Usměrňovač

Dva z mnoha používaných symbolů pro usměrňovač Usměrňovač je elektrické zařízení, které se používá k přeměně střídavého elektrického proudu na proud stejnosměrný. Protože elektronické obvody ke své činnosti obvykle potřebují stejnosměrný proud a k distribuci elektrické energie se využívá proud střídavý, bývá usměrňovač součástí většiny elektrických přístrojů a zařízení spotřební elektroniky napájených z elektrické sítě. Usměrňovače se také v hojné míře používají v napájecích soustavách elektrických trakčních vozidel (kupř. pro pohon lokomotiv, tramvají, trolejbusů či vozů metra).

Typy usměrňovačů

Rtuťový usměrňovač V současnosti se používají téměř výhradně polovodičové usměrňovače na bázi křemíku, kterými byla ostatní zařízení prakticky vytlačena, i když není vyloučeno, že vzniknou nová zařízení založená na karbidu křemíku, jehož předpokládanou výhodou je možnost provozu při vyšší teplotě.

Obecně mohou být realizovány usměrňovače: * polovodičové (křemíkové, germaniové, selenové, …) * elektronkové * rtuťové

Pro průmyslové účely se na přeměnu střídavého na stejnosměrný proud používalo dříve také spojení elektromotoru a dynama - motorgenerátor (Ward Leonardovo soustrojí).

Z hlediska principu činnosti se rozlišují tři typy usměrňovačů: * neřízený usměrňovač (diodový) * řízený usměrňovač (tyristorový, polořízený nebo plně řízený) * aktivní (též pulzní) usměrňovač (na bázi IGBT tranzistorů)

Z hlediska připojení na napájecí síť lze rozlišit usměrňovače * jednofázové (jednocestný/jednopulsní, dvoucestný/dvoupulsní) * třífázové (šestipulsní nebo dvanáctipulsní) * vícefázové

Nevýhodou klasických diodových nebo tyristorových usměrňovačů je, že odebírají ze sítě zkreslený nesinusový průběh proudu. Tuto nevýhodu řeší aktivní usměrňovače. +more Aktivní usměrňovače jsou sofistikovaná elektronická zařízení využívající pulsně šířkovou modulaci, mají ve srovnání s klasickými usměrňovači vyšší ztráty a vyšší hodnotu usměrněného napětí, ale umožňují rekuperaci.

Opak usměrňovače, tedy zařízení k přeměně stejnosměrného proudu na střídavý, je střídač.

Zapojení neřízeného usměrňovače

Jednofázový jednocestný

Jednofázový jednocestný usměrňovač propouští pouze jednu půlvlnu vstupního napětí. Má tudíž pouze poloviční účinnost a používá se především u zařízeních s velmi nízkým odběrem proudu. +more Jde o nejjednodušší zapojení usměrňovače, které vyžaduje pouze jednu diodu.

Zapojení jednocestného usměrňovače

Velikost usměrněného napětí (zanedbá-li se úbytek napětí na diodě) je dána vzorcem:

U_{DC} = \frac{\sqrt{2} }{\pi} \cdot U_{AC} \approx 0,45 \cdot U_{AC}

kde:

* UDC - střední hodnota výstupního napětí (na zátěži R) * UAC - efektivní hodnota vstupního napětí (na sekundárním vinutí transformátoru)

Jednofázový dvoucestný

Dvoucestný usměrňovač propouští obě půlvlny vstupního napětí.

Pokud je usměrňovač napájen transformátorem s dvojitým sekundárním vinutím, lze jej realizovat pomocí dvou diod v tzv. uzlovém zapojení.

Zapojení dvoucestného usměrňovače

Nejpoužívanějším typem dvoucestného usměrňovače je Graetzův (Grätzův) můstek. Jde o zapojení využívající čtyři diody v můstkovém zapojení.

Zapojení Gratzova můstku

Velikost usměrněného napětí (zanedbá-li se úbytek napětí na diodách) je dána vzorcem:

U_{DC} = \frac{2\sqrt{2} }{\pi} \cdot U_{AC} \approx 0,9 \cdot U_{AC}

kde:

* UDC - střední hodnota výstupního napětí (na zátěži R) * UAC - efektivní hodnota vstupního napětí (na sekundárním vinutí transformátoru, v případě uzlového zapojení na jeho jedné polovině) +more4'>Průběhy napětí: vstupní tři fáze (nahoře), výstup uzlového usměrňovače (uprostřed), výstup můstkového usměrňovače (dole).

Trojfázový

Stejně jako v případě jednofázového napájení rozdělujeme trojfázové usměrňovače na uzlové a můstkové.

Uzlové zapojení lze použít pouze pokud je zdroj zapojen do hvězdy. Výhodou je, že postačí tři diody, nevýhodou je vyšší zvlnění (3 pulsy na periodu). +more Trojfázový usměrňovač v uzlovém zapojení Velikost usměrněného napětí (zanedbá-li se úbytek napětí na diodách) je dána vzorcem:.

U_{DC} = \frac{3 \sqrt{ 6 } }{2 \pi} \cdot U_{AC} \approx 1,1 7 \cdot U_{AC}

kde:

* UDC - střední hodnota výstupního napětí (na zátěži R) * UAC - efektivní hodnota fázového vstupního napětí Můstkové zapojení lze použít se zdrojem zapojeným do hvězdy i do trojúhelníka. Výhodou je nižší zvlnění (6 pulsů na periodu), nevýhodou je potřeba šesti diod. +more Trojfázový usměrňovač v můstkovém zapojení Velikost usměrněného napětí (zanedbá-li se úbytek napětí na diodách) je dána vzorcem:.

U_{DC} = \frac{3 \sqrt{2} }{\pi} \cdot U_{AC} \approx 1,3 5 \cdot U_{AC}

kde:

* UDC - střední hodnota výstupního napětí (na zátěži R) * UAC - efektivní hodnota sdruženého vstupního napětí

Filtrační kondenzátor

+more3'>Jednofázový můstkový usměrňovač s filtračním kondenzátorem C1 Pro vyhlazení tepavého napětí se používá tzv. filtrační kondenzátor, jehož kapacita se určí ze vzorce:.

C \geq \frac{I_{MAX}}{f \cdot (U_{MAX} - U_{MIN})} kde:

* IMAX - maximální proud odebíraný zátěží * f - frekvence výstupního napětí (pro jednocestné usměrnění stejná jako vstupního napětí, pro dvoucestné zapojení dvojnásobná, pro trojfázové uzlové trojnásobná, pro trojfázové můstkové šestinásobná) * UMAX - maximální hodnota výstupního napětí (maximální hodnota vstupního napětí snížená o úbytek na diodě/diodách) * UMIN - minimální hodnota výstupního napětí, pod kterou nemá poklesnout

Pokud by byl kondenzátor připojen na výstup usměrňovače naprázdno (bez zátěže), došlo by k jeho nabití na maximální hodnotu a ta by zůstala konstantní. Je-li připojena zátěž, dochází k vybíjení kondenzátoru a poklesu napětí. +more Vhodnou volbou kapacity je dosaženo toho, že pro daný zátěžný proud napětí nepoklesne pod stanovenou mez.

Odkazy

Reference

Související články

Měnič * Střídač * ReLU

Externí odkazy

Kategorie:Elektrotechnika Kategorie:Elektronické obvody