Najpogostejše sheme usmerjanja AC v DC

Usmernik je elektronska naprava, namenjena pretvarjanju električne energije iz izmeničnega v enosmerni tok. Usmerniki temeljijo na polprevodniških napravah z enostransko prevodnostjo - diode in tiristorji.

Pri nizki moči obremenitve (do nekaj sto vatov) se pretvorba izmeničnega toka v enosmerni tok izvede z uporabo enofaznih usmernikov. Takšni usmerniki so zasnovani za napajanje različnih elektronskih naprav z enosmernim tokom, vzbujevalnih navitij enosmernih motorjev majhne in srednje moči itd.

Za lažje razumevanje delovanja usmerniških vezij bomo izhajali iz izračuna, da usmernik deluje na uporovno obremenitev.

Enofazno, polvalovno (enociklično) usmerjevalno vezje

Slika 1 prikazuje najenostavnejši usmerjevalni krog. Vezje vsebuje usmernik, povezan med sekundarno navitje transformatorja in obremenitev.

Slika 1 - Enofazni polvalovni usmernik: a) vezje - dioda odprta, b) vezje - dioda zaprta, c) časovni diagrami delovanja

Napetost u2 se spreminja sinusno, tj.vsebuje pozitivne in negativne polovične valove (polperide). Tok v tokokrogu tovora prehaja le v pozitivnih pol-ciklih, ko se na anodo diode VD nanese pozitiven potencial (slika 1, a). Z obratno polarnostjo napetosti u2 je dioda zaprta, tok v obremenitvi ne teče, vendar se na diodo nanese povratna napetost Urev (slika 1, b).

Che. preko obremenitve se sprosti samo en polval napetosti sekundarnega navitja. Tok v obremenitvi teče samo v eni smeri in je enosmerni tok, čeprav ima pulzirajoč značaj (slika 1, c). To obliko napetosti (toka) imenujemo enosmerni impulz.

Usmerjene napetosti in tokovi vsebujejo DC (uporabno) komponento in AC komponento (valovanje). Kakovostno plat delovanja usmernika ocenjujemo z razmerjem med uporabno komponento ter napetostnim in tokovnim vzbujanjem. Faktor valovanja tega vezja je 1,57. Povprečna vrednost popravljene napetosti za obdobje Un = 0,45U2. Največja vrednost povratne napetosti diode Urev.max = 3,14Un.

Prednost tega vezja je njegova enostavnost, slabosti: slaba uporaba transformatorja, velika povratna napetost diode, visoko razmerje valovitosti popravljene napetosti.

Enofazno mostično usmerniško vezje

Sestavljen je iz štirih diod, povezanih v mostično vezje. Sekundarno navitje transformatorja je priključeno na eno diagonalo mostu, obremenitev pa na drugo (slika 2). Skupna točka katod diod VD2, VD4 je pozitivni pol usmernika, skupna točka anod diod VD1, VD3 je negativni pol.

Slika 2-Enofazni mostični usmernik: a) pozitivni polvalovni usmernik, b) negativni polvalovni usmernik, c) časovni diagrami delovanja

Polarnost napetosti v sekundarnem navitju se spreminja s frekvenco napajalnega omrežja. Diode v tem vezju delujejo v parih zaporedno. V pozitivnem polciklu napetosti u2 diode VD2, VD3 vodijo tok, na diode VD1, VD4 pa se napaja povratna napetost in se zaprejo. Med negativnim polciklom napetosti u2 teče tok skozi diode VD1, VD4, diodi VD2, VD3 pa sta zaprti.Bremenski tok teče ves čas v eni smeri.

Vezje je polnovalovno (push-pull), saj sta obe razpolovni dobi omrežne napetosti Un = 0,9U2, koeficient valovanja - 0,67 porazdeljeni po bremenu.

Uporaba diodnega preklopnega mostičnega vezja omogoča uporabo enofaznega transformatorja za popravljanje dveh pol-ciklov. Poleg tega je povratna napetost na diodo 2-krat manjša.

Porabniki srednje in velike moči se napajajo z enosmernim tokom trifazni usmerniki, katerega uporaba zmanjša trenutno obremenitev diod in zmanjša faktor valovanja.

Trifazno mostično usmerniško vezje

Vezje je sestavljeno iz šestih diod, ki so razdeljene v dve skupini (slika 2.61, a): katoda - diode VD1, VD3, VD5 in anoda VD2, VD4, VD6. Obremenitev je povezana med priključnimi točkami katod in anod diod, tj. na diagonalo stojnega mostu. Vezje je priključeno na trifazno omrežje.

Slika 3 - Trifazni mostični usmernik: a) vezje, b) časovni diagrami delovanja

V katerem koli trenutku bremenski tok teče skozi dve diodi.V katodni skupini dioda z največjim anodnim potencialom deluje v vsaki tretjini obdobja (slika 3, b). V anodni skupini v tem delu periode deluje tista dioda, katere katoda ima največji negativni potencial. Vsaka od diod deluje eno tretjino periode. Faktor valovanja tega vezja je samo 0,057.

Krmilni usmerniki - usmerniki, ki poleg korekcije izmenične napetosti (toka) zagotavljajo regulacijo vrednosti korigirane napetosti (toka).

Krmilni usmerniki se uporabljajo za krmiljenje hitrosti enosmernih motorjev, svetlosti sijanja žarnic z žarilno nitko, pri polnjenju baterij itd.

Krmiljena usmerniška vezja so zgrajena na tiristorjih in temeljijo na krmiljenju momenta odpiranja tiristorjev.

Slika 4a prikazuje diagram enofaznega krmiljenega usmernika. Za možnost korekcije dveh polvalov omrežne napetosti se uporablja transformator z dvofaznim sekundarnim navitjem, v katerem se tvorita dve napetosti z nasprotnimi fazami. V vsaki fazi je vklopljen tiristor. Pozitivna polovica napetosti U2 popravi tiristor VS1, negativna - VS2.

Krmilno vezje CS ustvarja impulze za odpiranje tiristorjev. Čas začetnega impulza določa, kolikšen del polvala se sprosti v bremenu. Tiristor se odpre, ko je pozitivna napetost na anodi in odpiralni impulz na krmilni elektrodi.

Če impulz pride v času t0 (slika 4, b), je tiristor odprt za celoten pol-cikel in največja napetost na obremenitvi, če v trenutkih t1, t2, t3, potem je le del omrežne napetosti sproščeno v obremenitev.

Slika 4 - Enofazni usmernik: a) vezje, b) časovni diagrami delovanja

Kot zakasnitve, merjen od trenutka naravnega vžiga tiristorja, izražen v stopinjah, se imenuje krmilni ali nastavitveni kot in je označen s črko α. S spreminjanjem kota α (fazni premik krmilnih impulzov glede na napetost anod tiristorjev) spremenimo čas odprtega stanja tiristorjev in s tem popravljeno napetost v bremenu.