Jednofázový můstkový usměrňovací obvod

Usměrnění je zde uvažováno jako proces přeměny střídavého proudu na stejnosměrný proud pomocí elektrických prvků, které vedou proud převážně nebo výhradně v jednom směru. Takové prvky – polovodičové diody – mají nízký odpor, když proud teče jedním směrem, a velmi vysoký odpor, když proud teče opačným směrem.

Ideální usměrňovač má nulový odpor ve vodivém směru a nekonečný odpor ve zpětném směru a je to automatický spínač, který spíná a otevírá obvod při změně polarity napětí.

V jednofázovém můstkovém obvodu je na jednu z úhlopříček můstku připojen zdroj střídavého napětí (sekundární vinutí transformátoru) a na druhou zátěž.

V můstkovém obvodu pracují diody ve dvojicích: během jedné poloviny periody síťového napětí protéká proud ze sekundárního vinutí transformátoru přes obvod VD1, RN, VD2 a během druhého půlcyklu – přes obvodu VD3, RN, VD4 a v každém půltaktu protéká proud zátěží jedním směrem, což zajišťuje narovnání. Přepínání diod nastává, když střídavé napětí překročí nulu.

Obr.1. Jednofázový můstkový usměrňovací obvod

Časová schémata pro můstkový obvod jsou na obrázku 2.

V můstkovém obvodu prochází v každé půlperiodě proud současně dvěma diodami (např. VD1, VD2), proto časové závislosti proudů a napětí budou patřit do dvojic ventilů. Průměrné napětí na výstupu usměrňovače

kde je U2? efektivní hodnota střídavého napětí na vstupu usměrňovače.

Efektivní hodnota střídavého napětí (proudu) je hodnota stejnosměrného napětí (proudu), která vyvine v daném činném odporu stejný výkon jako uvažovaná hodnota střídavého napětí (proudu).

Rýže. 2. Časová schémata činnosti jednofázového můstkového usměrňovacího obvodu: u2 – křivka vstupního střídavého napětí; iV1, iV2 – proudová křivka diod VD1 a VD2; uV1, uV2 – napětí na diodách VD1 a VD2; iV3, iV4 – proudová křivka diod VD3 a VD4; uV3, uV4 – napětí na diodách VD3 a VD4; in – křivka zatěžovacího proudu; un – křivka zátěžového napětí

Efektivní hodnota napětí na vstupu usměrňovače

Průměrná hodnota proudu procházející diodou je dvakrát menší než průměrná hodnota zatěžovacího proudu Id:

Diodou protéká maximální proud

Efektivní hodnota proudu diody

RMS hodnota střídavého proudu na vstupu usměrňovače

Maximální zpětné napětí na diodě v nevodivé části periody

Napětí zátěže se skládá z polovičních sinusových vln sekundárního napětí transformátoru, které následují za sebou. Po expanzi do Fourierovy řady může být napětí tohoto tvaru reprezentováno jako

Amplituda základní harmonické usměrněného napětí o frekvenci 2?

tedy činitel zvlnění usměrněného napětí

Výkon primárního a sekundárního vinutí ventilového transformátoru

Jmenovitý výkon transformátoru

Mezi nevýhody jednofázového můstkového obvodu patří: větší počet diod a tok proudu v každé půlcyklu dvěma diodami současně. Posledně jmenovaná vlastnost jednofázových můstkových usměrňovačů snižuje jejich účinnost v důsledku zvýšeného poklesu napětí na polovodičových strukturách ventilů. To je zvláště patrné u nízkonapěťových usměrňovačů pracujících s vysokými proudy.

Přes uvedené nevýhody je můstkový usměrňovací obvod v praxi široce používán v jednofázových usměrňovačích různých výkonů.

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:

Třífázový můstkový usměrňovač je zařízení, které převádí třífázové střídavé napětí na stejnosměrné napětí. Skládá se ze šesti diod nebo tyristorů zapojených do můstku. Má větší účinnost a nižší zvlnění výstupního napětí než jednofázový můstkový usměrňovač. Tento usměrňovač se používá k napájení výkonných zátěží, jako jsou elektromotory, svářečky, nabíječky atd.

Pokud se pro stejnosměrné obvody s nízkým výkonem používají jednofázové nebo můstkové jednofázové usměrňovače, pak jsou někdy potřeba třífázové usměrňovače pro napájení výkonnějších zátěží.

Třífázové usměrňovače umožňují získat velké hodnoty stejnosměrných proudů s nízkou úrovní zvlnění výstupního napětí, což snižuje požadavky na vlastnosti vyhlazovacího výstupního filtru.

