Jak funguje obvod můstkového usměrňovače?
Poté, co šampioni střídavého proudu George Westinghouse vyhráli válku proudů, která vypukla koncem 1880. a začátkem 1890. let 1901. století, bylo jen otázkou času, kdy budou k dispozici usměrňovače střídavého proudu. Zdůrazněme hlavní body jejich vývoje. První vysoce výkonné usměrňovače se spoléhaly na efekt obloukového výboje ve rtuťových parách. Patent na tento usměrňovač obdržel v roce XNUMX Američan Peter Cooper Hewitt.
Usměrňovače založené na elektrickém oblouku studoval V. F. Mitkevich, který v roce 1901 navrhl schéma usměrňování celé vlny. Obvody jedno- a dvou-půlvlnných usměrňovačů vyvinul v roce 1911 N. D. Papaleksi. V roce 1924 navrhl A. N. Larionov několik usměrňovacích obvodů, které se dodnes používají, navíc na jejich základě vznikly další usměrňovací obvody. Kvalitativní skok ve vývoji usměrňovacích zařízení nastal v 1950. letech XNUMX. století, kdy se objevily první výkonné výkonové diody.
Diodový můstek: princip činnosti
Princip činnosti usměrňovacích obvodů je poměrně jednoduchý a nevyžaduje podrobný popis. Při výběru obvodu usměrňovače a součástí usměrňovače však existují body, kterým není vždy věnována pozornost. Na Obr. Obrázek 1 ukazuje nejjednodušší zapojení půlvlnného usměrňovače pracujícího na aktivní (obr. 1b) a aktivní indukční (obr. 1c) zátěži. V tomto a následujících diagramech jsou použity následující zápisy:
- i1, u1 – proud a napětí primárního vinutí;
- i2, e2 – proud a napětí sekundárního vinutí;
- ia je anodový proud diody;
- ua je napětí na diodě;
- id, ud – zátěžový proud a napětí.
Rýže. 1. a) Půlvlnný usměrňovač; časový diagram činnosti: b) pro aktivní zátěž; c) pro aktivní indukční zátěž
U aktivní zátěže, když jsou proud a napětí ve fázi, je průměrné usměrněné napětí na zátěži určeno integrací půlvlny sinusoidy napětí:
kde: je hodnota amplitudy usměrněného sekundárního napětí.
Zde a dále, pro zjednodušení analýzy, nebudeme brát v úvahu pokles napětí na usměrňovacích diodách.
Při provozu na aktivní indukční zátěži (obr. 1c) se proud zpožďuje ve fázi s napětím a usměrňovací dioda se nezavře, dokud indukční proud neklesne na nulu. Usměrňovací dioda tedy zůstává otevřená i při záporném napětí na sekundárním vinutí, proto se usměrněné napětí snižuje. Aby se tomuto efektu zabránilo, je nutné paralelně s indukční zátěží zapojit volnoběžnou diodu, která tvoří uzavřený obvod pro indukční proud.
Při půlvlnném usměrnění, kdy zatěžovací proud protéká transformátorem pouze půl periody, se v zatěžovacím proudu objevuje konstantní složka a v důsledku toho magnetizace jádra transformátoru. Navíc, čím menší je celkový výkon transformátoru, tím větší je účinek zatěžovacího proudu. Půlvlnný usměrňovač se nejčastěji používá, když výkon zátěže nepřesahuje několik wattů. Frekvence zvlnění usměrněného napětí v takovém usměrňovači je rovna frekvenci napájecí sítě.
Rýže. 2. a) Můstkový diodový usměrňovací můstek; časový diagram práce: a) pro aktivní zátěž; c) pro aktivní indukční zátěž
Můstkový diodový usměrňovací můstek a časové schéma jeho činnosti je na Obr. 2. Je snadné vidět, že napětí usměrněné zátěže diodového můstku je dvakrát větší než u půlvlnného usměrňovače a je 0,9U2. Také při použití diodového můstku nedochází k magnetizaci jádra transformátoru. Frekvence zvlnění (základní harmonická) usměrněného napětí v můstkovém usměrňovači je dvojnásobkem síťové frekvence.
Aplikace diodových usměrňovačů
V obvodech středního a vysokého výkonu nad stovky Wattů se používá třífázová síť a buď třífázový usměrňovač s nulovým vodičem (Larionovův obvod) nebo třífázový diodový můstek. Každý z nich má své výhody a nevýhody, které jsme promítli do tabulky.
Tabulka. Porovnání třífázového diodového usměrňovače a můstku
Třífázový diodový usměrňovač s nulovým vodičem (obvod Larionov)
Třífázový diodový můstek