مقوم التيار

في عملية تقويم نصف الموجة لتيار أحادي الطور، يمر إما النصف الموجب أو السالب من موجة التيار المتردد، بينما يُحجب النصف الآخر. ولأن نصف موجة الدخل فقط يصل إلى الخرج، يكون متوسط ​​الجهد أقل. يتطلب تقويم نصف الموجة صمامًا ثنائيًا واحدًا في التيار أحادي الطور ، أو ثلاثة صمامات في التيار ثلاثي الأطوار . تُنتج المقومات تيارًا مستمرًا أحادي الاتجاه ولكنه نابض؛ وتُنتج مقومات نصف الموجة تموجًا أكبر بكثير من مقومات الموجة الكاملة، كما تتطلب ترشيحًا أكثر دقة لإزالة توافقيات تردد التيار المتردد من الخرج.

جهد الخرج المستمر بدون حمل لمقوم نصف موجة مثالي لجهد دخل جيبي هو: ^{[ 4 ]}

${\displaystyle {\begin{aligned}V_{\mathrm {rms} }&={\frac {V_{\mathrm {peak} }}{2}}\\[8pt]V_{\mathrm {dc} }&={\frac {V_{\mathrm {peak} }}{\pi }}\end{محاذاة}}}$

أين:

V _dc ، V _av – جهد الخرج المستمر أو المتوسط،

V _peak ، القيمة القصوى لفولتية دخل الطور،

V _rms ، القيمة الجذرية التربيعية (RMS) لجهد الخرج.

يقوم مقوم الموجة الكاملة بتحويل شكل الموجة الداخلة بالكامل إلى شكل موجة ذات قطبية ثابتة (موجبة أو سالبة) عند مخرجه. رياضياً، يتوافق هذا مع دالة القيمة المطلقة . يحول تقويم الموجة الكاملة كلا قطبي شكل الموجة الداخلة إلى تيار مستمر نابض، مما ينتج عنه جهد خرج متوسط ​​أعلى. يلزم وجود ثنائيين ومحول ذي نقطة مركزية ، أو أربعة ثنائيات في تكوين جسري وأي مصدر تيار متردد (بما في ذلك محول بدون نقطة مركزية). ^{[ 5 ]} تُصنع الثنائيات شبه الموصلة المفردة، والثنائيات المزدوجة ذات المهبط المشترك أو المصعد المشترك، والجسور المكونة من أربعة أو ستة ثنائيات كمكونات منفردة.

في حالة التيار المتردد أحادي الطور، إذا كان المحول مزودًا بنقطة مركزية، فيمكن استخدام ثنائيين موصولين على التوالي (كاثود-كاثود أو أنود-أنود، حسب قطبية الخرج المطلوبة) لتشكيل مقوم موجة كاملة. يتطلب الحصول على نفس جهد الخرج ضعف عدد لفات الملف الثانوي للمحول مقارنةً بمقوم الجسر، لكن قدرة التيار تبقى كما هي.

متوسط ​​جهد الخرج الفعال ( RMS) بدون حمل لمقوم موجة كاملة أحادي الطور مثالي هو:

$// {2}}}\end{محاذاة}}}$

كانت أنابيب التفريغ ثنائية الصمامات المقوّمة شائعة الاستخدام، إذ احتوت على مهبط مشترك واحد ومصعدين داخل غلاف واحد، مما حقق تقويمًا كامل الموجة مع خرج موجب. وكان كل من 5U4 و80/5Y3 (ذو 4 أطراف)/(ثماني الأطراف) من الأمثلة الشائعة على هذا التصميم.

تتطلب دائرة نقطة المنتصف ثلاثية الأطوار غير المتحكم بها، ذات نصف الموجة، ثلاثة ثنائيات، يُوصل واحد بكل طور. هذا هو أبسط أنواع مقومات التيار ثلاثي الأطوار، ولكنه يعاني من تشويه توافقي مرتفع نسبيًا في كل من توصيلات التيار المتردد والتيار المستمر. يُقال إن هذا النوع من المقومات له عدد نبضات يساوي ثلاثة، لأن جهد الخرج على جانب التيار المستمر يحتوي على ثلاث نبضات متميزة لكل دورة من تردد الشبكة.

