Was ist ein Gleichrichter? Arten von Gleichrichtern und ihre Funktionsweise

Unterschiedliche Arten von Gleichrichtern – Funktionsweise und Anwendungen

In der Elektronik ist die Gleichrichterschaltung die am häufigsten verwendete Schaltung, weil fast jedes elektronische Gerät mit Gleichstrom (DC) arbeitet, aber die Verfügbarkeit von Gleichstromquellen begrenzt ist, wie z.B. Steckdosen in unseren Häusern, die Wechselstrom (AC) liefern. Der Gleichrichter ist der perfekte Kandidat für diese Aufgabe in der Industrie & Zuhause, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Sogar unsere Handy-Ladegeräte verwenden Gleichrichter, um den Wechselstrom aus unseren Steckdosen zu Hause in Gleichstrom umzuwandeln. Verschiedene Arten von Gleichrichtern werden für bestimmte Anwendungen verwendet.

Wir haben hauptsächlich zwei Arten von Spannungstypen, die heutzutage weit verbreitet sind. Das sind die Wechsel- und die Gleichspannungsarten. Diese Spannungen können mit Hilfe spezieller Schaltungen, die für die jeweilige Umwandlung ausgelegt sind, von einer Art in eine andere umgewandelt werden. Diese Umwandlungen finden überall statt.

Unsere Hauptstromversorgung, die wir aus den Stromnetzen beziehen, ist eine Wechselspannung, und die Geräte, die wir in unseren Häusern benutzen, benötigen im Allgemeinen eine geringe Gleichspannung. Dieser Prozess der Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom wird als Gleichrichtung bezeichnet. Der Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom gehen weitere Prozesse voraus, die Filterung, Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlung usw. umfassen können. Einer der gebräuchlichsten Teile einer elektronischen Stromversorgung ist ein Brückengleichrichter.

Viele elektronische Schaltungen benötigen eine gleichgerichtete Gleichstromversorgung, um verschiedene elektronische Grundkomponenten aus dem verfügbaren Wechselstromnetz zu versorgen. Der einfache Brückengleichrichter wird in einer Vielzahl von elektronischen Wechselstromgeräten verwendet.

Eine andere Art, die Gleichrichterschaltung zu betrachten, ist, dass man sagen kann, sie wandelt Ströme statt Spannungen um. Das ist intuitiv sinnvoller, weil wir eher daran gewöhnt sind, die Beschaffenheit eines Bauteils mit Strom zu definieren. Kurz gesagt, ein Gleichrichter nimmt einen Strom, der sowohl negative als auch positive Komponenten hat, und gleichrichtet ihn so, dass nur die positive Komponente des Stroms übrig bleibt.

Brückengleichrichter werden häufig in Stromversorgungen verwendet, die die notwendige Gleichspannung für elektronische Komponenten oder Geräte liefern. Die effizientesten Schaltgeräte, deren Eigenschaften vollständig bekannt sind, sind Dioden. Theoretisch kann jeder Festkörperschalter, der gesteuert werden kann oder nicht, anstelle der Dioden verwendet werden.

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Gemeinsam werden die Arten von Gleichrichtern auf der Grundlage ihrer Leistung klassifiziert. In diesem Artikel werden wir viele Arten von Gleichrichtern besprechen, wie zum Beispiel:

• Einphasen-Gleichrichter
• Dreiphasen-Gleichrichter
• Gesteuerte Gleichrichter
• Ungesteuerte Gleichrichter
• Halbwellen-Gleichrichter
• Vollwellen-Gleichrichter
• Brücken-Gleichrichter
• Mittel-.Abgegriffene Gleichrichter

Was ist ein Gleichrichter?

Ein Gleichrichter ist ein elektrisches Gerät, das aus einer oder mehreren Dioden besteht, die den Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln. Er wird für die Gleichrichtung verwendet, wobei der untenstehende Prozess zeigt, wie er Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt.

Was ist Gleichrichtung?

Die Gleichrichtung ist der Prozess der Umwandlung von Wechselstrom (der periodisch seine Richtung ändert) in Gleichstrom (der in eine einzige Richtung fließt).

