Top 6 Arten von Gleichrichtern
Dieser Artikel beleuchtet die sechs wichtigsten Gleichrichtertypen, die in Zechen verwendet werden. Die Typen sind: 1. Gleichrichter mit Metallplatten-Typ 2. Gleichrichter mit Halbleiter (Diode) 3. Thyristoren 4. Quecksilber-Gleichrichter 5. Aufbau von Gleichrichterbrücken 6. Eigensicherheit & Gleichrichter.
Gleichrichter: Typ # 1. Metallplattentyp Gleichrichter:
Wir haben gesehen, dass einige Metallplatten, wenn sie mit anderen Substanzen beschichtet sind, einen hohen Widerstand gegen den Stromdurchgang in einer Richtung bieten, während sie dem Strom in der entgegengesetzten Richtung einen viel geringeren Widerstand bieten.
Im Allgemeinen werden zwei Arten von Metallplatten verwendet, nämlich der Kupferoxid-Gleichrichter und der Selen-Gleichrichter. Ein Kupferoxid-Gleichrichter besteht aus einer Kupferplatte, die auf einer Seite mit einer dünnen Kupferoxidschicht beschichtet ist (Abb. 4.1a). Der Selen-Rektifizierer besteht aus einer Legierungsschicht und einer Selenschicht auf einer Stahlplatte, wie in Abb. 4.1 (b) gezeigt.
Ein Kupferoxid-Gleichrichter bietet einen sehr hohen Widerstand gegen den Stromdurchgang, wenn die Platte in Bezug auf die Kupferoxid-Beschichtung positiv ist. Wenn das Kupferoxid gegenüber der Kupferplatte positiv ist, bietet der Gleichrichter einen sehr niedrigen Widerstand.
In ähnlicher Weise bieten die Selen-Gleichrichterplatten einen hohen Widerstand gegen den Stromdurchgang, wenn die Selenschicht in Bezug auf die Legierungsschicht positiv ist, und einen sehr niedrigen Widerstand, wenn die Legierungsschicht in Bezug auf die Selenschicht positiv ist.
Maximale Spannung:
Ein Metallplattengleichrichter verhindert nur dann einen Stromfluss in Richtung des hohen Widerstands, wenn die an ihm angelegte Spannung unter einem bestimmten kritischen Wert liegt. Bei Selen-Gleichrichterplatten beträgt der kritische Wert 18 Volt, bei Kupferoxid-Gleichrichterplatten 8 Volt. Bei Überschreiten der kritischen Spannung wird der Gleichrichter schnell zerstört und seine Gleichrichtereigenschaften dauerhaft zerstört.
Ein Gleichrichter für den Betrieb bei einer höheren Spannung wird durch Verbinden mehrerer Platten in Reihe aufgebaut. Die Standardmethode zum Aufbau eines Gleichrichters mit höherer Spannung besteht darin, die Platten auf einer zentralen Stange zu montieren und sie durch Metallscheiben zu trennen.
Sie werden dann zu einem dicht gepackten Flor verschraubt (siehe Abb. 4.2a). Die maximale Betriebsspannung eines kompletten Gleichrichters kann berechnet werden, indem die maximale Betriebsspannung einer Platte mit der Anzahl der Platten auf dem Stapel multipliziert wird.
Aktuelle Kapazität:
Die Stromkapazität eines Metallplattengleichrichters ist direkt proportional zur Oberfläche einer einzelnen Platte. Wenn die Nennstrombelastbarkeit eines Gleichrichters überschritten wird, neigt die Platte zur Überhitzung, und der Gleichrichter bricht möglicherweise zusammen. Wenn ein Metallgleichrichter arbeitet, wird notwendigerweise etwas Wärme erzeugt, so dass der Gleichrichter normalerweise mit Kühlgebläsen ausgestattet ist, die ihm ein ähnliches Aussehen verleihen, wie in 4.2 (b) gezeigt.
Metallplattengleichrichter werden normalerweise nur dort eingesetzt, wo eine relativ geringe Stromabgabe erforderlich ist, beispielsweise in Signalstromkreisen, Pilotkreisen und Messgeräten. Metallplattengleichrichter für starke Stromabgabe sind umständlich und schwer abzukühlen.
Gleichrichter: Typ # 2. Halbleiter (Diode) Gleichrichter:
In heutigen Steuerungen werden meistens Halbleiter-Gleichrichter verwendet. Die meisten gewöhnlichen leitfähigen Materialien, wie Kupfer und Aluminium, leiten Elektrizität am einfachsten, wenn sie sich in einem reinen Zustand befinden, dh wenn sie nicht mit anderen Substanzen kombiniert oder vermischt werden. Halbleiter sind jedoch Materialien, die sich genau umgekehrt verhalten.
