Usměrňovač neboli měnič střídavého proudu na stejnosměrný je v elektrotechnice široce používán, neboť na stejnosměrný proud pracuje mnoho elektrických zařízení v městské a železniční dopravě, v chemickém a radiotechnickém průmyslu, v neželezné metalurgii atd. Jak již bylo naznačeno výše, v nejjednodušším případě je střídavý proud usměrněn elektrickým ventilem, který propouští proud (například sinusový) pouze nebo převážně v jednom směru. Podle typu použitých ventilů se usměrňovače dělí na elektrické kontaktní, kenotronové, gastro, tyratronové, rtuťové, polovodičové a tyristorové.

Existují obvody usměrňovače proudu: půlvlnné, celovlnné s nulovou svorkou a můstek. Na Obr. Obrázek 3.4 (a) ukazuje půlvlnný obvod jednofázového usměrňovače proudu. Hlavní prvky usměrňovače: transformátor (Tr), ventil (B) a vyhlazovací filtr (C). Napětí, obvykle sinusové, ze zdroje střídavého proudu přes transformátor Tr je přiváděno do ventilu B. Zátěžový proud teče pouze při kladné polaritě přiváděného napětí, tzn. při otevření B. KondenzátorС se nabíjí kladnými půlvlnami pulsujícího proudu a v pauzách odpovídajících časově záporným půlvlnám se vybíjí do zátěže a pulsující proud se vyhlazuje a zprůměruje. Takové obvody se používají v zařízeních s nízkým výkonem.

V celovlnném usměrňovacím obvodu se používá transformátor se středem v sekundárním vinutí (viz obr. 3.4, b). Díky tomuto spojení vinutí s ventily vzniká usměrněný proud z obou půlvln proudu. V tomto případě se frekvence zvlnění usměrněného proudu ve srovnání s půlvlnným usměrňovačem zdvojnásobí, což usnadňuje vyhlazování.

Obvod můstkového usměrňovače (obr. 3.4, c) je také celovlnný, ale sekundární vinutí transformátoru je vyrobeno bez středového bodu a má poloviční počet závitů ve srovnání se sekundárním vinutím proudového transformátoru na obr. 3.4. (b).

Dodatečné vyhlazení usměrněného proudu v těchto obvodech zajišťují indukčně-kapacitní nebo odporově-kapacitní filtry. Tyto obvody byly široce používány v automatizačních a telemechanických zařízeních.

V třífázových obvodech pro napájení zvláště výkonných průmyslových instalací, aby se zabránilo nesymetrickému zatížení napájecí sítě, se používají obvody třífázového usměrňovače proudu.

Rýže. 3.4. Obvody jednofázového usměrňovače:

Rýže. 3.5. Obvody usměrňovače třífázového proudu: a) půlvlnné; b) celovlnný most.

Primární vinutí transformátoru v takových usměrňovačích je zapojeno do hvězdy nebo trojúhelníku. Podle počtu sekundárních vinutí transformátoru se rozlišují 3-, 6-, 12-, 18-fázové atd. půlvlnné a můstkové usměrňovače pro třífázový proud. Na Obr. 3.5, (a) znázorňuje třífázový půlvlnný obvod. Primární vinutí transformátoru je zapojeno do trojúhelníku a sekundární vinutí je zapojeno do hvězdy. Fázové proudy jsou usměrněny a sečteny, aby vytvořily usměrněný výstupní proud. V třífázovém můstkovém obvodu (viz obr. 3.5, b) jsou obě vinutí transformátoru spojena hvězdou. Tento usměrňovací obvod je široce používán v mnoha odvětvích techniky. To je vysvětleno jeho dobrými technickými a ekonomickými ukazateli: efektivní využití transformátoru, nízké zpětné napětí na ventilu, relativně nízký koeficient zvlnění, vysoká účinnost atd. Třífázový můstkový usměrňovací obvod se používá stejným způsobem jako prvek složitějších kombinovaných usměrňovacích obvodů.Na Obr. Schémata 3.4 a 3.5 mají vzdělávací charakter, protože jasně ukazují principy konstrukce jednofázových a třífázových usměrňovačů s různými konstrukcemi (jedno-, celovlnné, můstkové).

READ
Co zasadit vedle rajčat pro dobrou úrodu?

Třífázový můstkový usměrňovací obvod je široce používán v mnoha oblastech techniky. To je vysvětleno jeho dobrými technickými a ekonomickými ukazateli: efektivní využití transformátoru, nízké zpětné napětí na ventilu, relativně nízký koeficient zvlnění, vysoká účinnost atd. Třífázový můstkový usměrňovací obvod se používá stejným způsobem jako prvek složitějších kombinovaných usměrňovacích obvodů.

