Prostowniki. 1. Prostowniki jednofazowych 2. Prostowniki trójfazowe 3. Zastosowania prostowników. Temat i plan wykładu WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

Transkrypt

1 POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA Temat i plan wykładu WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY Prostowniki 1. Prostowniki jednofazowych 2. Prostowniki trójfazowe 3. Zastosowania prostowników ELEKTRONIKA Jakub Dawidziuk sobota, 16 czerwca 2012

2 Prostowniki Prostownik jest układem przekształcającym napięcie przemienne na napięcie jednego znaku, które po dalszym odfiltrowaniu może być zamienione na napięcie stałe. Najczęściej wejściowym napięciem przemiennym jest napięcie sieciowe: 230 V, 50 Hz prostowniki jednofazowe; 400 V, 50 Hz prostowniki trójfazowe.

3 Prostowniki jednofazowe i trójfazowe prostowniki przekształcają napięcie przemienne na napięcie stałe, wartość stałego napięcia wyjściowego jest regulowana przez ustalenie odpowiedniego wejściowego napięcia przemiennego, dzielone są na układy jednopołówkowe (półokresowe, jednopulsowe) i dwupołówkowe (całookresowe, dwupulsowe), prostowniki jednofazowe i trójfazowe, prostowniki wielofazowe, prostowniki sterowane. Elektronika Jakub Dawidziuk sobota, 16 czerwca 2012

4 Symbole prostowników Symbol prostownika mostkowego (po lewej) i prostownika (po prawej) używane w schematach blokowych

5 Obudowy diod i mostków prostowniczych

6 Zastosowanie prostowników Prostowniki są stosowane w energetyce, zasilaniu maszyn i urządzeń (np. w elektrowozach), w galwanotechnice oraz w większości urządzeń elektronicznych zasilanych z sieci energetycznej lub jakimkolwiek napięciem przemiennym (np. układy elektryczne samochodów). Prostownikiem jest również detektor diodowy wykorzystywany do detekcji sygnału radiowego zmodulowanego modulacja amplitudy AM lub modulacja częstotliwości FM. Nazwa ''prostownik'' jest używana również w języku potocznym jako określenie ładowarki akumulatorów samochodowych. Technicznie nie jest to jednak określenie poprawne, ponieważ ładowarki składają się z transformatora, prostownika właściwego (często sterowanego), układu regulującego, itd.

7 Prostownik jednopołówkowy obciążenie R podczas dodatniej półfali dioda przewodzi, podczas ujemnej półfali dioda jest blokowana, kształt prądu diody powtarza kształt napięcia na obciążeniu.

8 Prostownik jednopołówkowy RC Q = I 0 T Q = C ΔU C ΔU = I 0 T C = I 0 / f ΔU T=1/f

9 Ładowanie akumulatora z prostownika jednopołówkowego dioda przewodzi jeżeli wartości chwilowe napięcia wejściowego przekroczą napięcie baterii, dioda jest blokowana w czasie kiedy wartości chwilowe napięcia zasilającego są niższe od napięcia baterii, kształt prądu diody powtarza kształt napięcia wymuszającego jego przepływ. (b) Przebiegi napięć i prądu

10 Ładowanie akumulatora przykład Układ ładowania akumulatora obliczania 12 V składa się ze źródła zasilającego e t Em sin t, ( E m 24 V, f 50 Hz ), rezystora R 4 ograniczającego prąd ładowania i diody o parametrach: U D 0, 6V napięcia przewodzenia przy 0 D 0 - spadek I ; r 0, 4 - rezystancja diody. Narysuj schemat ładowania akumulatora, oblicz, czy dioda nie zostanie uszkodzona pracując w temperaturze d 0 T a 25 C z prądem 1A. E m I F max R r F U D U A I F max 11,4V 4,4 2,59 A I AV I F max sin d I F max 2 cos cos 0 I F max I AV 2,59A 3,14 0,83A