القيم القصوى${\displaystyle V_{\mathrm {peak} }}$يتم حساب جهد التيار المستمر ثلاثي النبضات هذا من قيمة RMS${\displaystyle V_{\mathrm {LN} }}$من جهد الطور المدخل (جهد الخط إلى المحايد، 120  فولت في أمريكا الشمالية، 240  فولت داخل أوروبا عند التشغيل بالشبكة الرئيسية):${\displaystyle V_{\mathrm {peak} }={\sqrt {2}}\cdot V_{\mathrm {LN} }}$متوسط ​​جهد الخرج بدون حمل${\displaystyle V_{\mathrm {av} }}$النتائج من التكامل الموجود أسفل الرسم البياني لنصف موجة موجبة ذات مدة دورية قدرها${\displaystyle {\frac {2}{3}}\pi }$(من 30 درجة إلى 150 درجة):

إذا تم تغذية التيار المتردد عبر محول ذي نقطة مركزية، يُمكن الحصول على دائرة تقويم ذات أداء توافقي مُحسّن. تتطلب هذه الدائرة ستة ثنائيات، واحدة موصولة بكل طرف من أطراف الملف الثانوي للمحول . تحتوي هذه الدائرة على ست نبضات، ويمكن اعتبارها، عمليًا، دائرة نصف موجة سداسية الأطوار.

قبل توفر الأجهزة ذات الحالة الصلبة ، كانت دائرة نصف الموجة، ودائرة الموجة الكاملة باستخدام محول ذي نقطة مركزية، شائعة الاستخدام في المقومات الصناعية التي تستخدم صمامات قوس الزئبق . ^{[ 6 ]} وكان ذلك لأن مدخلات التيار المتردد الثلاثة أو الستة يمكن تغذيتها إلى عدد مماثل من أقطاب الأنود على خزان واحد، تشترك في مهبط مشترك.

مع ظهور الثنائيات والثايرستورات، أصبحت هذه الدوائر أقل شيوعًا وأصبحت دائرة الجسر ثلاثية الأطوار هي الدائرة الأكثر شيوعًا.

في مقوم الجسر ثلاثي الأطوار غير المتحكم به ، تُستخدم ستة ثنائيات ، ويحتوي الدائرة أيضًا على ست نبضات. ولهذا السبب، يُشار إليه أيضًا باسم جسر النبضات الست . ويمكن تبسيط دائرة B6 على أنها توصيل متسلسل لدائرتين مركزيتين بثلاث نبضات.

في التطبيقات منخفضة الطاقة، تُصنع ثنائيات مزدوجة موصولة على التوالي، حيث يُوصل مصعد الثنائي الأول بمهبط الثنائي الثاني، كوحدة واحدة لهذا الغرض. بعض الثنائيات المزدوجة المتوفرة تجاريًا مزودة بجميع الأطراف الأربعة، مما يتيح للمستخدم تهيئتها للاستخدام مع مصدر طاقة أحادي الطور، أو نصف جسر، أو مقوم ثلاثي الأطوار.

في التطبيقات ذات القدرة العالية، يُستخدم عادةً جهاز منفصل واحد لكل ذراع من أذرع الجسر الستة. أما في التطبيقات ذات القدرة الأعلى جدًا، فقد يتكون كل ذراع من أذرع الجسر من عشرات أو مئات الأجهزة المنفصلة الموصولة على التوازي (حيث تكون هناك حاجة إلى تيار عالٍ جدًا، على سبيل المثال في صهر الألومنيوم ) أو على التوالي (حيث تكون هناك حاجة إلى جهد عالٍ جدًا، على سبيل المثال في نقل الطاقة بالتيار المستمر عالي الجهد ).

ينتج جهد التيار المستمر النابض عن اختلافات جهد الطور الموجب والسالب اللحظي.${\displaystyle V_{\mathrm {LN} }}$، مع إزاحة طورية بمقدار 30 درجة:

متوسط ​​جهد الخرج المثالي بدون حمل${\displaystyle V_{\mathrm {av} }}$ينتج عن دارة B6 التكامل الموجود أسفل الرسم البياني لنبضة جهد مستمر ذات مدة دورية قدرها${\displaystyle {\frac {1}{3}}\pi }$(من 60 درجة إلى 120 درجة) مع القيمة القصوى${\displaystyle {\hat {v}}_{\mathrm {DC} }={\sqrt {3}}\cdot V_{\mathrm {peak} }}$:

${\displaystyle {\begin{aligned}V_{\mathrm {dc} }={}&V_{\mathrm {av} }={\frac {1}{{\frac {1}{3}}\pi }}\int _{60^{\circ }}^{120^{\circ }}{\sqrt {3}}\cdot V_{\mathrm {peak} }\cdot \sin \varphi \cdot \mathrm {d} \varphi \\[8pt]={}&{\frac {3{\sqrt {3}}\cdot V_{\mathrm {peak} }}{\pi }}\cdot \left(-\cos 120^{\circ }+\cos 60^{\circ }\right)\\[8pt]={}&{\frac {3{\sqrt {3}}\cdot V_{\mathrm {peak} }}{\pi }}\cdot {\Biggl [}-\left(-{\frac {1}{2}}\right)+{\frac {1}{2}}{\Biggl ]}={\frac {3{\sqrt {3}}\cdot V_{\mathrm {peak} }}{\pi }}\end{aligned}}}$

${\displaystyle \Longrightarrow V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }={\frac {3{\sqrt {3}}\cdot {\sqrt {2}}\cdot V_{\mathrm {LN} }}{\pi }}\Longrightarrow V_{\mathrm {av} }={\frac {3{\sqrt {6}}\cdot V_{\mathrm {LN} }}{\pi }}\approx 2.34V_{\mathrm {LN} }}$

إذا تم تشغيل مقوم الجسر ثلاثي الأطوار بشكل متناظر (كجهد تغذية موجب وسالب)، فإن النقطة المركزية للمقوم على جانب الخرج (أو ما يُسمى بجهد المرجع المعزول) المقابلة للنقطة المركزية للمحول (أو الموصل المحايد) يكون لها فرق جهد على شكل جهد الوضع المشترك المثلثي . لهذا السبب، يجب عدم توصيل هاتين النقطتين ببعضهما البعض، وإلا ستتدفق تيارات قصر الدائرة. وبالتالي، يكون تأريض مقوم الجسر ثلاثي الأطوار في التشغيل المتناظر منفصلاً عن الموصل المحايد أو تأريض جهد الشبكة. عند التغذية بواسطة محول، يُمكن تأريض النقطة المركزية للجسر، بشرط أن يكون الملف الثانوي للمحول معزولاً كهربائياً عن جهد الشبكة، وألا تكون نقطة النجمة للملف الثانوي ملامسة للأرض. في هذه الحالة، مع ذلك، تتدفق تيارات تسرب (ضئيلة) عبر ملفات المحول.

يتكون جهد الوضع المشترك من متوسط ​​قيم الفروق بين جهود الطور الموجبة والسالبة، والتي تشكل جهد التيار المستمر النابض. القيمة القصوى لجهد دلتا${\displaystyle {\hat {v}}_{\mathrm {common-mode} }}$كميات ⁠ 1/4 ⁠ من القيمة القصوى لجهد دخل الطور${\displaystyle V_{\mathrm {peak} }}$ويتم حسابه باستخدام${\displaystyle V_{\mathrm {peak} }}$ناقص نصف جهد التيار المستمر عند 60 درجة من الدورة:

${\displaystyle {\begin{aligned}{\hat {v}}_{\text{common mode}}={}&V_{\mathrm {peak} }-{\frac {{\sqrt {3}}\cdot V_{\mathrm {peak} }\cdot \sin 60^{\circ }}{2}}\\[8pt]={}&V_{\mathrm {peak} }\cdot {\Biggl (}1-{\frac {{\sqrt {3}}\cdot \sin 60^{\circ }}{2}}{\Biggl )}=V_{\mathrm {peak} }\cdot 0.25\end{aligned}}}$

يتم حساب القيمة الفعالة للجهد ذي الوضع المشترك من عامل الشكل للتذبذبات المثلثية:

${\displaystyle V_{\text{common mode}}={\frac {{\hat {v}}_{\text{common mode}}}{\sqrt {3}}}}$

إذا تم تشغيل الدائرة بشكل غير متماثل (كجهد تغذية بسيط بقطب موجب واحد فقط)، فإن كلا القطبين الموجب والسالب (أو جهد المرجع المعزول) ينبضان عكس مركز (أو الأرض) جهد الدخل، على غرار الموجات الموجبة والسالبة لجهود الطور. ومع ذلك، فإن الاختلافات في جهود الطور تؤدي إلى جهد تيار مستمر بست نبضات (خلال دورة كاملة). وينطبق الفصل التام بين مركز المحول والقطب السالب (وإلا ستتدفق تيارات قصر الدائرة) أو إمكانية تأريض القطب السالب عند التغذية بواسطة محول عازل، على التشغيل المتماثل.