Napájení elektronických zařízení vyžaduje konstantní napětí různých hodnot. Nejběžnějším zdrojem elektrické energie je průmyslová síť střídavého napětí o frekvenci 50 Hz. Pro přeměnu střídavého napětí na stejnosměrné (unipolární) napětí se používají usměrňovače. K dispozici je půlvlnné a celovlnné usměrnění střídavého proudu.

Rýže. 9. Obvod půlvlnného usměrňovače.

Schéma polovodičového půlvlnného usměrňovače je na Obr. 9. Tento usměrňovač obsahuje polovodičovou dioduVDzapojen do série se zátěžovým rezistoremRн a sekundární vinutí transformátoruT. Primární vinutí transformátoru je obvykle napájeno ze sítě.

Z časových diagramů (obr. 10) je zřejmé, že proud Iнpři zátěži má pulzní povahu. Během prvního půlcyklu napětíUAB, kdy bodový potenciálаpozitivní s ohledem na potenciál boduб,Dioda je otevřená a zátěží protéká proud.

Ve druhém půlcyklu se polarita napětí na sekundárním vinutí transformátoru změní na opačnou a potenciál bodu аse stává negativní vzhledem k potenciálu boduб.Při této polaritě se dioda rozsvítí v opačném směru a proud v zátěži bude nulový.

Rýže. 10. Časové diagramy půlvlnného usměrňovače.

Hojně se používají celovlnné usměrňovače, u kterých se na rozdíl od půlvlnných používají oba půlcykly síťového napětí. Z nich je nejrozšířenější celovlnný můstkový usměrňovač (obr. 11), skládající se z transformátoru, čtyř polovodičových diod VD1VD4(připojeno přes můstkový obvod) a zatěžovací odpor.

Rýže. 11. Obvod celovlnného usměrňovače.

Během jednoho z půlcyklů síťového napětí, kdy bod аje pozitivní s ohledem na bodб potenciál, diodyVD2 иVD3otevřené a diodyVD1 иVD4ZAVŘENO. Proud v tomto polovičním cyklu má směr: svorkaаsekundární vinutí transformátoru, diodaVD2, zátěžový odporRн, diodaVD3a upnoutб.V dalším půlcyklu, kdy potenciál boduаse stává negativní vzhledem k boduб, diody se otevřouVD1иVD4,a diodyVD2иVD3ZAVŘENO. Proud tekoucí v obvodu má následující směr: bodб, diodaVD4, zátěžový odporRн, diodaVD1a tečkaаsekundární vinutí transformátoru. Po celou dobu tedy proud v zatěžovacím rezistoruRнmá stejný směr. Na Obr. Obrázek 12 ukazuje časové diagramy proudů a napětí plnovlnného můstkového usměrňovače.

READ
Jak správně umýt podlahy v domě od prahu nebo po práh?

Rýže. 12. Časové diagramy plnovlnného usměrňovače.

Můstkový usměrňovač má oproti půlvlnnému usměrňovači řadu výhod. Zejména při stejném napětí sekundárního vinutí transformátoru a odporu zátěže Rн průměrný usměrněný proud /n sta napětíUn stv můstkovém usměrňovači je téměř dvakrát tolik než v půlvlnném usměrňovači.

Nevýhodou obvodu můstkového usměrňovače je nutnost použití čtyř diod.

Aby se zabránilo pulzujícímu napětí Uнa aktuálníIнzátěže, usměrňovací zařízení používají různéantialiasingové filtry. Nejjednodušší z nich je kapacitní filtr. K tomu je paralelně se zátěžovým odporem zapojen kondenzátor.

Rýže. 13. Obvod půlvlnného usměrňovače s vyhlazovacím filtrem.

Na Obr. Obrázek 13 ukazuje schéma půlvlnného usměrňovače s kapacitním vyhlazovacím filtrem a obrázek 14 ukazuje schémata znázorňující jeho činnost.

S rostoucím napětím na svorkách sekundárního vinutí transformátoru UABkCnabíjí a napětí na ní se zvyšuje. Během kladného půlcyklu diodaVDprochází proud, který nabíjí kondenzátor (téměř na hodnotu amplitudy střídavého napětí) a současně dodává zatěžovací odpor. Pak napětíUABklesá a když je menší než napětí na kondenzátoru, diodaVDje uzamčen a kondenzátor se začne vybíjet do rezistoruRн. Rychlost vybíjení kondenzátoru je určena časovou konstantoures=RнС. Následně se popsaný proces periodicky opakuje.

Rýže. 14. Časové diagramy celovlnného usměrňovače s vyhlazovacím filtrem.

Při provozu takového usměrňovače se výrazně sníží zvlnění usměrněného napětí. Je však třeba připomenout, že u usměrňovače s kapacitním vyhlazovacím filtrem je značná závislost průměrné hodnoty usměrněného napětí na zatěžovacím proudu.