Vlastnosti a princip činnosti třífázového usměrňovače, můstkového usměrňovacího obvodu, jednofázového zařízení

Primární použití usměrňovačů je vést zdroj stejnosměrného proudu (DC) ze zdroje střídavého proudu (AC). Téměř všechna elektronická zařízení vyžadují stejnosměrný proud, proto se v napájecích zdrojích pro velmi širokou škálu elektronických zařízení používají třífázové usměrňovače.

Řetěz plného cyklu

Je to obvod usměrňovače, který převádí střídavé napětí na stejnosměrné napětí. Tyto obvody se nazývají celovlnné usměrňovače, protože generují výstup s plným cyklem.

Výhody třífázových usměrňovačů:

1. Vzhledem k jejich nízkým nákladům ve srovnání s centrálním pushem jsou široce používány v napájecím řetězci.
2. To lze použít k detekci amplitudy modulovaného rádiového signálu.
3. Pro napájení polarizovaného napětí pro svařování lze použít můstkové usměrňovače.

Obvod třífázového usměrňovače

Většina průmyslových napájecích zdrojů pro elektromotory a svařovací aplikace používá třífázové střídavé napětí. To znamená, že zařízení pro tyto obvody musí používat třífázový můstek, který má šest diod pro zajištění celovlnného usměrnění (dvě diody na každé vedení tří fází). Tento obrázek ukazuje elektrický třífázový usměrňovací můstkový obvod.

Na schématu sekundární vinutí třífázového transformátoru na diodě zařízení. 1D, 3D a 5D jsou spojeny dohromady, aby poskytly společný bod pro záporný stejnosměrný výstupní výkon. 2D, 4D a 6D jsou spojeny tak, aby poskytovaly společný bod pro kolík konstantního kladného výstupního výkonu.

Elektronický obvod třífázového můstkového usměrňovače, kde je připojen k sekundárnímu vinutí třífázového transformátoru. Třífázové vstupní sinusové vlny (b). Šest půlvln pro stejnosměrný výstup. Dobrým pravidlem pro určování připojení na diodových zařízeních je, že vstupní střídavé napětí (U) bude připojeno k můstku, kde jsou připojeny anoda a katoda libovolných dvou diod.

Protože k tomu dochází ve dvou bodech můstku, vstup U nemá definovanou polaritu. Kladný vodič pro napájení bude připojen k můstku, kde jsou připojeny dvě katody diod, a záporný vodič bude připojen k můstku a připojeny dvě anody diod.

Protože se šest půlvln překrývá, stejnosměrné napětí nemá šanci dosáhnout nulového bodu napětí, takže průměrné stejnosměrné výstupní napětí je velmi vysoké.

Třífázový celovlnný můstkový usměrňovač se používá tam, kde je požadované množství stejnosměrného výkonu velké a účinnost transformátoru musí být vysoká. Protože se půlvlnné výstupy překrývají, poskytují nízké procento zvlnění.

V tomto obvodu je výstupní zvlnění šestinásobkem vstupní frekvence. Protože je procento zvlnění nízké, lze výstup U (DC) použít bez velkého filtrování. Tento typ zařízení je kompatibilní s transformátory zapojenými do hvězdy nebo trojúhelníku.

Zařízení typu most

Obvod třífázového můstkového usměrňovače používá šest diod (nebo tyristory, pokud je vyžadováno řízení). Výstupní napětí je charakterizováno třemi hodnotami: minimální U, průměrné U a špičkové napětí.

Celovlnný třífázový usměrňovač je podobný Heitzově můstku.

Schéma plnovlnného třífázového zařízení. Konvenční třífázový usměrňovač nepoužívá nulový vodič. Pro síť 230 V / 400 V mezi dvěma vstupy usměrňovače. Mezi těmito 2 vstupy je vždy složené napětí U (= 400 V).

