Wie funktioniert die AC-Gleichrichtung?

Wie Sie wissen, erzeugen Kraftwerke Wechselstrom. Wechselstrom lässt sich leicht umwandeln mit TransformatorenEs wird über Drähte mit minimalen Verlusten übertragen. Viele Elektromotoren arbeiten mit Wechselstrom. Letztendlich arbeiten heute alle Industrie- und Haushaltsnetze mit Wechselstrom.

Für einige Anwendungen ist Wechselstrom jedoch grundsätzlich ungeeignet. Batterien müssen mit Gleichstrom aufgeladen werden, Elektrolyseanlagen werden mit Gleichstrom betrieben, LEDs benötigen Gleichstrom und es gibt noch viel mehr, das ohne Gleichstrom auskommt, ganz zu schweigen von den ursprünglich verwendeten Geräten Batterien. Auf die eine oder andere Weise ist es manchmal notwendig, Gleichstrom aus einem Wechselstrom durch Umwandlung zu extrahieren. Um dieses Problem zu lösen, greifen sie auf die Gleichrichtung des Wechselstroms zurück.

Zur Gleichrichtung von Wechselstrom verwenden Diodengleichrichter. Die einfachste Gleichrichterschaltung mit nur einer Halbleiterdiodewird als Halbwellengleichrichter bezeichnet. Der Wechselstrom fließt hier durch die Primärwicklung des Transformators, deren Sekundärwicklung mit einem ihrer Anschlüsse mit der Anode der Diode und mit dem anderen mit dem Lastkreis verbunden ist, der wiederum mit der Kathode der Diode verbunden ist und den Sekundärkreis des Transformators schließt.

Überlegen Sie, was im ersten Moment passiert, wenn eine positive Spannung an die Anode der Diode relativ zu ihrer Kathode angelegt wird, die während der ersten Halbperiode des Wechselstroms wirkt.

In diesem Moment bewegen sich die Elektronen von der Kathode zur Anode der Diode, durch den Draht der Sekundärwicklung des Transformators, durch den Induktor und dann durch die Last - so schließt der Stromkreis. Wenn die entgegengesetzte Halbwelle beginnt, können keine Elektronen von der Anode zur Kathode eindringen, so dass während dieser Halbperiode kein Strom im Stromkreis fließt. Mit dem nächsten Halbzyklus wiederholt sich der Vorgang.

Da der Strom in der Schaltung nur während einer der Halbperioden fließt, wird diese Art der Gleichrichtung als Halbwellengleichrichtung bezeichnet. Und aufgrund der Tatsache, dass während negativer Halbperioden der Strom nicht in den Lastkreis eintritt, stellt sich heraus, dass seine Form pulsiert, weil er in eine Richtung wirkt, obwohl er in seiner Größe variiert.

In dieser Schaltung wird ein Glättungsfilter verwendet, der aus einer Drossel (Induktivität) und Kondensatoren besteht, um die Welligkeit der Last zu verringern und den Strom nahezu perfekt konstant zu halten. Die Filterschaltung lässt die Filterkomponente praktisch nicht in die Last, sondern nur die konstante Komponente.

Die Spule hat einen induktiven Widerstand, der von der Frequenz des Stroms abhängt. Je höher die Frequenz, desto größer der induktive Widerstand der Spule, sodass die Spule der Wechselkomponente des pulsierenden Stroms widersteht. Die Spule passiert die konstante Komponente leicht.

Der Kondensator passiert jedoch die variable Komponente, aber nicht die Konstante, und je höher die Frequenz des Stroms ist, desto stärker passiert der Kondensator sie. Im Allgemeinen ist die unnötige Änderung der Komponenten des Gleichstroms, der spezifisch durch die Last fließt, umso geringer, je größer die Kapazität des Kondensators und je höher die Induktivität der Induktorspule ist.

Wenn also eine positive Halbwelle des Stroms in der Schaltung wirkt, wird der erste Kondensator auf die Amplitude der Wechselspannung der Sekundärwicklung (abzüglich des Spannungsabfalls über der Diode) aufgeladen. Wenn die negative Halbwelle wirkt, tritt kein Strom in den Kondensator ein, und er entlädt sich zur Last und hält einen konstanten Strom darin aufrecht.

Wenn es keinen Induktor gäbe, würde der Strom an der Last irgendwie starke Welligkeiten aufweisen, da die Spannung am Kondensator während dieses Prozesses abnehmen würde. Um die Welligkeit zu verringern, wird der Schaltung eine Drossel (Spule) hinzugefügt, und sogar ein zusätzlicher Kondensator befindet sich dahinter. Der zweite Kondensator übernimmt den durch die Induktivität fließenden Strom, der bereits fast keine Welligkeit enthält.

Verwenden Sie einen Halbwellengleichrichter, um die Welligkeit noch besser zu glätten. Ein Halbwellengleichrichter kann auf zwei Arten implementiert werden. Es kann durchgeführt werden über die Brücke (bestehend aus vier Dioden) oder nur zwei Dioden enthalten, aber dann sollte die Sekundärwicklung des Transformators die doppelte Anzahl von Windungen und den Ausgang in der Mitte zwischen den Hälften der Wicklungen haben.

Ein Halbwellengleichrichter arbeitet wie folgt. Während einer der Halbperioden (zum Beispiel positiv) wird der Strom gemäß der Diodenschaltung von der Anode zur Kathode der oberen Diode geleitet, und die untere Diode lässt zu diesem Zeitpunkt keinen Strom durch, sie ist verriegelt (die einzige Diode verhält sich während des negativen Halbwellenstroms im gleichen Halbwellengleichrichter )

Der Strom schließt durch den Filter, die Last und dann durch den mittleren Ausgang zur Transformatorwicklung. Wenn die zweite Halbwelle auftritt, ist die Polarität des Stroms so, dass die untere Diode in der Schaltung Strom durch das Filter und durch die Last leitet und die obere Diode verriegelt ist. Als nächstes werden die Prozesse wiederholt.

Da der Last während jeder der beiden Perioden Strom zugeführt wird, wird diese Gleichrichtung als Halbwellengleichrichtung bezeichnet, und der Gleichrichter wird als Halbwellengleichrichter bezeichnet. Die Ausgangspulsation ist geringer als die der Halbwellengleichrichtung, da die Frequenz der gleichgerichteten Impulse doppelt so hoch ist, die Induktivität des Induktors doppelt so groß ist und die Kondensatoren keine Zeit haben, sich signifikant zu entladen.

Im Detail werden hier typische Schemata verschiedener Gleichrichter betrachtet: Schemata von Einphasengleichrichtern