يستخدم مقوم الجسر ثلاثي الأطوار المتحكم به الثايرستورات بدلاً من الثنائيات. ويتم تخفيض جهد الخرج بمعامل cos(α):

${\displaystyle V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }={\frac {3{\sqrt {3}}\cdot V_{\mathrm {peak} }}{\pi }}\cdot \cos \alpha }$

أو، معبراً عنها بدلالة جهد الإدخال من خط إلى خط: ^{[ 7 ]}

${\displaystyle V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }={\frac {3V_{\mathrm {LLpeak} }}{\pi }}\cdot \cos \alpha }$

أين:

V _LLpeak هي القيمة القصوى لفولتية الإدخال بين الخطوط،

V _peak هي القيمة القصوى لجهد دخل الطور (من الخط إلى المحايد)، و

α هي زاوية إطلاق الثايرستور (0 إذا تم استخدام الثنائيات لإجراء عملية التقويم)

تكون المعادلات المذكورة أعلاه صالحة فقط في حالة عدم سحب أي تيار من مصدر التيار المتردد، أو في الحالة النظرية عندما لا تحتوي توصيلات مصدر التيار المتردد على محاثة. أما عمليًا، فتؤدي محاثة المصدر إلى انخفاض جهد الخرج المستمر مع زيادة الحمل، وعادةً ما يتراوح هذا الانخفاض بين 10 و20% عند الحمل الكامل.

يؤدي تأثير محاثة التغذية إلى إبطاء عملية نقل التيار (المعروفة بالتبديل) من طور إلى آخر. ونتيجةً لذلك، عند كل انتقال بين جهازين، تحدث فترة تداخل يتم خلالها توصيل ثلاثة أجهزة (بدلاً من اثنين) في الجسر في آنٍ واحد. يُشار عادةً إلى زاوية التداخل بالرمز μ (أو u)، وقد تصل إلى 20  أو 30 درجة عند الحمل الكامل.

مع الأخذ في الاعتبار محاثة مصدر التغذية، ينخفض ​​جهد خرج المقوم إلى

${\displaystyle V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }={\frac {3V_{\mathrm {LLpeak} }}{\pi }}\cdot \cos(\alpha +\mu ).}$

ترتبط زاوية التداخل μ ارتباطًا مباشرًا بتيار التيار المستمر، ويمكن إعادة صياغة المعادلة أعلاه على النحو التالي

${\displaystyle V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }={\frac {3V_{\mathrm {LLpeak} }}{\pi }}\cdot \cos(\alpha )-6fL_{\mathrm {c} }I_{\mathrm {d} }}$

أين:

L _c هي معامل الحث المتبادل لكل طور، و

يمثل I _d التيار المستمر.

على الرغم من أن دوائر التقويم ذات الست نبضات أفضل من مقومات التيار أحادي الطور أو مقومات التيار ثلاثي الأطوار بنصف الموجة، إلا أنها لا تزال تُنتج تشوهًا توافقيًا كبيرًا في كلٍ من توصيلات التيار المتردد والتيار المستمر. لذا، يُستخدم عادةً توصيل الجسر ذي الاثنتي عشرة نبضة في مقومات الطاقة العالية جدًا. يتكون الجسر ذو الاثنتي عشرة نبضة من دائرتي جسر بست نبضات موصولتين على التوالي، وتُغذى توصيلات التيار المتردد الخاصة بهما من محول تغذية يُحدث فرقًا في الطور مقداره 30 درجة بين الجسرين. هذا يُلغي العديد من التوافقيات المميزة التي تُنتجها جسور الست نبضات.

عادة ما يتم تحقيق إزاحة الطور بمقدار 30 درجة باستخدام محول كهربائي يحتوي على مجموعتين من الملفات الثانوية، إحداهما في توصيل النجمة (الواي) والأخرى في توصيل المثلث.

لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر في القاطرات الكهربائية ، يُستخدم مقوم متزامن. يتكون هذا المقوم من محرك متزامن يُشغّل مجموعة من الملامسات الكهربائية عالية التحمل. يدور المحرك بتزامن مع تردد التيار المتردد، ويعكس بشكل دوري توصيلات الحمل عند مرور التيار الجيبي بنقطة الصفر. لا يُشترط أن تقوم الملامسات بفصل تيار كبير، ولكن يجب أن تكون قادرة على تحمل تيار كبير لتغذية محركات جر التيار المستمر في القاطرة .

تتكون هذه الدوائر من رنانة تهتز بفعل مجال مغناطيسي متناوب ناتج عن مغناطيس كهربائي يعمل بالتيار المتردد ، مع نقاط تلامس تعكس اتجاه التيار في أنصاف الدورات السالبة. استُخدمت هذه الدوائر في الأجهزة منخفضة الطاقة، مثل شواحن البطاريات ، لتقويم الجهد المنخفض الناتج عن محول خافض للجهد. كما استُخدمت أيضًا في وحدات تزويد الطاقة لأجهزة الراديو المحمولة التي تعمل بالصمامات المفرغة، لتوفير جهد التيار المستمر العالي اللازم لتشغيل هذه الصمامات. تعمل هذه الدوائر كنسخة ميكانيكية من محولات الحالة الصلبة الحديثة ، حيث تحتوي على محول لرفع جهد البطارية، ومجموعة من نقاط التلامس المهتزة على قلب المحول، تعمل بفعل مجاله المغناطيسي ، لقطع تيار البطارية المستمر بشكل متكرر لتوليد تيار متردد نابض لتشغيل المحول. ثم تقوم مجموعة ثانية من نقاط التلامس المقومة على المهتز بتقويم جهد التيار المتردد العالي من الملف الثانوي للمحول إلى تيار مستمر.

مجموعة المحرك والمولد ، أو المحول الدوار المماثل ، ليست مقومًا بالمعنى الدقيق للكلمة، لأنها لا تقوم بتقويم التيار فعليًا، بل تولد تيارًا مستمرًا من مصدر تيار متردد. في مجموعة المحرك والمولد، يتم توصيل عمود محرك التيار المتردد ميكانيكيًا بعمود مولد التيار المستمر . ينتج مولد التيار المستمر تيارات مترددة متعددة الأطوار في ملفات عضوه الدوار ، والتي يحولها مبدل على عمود العضو الدوار إلى تيار مستمر؛ أو ينتج مولد أحادي القطب تيارًا مستمرًا دون الحاجة إلى مبدل. تُعد مجموعات المحرك والمولد مفيدة لإنتاج التيار المستمر لمحركات جر السكك الحديدية، والمحركات الصناعية، وغيرها من التطبيقات التي تتطلب تيارًا عاليًا، وكانت شائعة في العديد من استخدامات التيار المستمر عالية الطاقة (على سبيل المثال، أجهزة عرض مصابيح القوس الكربوني للمسارح الخارجية) قبل أن تصبح أشباه الموصلات عالية الطاقة متاحة على نطاق واسع.

أنبوب مقوم بخار الزئبق الصناعي ثلاثي الأطوار المبكر

صمام قوس الزئبق 150  كيلو فولت في محطة مانيتوبا هايدرو للطاقة، راديسون، كندا، يحول الطاقة الكهرومائية المترددة إلى تيار مستمر لنقلها إلى المدن البعيدة.

المقوم المستخدم في أنظمة نقل الطاقة بالتيار المستمر عالي الجهد (HVDC) والمعالجة الصناعية بين عامي 1909 و1975 تقريبًا هو مقوم قوس الزئبق أو صمام قوس الزئبق . يُوضع الجهاز داخل وعاء زجاجي منتفخ أو حوض معدني كبير. يُغمر أحد الأقطاب الكهربائية، وهو المهبط ، في بركة من الزئبق السائل في قاع الوعاء، بينما يُعلق قطب أو أكثر من أقطاب الجرافيت عالية النقاء، تُسمى الأنودات ، فوق البركة. قد توجد عدة أقطاب مساعدة للمساعدة في بدء القوس الكهربائي والحفاظ عليه. عند تكوّن قوس كهربائي بين بركة المهبط والأنودات المعلقة، يتدفق تيار من الإلكترونات من المهبط إلى الأنودات عبر الزئبق المتأين، وليس العكس (من حيث المبدأ، يُعد هذا نظيرًا عالي القدرة لتقويم اللهب ، الذي يستخدم نفس خصائص نقل التيار أحادي الاتجاه للبلازما الموجودة بشكل طبيعي في اللهب).