Zařízení bez dozoru znamená, že průměrný výstup U pro tento vstup U nelze upravit. Nekontrolované usměrnění využívá diody.

Řízený usměrňovač umožňuje regulovat průměrné výstupní napětí působením na zpoždění odezvy tyristoru (používá se místo diod). Tento příkaz vyžaduje složitý elektronický obvod. Dioda se chová jako tyristor, zatížený bez zpoždění. Usměrněné napětí vypadá takto.

Výstupní U třífázové výstupní napětí. K dispozici je celkem 7 křivek: 6 sinusoid a červená křivka spojující horní část sinusoid ("sinusové čepičky"). 6 sinusoid představuje 3 napětí, která tvoří U mezi fázemi a 3 stejná napětí, ale s opačným znaménkem:

U31 = -U13U23 = -U32U21 = -U12.

Červená křivka představuje U na výstupu usměrňovače, tedy na svorkách odporové zátěže. Toto U neplatí pro neutrál. Ona plave. Toto U se pohybuje mezi 1,5 V max a 1,732 V max (odmocnina ze 3).

Umax je špičková hodnota jednoho napětí a je 230 × 1,414 = 325 V.

Vlastnosti třífázového napětí

Křivka působící pouze na odporovou zátěž, neřízené usměrnění (diodami), se na rozdíl od monofrekvenčního zařízení (Greutzův můstek) nevrátí k nule. Zvlnění je tedy mnohem nižší a rozměry induktoru a/nebo vyhlazovacího kondenzátoru jsou méně omezující než u Heitzova můstku.

Pro získání nenulového výstupu U jsou zapotřebí alespoň dvě fáze. Minimální, maximální a průměrná hodnota napětí. Číselně pro síť 230 V / 400 V kolísá usměrněné napětí mezi minimálním napětím: 1,5 V min = 1,5 x (1,414 × 230) = 488 V a maximálním: 1,732 Vmax = 1,732 x (1,414 × 230) = 563 V.

Průměrná hodnota třífázového usměrněného napětí: avg = 1,654Vmax = 1,654 x (1,414 × 230) = 538 V.

Výstupní napětí třífázového výstupního usměrňovače (zoom). 3-fázový celovlnný usměrňovač MDS 130A 400V. 5 svorek: 3 fáze, + a -. Tento usměrňovač obsahuje 6 diod.

Lze tedy shrnout následující body:

• 6 diod, 2 diody na fázi - slabé zvlnění oproti jednovlnnému usměrňovači (Heitzův můstek);
• průměrná hodnota usměrněného napětí: 538 V pro síť 230 V / 400 V;
• nulový vodič třífázový usměrňovač nepoužívá.

Jednofázové zařízení s plnou vlnou

Na obrázku je jednofázový plnoprůtokový řízený usměrňovač se zátěží R.

Jednofázový plně řízený usměrňovač umožňuje přeměnu jednofázového AC na DC. Běžně se používá v různých aplikacích, jako je nabíjení baterie, řízení rychlosti motoru DC napájecí zdroj a přední strana UPS (nepřerušitelný zdroj napájení) a SMPS (vypínatelný zdroj napájení) režim).

Všechna čtyři použitá zařízení jsou tyristory. Spínací časy těchto zařízení závisí na spouštěcích signálech. K vypnutí dojde, když proud protékající zařízením dosáhne nuly a dojde k jeho zpětnému vychýlení po dobu alespoň po dobu rovnající se době vypnutí zařízení uvedené v datovém listu:

• V kladných semicyklických tyristorech T1 a T2 vystřelují pod úhlem α.
• Když T1 & T2 vede Vo = Vs IO = je = Vo / R = Vs / R.
• V záporné polovině cyklu vstupního napětí SC3 jsou T3 a T4 spouštěny pod úhlem (π + α).
• Zde je výstupní proud a napájecí proud v opačném směru. T3 a T4 se vypnou při 2π.