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Arten von Gleichrichtern

Es gibt hauptsächlich zwei Arten von Gleichrichtern:

1. Ungesteuerter Gleichrichter
2. Gesteuerter Gleichrichter

Brückengleichrichter gibt es viele, und die Grundlage für die Klassifizierung können viele sein, um nur einige zu nennen, die Art der Versorgung, die Konfigurationen der Brückenschaltung, die Steuerungsfähigkeit usw. Brückengleichrichter lassen sich grob in einphasige und dreiphasige Gleichrichter einteilen, je nach Art des Eingangs, an dem sie arbeiten. Beide Typen umfassen weitere Klassifizierungen, die sowohl in ein- als auch in dreiphasige Gleichrichter unterteilt werden können.

Die weitere Klassifizierung basiert auf den Schaltvorrichtungen, die der Gleichrichter verwendet, und die Typen sind ungesteuerte, halbgesteuerte und vollgesteuerte Gleichrichter. Einige der Arten von Gleichrichtern werden im Folgenden erörtert.

Basierend auf der Art der Gleichrichterschaltung, werden die Gleichrichter in zwei Kategorien eingeteilt.

• Halbwellengleichrichter
• Vollwellengleichrichter

Der Halbwellengleichrichter wandelt nur die Hälfte des Wechselstroms in ein Gleichstromsignal um, während der Vollwellengleichrichter das gesamte Wechselstromsignal in Gleichstrom umwandelt.

Der Brückengleichrichter ist der am häufigsten verwendete Gleichrichter in der Elektronik, und dieser Bericht befasst sich mit der Funktionsweise und Herstellung eines solchen. Einfache Brückengleichrichterschaltung ist die beliebteste Methode zur Vollwellengleichrichtung.

Wir werden sowohl die gesteuerten als auch die ungesteuerten (Halbwellen- und Vollwellenbrücke) Gleichrichter im Detail mit Schaltplänen und Betrieb wie folgt besprechen.

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Ungesteuerter Gleichrichter:

Die Art von Gleichrichter, dessen Ausgangsspannung nicht gesteuert werden kann, wird als ungesteuerter Gleichrichter bezeichnet.

Ein Gleichrichter arbeitet mit Schaltern. Es gibt verschiedene Arten von Schaltern, im Allgemeinen steuerbare und nicht steuerbare Schalter. Eine Diode ist ein unidirektionales Gerät, das den Stromfluss nur in eine Richtung zulässt. Der Betrieb einer Diode wird nicht gesteuert, da sie leitet, solange sie in Durchlassrichtung vorgespannt ist.

Bei einer Konfiguration von Dioden in einem beliebigen Gleichrichter hat der Gleichrichter nicht die volle Kontrolle über den Bediener, daher werden diese Arten von Gleichrichtern als ungesteuerte Gleichrichter bezeichnet. Die Leistung kann nicht je nach Lastanforderung variieren. Daher wird diese Art von Gleichrichter häufig in konstanten oder festen Stromversorgungen verwendet.

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Ungesteuerte Gleichrichter verwenden nur Dioden und liefern eine feste Ausgangsspannung, die nur vom Eingangswechselstrom abhängt.

Typen von ungesteuerten Gleichrichtern:

Ungesteuerte Gleichrichter werden weiter in zwei Typen unterteilt:

1. Halbwellengleichrichter
2. Vollwellengleichrichter

Halbwellengleichrichter:

Ein Gleichrichtertyp, der nur den Halbzyklus des Wechselstroms (AC) in Gleichstrom (DC) umwandelt, wird als Einweggleichrichter bezeichnet.

• Positiver Einweggleichrichter:

Ein Einweggleichrichter, der nur den positiven Halbzyklus umwandelt und den negativen Halbzyklus sperrt.

• Negative Halbwellengleichrichter:

Ein negativer Halbwellengleichrichter wandelt nur die negative Halbwelle des Wechselstroms in Gleichstrom um.

Unter allen Arten von Gleichrichtern ist der Einweggleichrichter der einfachste, da er nur aus einer einzigen Diode besteht.

Eine Diode erlaubt den Stromfluss nur in eine Richtung, die als Vorwärtsspannung bezeichnet wird. Ein Lastwiderstand RL ist in Reihe mit der Diode geschaltet.