Halbleiter sind im reinen Zustand sehr widerstandsfähig gegen elektrischen Strom und sind praktisch Isolatoren. Wenn winzige Mengen anderer Substanzen (dh Verunreinigungen) mit ihnen kombiniert werden, leiten sie den Strom viel leichter. Gegenwärtig im Einsatz befindliche halbleitende Materialien sind die Elemente Germanium und Silizium.
Die meisten gewöhnlichen leitenden Materialien wie Kupfer leiten Elektrizität, indem sie eine negative Ladung (dh zusätzliche Elektronen) durchlassen. Wenn bestimmte Verunreinigungen zu reinem Halbleiter hinzugefügt werden, verhält es sich genau so und lässt eine negative Ladung passieren. Es wird dann ein "P-Typ" (positiver) Halbleiter genannt.
Beispielsweise ist Germanium, dem Verunreinigungen von Antimon oder Phosphor zugesetzt worden ist, ein Halbleiter vom "N-Typ", während Germanium, dem Verunreinigungen von Aluminium oder Bor zugesetzt wurden, ein Halbleiter vom "P-Typ" ist. Ein Halbleiter-Gleichrichter wird hergestellt, indem ein P-Halbleiter mit einem N-Halbleiter verbunden wird.
Wenn der Halbleiter vom P-Typ in Bezug auf den Halbleiter vom N-Typ positiv ist, neigt die positive Ladung im Halbleiter vom P-Typ dazu, in Richtung der Verbindungsstelle zu fließen, und die negative Ladung im N-Typ Halbleiter tendieren auch dazu, in Richtung der Verbindungsstelle zu fließen.
Der Fluss zweier entgegengesetzter Ladungen zum selben Punkt wird durch die gegenseitige Anziehung unterstützt, die zwischen ihnen besteht, so dass der Strom sehr leicht in diese Richtung fließt.
Wenn jedoch der "N-Typ" -Halbleiter in Bezug auf den "P-Typ" -Halbleiter positiv ist, neigen die positiven und negativen Ladungen dazu, sich von der Verbindungsstelle wegzubewegen, und einer Bewegung in dieser Richtung wird durch die Anziehung zwischen den beiden widerstanden Gebühren Der Gleichrichter bietet daher in dieser Richtung einen viel höheren Widerstand.
Wie bei einem Metallplattengleichrichter hängt die Stromkapazität eines Halbleiter-Gleichrichters von seiner Funktion ab. Der Durchlasswiderstand des Gleichrichters beträgt: jedoch niedriger als der eines Metallplattengleichrichters mit ähnlicher Größe, so dass ein Halbleiter-Gleichrichter zweckmäßigerweise einen größeren Strom führen kann.
Ein typischer Übergangsdurchlassspannungsabfall beträgt beispielsweise 0, 3 Volt für Germanium und 0, 6 Volt für Siliziumvorrichtungen. Ein Halbleiter-Gleichrichter kann bequem so hergestellt werden, dass er einen größeren Strom führt. Halbleiterübergänge können einer höheren Sperrspannung als Gleichrichterplatten standhalten. Eine einzelne Verbindung kann beispielsweise einer Sperrspannung von mehr als 800 Volt standhalten.
Wie bei Metallplattengleichrichtern kann jedoch ein Halbleiter-Gleichrichter beschädigt werden, wenn die maximale Sperrspannung überschritten wird.
Siliziumdioden mit geeigneter Nennleistung können verwendet werden, um Metallplattengleichrichter zu ersetzen, die in bestehenden Geräten verwendet werden und die zunehmend schwieriger zu erhalten sind, mit dem Vorteil, dass weniger Wärme von den Dioden erzeugt wird und ein leichter Anstieg der Ausgangsspannung zu erwarten ist der niedrigste Durchlassspannungsabfall.
Gleichrichter: Typ # 3. Thyristoren:
Eine Diode ist einfach ein zweischichtiger PN-Übergang, der einen Wechselstrom gleichrichten kann, sein herkömmliches Symbol ist:
Der Thyristor ist jedoch ein vierschichtiges PNPN, das auch Wechselstrom gleichrichten kann und dessen herkömmliches Symbol es ist
Wie zu sehen ist, verfügt das Gerät über einen zusätzlichen Anschluss, der als "Gate" bezeichnet wird. Wenn der Thyristor auf die gleiche Weise wie eine "einfache" Diode in die Schaltung geschaltet wird, fließt kein Strom in Durchlassrichtung, bis ein Signal an den Gate-Anschluss angelegt wird. Mit Hilfe einer geeigneten externen Schaltung kann der Thyristor so angeordnet werden, dass er an einem bestimmten Teil der eingegebenen alternierenden Wellenform angesteuert (oder gezündet) wird.