Provoz diodového můstku

Skládá se ze čtyř diod a tato konfigurace je připojena přes zátěž.

Během kladného půlcyklu jsou vstupy diod D1 a D2 dopředně předpětí a D3 a D4 jsou zpětně předpětí. Když napětí, které překročí prahovou úroveň diod D1 a D2, začne vést - začne jím protékat proud, jak je znázorněno na obrázku níže na červené čáře.

Během záporného půlcyklu střídavého vstupu jsou diody D3 a D4 předpětí a D1 a D2 jsou obrácené. Zatěžovací proud začne protékat diodami D3 a D4, když tyto diody začnou vést, jak je znázorněno na obrázku.

V obou případech je směr zatěžovacího proudu stejný, jak je znázorněno na obrázku jednostranný, což znamená DC. Při použití můstkového usměrňovače se tedy vstupní střídavý proud převádí na stejnosměrný. Výstup do zátěže s tímto můstkovým usměrňovačem je pulzující, ale čistý stejnosměrný proud vyžaduje další filtr, jako je kondenzátor. Stejná operace je použitelná pro různé můstkové usměrňovače, ale v případě řízených usměrňovačů se spouští tyristor pro řízení proudu pro zátěž.

Režim 1 (α až π). V kladném půlcyklu aplikovaného střídavého signálu jsou T1 a T2 předpětí a mohou být zapnuty pod úhlem a. Napětí zátěže se rovná kladnému okamžitému střídavému napájecímu napětí.

Režim 2 (π toπ + α). Když wt = π, příkon je nulový a po π bude záporný. Ale indukčnost působí proti jakýmkoli změnám, aby udržela zátěž DC ve stejném směru.

Kvůli tomuto indukovanému napětí SC1, T1 a T2 jsou předsunuty navzdory zápornému napájecímu napětí. Zátěž tedy funguje jako zdroj a uložená energie v induktoru se vrací zpět do zdroje střídavého proudu.

Režim 3 (π + α až 2π). Při wt = π + α se SCR T3 a T4 zapnou a T1, T2 - zpětné předpětí. Proces vedení se tak přenese z T1, T2 na T3, T4. Při kladném zátěžovém napětí a spotřebě energie je proud zachován.

Režim 4 (od 2π do 2π + α). Při wt = 2π prochází vstupní napětí nulou.

Porovnání jednofázových a třífázových zařízení

Jednofázový usměrňovač je obecně levnější než třífázový usměrňovač stejného výkonu, ale tato cenová výhoda se stává méně významnou při vyšším zatížení. Větší usměrňovače se používají ve velkých UPS systémech, galvanických, elektročistících a eloxovacích provozech, velkých stejnosměrných ovladačích motorů atd.

Každé zařízení nad 10 kW musí mít třífázový vstup. Navíc střídavé regulátory s proměnnou frekvencí, které přímo usměrňují síť bez transformátoru, mají třífázový usměrňovač, ačkoli jednofázový vstup je možný pro motory menší než 5 kW.

Níže je uveden seznam výhod třífázových a jednofázových usměrňovačů se stejným výkonem:

1. Vstupní proud sítě je nižší a vyvážený mezi třemi fázemi. Tato rovnováha je důležitá, pokud zatížení usměrňovače tvoří významnou část celkového zatížení vašeho závodu.
2. Vstupní harmonické proudy jsou menší a snáze potlačitelné.
3. Výstupní zvlnění je mnohem menší a frekvence je 3x vyšší než u jednofázového usměrňovače. Díky tomu je vyhlazování mnohem jednodušší pomocí menších tlumivek a/nebo kondenzátorů.

Průměrný proud každého z nich je asi 67 % hodnoty pro jednofázový usměrňovač. Lze tedy použít menší zařízení, která se snáze rozmístí po radiátorech. U malých zařízení nejsou tyto výhody tak důležité. Ale u velkých usměrňovačů (nad 10 kW) nabývají na významu.