整流机的工作原理、作用以及类型介绍

我们经常说的整流机，其实就是指一种整流装置或元件，它的作用是的将交流电(AC)转化为直流电(DC)。这种把交流电转换成直流电的装置，是由真空管、引燃管、固态矽半导体二极管、汞弧等制成的；我们通常把电流容量在1安以下的器件称为整流二极管，而1安以上的才称为整流器。整流器如今被广泛应用于供电装置及侦测无线电信号等。

整流机的工作原理

整流器就是将交流(AC)转化为直流(DC)的装置。根据定义就不难发现它的主要作用就是：将交流电(AC)变成直流电(DC)，经滤波后供给负载，或者供给逆变器。那么整流器究竟有多重要呢？这样说吧，由于所有的电子设备都需要使用直流，但是，一般的电力公司都使用交流，因此除非使用电池供电，否则所有电子设备的电源供应器内部都少不了整流器。可见，整流器对电子设备来说是必不可少的供电装置。再例如，最常见的汽车整流器，它对汽车也起着至关重要的作用。通过整流原理，不仅可以减轻怠速抖动的现象，提升动力、有效改善爬坡加速无力、搓车、掉档等问题，还可以保护电瓶及汽车电气电路系统，延长其使用寿命。所以说，小小的整流器在我们日常生活中发挥着巨大的作用。

整流器还可以给蓄电池提供充电电压。因此，它同时又起到了一个充电器的作用。但特别注意的是，操作上除了为负载供电外，整流器应能在10倍于放电时间的时间之内，将蓄电池的放电功率恢复到95%。当蓄电池再次充电后，整流器应使蓄电池保持在充满电的状态，直到下一次放电。

整流器有时候并不一定仅仅是用来产生直流作用的，在很早的时期，在矿石收音机上使用被称为“猫须”的金属细线，压在方铅矿晶体上，就构成了点接触整流器，被称为晶体检波器或矿石检波器。因此整流器有时候也可以经过“加工”而取代检波器，它的一个特别的作用便是用来检波。又例如，在瓦斯气体加热系统中，火焰整流就是检验火焰是否存在的“检测仪”，如果火焰存在，火焰外侧的两个金属电极形成的电流路径中，等离子就会对产生的交流电压起到整流的作用。

整流器的作用

通常整流器的作用有两个：

第一、是将交流电(AC)变成直流电(DC)，再经滤波后得到稳定的直流电供给负载，如：给蓄电池提供充电电压，或者给逆变器使用。

第二、检波。整流的作用有时并不一定是单纯用来产生直流。早期的矿石收音机使用被称为“猫须”的金属细线压在方铅矿晶体上，构成点接触整流器，称为矿石检波器或晶体检波器，目的是检波。

目前最常见的是硅整流器，以下就以硅整流器为例介绍下它的整流原理。

在这之前，我们先了解下什么是P型半导体，什么是N型半导体;P型半导体(P指positive，带正电的)：在纯净的硅(或锗)中通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体内部形成带正电的空穴;N型半导体(N指negative，带负电的)：在纯净的硅(或锗)中通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体内部形成带负电的自由电子。

采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅半导体基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。PN结具有单向导电性。

在PN结上施加电压，即P结接正极电压，N结接负极电压，电流便从P结一边流向N结一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过，电流导通。如果N结一边接电压的正极，P结一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过，电流截止。这就是PN结的单向导电性。利用这个特性，可以让正向电压导通，反向电压截止，从而实现对交流电的整流。

由整流器的作用可知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少不了整流器。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管。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。

整流器的类型

电镀属于电解加工过程。不言而喻，电源的性能、类型、特征等因素必将对电镀工艺过程产生重要影响。特别是在现代电镀技术飞速发展的今天，电镀电源更具有重要地位。

第一、传统硅整流器

硅整流器使用历史长，技术成熟，目前是整流器主流产品。

1、整流电路。工业生产中一般采用三相调压器调压，50Hz三相工频变压器降压的普通硅整流器。各种整流电路获得的均是脉动直流电，不是纯直流，或多或少地含有交流成分。为了比较脉动成份的多少，可用纹波系数来表示，其含义为交流成份在直流成分中占的百分比，其数值越小，交流成份越少，越接近纯直流。

各种整流电路的波动系数不同。其由大到小的次序为：三相半波整流、三相全波桥式整流或带平衡电抗器的六相双反星形整流。其中后者工作时整流元件并联导通，波形最为平滑，整流效率较高，工作也较为可靠，时最为常用的一种。

为了获得低纹波输出，则必须采用滤波或其它特殊措施。利用电容、电感贮能元件进行滤波，是将脉动直流转变为较为平滑的直流的常用措施。但实际生产中，除试验用的小型整流器之外，工业生产基本上不进行滤波。特殊情况可使用大电感。电容在低电压、大电流情况下不适用于滤波。电容滤波，对工频整流只适合于非常小功率的整流电源。例如输出10A的单相全波整流器，要达到低纹波输出，其滤波电容要达0.1F以上。随着频率的提高，所需电容量减小。

可控硅利用改变可控硅管导通角来调整输出平均直流大小的普通可控硅整流器，可控硅管输出的是间断脉冲波，其纹波系数的受导通角控制，输出纹波系数大于普通硅整流电路。特别是在使用电流低于额定电流较大的情况下，输出波形脉动系数更大。

2、整流元件类型

整流元件即通常所说的二极管。由于整流器所有的输出电流都要经过整流元件，因此，可以说是整流器的心脏。整流元件分为硅整流元件和可控硅整流元件二种。镀铬整流器主要使用硅整流元件。虽然可控硅技术已有了长足的发展，且在电镀上应用也日趋增多，但笔者还是推荐使用硅整流器。其原因主要是波形问题。可控硅整流是采用控制整流元件导通时间与截止时间长短来控制电流的。整流器满负荷使用时波形好。但输出电流较小时电流波形变差。电流越小，波形越差。而硅整流器输出电流大小对波形几乎无影响。

第二、开关电源

目前一种新型电镀电源设备-开关电源正在发展之中。它兼有硅整流器的波形平滑性优点及可控硅整流器的调压方便的优点，电流效率最高(可达90%以上)，体积最小，是大有前途的整流器。目前制造技术已解决了功率问题，数千安培至上万安培的大功率开关电源已进入生产实用阶段。

目前市售的开关电源电路属于“硬开关”，由于模块在电流通断过程的储能释放问题，虽然较硅整流器、可控硅整流器电流效率都高，但仍有较大的“开关”损耗，并造成了对电子模块的冲击，使用过程设备故障率也较高。

最为先进的开关电源是“软开关”电源电路。工作过程电子模块通断换向点正好处于电流为零的瞬间，因此无“开关”损耗及能量冲击，今一步提高了整流效率，将低了故障率。但这类开关电源的技术难度较大，成本也较“硬开关”高，国内生产“软开关”电镀电源的为数不多。可喜的是我市开关电源的生产技术已步入国内的前列。青岛艾特电子技术有限公司最新研发的XBD系列谐振变频电镀电源，采用西安交大的谐振软开关核心技术，生产的电镀电源产品具有更高的电流效率及可靠性。该产品目前已批量生产，投入销售。从而为广大电镀用户提供了更大的开关电源选择余地。

开关电源其频率已达音频，通过滤波实现低纹波输出更为简便易行。而且稳流、稳压等功能更易实现。因此，开关电源，特别是使用“软开关”电源电路的开关电源是今后发展的方向。

第三、脉冲电源设备

随着电力电子科学技术的发展，电镀整流器正在由单一功能向多功能发展。由于脉冲电源主要是由嵌入式单片计算机等进行控制，因此，除实现脉冲输出之外，一般具备多种控制功能。

1、自动稳流稳压。传统硅整流器电流或电压无法自动稳定，随电网电压的波动而波动。而脉冲电源则拥有高精度的自动调节功能。如电网三相电压波动达上百伏时，脉冲电源输出电压可以几乎不变。脉冲电源的自动调节功能一般具有二种模式：

①、恒电流限压模式。当电镀工艺参数，如零件面积、温度、浓度、酸碱度等工艺条件发生改变时，常规整流器电流会发生波动。而恒电流模式下，输出电流自动恒定在设定值不发生改变。这对需精确计算硬铬厚度情况下是很有用的。采用恒流模式时的限压功能目的是保护设备不被烧坏。

②、恒电压限流模式。当电镀工艺参数发生改变时，输出电压自动恒定在设定值不发生改变。这种模式硬铬电镀不常使用，但对于铝氧化着色则大有作用。

2、多段式运行模式。铝阳极氧化或硬铬电镀时，往往需要进行反向电解、大电流冲击、阶梯送电等操作。传统电源只能靠手工实现。而具有多段式运行模式的脉冲电源则只需提前设定，生产时可自动按顺序进行自动调节。这一功能对硬铬电镀是非常有用的。目前国产脉冲电源已达到三段式运行，每一段时间可在0——255秒内调节设定。

3、双向脉冲功能。正负脉冲频率、占空比、正反向输出时间均可独立调节，使用灵活、方便。配合硬铬电镀工艺，可获得不同物理性能的镀层。

4、直流叠加功能。输出正反向脉冲电流的同时，由同一台电源叠加输出一纯直流成分，更拓宽了脉冲电源的使用范围及用途