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Positiver Halbzyklus:

Während des positiven Halbzyklus wird die Anode des Diodenanschlusses positiv und die Kathode negativ, was als Vorwärtsvorspannung bezeichnet wird. Sie lässt den positiven Zyklus durchfließen.

Negativer Halbzyklus:

Während des negativen Halbzyklus wird die Anode negativ und die Kathode wird positiv, was als Sperrvorspannung bekannt ist. Die Diode blockiert also den negativen Zyklus.

Wenn also eine Wechselstromquelle an den Einweggleichrichter angeschlossen wird, fließt nur ein halber Zyklus durch ihn, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Der Ausgang dieses Gleichrichters wird über den Lastwiderstand RL gelegt. Wenn wir uns das Eingangs-zu-Ausgangsdiagramm ansehen, zeigt es einen pulsierenden positiven Halbzyklus des Eingangs.

Der Ausgang des Einweggleichrichters hat zu viele Welligkeiten & es ist nicht sehr praktisch, diesen Ausgang als Gleichstromquelle zu verwenden. Um diesen pulsierenden Ausgang zu glätten, wird ein Kondensator über den Widerstand geschaltet. Der Kondensator lädt sich während des positiven Zyklus auf und entlädt sich während des negativen Zyklus, um ein gleichmäßiges Ausgangssignal zu erzeugen.

Solche Arten von Gleichrichtern verschwenden die Leistung der Halbwelle des Wechselstromeingangs.

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Vollwellengleichrichter:

Ein Vollwellengleichrichter wandelt sowohl positive als auch negative Halbwellen des Wechselstroms (AC) in Gleichstrom (DC) um. Er liefert die doppelte Ausgangsspannung im Vergleich zum Einweggleichrichter

Ein Vollwellengleichrichter besteht aus mehr als einer Diode.

Es gibt zwei Arten von Vollwellengleichrichtern.

1. Brückengleichrichter
2. Center-Tap-Gleichrichter

Brückengleichrichter

Ein Brückengleichrichter verwendet vier Dioden, um beide Halbwellen des Eingangswechselstroms in Gleichstrom umzuwandeln.

Bei dieser Art von Gleichrichter werden die Dioden in einer bestimmten Form angeschlossen, wie unten angegeben.

Positiver Halbzyklus:

Während des positiven Eingangshalbzyklus wird die Diode D1 & D2 in Durchlassrichtung vorgespannt, während D3 & D4 in Sperrrichtung vorgespannt wird. Die Diode D1 & D2 bildet eine geschlossene Schleife, die eine positive Ausgangsspannung über dem Lastwiderstand RL liefert.

Negativer Halbzyklus:

Während des negativen Halbzyklus wird die Diode D3 & D4 in Durchlassrichtung vorgespannt, während D1 & D2 in Sperrrichtung vorgespannt wird. Aber die Polarität über den Lastwiderstand RL bleibt gleich und liefert einen positiven Ausgang über die Last.

Der Ausgang des Vollwellengleichrichters hat eine geringe Welligkeit im Vergleich zum Einweggleichrichter, aber dennoch ist er nicht glatt und gleichmäßig.

Um die Ausgangsspannung gleichmäßig & zu machen, wird ein Kondensator am Ausgang platziert, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Die Kondensatorladung & entlädt sich, was zu gleichmäßigen Übergängen zwischen den Halbzyklen führt.

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Arbeitsweise der Brückengleichrichterschaltung

Aus dem Schaltplan ist ersichtlich, dass die Dioden in einer besonderen Weise angeschlossen sind. Diese besondere Anordnung gibt dem Wandler seinen Namen. Bei einem Brückengleichrichter kann die Eingangsspannung von einer beliebigen Quelle stammen. Sie kann von einem Transformator stammen, der zum Hoch- oder Heruntertransformieren der Spannung verwendet wird, oder sie kann aus dem Netz unserer häuslichen Stromversorgung stammen. In diesem Artikel verwenden wir einen 6-0-6-Transformator mit Mittelanzapfung für die Bereitstellung von Wechselspannung.

