de este circuito es su simplicidad, las desventajas: mal uso del transformador, gran voltaje inverso del diodo, alta relación de ondulación del voltaje rectificado.
Circuito rectificador puente monofásico
Consta de cuatro diodos conectados en un circuito puente. El devanado secundario del transformador está conectado a una diagonal del puente y la carga a la otra (Fig. 2). El punto común de los cátodos de los diodos VD2, VD4 es el polo positivo del rectificador, el punto común de los ánodos de los diodos VD1, VD3 es el polo negativo.
Figura 2-Puente rectificador monofásico: a) circuito de rectificación de media onda positiva, b) rectificación de media onda negativa, c) cronogramas de operación
La polaridad del voltaje en el devanado secundario cambia con la frecuencia de la red de suministro. Los diodos en este circuito operan en pares en serie. En el semiciclo positivo del voltaje u2, los diodos VD2, VD3 conducen corriente, y el voltaje inverso se aplica a los diodos VD1, VD4 y se cierran. Durante el semiciclo negativo del voltaje u2, la corriente fluye a través de los diodos VD1, VD4 y los diodos VD2, VD3 están cerrados.La corriente de carga fluye todo el tiempo en una dirección.
El circuito es de onda completa (push-pull), ya que ambos semiperíodos de la tensión de red Un = 0,9U2, el coeficiente de ondulación — 0,67 se distribuyen sobre la carga.
El uso de un circuito de puente de conmutación de diodos permite utilizar un transformador monofásico para rectificar dos semiciclos. Además, el voltaje inverso aplicado al diodo es 2 veces menor.
Los consumidores de media y alta potencia se alimentan con corriente continua desde rectificadores trifasicos, cuyo uso reduce la carga de corriente en los diodos y reduce el factor de ondulación.
Circuito rectificador puente trifásico
El circuito consta de seis diodos, que se dividen en dos grupos (Fig. 2.61, a): cátodo: diodos VD1, VD3, VD5 y ánodo VD2, VD4, VD6. La carga está conectada entre los puntos de conexión de los cátodos y los ánodos de los diodos, es decir a la diagonal del puente de pie. El circuito está conectado a una red trifásica.
Figura 3 — Puente rectificador trifásico: a) circuito, b) diagramas de tiempo de operación
En cualquier instante de tiempo, la corriente de carga fluye a través de dos diodos.En el grupo de cátodos, el diodo con el potencial de ánodo más alto opera durante cada tercio del período (Fig. 3, b). En el grupo de ánodos, en esta parte del período, trabaja el diodo cuyo cátodo tiene el mayor potencial negativo. Cada uno de los diodos opera durante un tercio del período. El factor de ondulación de este circuito es solo 0.057.
Rectificadores controlados: rectificadores que, junto con la corrección de la tensión alterna (corriente), proporcionan la regulación del valor de la tensión corregida (corriente).
Los rectificadores controlados se utilizan para controlar la velocidad de los motores de CC, el brillo de las lámparas incandescentes, al cargar las baterías, etc.
Los circuitos rectificadores controlados están construidos sobre tiristores y se basan en controlar el momento de apertura de los tiristores.
La Figura 4a muestra un diagrama de un rectificador monofásico controlado. Para la posibilidad de corregir dos medias ondas de la tensión de red, se utiliza un transformador con un devanado secundario bifásico, en el que se forman dos tensiones con fases opuestas. En cada fase se enciende un tiristor. El semiciclo positivo del voltaje U2 rectifica el tiristor VS1, el negativo - VS2.
El circuito de control CS genera pulsos para abrir los tiristores. La sincronización del pulso de apertura determina la cantidad de media onda que se libera en la carga. El tiristor se abre cuando hay un voltaje positivo en el ánodo y un pulso de apertura en el electrodo de control.
Si el pulso llega en el tiempo t0 (Fig. 4, b), el tiristor está abierto durante todo el semiciclo y la tensión máxima en la carga, si en los tiempos t1, t2, t3, entonces solo una parte del voltaje de la red es liberado en la carga.
Figura 4 — Rectificador monofásico: a) circuito, b) diagramas de temporización de operación
El ángulo de retardo, medido desde el momento del encendido natural del tiristor, expresado en grados, se denomina ángulo de control o ajuste y se denota con la letra α. Al cambiar el ángulo α (cambio de fase de los pulsos de control en relación con el voltaje de los ánodos de los tiristores), cambiamos el tiempo del estado abierto de los tiristores y, en consecuencia, el voltaje corregido en la carga.