Historicky je výhodnější a levnější získat elektřinu ve formě střídavého proudu generovaného generátory elektráren. Taková reprezentace umožnila efektivní přenos na velké vzdálenosti. Na přijímacím konci byl převeden na jednofázové napětí vhodné pro spotřebitele a v této podobě vstoupil do elektrického vedení. Vnitřní obvody většiny moderních přijímačů energie však vyžadují konstantní napájení, jejichž hodnota je vybrána ze standardní řady hodnot 5, 9, 12, 24, 36 nebo 48 voltů. K jejich získání bylo třeba do obvodu elektronických zařízení zavést speciální usměrňovač napětí (například pro 24 V).
Princip činnosti usměrňovače
Pro jasné pochopení principu činnosti stejnosměrného usměrňovače musíte nejprve zvážit, že k usměrnění střídavého napětí se používají polovodičové prvky (diody). Jejich rozlišovací vlastností je schopnost vést proud pouze jedním směrem. Díky této vlastnosti bude mít střídavé napětí, které se na ně přivádí na výstupu, tvar kladných pulzací s dolní polovinou periody oscilace. Při kladných půlvlnách bude proudem procházet proud diodou, která je základem pro vytvoření konstantního napájení. K jeho získání jsou zapotřebí další elektrické prvky.
Jakýkoli aktuální usměrňovač obsahuje následující hlavní uzly:
- Krokový transformátor, který převádí 220 voltů na požadovanou hodnotu;
- sada diod (můstek);
- vyhlazovací (filtrační) kondenzátor;
- stabilizátor vyrobený na základě tranzistorových prvků.
Existuje mnoho možností pro elektronické usměrňovače, lišící se počtem a způsobem připojení diod, jakož i jejich provozními parametry. Obzvláště zajímavé jsou různé přístupy k začlenění diodových prvků do obvodu. Stabilizační kaskáda usměrňovače je sestavena na tranzistorových spínačích, které se nazývají elektronická relé.
Druhy usměrňovačů
V závislosti na způsobu zapínání polovodičových diod jsou všechny střídavé usměrňovače rozděleny do následujících typů:
- půlvlna (půlvlna);
- dvě půlvlny (plná vlna se středovým nebo Mitkevichovým schématem);
- Gretzův most nebo usměrňovače;
- usměrňovače se zdvojnásobením provozního napětí a dalších, méně obvyklých obvodů.
Půlvlnné přepínání je nejjednodušší metoda použitá k usměrnění střídavého proudu. Jiným názvem je obvod nulového usměrňovače.
Pomocí zařízení této třídy je možné získat pouze pulsující (používá se pouze poloviční) výstupní proud. Schémata založená na principu půlvlny se vyznačují nízkou účinností konverze a používají se jen zřídka. Jejich protějšky s půlvlnou mají dvě diody a poskytují polopásmovou rektifikaci obou polarit. Jsou účinnější a používají se v jednoduchých napájecích zdrojích.
Jednofázové můstkové usměrňovače, takzvané Gretzovy obvody se 4 diodami, se vyznačují vysokou účinností, která se chápe jako účinnost využití energie přijaté z transformátoru.
Napětí na výstupu polovodičových usměrňovacích můstků je dobrým základem pro následné vyhlazení a stabilizaci - pro získání stejnosměrného proudu.
Jsou široce používány v zařízeních se zvýšenou energetickou náročností, jako jsou generátory s výstupním napětím od desítek do stovek voltů. Mezi jejich výhody patří:
- nízké zpětné napětí (frakce Volta);
- malé rozměry;
- vysoká účinnost použití transformátoru (ve srovnání se schématem Mitkevich).
Významnou nevýhodou můstkových obvodů je dvojnásobný pokles napětí napříč diodami, který je nutí, aby si vybraly výstupní parametry transformátoru s rezervou během jejich vývoje. Tato část užitečné energie je pak ztracena na křižovatkách čtyř diod.
Typy usměrňovačů podle funkčnosti
Podle jejich účelu a funkce jsou známé vzorky usměrňovačů rozděleny na jednofázové a třífázové zařízení. První se používají v elektrických sítích bytových domů a soukromých domů a jsou určeny k napájení domácích spotřebičů. Druhé jsou elektronický modul 3 jednotek stejného typu, vyrobený podle jednoho z následujících schémat:
- jednosměrné usměrňovače;
- push-pull systémy;
- kombinované moduly: se dvěma třífázovými vinutími s paralelním a sériovým připojením diod.
Použití schémat transformace s jedním cyklem je omezeno kvůli nízké účinnosti usměrněného napětí. Jejich analogie typu push-pull jsou široce používána u stejnosměrných motorů a dalších elektrických strojů, které ve své konstrukci obsahují sestavy kartáčů. Kromě klasických usměrňovačů určených pro instalaci v komutátorových motorech existují schémata, která mohou několikrát zvýšit výstupní napětí. Zvláštní případ takových řešení je usměrňovač zdvojnásobení napětí.
Usměrňovací obvod se zdvojnásobením napětí se v detailech liší od již uvažovaných možností. Taková zařízení se běžně nazývají multiplikátory, které se snadno sestavují vlastníma rukama.
Základní vztahy při výpočtu usměrňovače
Chcete-li vypočítat usměrňovač se dvěma vlnami zvolený jako příklad, potřebujete znát následující počáteční data:
- vstupní napětí působící v sekundárním vinutí transformátoru;
- proud v diodách proudících v obvodu s ohledem na zatížení;
- kapacita elektrolytického kondenzátoru, vybraná na základě daného koeficientu vyhlazení zvlnění;
- maximální napětí na něm.
Je důležité zvážit pokles napětí napříč polovodičovými diodami v otevřeném stavu.
Vypočtené poměry pro tento případ jsou uvedeny v následující podobě.
- Proud ve vinutí transformátoru se rovná velikosti jeho maximální hodnotě v zátěži (Iobm = Inagr).
- Napětí v sekundárním vinutí v klidovém režimu je U2≈ 0,75 Uload.
- Usměrňovací diody se doporučují s následujícími parametry: Ureb> 3,14 Uag a Imax> 1,57 Inag.
Usměrňovače jsou široce používány v různých oborech elektrotechniky a elektroniky, včetně moderních řídicích systémů. Proto je tak důležité pochopit, jaké současné usměrňovače jsou a jaké jsou jejich variace, které se používají k vytvoření nejúčinnějších obvodů.