In der ersten Arbeitsphase des Gleichrichters werden die Dioden D3-D2 während des positiven Halbzyklus in Durchlassrichtung vorgespannt und leiten. Die Dioden D1-D4 werden in umgekehrter Richtung vorgespannt und leiten in diesem Halbzyklus nicht, sie wirken als offene Schalter. So erhalten wir einen positiven Halbzyklus am Ausgang. Umgekehrt werden im negativen Halbzyklus die Dioden D1-D4 in Vorwärtsrichtung vorgespannt und beginnen zu leiten, während die Dioden D3-D2 in umgekehrter Richtung vorgespannt werden und in diesem Halbzyklus nicht leiten.

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Auch hier erhalten wir einen positiven Halbzyklus am Ausgang. Am Ende des Gleichrichtungsprozesses wird der negative Teil des Wechselstroms in einen positiven Zyklus umgewandelt. Der Ausgang des Gleichrichters besteht aus zwei halbpositiven Impulsen mit der gleichen Frequenz und Größe wie die des Eingangs.

Im Gegensatz zur Funktionsweise eines Einweggleichrichters verfügt der Vollbrückengleichrichter über einen weiteren Zweig, der es ihm ermöglicht, die negative Hälfte der Spannungswellenform zu leiten, wozu der Einweggleichrichter keine Möglichkeit hatte. Daher ist die durchschnittliche Spannung am Ausgang des Vollbrückengleichrichters doppelt so hoch wie die des Einweggleichrichters.

Obwohl wir vier einzelne Leistungsdioden verwenden, um einen Vollbrückengleichrichter herzustellen, sind vorgefertigte Brückengleichrichterkomponenten in einer Reihe verschiedener Spannungs- und Stromgrößen „von der Stange“ erhältlich, die direkt zur Herstellung einer funktionierenden Schaltung verwendet werden können.

Die Ausgangsspannungsform nach der Gleichrichtung ist keine richtige Gleichspannung, so dass wir versuchen können, sie mit Hilfe eines Kondensators zur Filterung mehr in eine Gleichspannungsform zu bringen. Glättungs- oder Speicherkondensatoren, die parallel zur Last über den Ausgang der Vollweg-Brückengleichrichterschaltung geschaltet sind, erhöhen den durchschnittlichen Gleichstrom-Ausgangspegel auf die erforderliche durchschnittliche Gleichspannung am Ausgang, weil der Kondensator nicht nur als Filterkomponente wirkt, sondern sich auch periodisch auf- und entlädt und so die Ausgangsspannung effektiv erhöht.

Der Kondensator lädt sich auf, bis die Wellenform ihren Höhepunkt erreicht, und entlädt sich gleichmäßig in den Lastkreis, wenn die Wellenform zu sinken beginnt. Wenn die Ausgangsspannung sinkt, hält der Kondensator die richtige Spannung im Lastkreis aufrecht und erzeugt so den Gleichstrom.

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Vorteile eines Brückengleichrichters:

1. Geringe Restwelligkeit des Ausgangs-Gleichstromsignals
2. Hoher Gleichrichter-Wirkungsgrad
3. Geringe Verlustleistung

Nachteile eines Brückengleichrichters:

1. Brückengleichrichter ist komplexer als ein Einweggleichrichter
2. Mehr Verlustleistung im Vergleich zum Vollwellengleichrichter mit Mittelabgriff.

Center-Tap-Gleichrichter

Dieser Typ von Vollwellengleichrichter verwendet einen Center-Tap-Transformator & zwei Dioden.

Ein Center-Tap-Transformator ist ein Doppelspannungstransformator, der zwei Eingänge (I1 & I2) und drei Ausgangsanschlüsse (T1, T2, T3) hat. Die Klemme T2 ist mit der Mitte der Ausgangsspule verbunden, die als Bezugsmasse (o-Volt-Referenz) dient. Die T1-Klemme erzeugt eine positive Spannung und die T3-Klemme eine negative Spannung in Bezug auf T2.

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Der Aufbau des Gleichrichters mit Mittelanzapfung ist unten angegeben:

Postiver Halbzyklus:

Während des positiven Halbzyklus am Eingang wird T1 eine positive und T2 eine negative Spannung erzeugen. Die Diode D1 wird in Durchlassrichtung vorgespannt & Die Diode D2 wird in Sperrrichtung vorgespannt. Dadurch entsteht ein enger Pfad von T1 zu T2 durch den Lastwiderstand RL wie unten gezeigt.