11 Prostownik dwupołówkowy z wyprowadzonym punktem środkowym transformatora układ wymaga transformatora z wyprowadzonym punktem środkowym prostowana jest zarówno dodatnia i ujemna fala napięcia zasilającego gabaryty transformatora są dwa razy mniejsze w porównaniu z prostownikiem jednofazowym dla takich samych I 0 i pulsacji

12 Prostownik mostkowy pełnookresowy (dwupulsowy) z transformatorem N zero sieci masa elektroniki

13 Prostownik mostkowy pełnookresowy (dwupulsowy) może być użyty bez transformatora diody przewodzą podczas dodatnich i ujemnych półfal napięcia zasilającego, pojemność kondensatora filtrującego dwa razy mniejsza niż w 1f, dla tych samych Io i ΔU (dlaczego?) u s

14 Prostownik mostkowy-obliczanie Wartość skuteczna napięcia U sk =11,12V. Ile wynosi prąd graniczny I F(AV)m, który może w sposób ciągły przepływać przez diodę. Ile wynosi napięcie wsteczne na diodach? Spadek napięcia na diodach pomijamy.

15 Prostownik napięć symetrycznych na wyjściu napięcia symetryczne względem masy (dodatnie i ujemne o jednakowej wartości bezwzględnej), dobra sprawność ponieważ wykorzystywane są obie połówki okresu sygnału wejściowego we wszystkich uzwojeniach transformatora.

16 Prostownik trójfazowy jednopołówkowy Prostowniki trójfazowe charakteryzują się one znacznie mniejszym tętnieniem napięcia wyjściowego niż prostowniki jednofazowe. Jednopołówkowe Trójfazowy prostownik jednopołówkowy może działać tylko w układzie trójfazowym z przewodem neutralnym. Oznacza to, że układ źródeł napięcia (lub uzwojeń wtórnych transformatora) musi być połączony w gwiazdę (połączenie w trójkąt nie posiada przewodu zerowego).

17 Prostownik trójfazowy mostkowy Trójfazowy prostownik mostkowy (dwupołówkowy) może być stosowany w dowolnym układzie napięcia trójfazowego - zarówno z przewodem neutralnym jak i bez niego. Napięcie wyjściowe wykazuje bardzo małe tętnienie (w porównaniu do prostowników opisanych powyżej). Energia źródeł zasilania jest wykorzystywana w największym zakresie, co jest szczególnie istotne w przypadku urządzeń dużej mocy, jak np. spawarki transformatorowe. Często prostowniki w tego typu urządzeniach posiadają możliwość sterowania wartością prądu wyjściowego.

18 Prostowniki sterowane Wszystkie prostowniki mogą być używane również w postaci '''prostowników sterowanych'''. W prostownikach takich diody prostownicze zastępuje się tyrystorami prostowniczymi, które sterowane są za pomocą odpowiednich układów analogowych lub cyfrowych. Prostowniki sterowane są stosowane wszędzie tam, gdzie wymagana jest płynna regulacja mocy wyjściowej urządzenia - takie rozwiązanie jest szeroko stosowane np. w spawarkach transformatorowych lub automatycznych ładowarkach akumulatorów samochodowych (popularnie zwanych po prostu ''prostownikami''.

19 Prostowniki sterowane

20 Zasilacze napięcia stałego Zasilacz napięcia (prądu) stałego - transformatorowy, zbudowany jest z: transformatora zmieniającego napięcie zasilające (np. 230 V) na żądane napięcie (np. 24 V). Napięcie to jest prostowane poprzez diodę (prostownik półokresowy), lub mostek Graetza składający się z czterech diod (prostownik pełnookresowy). Wyprostowane napięcie może być wygładzone poprzez filtry składające się z cewki, opornika, dławika i kondensatorów elektrolitycznych i stabilizowane za pomocą scalonych układów stabilizujących. Popularne zasilacze transformatorowe występują najczęściej w obudowie zawierającej wtyk sieciowy i są wkładane bezpośrednio do gniazda sieciowego.