Thyristoren oder Silizium-Gleichrichter (SCRs) sind mit Nennleistungen von 1/2 bis 850 Ampere erhältlich. RMS und derzeit bis zu 1.800 Volt. Als Verstärker verwendet, können die kleinsten SCRs jedoch mit Gateleistungen von wenigen Mikrowatt und 200 Watt geschaltet werden. Dies führt zu einer Leistungssteigerung von über 10 Millionen, wodurch die SCRs zu den empfindlichsten Steuergeräten werden, die erhältlich sind.
Gleichrichter: Geben Sie # 4 ein. Mercury-Arc-Gleichrichter:
Ein Quecksilber-Lichtbogen-Gleichrichter besteht aus einem Behälter aus Glas oder möglicherweise aus Stahl, der ein Vakuum enthält. Am Boden des Behälters befindet sich ein Pool von flüssigem Quecksilber, der als negative Seite des Gleichrichters (als Kathode bezeichnet) dient. Die positive Seite des Gleichrichters (Anode genannt) ist eine Kohlenstoffelektrode, die in die Kammer oberhalb des Quecksilberbeckens eingeführt wird.
Abb. 4.2 zeigt ein Diagramm des Quecksilber-Lichtbogen-Gleichrichters. Der Gleichrichter wird gestartet, indem ein Strom durch die Quecksilberkathode über eine Zündelektrode fließen kann, die gerade die Oberseite des Quecksilberpools berührt. Dieser Strom erwärmt einen Fleck auf der Oberfläche des Quecksilbers, wodurch ein Teil des Quecksilbers verdampft wird.
Der Raum zwischen Anode und Kathode füllt sich daher mit Quecksilberdampf. Die Zündelektrode wird dann von der Oberfläche dieses Quecksilbers abgezogen, und durch Ionisieren des Quecksilberdampfes wird ein Lichtbogen gezogen. Wenn die Anode positiver ist als die Kathode, wird der Lichtbogen von der Zündelektrode zur Anode übertragen, und der Strom fließt durch den Gleichrichter.
Wenn und wenn eine Wechselstromversorgung über die Kohlenstoffanode und die Quecksilberkathode an den Gleichrichter angelegt wird, fließt der Strom nur während des Halbzyklus, wenn die Kohlenstoffanode zur Quecksilberkathode positiv ist.
Wenn, wie bei vielen Anwendungen, Strom nur intermittierend aus dem Gleichrichter gezogen wird, wird der Lichtbogen aufrechterhalten, indem ein kleiner Strom über eine kleine Erregungsanode kontinuierlich durch den Gleichrichter geleitet wird.
Quecksilberbogengleichrichter können verwendet werden, um starke Ströme bei hohen Spannungen zu liefern, und sind daher in der Lage, große Gleichstrommaschinen zu versorgen. Eine wichtige Anwendung im Bergbau ist die Versorgung von Gleichstrom-Fenstermotoren aus Wechselstromnetzen.
Halbwellengleichrichtungen:
Wenn ein einzelner Gleichrichter in einer Schaltung angeordnet ist, an die eine Wechselstromversorgung angeschlossen ist, fließt in dieser Schaltung nur während einer Hälfte jedes Zyklus der Versorgung ein Strom. Während der anderen Hälfte des Zyklus, wenn die Polarität der Versorgung umgekehrt wird, versucht der Strom, in die entgegengesetzte Richtung zu fließen, wird jedoch vom Gleichrichter blockiert.
Die Anordnung eines einzelnen Gleichrichters in der Schaltung bewirkt daher, dass eine Reihe von Stromimpulsen in einer Richtung mit Intervallen zwischen ihnen erhalten wird, wenn überhaupt kein Strom fließt (Abb. 4.3). Ein einzelner Gleichrichter liefert daher eine Halbwellengleichrichtung.
Vollwellengleichrichtung:
Um eine gleichmäßigere Gleichstromversorgung zu erhalten, ist eine Gleichrichterbrücke erforderlich. Eine Gleichrichterbrücke für eine einphasige Wechselstromversorgung besteht aus vier wie in Abb. 4.4 gezeigten Gleichrichtern. Diese Anordnung ermöglicht den Stromfluss von der Wechselstromversorgung in die Gleichstromleitungen während des gesamten Wechselzyklus.
Während einer Hälfte des Zyklus fließt der Strom von der Wechselstromleitung 'A' über den Gleichrichter 3 in die positive Gleichstromleitung und der Strom fließt von der negativen Gleichstromleitung in die Wechselstromleitung 'B' über den Gleichrichter 2. Der Strom fließt von der Wechselstromleitung 'B' über den Gleichrichter 4 in die positive Gleichstromleitung, und der Strom fließt von der negativen Gleichstromleitung in die Wechselstromleitung A über den Gleichrichter 1.
Daher ist die Gleichrichtung unter Verwendung eines Brückennetzwerks als Vollweggleichrichtung bekannt.
Die Vollwellengleichrichtung einer einphasigen Wechselstromversorgung erzeugt, während sie den gesamten Zyklus der Wechselstromversorgung ausnutzt, keinen kontinuierlichen Gleichstrom. Sie erzeugt eine Reihe von Impulsen, die jeweils einem halben Zyklus der alternierenden Versorgung entsprechen. Die Spannung des Gleichstromausgangs fällt in jedem Wechselzyklus zweimal kurz auf Null.
Dreiphasige Versorgungsgleichrichtung:
Ein gleichmäßigerer Gleichstromausgang kann durch Gleichrichten einer dreiphasigen Versorgung erhalten werden, die einen Gleichstromausgang ergibt, der nahezu konstant ist. Der Ausgang hat eine Welligkeit, die in jedem Versorgungszyklus aus sechs kleinen Peaks besteht. Die aktuellen Pfade durch das Netzwerk sind ebenfalls in der Abbildung dargestellt.
Gleichrichter: Typ # 5. Konstruktion von Gleichrichterbrücken:
Die Gleichrichtungsgrundsätze gelten sowohl für Metall- als auch für Quecksilberbogengleichrichter. Vollwellen-Metallgleichrichter können mit vier oder sechs Abschnitten auf einer Stange hergestellt werden, so dass alle Gleichrichtereinheiten für ein Brückennetzwerk in einer Komponente enthalten sind. Es ist lediglich erforderlich, die vorgesehenen Klemmen an die richtigen Punkte im Stromkreis anzuschließen.
Die Arten von Quecksilber-Gleichrichtern, die meistens in Kohleminen verwendet werden, sind so ausgelegt, dass sie aus einer dreiphasigen Versorgung eine gleichmäßige direkte Korrektur erzeugen, ähnlich der aus einer Sechs-Gleichrichterbrücke erhaltenen. Ein solcher Gleichrichter hat sechs Anoden, die alle mit einem einzigen Quecksilberpool arbeiten.
Der Gleichrichter ist über einen Transformator mit sechs in Doppelstern geschalteten Primärwicklungen mit der Dreiphasenversorgung verbunden, die in der Tat eine Sechsphasenversorgung bereitstellt. Wenn der Bogen herausgezogen wird, geht er immer zu der Anode über, die zu diesem Zeitpunkt am positivsten ist. Sie besucht also jede Anode einmal in jedem Zyklus und der Strom fließt kontinuierlich durch den Gleichrichter.
Gleichrichter: Typ # 6. Eigensicherheit & Gleichrichter:
Gleichrichter werden in einigen Arten von eigensicheren Geräten verwendet, um die Energie zu entladen, wenn der Stromkreis unterbrochen wird. Eine Methode besteht darin, einen Gleichrichter parallel zum induktiven Teil der Schaltung zu schalten. Die Polarität des Gleichrichters ist so angeordnet, dass er im Moment der Entladung einen Pfad mit niedrigem Widerstand für die selbstinduzierte Schaltung bereitstellt, jedoch keinen parallelen Pfad für die normale Betriebsschaltung.
Vorsicht:
Es muss jedoch immer daran erinnert werden, dass ein Hochspannungstest oder die Verwendung eines Hochspannungs-Megger-Tests durch einen Megger oder Metro niemals an einem Stromkreis durchgeführt werden sollte, der einen Metall- oder Halbleiter-Gleichrichter enthält. Die Verwendung eines Hochspannungsprüfgerätes mit einem Gleichrichter in der Schaltung könnte dazu führen, dass eine Hochspannung an die Platten angelegt wird und der Gleichrichter zusammenbricht.
Diese Vorsichtsmaßnahme ist besonders wichtig, wenn eigensichere Schaltkreise oder Steuerkreise geprüft werden.
Wenn der Gleichrichter im Stromkreis defekt ist, funktioniert der Stromkreis möglicherweise normal weiter, ist jedoch unsicher und kann durch die weitere Verwendung eines Unfalls verursacht werden. Während des Hochspannungstests ist es daher ein Muss, dass die Gleichrichterschaltung getrennt wird.
