Usměrňovač

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

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).


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:

V současné době se používají téměř výhradně usměrňovače křemíkové.

Pro průmyslové účely se na přeměnu střídavého na stejnosměrný proud používalo dříve také spojení elektromotoru a dynama - motorgenerátor (neboli Ward Leonardovo soustrojí).

Z hlediska principu činnosti rozlišujeme tři typy usměrňovačů:

  • neřízený usměrňovač (diodový)
  • řízený usměrňovač (tyristorový, polořízený nebo plně řízený)
  • aktivní 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.

Zapojení neřízeného usměrňovače[editovat | editovat zdroj]

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..

Zapojení jednocestného usměrňovače

Dvoucestný usměrňovač propouští obě půlvlny vstupního napětí. Pokud je usměrňovač připojen na transformátor s dvojitým sekundárním vinutím, je možné jej realizovat pomocí dvou diod.

Zapojení dvoucestného usměrňovače

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

Zapojení Gratzova můstku

Filtrační kondenzátor[editovat | editovat zdroj]

Pro vyhlazení tepavého napětí se používá tzv. filtrační kondenzátor, jehož kapacita se spočítá
 C = \frac{k \cdot I_{vyst}}{p \cdot U_{ss}} [uF] kde
k je konstanta (pro dvoucestné zapojení je rovna 300, pro jednocestné usměrnění 600)
I_{vyst} [mA] proud zátěží (určí se podle elektrického odporu, nebo výkonu a napětí)
p [%] je tzv. činitel zvlnění (je-li 0% pak požadujeme dokonale vyhlazené napětí na výstupu)
definovaný jako U_{st} / U_{ss} kde U_{st} je efektivní hodnota střídavé složky napětí na filtračním kondenzátoru
U_{ss} [V] je výstupní stejnosměrné napětí