Cesko.wiki Usměrňovač
Author
Albert FloresUsměrňovač 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 rozlišujeme 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 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, je možné 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.
Velikost usměrněného napětí 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)
Trojfázový
Filtrační kondenzátor
Jednofázový můstkový usměrňovač s filtračním kondenzátorem C1 Pro vyhlazení tepavého napětí se používá tzv. +more 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) * 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.