Klasifikácia polovodičových usmerňovačov

Zariadenie určené na premenu energie zdroja striedavého prúdu na jednosmerný prúd sa nazýva usmerňovač. Usmerňovač môže byť znázornený vo forme blokovej schémy znázornenej na obr. 1.

Poďme charakterizovať hlavné prvky schémy:

a) výkonový transformátor slúži na prispôsobenie vstupného a výstupného napätia usmerňovača a elektrické oddelenie jednotlivých obvodov usmerňovača (t.j. oddeľuje napájaciu sieť a sieť záťaže);

b) ventilový blok poskytuje jednosmerný tok prúdu v zaťažovacom obvode, v dôsledku čoho sa striedavé napätie mení na pulzujúce napätie;

v) vyhladzovací filter určený na zníženie zvlnenia napätia v záťaži na požadovanú hodnotu;

G) Regulátor napätia, slúži na stabilizáciu priemernej hodnoty usmerneného napätia pri kolísaní napájacieho napätia alebo pri zmene záťažového prúdu.

Ryža. 1 — Bloková schéma usmerňovača

Vzťah medzi parametrami v usmerňovači závisí vo veľkej miere od obvodu usmerňovača.Pod obvodom usmerňovača rozumieme schému zapojenia vinutí transformátora a postup pripojenia ventilov k sekundárnym vinutiam transformátora.

Usmerňovacie obvody (usmerňovače) sú klasifikované podľa týchto hlavných charakteristík:

1. Počtom fáz napájania striedavým prúdom rozlišuje jednofázové usmerňovače resp. trojfázové usmerňovače.

2. Spôsobom pripojenia ventilov k sekundárnemu vinutiu transformátora — nulové obvody využívajúce nulový (stredný) bod sekundárneho vinutia transformátorových a mostíkových obvodov, v ktorých je nulový bod izolovaný alebo sekundárne vinutia transformátora sú trojuholníkové pripojený.

Jednofázový mostíkový obvod usmerňovača

Časové diagramy napätí a prúdov mostíkového usmerňovača

Pri kladnej polarite napätia na sekundárnom vinutí transformátora (polarita je označená bez zátvoriek) v intervale 0 — υ1 (0 — π) je prúd prenášaný diódami D1 a D2. Úbytok napätia na diódach v intervale vedenia je blízky nule (ideálne ventily), preto sa na záťaž privedie kladná polvlna napätia na sekundárnom vinutí transformátora, čím sa na nej vytvorí napätie ud = u2. V intervale υ1 — υ2 (π — 2π) dôjde k prepólovaniu napätí u1 a u2, čo povedie k odblokovaniu diód D3 a D4. V tomto prípade bude napätie u2 pripojené k záťaži s rovnakou polaritou ako v predchádzajúcom intervale. Preto výstupné napätie ud s čisto odporovou záťažou mostíkového usmerňovača má tvar unipolárnych polvĺn napätia (ud = u2).

3.Príkon záťažových usmerňovačov sa delí na nízky výkon (jednotky kW), stredný výkon (desiatky kW) a vysoký výkon (Ppot> 100 kW).

4. Bez ohľadu na výkon usmerňovača sú všetky obvody rozdelené na jednocyklové alebo polcyklové a dvojtaktné (plnovlnné).

Jednocyklové - sú to obvody, v ktorých prúd prechádza sekundárnymi vinutiami transformátora raz za periódu (pol periódy alebo jej časť). Všetky nulové okruhy sú jednoduché.

Jednofázový celovlnný usmerňovací obvod s výstupom nulového bodu transformátora

Časové diagramy jednofázového nulového usmerňovača s aktívnou záťažou

Úplné usmernenie vlny v obvode sa dosiahne vytvorením transformátora s dvoma sekundárnymi vinutiami. Vinutia sú zapojené do série a majú spoločný nulový (stredný) bod. Voľné konce sekundárnych vinutí transformátora sú spojené s anódami ventilov D1 a D2 a katódy ventilov spojené dohromady tvoria kladný pól usmerňovača. Záporný pól usmerňovača je spoločný (neutrálny) bod pripojenia sekundárnych vinutí. Transformátor teda slúži v tomto obvode jednak na prispôsobenie veľkosti napájacieho napätia a napätia v záťaži, jednak na vytvorenie stredného (nulového) bodu. Je zrejmé, že napätia na svorkách sekundárnych vinutí transformátora u1 a u2 (alebo EMF e1 a e2) majú rovnakú veľkosť a sú posunuté voči nulovému bodu o 180 °, t.j. sú v protifáze.

V každom okamihu táto dióda vedie prúd, ktorého anódový potenciál je kladný.Preto je v intervale 0 — π dióda D1 otvorená a fázové napätie sekundárneho vinutia transformátora ud = u2-1 je privedené na odpor záťaže Rn (Rd). Dióda D2 v rozsahu 0 — π je uzavretá, pretože je na ňu privedené záporné napätie. Na konci intervalu sú napätia a prúdy v obvode nulové.

V ďalšom pracovnom intervale obvodu π — 2π prepólujú napätia primárneho a sekundárneho vinutia, takže dióda D2 bude otvorená a dióda D1 zatvorená. Procesy v korekčnom reťazci sú tiež iteratívne. Usmernená krivka napätia ud pozostáva z unipolárnych polvĺn fázového napätia sekundárneho vinutia transformátora. Tvar záťažového prúdu pri čisto odporovej záťaži sleduje tvar napätia. Diódy D1 a D2 vedú prúd v sérii po dobu pol periódy.

5. Po predchádzajúcej dohode:

a) usmerňovače s nízkym výkonom, spravidla jednofázové, používané v riadiacich systémoch, na napájanie jednotlivých blokov elektronických zariadení, v meracích zariadeniach atď.;

b) stredný a vysoký výkon usmerňovačov slúžia ako zdroje energie pre priemyselné inštalácie.

6. Schémy vyrovnávania sú rozdelené na jednoduché a zložité. Jednoduché obvody zahŕňajú jednofázové a trojfázové, neutrálne a mostové obvody. V zložitých (alebo zložitých obvodoch) je niekoľko jednoduchých obvodov zapojených sériovo alebo paralelne.

7. Podľa druhu (povahy) nákladu. Jednofázové usmerňovacie obvody sa vyznačujú výraznou pulzáciou usmerneného napätia. Na zníženie zvlnenia napätia na záťaži sa používajú vyhladzovacie filtre založené na reaktívnych prvkoch tlmiviek (L) a kondenzátory (C). Charakter vstupného obvodu vyhladzovacieho filtra spolu so záťažou určuje typ záťaže usmerňovača. Rozlišuje sa prevádzka usmerňovača pre aktívnu záťaž (R – NG), aktívnu indukčnú záťaž (RL – NG), aktívnu záťaž a kapacitný filter (RC – NG).

Spoločné pre všetky usmerňovače je ich použitie hlavne s RL — NG. Je to spôsobené tým, že nízkovýkonové usmerňovače najčastejšie pracujú s LC filtrom a vysokovýkonné s L filtrom.

7. Pri riadení rozlišujte neriadené a riadené usmerňovače.

Ph.D. Kolyada L.I.