Nejběžnější usměrňovací obvody AC na DC

Usměrňovač je elektronické zařízení určené k přeměně elektrické energie střídavého proudu na stejnosměrný proud. Základem usměrňovačů jsou polovodičová zařízení s jednosměrnou vodivostí – diody a tyristory.

Při malé zátěži (až několik stovek wattů) se přeměna střídavého proudu na stejnosměrný proud provádí pomocí jednofázových usměrňovačů. Takové usměrňovače jsou navrženy tak, aby dodávaly stejnosměrný proud různým elektronickým zařízením, budicím vinutím stejnosměrných motorů s nízkým a středním výkonem atd.

Pro zjednodušení pochopení činnosti usměrňovacích obvodů budeme předpokládat, že usměrňovač pracuje na aktivní zátěži.

Jednofázový půlvlnný (jednocyklový) usměrňovací obvod

Obrázek 1 ukazuje nejjednodušší usměrňovací obvod. Obvod obsahuje jednu usměrňovací diodu zapojenou mezi sekundární vinutí transformátoru a zátěž.

Obrázek 1 – Jednofázový půlvlnný usměrňovač: a) obvod – dioda otevřená, b) obvod – dioda zavřená, c) časová schémata činnosti

Napětí u2 se mění sinusově, tzn. obsahuje kladné a záporné půlvlny (půlcykly). Proud v zátěžovém obvodu prochází pouze v kladných půlcyklech, kdy je kladný potenciál přiveden na anodu diody VD (obr. 1, a). Při přepólování napětí u2 je dioda uzavřena, v zátěži neteče proud, ale na diodu je přivedeno zpětné napětí Urev (obr. 1, b).

Že. Na zátěži se uvolní pouze jedno půlvlnné napětí sekundárního vinutí. Proud v zátěži teče pouze jedním směrem a je to usměrněný proud, i když má pulzující charakter (obr. 1, c). Tato forma napětí (proudu) se nazývá konstantní puls.

Usměrněné napětí a proud obsahují stejnosměrnou (užitečnou) složku a střídavou složku (vlnění). Kvalitativní stránka činnosti usměrňovače se posuzuje podle vztahu mezi užitečnou složkou a zvlněním napětí a proudu. Faktor zvlnění tohoto obvodu je 1,57. Průměrná hodnota usměrněného napětí za dobu je Un = 0,45U2. Maximální hodnota zpětného napětí na diodě je Urev.max = 3,14 Un.

Výhodou tohoto zapojení je jeho jednoduchost, nevýhodami jsou: špatné využití transformátoru, vysoké zpětné napětí na diodě, vysoký činitel zvlnění usměrněného napětí.

Jednofázový můstkový usměrňovací obvod

Skládá se ze čtyř diod zapojených do můstkového obvodu. Na jednu diagonálu můstku je připojeno sekundární vinutí transformátoru a na druhou zátěž (obr. 2). Společným bodem katod diod VD2, VD4 je kladný pól usměrňovače, společným bodem anod diod VD1, VD3 je záporný pól.

Obrázek 2 – Jednofázový můstkový usměrňovač: a) obvod – usměrnění kladné půlvlny, b) usměrnění záporné půlvlny, c) časová schémata činnosti

Polarita napětí v sekundárním vinutí se mění s frekvencí napájecí sítě. Diody v tomto obvodu pracují střídavě v párech. Během kladné půlperiody napětí u2 vedou diody VD2, VD3 proud a na diody VD1, VD4 je přivedeno zpětné napětí a jsou uzavřeny. Během záporné půlperiody napětí u2 protéká proud diodami VD1, VD4 a diodami VD2, VD3 jsou uzavřeny. Proud v zátěži teče stále jedním směrem.

Obvod je celovlnný (push-pull), protože Obě půlcykly síťového napětí jsou přiděleny na zátěži: Un = 0,9U2, koeficient zvlnění je 0,67.

Použití můstkového obvodu pro připojení diod umožňuje použít jednofázový transformátor k usměrnění dvou půlcyklů. Kromě toho je zpětné napětí aplikované na diodu 2krát menší.

Stejnosměrné napájení středních a velkých spotřebičů je vyrobeno z třífázových usměrňovačů, jejichž použití snižuje proudové zatížení diod a snižuje faktor zvlnění.

Třífázový můstkový usměrňovací obvod

Obvod se skládá ze šesti diod, které jsou rozděleny do dvou skupin (obr. 2.61, a): katoda – diody VD1, VD3, VD5 a anoda VD2, VD4, VD6. Zátěž je zapojena mezi spojovací body katod a anod diod, tzn. k diagonále narovnaného mostu. Obvod je připojen do třífázové sítě.

Obrázek 3 – Třífázový můstkový usměrňovač: a) obvod, b) časová schémata činnosti

V každém okamžiku protéká zátěžový proud dvěma diodami. V katodové skupině během každé třetiny periody pracuje dioda s nejvyšším anodovým potenciálem (obr. 3, b). V anodové skupině během této části periody pracuje dioda, jejíž katoda má nejvíce záporný potenciál. Každá z diod pracuje jednu třetinu periody. Faktor zvlnění tohoto obvodu je pouze 0,057.

Řízené usměrňovače jsou usměrňovače, které spolu s usměrněním střídavého napětí (proudu) zajišťují regulaci velikosti usměrněného napětí (proudu).

Řízené usměrňovače se používají k regulaci rychlosti otáčení stejnosměrných motorů, jasu žárovek, při nabíjení baterií atd.

Řízené obvody usměrňovače jsou postaveny na tyristorech a jsou založeny na řízení otevíracího momentu tyristorů.

Obrázek 4a ukazuje schéma jednofázového řízeného usměrňovače. Aby bylo možné usměrnit dvě půlvlny síťového napětí, používá se transformátor s dvoufázovým sekundárním vinutím, ve kterém se tvoří dvě napětí s opačnými fázemi. V každé fázi je zapnutý tyristor. Kladná půlperioda napětí U2 je usměrněna tyristorem VS1 a záporná půlperioda VS2.

Řídicí obvod řídicího systému generuje impulsy k otevření tyristorů. Časování otevíracích impulsů určuje, jaká část půlvlny je přidělena zátěži. Tyristor se odblokuje za přítomnosti kladného napětí na anodě a otevíracího impulsu na řídicí elektrodě.

Pokud impuls dorazí v čase t0 (obr. 4,b), je tyristor během celého půlcyklu otevřen a na zátěž je přivedeno maximální napětí, pokud v čase t1, t2, t3, pak pouze část sítě; napětí se uvolní v zátěži.

Obrázek 4 – Jednofázový usměrňovač: a) obvod, b) časová schémata činnosti

Úhel zpoždění, počítaný od okamžiku přirozeného odblokování tyristoru, vyjádřený ve stupních, se nazývá řídicí nebo regulační úhel a označuje se písmenem α. Změnou úhlu α (fázový posun řídicích impulsů vůči napětí na anodách tyristorů) měníme dobu otevření tyristorů a podle toho i usměrněné napětí na zátěži.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!

Nenechte si ujít aktualizace, přihlaste se k odběru našich sociálních sítí: