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整流器
图片来自motobuy

整流器电源供应器的一部份,是可以将交流电转换成直流电的装置或元件,也被用来作无线电讯号的侦测器等。整流器可以是固态二极体真空管二极管、汞弧管、或是氧化铜与的堆叠等作成。

能把直流电转换成交流电的装置则称为“逆变器”。

整流器一般指能把AC转成DC的那一组二极体的总称,但在半波整流只用到一个二极体时,这个二极体也就是整流器。

整流作用有时并不一定是单纯用来作为产生直流之用。早期的矿石收音机使用被昵称为“猫须”(cat's whiskerCat's-whisker detector)的金属细线压在方铅矿(galena,成份是硫化铅)晶体上,构成点接触整流器(point-contact rectifier),称为矿石检波器鉱石検波器或晶体检波器(crystal detector),目的是检波。在气体(瓦斯)加热系统中,火焰整流(flame rectification)是用于检测火焰的存在:当火焰存在时,火焰外层的两个金属电极形成的电流路径中,电浆会对给予的交流电压产生整流作用。

整流方式

机电(Electromechanical)方式

早期电力转换系统是纯电机的设计,因当时的电子设备尚不足以用来处理大电力。这种机械整流系统通常依赖某种形式的旋转或振动共振以便有足够快的速度配合输入电源的频率,其操作频率最高只能到几千赫兹。由于机械系统的复杂性,传统上需要高程度的维护,以确保正常运行。因应运动部件的摩擦,需要加以润滑并在磨损时予以置换。运转中,转为开路中的机械接点会发生电弧和火花,因而发热并腐蚀该接点。

同步整流器

电力机车中,可能会使用同步整流器将交流电流转换成直流电流。机电式同步整流包括一个同步马达以驱动一组重型电气接点。马达的旋转与交流频率同步,并定时在正弦电流经过零的时候,改变连接方向,产生整流作用。该接点在切换瞬间并没有大电流,但持续接触时需要能够承载机车头的直流牵引马达所需的大电流。

谐振子整流器

谐振子整流器主要由作为谐振子干簧管和作为激励源的电磁铁构成,通常用于低压交流电的整流。工作时,干簧管内的干簧在电磁铁激励下共振,从而按照一定周期接通电路,达到整流目的。特别的,还有一种用于直流升压的谐振子整流器:在变压器铁芯上装备两个干簧管,一个用于将低压直流电变为断续的电压,经变压器升压后再由另一组谐振子整流器整流为较高电压的直流电。

马达与发电机组合

马达与发电机组合或似的旋转转换器,实际上不会纠正电流方向,意义上不算真正的整流器,但它可以从交流电源生成直流电源。这个组合中其实是交流马达与直流发电机两者的转轴直接以机械方式耦合。交流马达带动直流发电机,电枢(armature)的线圈绕组感应出多相交流,经整流子(commutator,这里的整流子是指用于马达与发电机内的一个机电构造)换向后转换成直流电流输出。如使用同极发电机(homopolar generator),此发电机内就无需整流子。在高功率半导体广泛应用之前,马达与发电机组合使用在供应直流予铁路牵引马达、工业电动机和其他高功率直流用途,例如室外剧院放映机的碳精电弧灯

电解式

电解整流[1]是1900年代的早期设备,现早已不再使用。当两个不同的金属悬于电解质溶液中时,可以发现某一方向的电流流动比另一方向阻力较小。最常用的是铝阳极和铅或钢铁阴极,悬于正磷酸三铵(triammonium orthophosphate)的溶液中。整流作用的形成是由于铝电极第一次通过大电流时会在表面形成对氢氧化铝的薄层。此种整流过程对温度敏感,若要有最佳效率,不可在86 °F(30 °C)以上运作。此外,它的击穿电压是指会造成电极上的薄层被穿透而发生短路的电压。电化学整流往往比机械的整流方法更脆弱,对相关变异因数很敏感,并可能产生剧幅特性改变或完全破坏。在同一时代,相似的电解设备,例如在正磷酸三铵溶液槽内挂起许多铝锥,用来作为避雷器(lightning arrestor)使用。与当作整流器时的不同点是只有铝电极,并用于交流,没有极化与整流操作,只是化学成份类似[2]。电解电容器是现代大多数整流滤波电路的必要组成部分之一,它正是从电解整流器发展出来的。

整流应用

整流器的主要应用是把交流电源转为直流电源。由于所有的电子设备都需要使用直流,但电力公司的供电是交流,因此除非使用电池,否则所有电子设备的电源供应器内部都需要整流器。

至于把直流电源的电压进行转换则复杂得多。直流-直流转换的一种方法是首先将电源转换为交流(使用一种称为逆变器的设备),然后使用变压器改变该交流电压,最后再整流回直流电源。

整流器还用在调幅(AM)无线电信号的检波。信号在检波前可能会先经增幅(把信号的振幅放大),如果未经增幅,则必须使用非常低电压降的二极体。使用整流器作解调时必须小心地搭配电容器和负载电阻。电容太小则高频成分传出过多,太大则将抑制讯号。

整流装置也用于提供电焊时所需固定极性的电压。这种电路的输出电流有时需要控制,此时会以zh-tw:矽控整流器;zh-cn:可控硅(一种晶闸管)替换桥式整流中的二极体,并以相位控制触发的方式调整其电压输出。

参考文献

  1. Hawkins Electrical Guide, 1917, Chapter 54: Rectifiers
  2. Cyclopedia of Applied Electricity, Vol-II, American Technical Society, Chicargo, 1924, Page 487: Alternating Current Machinery