Historicky bylo výhodnější a levnější získávat elektřinu ve formě střídavého proudu generovaného generátory elektráren. Takové znázornění umožnilo efektivně jej přenášet na velké vzdálenosti. Na přijímacím konci bylo převedeno na jednofázové napětí vhodné pro spotřebitele a v této podobě vstoupilo do elektrického vedení. Interní obvody většiny moderních elektrických spotřebičů však vyžadují stálé napájení, jehož hodnota je vybrána ze standardního rozsahu 5, 9, 12, 24, 36 nebo 48 voltů. K jejich získání bylo nutné do obvodu elektronických zařízení zavést speciální usměrňovač napětí (například pro 24 voltů).
Princip fungování usměrňovače
Pro jasné pochopení principu činnosti stejnosměrného usměrňovače musíte nejprve vzít v úvahu, že k usměrnění střídavého napětí se používají polovodičové prvky (diody). Jejich charakteristickým rysem je schopnost vést proud pouze jedním směrem. Kvůli této vlastnosti bude mít střídavé napětí, které je na ně aplikováno na výstupu, formu pozitivních vln s odříznutím spodních polovin poloviny periody oscilací. S kladnými polovičními vlnami protéká diodou proud, který je základem pro vytvoření konstantního napájecího zdroje. K jeho získání jsou zapotřebí další elektrické prvky.
Jakýkoli usměrňovač proudu obsahuje následující hlavní jednotky:
- Transformátor sestupný, který převádí 220 voltů na požadovanou hodnotu;
- sada diod (můstek);
- vyhlazovací (filtrační) kondenzátor;
- stabilizátor vyrobený na bázi tranzistorových prvků.
Je známo mnoho variant elektronických usměrňovačů, které se liší počtem a způsobem připojení diod i provozními parametry. Obzvláště zajímavé jsou různé přístupy k začlenění diodových prvků do obvodu. Stabilizační stupeň usměrňovače je sestaven na tranzistorových spínačích nazývaných elektronická relé.
Typy usměrňovačů
V závislosti na způsobu zapnutí polovodičových diod jsou všechny střídavé usměrňovače rozděleny do následujících typů:
- půlvlna (půlvlna);
- plná vlna (plná vlna se středem nebo Mitkevichova schémata);
- můstkové nebo Gretzovy usměrňovače;
- usměrňovače se zdvojnásobením provozního napětí a další méně běžné obvody.
Poloviční vlna je nejjednodušší metoda používaná pro střídavé usměrňování. Jiným názvem je nulový obvod usměrňovače.
Pomocí zařízení této třídy je možné získat pouze pulzující (použitý pouze poloviční) výstupní proud. Obvody založené na principu půlvlny se vyznačují nízkou účinností konverze a používají se jen zřídka. Jejich protějšky s plnou vlnou mají ve svém složení dvě diody a zajišťují nápravu polovičních vln obou polarit. Jsou efektivnější a používají se v nejjednodušších zdrojích napájení.
Jednofázové můstkové usměrňovače, takzvané 4-diodové Gretzovy obvody, se vyznačují vysokou účinností, kterou se rozumí účinnost využití energie přijímané z transformátoru.
Napětí na výstupu můstků polovodičových usměrňovačů je dobrým základem pro následné vyhlazení a stabilizaci - získání stejnosměrného proudu.
Jsou široce používány v zařízeních se zvýšenou energetickou intenzitou, jako jsou generátory s výstupním napětím od desítek do stovek voltů. Mezi jejich výhody patří:
- nízké zpětné napětí (zlomek voltu);
- malá velikost;
- vysoká účinnost použití transformátoru (ve srovnání se schématem Mitkevich).
Významnou nevýhodou můstkových obvodů je dvojnásobný pokles napětí napříč diodami, takže je nutné při jejich vývoji volit výstupní parametry transformátoru s rezervou. Tato část využitelné energie se pak ztratí na křižovatkách čtyř diod.
Typy usměrňovače podle funkčnosti
Podle jejich účelu a funkčnosti jsou známé vzorky usměrňovačů rozděleny na jednofázová a třífázová zařízení. První se používají v elektrických sítích bytových domů a soukromých domů a jsou určeny k napájení domácích spotřebičů. Druhým je elektronický modul 3 stejného typu jednotek, vyrobený podle jednoho z následujících schémat:
- jednostranné usměrňovače;
- systémy push-pull;
- kombinované moduly: se dvěma třífázovými vinutími s paralelním a sériovým zapojením diod.
Použití transformačních obvodů s jedním zakončením je omezeno kvůli nízké účinnosti usměrněného napětí. Jejich dvoutaktní analogy jsou široce používány v stejnosměrných motorech a jiných elektrických strojích, které ve svém designu obsahují kartáčové sestavy. Kromě klasických usměrňovačů určených pro instalaci do kolektorových motorů existují obvody, které mohou výstupní napětí několikrát zvýšit. Zvláštním případem takových řešení je usměrňovač zdvojnásobení napětí.
Obvod usměrňovače se zdvojnásobením napětí se liší pouze v detailech od již uvažovaných možností. Taková zařízení se obvykle nazývají multiplikátory, které se snadno sestavují ručně.
Základní vztahy při výpočtu usměrňovače
- vstupní napětí působící v sekundárním vinutí transformátoru;
- proud v diodách, tekoucí v obvodu, s přihlédnutím k zatížení;
- kapacita elektrolytického kondenzátoru zvoleného na základě zadaného faktoru vyhlazení zvlnění;
- maximální napětí na něm.
Je důležité vzít v úvahu pokles napětí na polovodičových diodách, když jsou otevřené.
Vypočítané poměry pro tento případ jsou uvedeny v následující formě.
- Proud ve vinutí transformátoru se rovná velikosti maximální hodnoty v zátěži (Iwind = Iload).
- Napětí v sekundárním vinutí v režimu bez zátěže je U2 ≈ 0,75 Uload.
- Doporučuje se vzít usměrňovací diody s následujícími parametry: Urev> 3.14Uload a Imax> 1.57Iload.
Usměrňovače jsou široce používány v různých oblastech elektrotechniky a elektroniky, včetně moderních řídicích systémů. Proto je tak důležité pochopit, co jsou usměrňovače a jaké typy se používají k sestavení nejúčinnějších obvodů.