يمكن استخدام هذه الأجهزة بقدرات تصل إلى مئات الكيلوواط، ويمكن تصميمها للتعامل مع تيار متردد أحادي إلى سداسي الطور. وقد استُبدلت مقومات قوس الزئبق بمقومات أشباه الموصلات السيليكونية ودوائر الثايرستور عالية القدرة في منتصف سبعينيات القرن الماضي. وقد تم تركيب أقوى مقومات قوس الزئبق على الإطلاق في مشروع مانيتوبا هايدرو نيلسون ريفر ثنائي القطب لنقل التيار المستمر عالي الجهد، بقدرة إجمالية تزيد عن 1  جيجاواط و450  كيلوفولت. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

كان مقوم تونغار من جنرال إلكتريك عبارة عن أنبوب إلكتروني مملوء بغاز بخار الزئبق (مثال: 5B24) أو الأرجون (مثال: 328)، مزود بمهبط من سلك التنجستن ومصعد من زر الكربون. كان يعمل بطريقة مشابهة لثنائي الصمام المفرغ الحراري، إلا أن الغاز داخل الأنبوب كان يتأين أثناء التوصيل الأمامي، مما يُقلل من انخفاض الجهد الأمامي بشكل كبير، وبالتالي يُمكنه تقويم الفولتيات المنخفضة. استُخدم هذا المقوم في شواحن البطاريات وتطبيقات مماثلة منذ عشرينيات القرن الماضي حتى حلت محله مقومات معدنية أقل تكلفة ، ثم ثنائيات أشباه الموصلات لاحقًا. صُممت هذه المقومات بقدرات تصل إلى بضع مئات من الفولتات وبضعة أمبيرات، وفي بعض الأحجام كانت تُشبه إلى حد كبير المصباح المتوهج مع قطب كهربائي إضافي.

كان الصمام 0Z4 صمامًا مقومًا مملوءًا بالغاز، شاع استخدامه في أجهزة راديو السيارات التي تعمل بتقنية الصمامات المفرغة في أربعينيات وخمسينيات القرن العشرين. كان صمامًا تقليديًا مقومًا للموجة الكاملة، مزودًا بقطبين موجبين وقطب سالب واحد، ولكنه تميز بعدم احتوائه على فتيل (ومن هنا جاء الرقم "0" في رقم نوعه). صُممت الأقطاب الكهربائية بحيث يكون جهد الانهيار العكسي أعلى بكثير من جهد الانهيار الأمامي. بمجرد تجاوز جهد الانهيار، يتحول الصمام 0Z4 إلى حالة مقاومة منخفضة مع انخفاض في الجهد الأمامي يبلغ حوالي 24  فولت.

استُخدم كاشف البلورة، وهو أقدم أنواع ثنائيات أشباه الموصلات، ككاشف في بعض أجهزة استقبال الراديو الأولى ، والتي كانت تُسمى أجهزة راديو البلورة ، لتقويم الموجة الحاملة للراديو واستخلاص التعديل الذي يُنتج الصوت في سماعات الأذن. اخترعه جاغاديش تشاندرا بوس وجي دبليو بيكارد حوالي عام 1902، وكان بمثابة تحسين كبير على الكواشف السابقة مثل كاشف التماسك . يتكون أحد أنواع كاشف البلورة الشائعة، والذي يُطلق عليه غالبًا كاشف شعيرات القط ، من بلورة من معدن شبه موصل ، عادةً ما يكون غالينا (كبريتيد الرصاص)، مع سلك مرن خفيف يلامس سطحها. جعلته هشاشته وقدرته المحدودة على تمرير التيار غير مناسب لتطبيقات إمداد الطاقة. استُخدم على نطاق واسع في أجهزة الراديو حتى عشرينيات القرن العشرين عندما حلت محله الصمامات المفرغة . في ثلاثينيات القرن العشرين، قام الباحثون بتصغير كاشف البلورة وتحسينه لاستخدامه في ترددات الميكروويف، مما أدى إلى تطوير أول ثنائيات أشباه الموصلات.

