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整流器
圖片來自motobuy

整流器電源供應器的一部份,是可以將交流電轉換成直流電的裝置或元件,也被用來作無線電訊號的偵測器等。整流器可以是固態二極體真空管二極管、汞弧管、或是氧化銅與的堆疊等作成。

能把直流電轉換成交流電的裝置則稱為「逆變器」。

整流器一般指能把AC轉成DC的那一組二極體的總稱,但在半波整流只用到一個二極體時,這個二極體也就是整流器。

整流作用有時並不一定是單純用來作為產生直流之用。早期的礦石收音機使用被暱稱為「貓鬚」(cat's whiskerCat's-whisker detector)的金屬細線壓在方鉛礦(galena,成份是硫化鉛)晶體上,構成點接觸整流器(point-contact rectifier),稱為礦石檢波器鉱石検波器或晶體檢波器(crystal detector),目的是檢波。在氣體(瓦斯)加熱系統中,火焰整流(flame rectification)是用於檢測火焰的存在:當火焰存在時,火焰外層的兩個金屬電極形成的電流路徑中,電漿會對給予的交流電壓產生整流作用。

整流方式

機電(Electromechanical)方式

早期電力轉換系統是純電機的設計,因當時的電子設備尚不足以用來處理大電力。這種機械整流系統通常依賴某種形式的旋轉或振動共振以便有足夠快的速度配合輸入電源的頻率,其操作頻率最高只能到幾千赫茲。由於機械系統的複雜性,傳統上需要高程度的維護,以確保正常運行。因應運動部件的摩擦,需要加以潤滑並在磨損時予以置換。運轉中,轉為開路中的機械接點會發生電弧和火花,因而發熱並腐蝕該接點。

同步整流器

電力機車中,可能會使用同步整流器將交流電流轉換成直流電流。機電式同步整流包括一個同步馬達以驅動一組重型電氣接點。馬達的旋轉與交流頻率同步,並定時在正弦電流經過零的時候,改變連接方向,產生整流作用。該接點在切換瞬間並沒有大電流,但持續接觸時需要能夠承載機車頭的直流牽引馬達所需的大電流。

諧振子整流器

諧振子整流器主要由作為諧振子干簧管和作為激勵源的電磁鐵構成,通常用於低壓交流電的整流。工作時,干簧管內的干簧在電磁鐵激勵下共振,從而按照一定周期接通電路,達到整流目的。特別的,還有一種用於直流升壓的諧振子整流器:在變壓器鐵芯上裝備兩個干簧管,一個用於將低壓直流電變為斷續的電壓,經變壓器升壓後再由另一組諧振子整流器整流為較高電壓的直流電。

馬達與發電機組合

馬達與發電機組合或似的旋轉轉換器,實際上不會糾正電流方向,意義上不算真正的整流器,但它可以從交流電源生成直流電源。這個組合中其實是交流馬達與直流發電機兩者的轉軸直接以機械方式耦合。交流馬達帶動直流發電機,電樞(armature)的線圈繞組感應出多相交流,經整流子(commutator,這裡的整流子是指用於馬達與發電機內的一個機電構造)換向後轉換成直流電流輸出。如使用同極發電機(homopolar generator),此發電機內就無需整流子。在高功率半導體廣泛應用之前,馬達與發電機組合使用在供應直流予鐵路牽引馬達、工業電動機和其他高功率直流用途,例如室外劇院放映機的碳精電弧燈

電解式

電解整流[1]是1900年代的早期設備,現早已不再使用。當兩個不同的金屬懸於電解質溶液中時,可以發現某一方向的電流流動比另一方向阻力較小。最常用的是鋁陽極和鉛或鋼鐵陰極,懸於正磷酸三銨(triammonium orthophosphate)的溶液中。整流作用的形成是由於鋁電極第一次通過大電流時會在表面形成對氫氧化鋁的薄層。此種整流過程對溫度敏感,若要有最佳效率,不可在86 °F(30 °C)以上運作。此外,它的擊穿電壓是指會造成電極上的薄層被穿透而發生短路的電壓。電化學整流往往比機械的整流方法更脆弱,對相關變異因數很敏感,並可能產生劇幅特性改變或完全破壞。在同一時代,相似的電解設備,例如在正磷酸三銨溶液槽內掛起許多鋁錐,用來作為避雷器(lightning arrestor)使用。與當作整流器時的不同點是只有鋁電極,並用於交流,沒有極化與整流操作,只是化學成份類似[2]。電解電容器是現代大多數整流濾波電路的必要組成部分之一,它正是從電解整流器發展出來的。

整流應用

整流器的主要應用是把交流電源轉為直流電源。由於所有的電子設備都需要使用直流,但電力公司的供電是交流,因此除非使用電池,否則所有電子設備的電源供應器內部都需要整流器。

至於把直流電源的電壓進行轉換則複雜得多。直流-直流轉換的一種方法是首先將電源轉換為交流(使用一種稱為逆變器的設備),然後使用變壓器改變該交流電壓,最後再整流回直流電源。

整流器還用在調幅(AM)無線電信號的檢波。信號在檢波前可能會先經增幅(把信號的振幅放大),如果未經增幅,則必須使用非常低電壓降的二極體。使用整流器作解調時必須小心地搭配電容器和負載電阻。電容太小則高頻成分傳出過多,太大則將抑制訊號。

整流裝置也用於提供電焊時所需固定極性的電壓。這種電路的輸出電流有時需要控制,此時會以zh-tw:矽控整流器;zh-cn:可控硅(一種晶閘管)替換橋式整流中的二極體,並以相位控制觸發的方式調整其電壓輸出。

參考文獻

  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