Negativer Halbzyklus:

Nun wird T1 während des negativen Halbzyklus am Eingang einen negativen Zyklus erzeugen & T2 wird einen positiven Zyklus erzeugen. Dadurch wird die Diode D1 in Sperrvorspannung & die Diode D2 in Durchlassvorspannung versetzt. Die Polarität am Lastwiderstand RL bleibt jedoch gleich, da der Strom den Weg von T3 zu T1 nimmt, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Der Gleichstromausgang eines Gleichrichters mit Mittelanzapfung hat ebenfalls Welligkeit und ist kein gleichmäßiger & Gleichstrom. Ein Kondensator am Ausgang beseitigt die Restwelligkeit und sorgt für einen gleichmäßigen Gleichstromausgang.

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Gesteuerter Gleichrichter:

Ein Gleichrichter, dessen Ausgangsspannung variiert oder verändert werden kann, wird als gesteuerter Gleichrichter bezeichnet.

Die Notwendigkeit eines gesteuerten Gleichrichters wird deutlich, wenn man die Unzulänglichkeiten eines ungesteuerten Brückengleichrichters betrachtet. Um aus einem ungesteuerten Gleichrichter einen gesteuerten Gleichrichter zu machen, verwenden wir stromgesteuerte Halbleiterbauelemente wie SCRs, MOSFETs und IGBTs. Wir haben die volle Kontrolle, wenn SCRs auf der Grundlage der Gate-Impulse, die wir ihnen zuführen, ein- oder ausgeschaltet werden. Sie sind im Allgemeinen beliebter als ihre ungesteuerten Gegenstücke.

Sie bestehen aus einem oder mehreren SCR (Silicon Controlled Rectifier).

Ein SCR, auch als Thyristor bekannt, ist eine Diode mit drei Anschlüssen. Diese Anschlüsse sind Anode, Kathode & und ein Steuereingang, der als Gate bezeichnet wird.

Gleich einer einfachen Diode leitet ein SCR in Vorwärtsrichtung und sperrt den Strom in Sperrichtung, aber er beginnt nur mit der Vorwärtsleitung, wenn ein Impuls am Gate-Eingang anliegt. So kann die Ausgangsspannung über den Gate-Eingang gesteuert werden.

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Typen von gesteuerten Gleichrichtern

Es gibt zwei Arten von gesteuerten Gleichrichtern.

Halbwellengesteuerter Gleichrichter

Der halbwellengesteuerte Gleichrichter besteht aus einem einzigen SCR (Silicon Controlled Rectifier).

Der halbwellengesteuerte Gleichrichter hat den gleichen Aufbau wie der ungesteuerte Halbwellengleichrichter, außer dass wir die Diode durch einen SCR ersetzen, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Ein SCR leitet nicht in Sperrrichtung, so dass er die negative Halbwelle blockiert.

Während der positiven Halbwelle leitet der SCR unter einer Bedingung Strom, wenn ein Impuls an den Gate-Eingang angelegt wird. Der Gate-Eingang ist natürlich ein periodisches Impulssignal, das dazu dient, den SCR bei jeder positiven Halbperiode zu aktivieren.

Auf diese Weise können wir die Ausgangsspannung dieses Gleichrichters steuern.

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Der Ausgang des SCR ist ebenfalls eine pulsierende Gleichspannung/Strom. Diese Impulse werden durch einen Kondensator parallel zum Lastwiderstand RL entfernt.

Vollwellengesteuerter Gleichrichter

Ein Gleichrichter, der sowohl die positive als auch die negative Halbwelle des Wechselstroms in Gleichstrom umwandelt und auch die Ausgangsamplitude steuert, wird als vollwellengesteuerter Gleichrichter bezeichnet.

Gleich wie beim ungesteuerten Gleichrichter gibt es auch beim gesteuerten Vollwellengleichrichter zwei Typen.

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Gesteuerter Brückengleichrichter

Bei diesem Gleichrichter wird die Diodenbrücke durch eine SCR-Brücke (Thyristor) mit der gleichen Konfiguration ersetzt, wie in der Abbildung unten dargestellt.