Nejprve tedy zvažte jednocyklový třífázový usměrňovač, který je znázorněn na obrázku níže:

V jednopólovém obvodu znázorněném na obrázku jsou na svorky sekundárních vinutí třífázového transformátoru připojeny pouze tři usměrňovací diody. Zátěž je připojena k obvodu mezi společným bodem, ve kterém se sbíhají katody diod, a společnou svorkou tří sekundárních vinutí transformátoru.

Podívejme se nyní na časové diagramy proudů a napětí vyskytujících se v sekundárních vinutích transformátoru a na jedné z diod třífázového jednopólového usměrňovače:

Některá stejnosměrná zařízení vyžadují vyšší napájecí napětí, než může poskytnout výše uvedený jednokoncový obvod. Proto je v některých případech vhodnější třífázový usměrňovací obvod push-pull. Jeho schéma je znázorněno na obrázku níže.

Jak jsme již poznamenali, požadavky na filtr klesají, můžete to vidět na grafech. Tento obvod je známý jako třífázový usměrňovač Larionovův můstek:

Nyní se podívejte na schémata a porovnejte je s jednopólovým obvodem. Výstupní napětí v můstkovém obvodu je snadno reprezentováno jako součet napětí dvou jednopólových usměrňovačů pracujících v opačných fázích. Napětí Ud = Ud1+Ud2. Počet výstupních fází je samozřejmě větší a frekvence zvlnění sítě je větší.

V tomto konkrétním případě existuje šest fází konstantního napětí namísto tří, které byly v jednocyklovém obvodu. To je důvod, proč jsou požadavky na antialiasingový filtr sníženy a v některých případech je možné jej zcela obejít.

Tři fáze vinutí, spojené se dvěma půlcykly usměrnění, dávají hlavní frekvenci zvlnění rovnou šestinásobku síťové frekvence (6 * 50 = 300). To je patrné z diagramů napětí a proudu.

Můstkové zapojení lze považovat za kombinaci dvou jednokoncových třífázových obvodů s nulovým bodem, přičemž diody 1, 3 a 5 jsou katodovou skupinou diod a diody 2, 4 a 6 jsou anodovou skupinou.

Zdá se, že dva transformátory jsou spojeny do jednoho. V každém okamžiku, kdy diodami prochází proud, jsou do procesu zapojeny současně dvě diody – jedna z každé skupiny.

Otevře se katodová dioda, na kterou je přiveden vyšší potenciál vzhledem k anodám opačné skupiny diod, a v anodové skupině se otevře právě ta dioda, na kterou je přiveden potenciál nižší než na katodách diod katody. skupina.

K přechodu pracovních časových intervalů mezi diodami dochází v okamžicích přirozeného sepnutí, diody pracují v pořádku. V důsledku toho lze potenciál společných katod a společných anod měřit pomocí horní a dolní obálky grafů fázového napětí (viz diagramy).

Okamžité hodnoty usměrněných napětí se rovnají potenciálnímu rozdílu mezi katodovými a anodovými skupinami diod, to znamená součtu souřadnic v diagramu mezi obálkami. Usměrněný proud sekundárních vinutí je znázorněn v diagramu pro odporovou zátěž.

Stejným způsobem můžete z třífázového transformátoru získat více než šest fází konstantního napětí: devět, dvanáct, osmnáct a ještě více. Čím více fází (čím více párů diod) v usměrňovači, tím nižší je úroveň zvlnění výstupního napětí. Zde se podívejte na obvod s 12 diodami:

Zde třífázový transformátor obsahuje dvě třífázová sekundární vinutí, jedna ze skupin je spojena do obvodu „trojúhelník“, druhá do obvodu „hvězda“. Počet závitů ve vinutí skupin se liší faktorem 1,73, což umožňuje získat stejné hodnoty napětí z hvězdy a trojúhelníku.

V tomto případě je fázový posun napětí v těchto dvou skupinách sekundárních vinutí vůči sobě navzájem roven 30°. Protože jsou usměrňovače zapojeny do série, výstupní napětí se sečte a frekvence zvlnění při zátěži je nyní 12krát větší než frekvence sítě, zatímco úroveň zvlnění je nižší.

Pro zlepšení výkonu třífázového můstkového usměrňovače lze použít různé způsoby řízení a regulace. Můžete například použít řízené usměrňovače na bázi tyristorů, tranzistorů nebo IGBT, které umožňují měnit fázový úhel zapínání nebo vypínání klíčových prvků a tím upravovat výstupní napětí a proud. Ke snížení harmonických, zvlnění a šumu v obvodu usměrňovače lze také použít filtry, tlumivky nebo kondenzátory.

Třífázový můstkový usměrňovač je široce používán v různých oblastech elektrotechniky a elektroniky, jako jsou frekvenční měniče, spínané zdroje, nabíječky, elektropohony, elektrolyzéry a další. Je vysoce účinný, spolehlivý a má jednoduchou konstrukci, což z něj činí jeden z nejběžnějších typů usměrňovačů.

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