كانت هذه الوحدات شائعة الاستخدام حتى استُبدلت بمقومات الحالة الصلبة المصنوعة من السيليكون، والتي كانت أكثر إحكامًا وأقل تكلفة في سبعينيات القرن الماضي. تعتمد هذه الوحدات على طبقات من الصفائح المعدنية المطلية بأكسيد، وتستفيد من خصائص أشباه الموصلات لأكسيد السيلينيوم أو أكسيد النحاس. ^{[ 22 ]} ورغم أن مقومات السيلينيوم كانت أخف وزنًا وأقل استهلاكًا للطاقة من مقومات الصمامات المفرغة المماثلة، إلا أنها كانت تعاني من عيب محدودية عمرها الافتراضي، وزيادة مقاومتها مع مرور الوقت، كما أنها مناسبة للاستخدام عند الترددات المنخفضة فقط. وتتميز كل من مقومات السيلينيوم وأكسيد النحاس بتحمل أفضل لتقلبات الجهد اللحظية مقارنةً بمقومات السيليكون.

عادةً ما كانت هذه المقومات تتكون من رُزم من الصفائح أو الحلقات المعدنية، مثبتة معًا بواسطة مسمار مركزي، ويُحدد عدد الرزم حسب الجهد؛ حيث كانت كل خلية مصممة لتحمل جهد حوالي 20 فولت. قد يحتوي مقوم شاحن بطارية السيارة على خلية واحدة فقط: بينما قد يحتوي مصدر الطاقة عالي الجهد لأنبوب مفرغ على عشرات الصفائح المكدسة. تبلغ كثافة التيار في رزمة السيلينيوم المبردة بالهواء حوالي 600 مللي أمبير لكل بوصة مربعة من المساحة الفعالة (حوالي 90 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع).

تُعدّ ثنائيات السيليكون أكثر أنواع المقومات استخدامًا في تطبيقات الفولتية والقدرات المنخفضة، وقد حلت محل أنواع أخرى من المقومات إلى حد كبير. وبفضل جهدها الأمامي المنخفض جدًا (0.3 فولت مقابل 0.7 فولت لثنائيات السيليكون)، تتمتع ثنائيات الجرمانيوم بميزة جوهرية على ثنائيات السيليكون في دوائر الفولتية المنخفضة.

في التطبيقات عالية الطاقة، من عام 1975 إلى عام 2000، تم استبدال معظم مقومات القوس بصمام الزئبق بمجموعات من الثايرستورات عالية الطاقة للغاية ، وهي أجهزة سيليكونية ذات طبقتين إضافيتين من أشباه الموصلات، مقارنة بالديود البسيط.

في تطبيقات نقل الطاقة المتوسطة، ساهمت أنظمة مقومات أشباه الموصلات السيليكونية ذات مصدر الجهد (VSC) الأكثر تعقيدًا وتطورًا ، مثل ترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة (IGBT) وثايرستورات إيقاف البوابة (GTO) ، في جعل أنظمة نقل الطاقة ذات الجهد العالي للتيار المستمر الأصغر حجمًا اقتصادية. تعمل جميع هذه الأجهزة كمقومات.

اعتبارًا من عام 2009كان من المتوقع أن يتم تطوير هذه "المفاتيح ذاتية التبديل" المصنوعة من السيليكون عالي الطاقة، ولا سيما ترانزستورات IGBT ونوع مختلف من الثايرستور (المرتبط بـ GTO) يُسمى الثايرستور ذو البوابة المتكاملة (IGCT)، من حيث القدرة الكهربائية إلى الحد الذي يمكنها فيه في النهاية أن تحل محل أنظمة تقويم التيار المتردد البسيطة القائمة على الثايرستور لتطبيقات نقل التيار المستمر ذات القدرة العالية. ^{[ 23 ]}

التقويم النشط هو تقنية لتحسين كفاءة التقويم عن طريق استبدال الثنائيات بمفاتيح يتم التحكم فيها بشكل فعال مثل الترانزستورات ، وعادةً ما تكون ترانزستورات MOSFET أو BJT . ^{[ 24 ]} في حين أن الثنائيات شبه الموصلة العادية لها انخفاض جهد ثابت تقريبًا يتراوح بين 0.5 و1 فولت، فإن المقومات النشطة تعمل كمقاومات، ويمكن أن يكون لها انخفاض جهد منخفض للغاية.

تاريخياً، تم استخدام المفاتيح التي تعمل بالاهتزاز أو المبدلات التي تعمل بالمحرك أيضاً في المقومات الميكانيكية والتقويم المتزامن. ^{[ 25 ]}

للتقويم النشط تطبيقات عديدة. ويُستخدم بكثرة في مصفوفات الألواح الكهروضوئية لتجنب تدفق التيار العكسي الذي قد يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة مع التظليل الجزئي، مع تقليل فقد الطاقة إلى أدنى حد.