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).[1][2]

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. 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.[1]

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. Jde o nejjednodušší zapojení usměrňovače, které vyžaduje pouze jednu diodu.

Velikost usměrněného napětí je dána vzorcem:[1]

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

kde:

U_DC - střední hodnota výstupního napětí (na zátěži R)
U_AC - 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.

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

Velikost usměrněného napětí je dána vzorcem:[1]

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

kde:

U_DC - střední hodnota výstupního napětí (na zátěži R)
U_AC - 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. filtrační kondenzátor, jehož kapacita se určí ze vzorce:[3]

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

I_MAX - maximální proud odebíraný zátěží
f - frekvence výstupního napětí (pro jednocestné usměrnění stejná jako vstupního napětí, pro dvoucestné zapojení dvojnásobná)
U_MAX - maximální hodnota výstupního napětí (maximální hodnota vstupního napětí snížená o úbytek na diodě/diodách)
U_MIN - 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. Vhodnou volbou kapacity je dosaženo toho, že pro daný zátěžný proud napětí nepoklesne pod stanovenou mez.

Okazy

Reference

KŮS, Václav. Elektrické pohony a výkonová elektronika. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, 2005. ISBN 80-7043-422-8.
PAVELKA, Jiří; ČEŘOVSKÝ, Zdeněk. Výkonová elektronika. 2. vyd. Praha: České vysoké učení technické, 2000. ISBN 80-01-02094-0.
HAMMERBAUER, Jiří. Elektronické napájecí zdroje a akumulátory. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, 1998. ISBN 80-7082-411-5.

Související články

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu usměrňovač na Wikimedia Commons

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

[:0-1] KŮS, Václav. Elektrické pohony a výkonová elektronika. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, 2005. ISBN 80-7043-422-8.

[2] PAVELKA, Jiří; ČEŘOVSKÝ, Zdeněk. Výkonová elektronika. 2. vyd. Praha: České vysoké učení technické, 2000. ISBN 80-01-02094-0.

[3] HAMMERBAUER, Jiří. Elektronické napájecí zdroje a akumulátory. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, 1998. ISBN 80-7082-411-5.