Se puede hacer por diversos métodos. El más usual es similar al empleado en la generación, para uso general (transformación y rectificación), pero existen también generadores electrostáticos que realizan la separación de las cargas positivas y negativas, como el de Van Graaf y otros llamados de condensador cuyo principio consiste en disminuir la capacitancia de un capacitar manteniendo su carga. Según la ecuación U= Q/C, ello produce un aumento de tensión. Aquí nos referiremos exclusivamente al método de transformación y rectificación.
Instalaciones de una etapa
En la conexión más simple un extremo del secundario del transformador se conecta a un rectificador - de una o varias células en serie - que bloquea el paso de la tensión alterna en uno de los sentidos de la misma y produce la rectificaci6n de media anda. El curso de la tensi0n continua depende de las características del rectificador, del transformador y de la carga. Si esta es óhmica, pulsa entre cero y un máximo algo menor que la amplitud de la tensión secundaria en vacío Vom; si es puramente capacitivo, tiene un valor constante e igual a Vom, porque una vez que el capacitar se ha cargado hasta el, el rectificador impide que se descargue; cuando es mixta (R y C en //) presenta cierta ondulación a causa de la descarga parcial del capacitar sobre la resistencia durante el semiperíodo que el rectificador bloquea.
La tensión inversa máxima a que resulta expuesto el rectificador durante ese semiperiodo, depende de la carga y vale Vom cuando es óhmica; 2 Vom cuando es capacitiva pura, debido a que la tensión del capacitor se suma a la secundaria en el semiperíodo de bloqueo; y algo menos de 2 Vom cuando es mixta.
En general, esta conexión se emplea para tensiones de hasta algunas decenas de
kV a intensidades del orden del mA.
La rectificación de onda completa a base de secundario con punto medio
Viene a constituir una duplicaci6n de la anterior. En ella mientras uno de los rectificadores deja pasar 1a tensión de medio secundario - de valor máximo Vom - un semiperiodo, el otro, despreciando la caída en el que conduce, queda conectado a los extremos de todo el secundario, y debe bloquear, por tanto, la tensión inversa 2 Vom. El circuito correspondiente se muestra en fig. 6.
A igualdad de carga mixta esta conexión presenta una ondulación mitad que la anterior, porque el capacitor se descarga durante menos tiempo, pero tiene la desventaja que el secundario debe suministrar una tensión doble de la necesaria en continua.
La conexión de onda completa en puente o de Graetz
Se halla exenta de ese inconveniente. Aquí toda la tensión secundaria pasa alternativamente cada semiperíodo por un par de rectificadores opuestos, en tanto que cada uno de los rectificadores del otro par - caída en los que conducen despreciada - resulta conectado a los extremos del secundario, y debe bloquear solamente la tensión inversa Vom' lo que constituye otra ventaja.
Ambas conexiones de onda completa se usan en equipos de mediana potencia para tensiones de hasta algunos cientos de kV.
Cuando se requieren grandes potencias, entran en juego las conexiones rectificadoras trifásicas, que distribuyen la carga simétricamente sobre la red. Las mas empleadas son: la de media onda (fig. 8 arriba); que con carga óhmica, produce una tensión que pulsa entre la mitad y el máximo Vom de la tensión de fase (ondulación 17 %) y somete a los rectificadores a una tensión inversa √3.Vom; y la de onda completa en puente (fig. 8 abajo) donde la tensión pulsa entre... y Vom (ondulación 4 %) y los rectificadores reciben una tensión inversa.
Instalaciones de varias etapas
Según se ha visto, las conexiones precedentes proporcionan, como máximo una tensión continua igual a la amplitud de la tensión secundaria del transformador. Por esa razón, a partir de algunas decenas de kV resultan antieconómicas, y se recurre, sobre todo cuando la potencia no es muy elevada, a las conexiones multiplicadoras de tensión de varias etapas, que incorporan capacitares.
La conexión duplicadora de Greinacher o de Latour
Constituye simplemente un rectificador de onda completa, con dos capacitores iguales que se cargan hasta la tensión Vom – C1 durante un semi ciclo y C2 durante; el otro y suman sus tensiones.
En el semiciclo que bloquean los rectificadores quedan sometidos a una tensión inversa igual a 2 Vom porque a la tensión secundaria Se suma la de un capacitor.
Con carga omhica, la tensión continua presenta una ondulación cuya amplitud vale aproximadamente: ∆u = I/2.π.f.C
Donde I = corriente de carga y f = frecuencia.
La desventaja de esta conexión estriba en que no admite la puesta a tierra simultanea de un polo de la alta tensión continua y de un extremo del secundario.
El duplicador de Villard o de Schenkel carece de tal inconveniente.
En él, el capacitor C1 se carga durante un semiciclo hasta la tensión máxima secundaria Vom a través del rectificador R1, en tanto que el C2 no recibe carga porque R1 y R2 prácticamente lo cortocircuitan. Durante el semiciclo siguiente, la tensión de C1 se suma a la secundaria y como R1 no conduce, C2 se carga a través del rectificador R2 hasta 2.Vom, tensión que representa a la vez la inversa máxima de R1. En el tercer semiciclo, R1 cortocircuita nuevamente los puntos O y 2, pero el R2, que soporta entonces la tensión máxima 2 Vom del capacitar C2, impide que éste se descargue, Y la tensión continua en vacío resulta así constante e igual a 2 Vom.
Cabe señalar todavía, con vistas a la explicación de la próxima conexión que trataremos, que la tensión entre O y 2 fluctúa senoidalmente entre O y 2.Vom, valores que corresponden respectivamente a los semiciclos de conducción y de bloqueo de R1, y a los instantes en que la tensión secundaria es máxima negativa (punto O a mayor potencial que punto 1) y positiva (punto O a menor potencial que punto 1).
La figura 10 inferior presenta un esquema mas conocido de esta conexión MUY empleada en la técnica de rayos X para diagnostico medico; generalmente sin la rama 2-3-0, es decir utilizando las tensiones pulsante existente entre O Y 2, porque en ella solo tiene importancia el valor de cresta de la tensión aplicada al tubo y el valor medio de la corriente que circula por el.
La conexión multiplicadora por escalones mas empleada es la de Greinacher o de Schenkel, que utilizaron por primera vez Cockroft y Walton en la aceleración de protones, y se asigna actualmente a estos investigadores.
Se detecta en ella inmediatamente (fig. 11) que cada escalón está constituido por una conexión Villard-Shenkel que alimenta al siguiente.
Explicaremos su funcionamiento suponiendo el primer escalón cargado.
Al producirse el valor de cresta negativa de la tensión secundaria el punto 2 tiene el potencial del punto O, es decir cero volt, al propio tiempo, el punto 4 adquiere el potencial del punto 3 (2 Vom) Y a los bornes del capacitor C3 queda aplicada una tensión 2Vom. Cuando la tensión secundaria pasa por el valor de cresta positivo, momento en que los potenciales de los puntos 2 y 4 valen 2Vom y 4Vom respectivamente, el punto 5 toma el potencial 4Vom correspondiente al punto 4 y por tanto se aplica la tensión 2Vom
Al capacitor C4 de este modo puede demostrarse que a cada capacitar de la derecha le queda aplicada una tensión constante 2Vom. Por tanto, en la marcha en vacío la tensión continua total será n veces la de cada escalón, es decir, 2nVom.
En todos los capacitores de la izquierda, excepto en el primero (C1), la tensión tiene una fluctuación de 2Vom. En el primero, en cambió varía solamente de O a Vom, razón por la cual se hace generalmente de doble capacitancia para evitar que tome menos carga que el resto.
Durante la marcha en carga la tensión continua experimenta una caída ∆V y aparece a la vez una ondulación de amplitud ∆u, las cuales, si todos los capacitores son iguales valen, respectivamente:
∆V = (4n3 + 3n2 + n) .I / 6.f.C
∆u = (n2 + n) I/4.f.C
Donde n = N° de escalones. Si C1 tiene doble capacitancia, la caída resulta, aproximadamente:
∆V = 2/3 . n3 . I/ f.C
Según se observa, ambas magnitudes son inversamente proporcionales a la frecuencia. De allí que sean corrientes las tensiones de alimentación de hasta 500 Hz.
Con tensión alterna del orden de los 100 kV eficaces pueden generarse fácilmente con esta conexión tensión continua de 1500 a 2000 kV (2n.2.Vo) con 5 a 7 escalones. El valor de los capacitores que se utilizan oscila entre 0,01 y 0,02 μF.
El aspecto que presentan estos generadores es el de dos columnas en las que alternan aisladores y capacitares unidos transversalmente por brazos desmontables que contienen los rectificadores. De este modo, invirtiendo la posición de los mismos puede cambiarse la polaridad de la esfera de AT en que remata el conjunto.
El cambio de polaridad de las conexiones tratado anteriormente se consigue de la misma manera.