5. Diodové usměrňovače

Transkript

1 5. Diodové směrňovače Usměrňovač je polovodičový prvek, který mění střídavé napětí a prod na stejnosměrný. Podle toho, zda je výstpní směrněné napětí možno řídit či ne se dělí směrňovače na řízené a neřízené. Užívají se zapojení zlová a můstková. Dioda jako základní prvek směrňovače je spínač. 5.1 Neřízené směrňovače Okamžitá hodnota směrněného napětí je označována d (directed-směrněný). Průběh d se vyznačje střídavo složko sperponovano na jeho střední hodnot U d. Střední hodnot lze řízených směrňovačů měnit. Usměrněné napětí má zvlnění, které závisí na kmitočt vstpního napětí a na zapojení směrňovače. Dalšími obvody (filtry) se dá zvlnění snížit. Plzace rčje, kolik plzů má stejnosměrné napětí během jedné periody vstpního napětí: fσ (1) p = (5.1) f fσ (1) je kmitočet harmonické složky střídavého průběh f je kmitočet napájecího napětí Zvlnění napětí je dáno vztahem: U f σ = h 1 (5.2) U di U fh je efektivní hodnota vyšších harmonických složek U di je ideální stejnosměrné napětí naprázdno (teoretická střední hodnota stejnosměrného napětí na výstp nezatíženého směrňovače) Tab. 1 Přehled neřízených směrňovačů podle zapojení Název zapojení jednofázové jednoplsní dvofázové zlové jednofázové můstkové trojfázové můstkové Počet diod v obvod Počet plsů v periodě Zvlnění σ (%) ,2 48,2 4,2

2 5.2 Modely směrňovačů v ATP Jednocestný jednofázový směrňovač (čistě ohmická zátěž) Pro názorný příklad vyžití ATP je zde važován jednodchý jednofázový směrňovač, který je napájen střídavým napětím o amplitdě U = 1 V a frekvenci f = Hz. Je zde važována ideální dioda, zátěž má čistě ohmický charakter R = 5 Ω. Obr. 5.1 Schéma zapojení jednocestného jednofázového neřízeného směrňovače Výsledný průběh napětí d je zobrazován na odpor R (XX3-zem, v nabídce Otpt je označeno Voltage), střídavé napětí zdroje je snímáno napěťovo sondo v zl XX1, prod i d je měřen pomocí prodové sondy (XX1-XX2) [ms] 4 (f ile neřízený_sm.pl4; x-v ar t) c:xx1-xx2 v :XX1 v :XX3- Obr. 5.2 Průběhy napětí a prod na jednocestném jednofázovém neřízeném směrňovači, ohmická zátěž Zátěž RL Nastavení jednotlivých parametrů obvod je stejné jako v předchozím případě. Sériové spojení RL se realizje požitím sériového prvk RLC s hodnoto rezistor 5 Ω a indktor 1 mh, paralelní rezistor má hodnot 1 kω a složí k zamezení matematických oscilací v obvod. V Obr. 5.4 je patrný vliv indkčnosti, která posne průběh směrněného napětí do záporných hodnot.

3 Obr. 5.3 Schéma zapojení jednocestného jednofázového neřízeného směrňovače [ms] 6 (f ile neřízený_sm_zátěžrl.pl4; x-v ar t) c:xx1-xx2 v :XX1 v :XX3- Obr. 5.4 Průběhy napětí a prod na jednocestném jednofázovém neřízeném směrňovači, zátěž RL Třífázový směrňovač v zlovém zapojení Jde v podstatě o spojení tří jednofázových jednocestných směrňovačů a třífázového zdroje napětí o amplitdě U = 1 V a frekvenci f = Hz. Průběh směrněného napětí je zobrazen na rezistor Ω (XX13 zem). V obvod každé diody je važována čistě ohmická zátěž 1 Ω. Obr. 5.5 Schéma zapojení třífázového neřízeného směrňovač v zlovém zapojení

4 1 [V] [ms] 4 (f ile neřízený_3f.pl4; x-v ar t) v :X1A v :XX13- Obr. 5.6 Průběhy napětí na třífázovém neřízeném směrňovači v zlovém zapojení Výstpní filtry Výstpní filtry stejnosměrných měničů složí k vyhlazení výstpního prod měniče tak, aby zvlnění napětí na zátěži bylo nižší. Pro činno zátěž R je možno zapojit vyhlazovací tlmivk na výstp směrňovače do série se zátěží a pro její indkčnost a výstpní kapacit platí (σ i je požadované zvlnění výstpního prod): 16 U L = f I di d σ σ i 2 1 (mh; Hz, V, A) platí pro σ <,16 % (5.3) C = frσ (μf; Hz, Ω) (5.4) Jednofázový neřízený směrňovač v můstkovém zapojení Obvod je napájen střídavým napětím o amplitdě U = 1 V s frekvencí f = Hz. Ke každé diodě je paralelně připojen sériový RC člen (33 Ω a 1 μf), který zlepšje komtaci diod. Za dvojcestným směrňovačem je filtr, který obsahje sériový odpor,1 Ω kondenzátor 1 mf. Odpor zátěže má hodnot 2 Ω. Schéma zapojení kazje Obr. 5.7 a na Obr. 5.8 je průběh napětí zdroje porovnán s napětím na zátěži.

5 U Obr. 5.7 Schéma zapojení jednofázového neřízeného můstkového směrňovače 1 [V] [ms] (f ile neřízený_1f _Graetz.pl4; x-v ar t) v :XX2-XX8 v :XX21 Obr. 5.8 Průběh směrněného napětí na jednofázovém neřízeném směrňovači v můstkovém zapojení