Positiver Halbzyklus:

Während des positiven Zyklus wird der SCR (Thyristor) T1 & T2 leitend, wenn der Gate-Impuls angelegt wird. T3 & T4 hat eine umgekehrte Vorspannung, so dass sie den Strom sperren. Die Ausgangsspannung wird über dem Lastwiderstand RL wie unten gezeigt aufgebaut.

Negativer Halbzyklus:

Während des negativen Halbzyklus wird der Thyristor T3 & T4 in Durchlassrichtung vorgespannt, wenn der Gate-Eingangsimpuls & den T1 & T2 in Sperrrichtung vorspannt. Die Ausgangsspannung wird über dem Lastwiderstand RL erscheinen.

Am Ende des Ausgangs wird ein Kondensator verwendet, um die Wellen zu entfernen und macht den Ausgang stetig & glatt.

Gesteuerter Mittelanzapfungs-Gleichrichter:

Genauso wie der ungesteuerte Gleichrichter mit Mittelanzapfung verwendet dieser Entwurf zwei SCR, die die beiden Dioden ersetzen.

Beide SCR-Schaltungen werden je nach Eingangswechselstromfrequenz unterschiedlich getaktet.

Seine Funktionsweise ist die gleiche wie die des ungesteuerten Gleichrichters &, sein schematischer Entwurf ist unten angegeben.

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Einphasige und dreiphasige Gleichrichter

Diese Klassifizierung basiert auf der Art des Eingangs, mit dem ein Gleichrichter arbeitet. Die Namensgebung ist ziemlich einfach. Wenn der Eingang einphasig ist, wird der Gleichrichter als Einphasengleichrichter bezeichnet, und wenn der Eingang dreiphasig ist, wird er als Dreiphasengleichrichter bezeichnet.

Der Einphasen-Brückengleichrichter besteht aus vier Dioden, während ein Dreiphasengleichrichter sechs Dioden verwendet, die in einer bestimmten Weise angeordnet sind, um den gewünschten Ausgang zu erhalten. Diese können gesteuerte oder ungesteuerte Gleichrichter sein, abhängig von den Schaltkomponenten, die in jedem Gleichrichter verwendet werden, wie z.B. Dioden, Thyristoren usw.

Vergleich von Gleichrichtern

Die folgende Tabelle zeigt den Vergleich zwischen verschiedenen Arten von Gleichrichtern, wie z.B. Einweg-Gleichrichter, Vollweg-Gleichrichter und Gleichrichter mit Mittelabgriff.

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Anwendungen von Gleichrichtern

Grundsätzlich arbeiten fast alle elektronischen Schaltungen mit Gleichspannungen. Der Hauptzweck der Verwendung von Gleichrichtern ist die Gleichrichtung, d.h. die Umwandlung von Wechselspannungen in Gleichspannungen. Es bedeutet, Gleichrichter sind in fast allen Macht Gleichrichtung und elektronische Geräte verwendet.

Unten ist die Liste der gemeinsamen Anwendungen und Verwendungen der verschiedenen Rectifiers.

• Rectification dh Umwandlung von DC-Spannungen in AC-Spannungen.
• Rectifiers sind in Elektroschweißen verwendet, um die polarisierte Spannung zu liefern.
• Es ist auch in der Traktion, Schienenfahrzeuge und dreiphasige Traktionsmotoren für den Betrieb von Zügen verwendet.
• Halbwellengleichrichter sind in Mückenschutzmittel und Lötkolben verwendet.
• Halbwellengleichrichter auch in AM-Radio als Detektor und Signalspitze Detektor verwendet.
• Gleichrichter werden auch in Modulation, Demodulation und Spannungsvervielfachern verwendet.

• Typen von aktiven Hochpassfiltern
• Typen von passiven Hochpassfiltern
• Typen von aktiven Tiefpassfiltern
• Typen von passiven Tiefpassfiltern
• Typen von DEMUX – Demultiplexer-Anwendungen
• Typen von MUX – Digitale Multiplexer-Anwendungen
• Typen von Binäraddierern & Subtrahierer
• Typen von Binärcodierern
• Typen von Binärdecodierern