WYDZIAŁ

ELEKTRYCZNY

POLITECHNIKA

BIAŁOSTOCKA Temat i plan wykładu

Prostowniki

1. Prostowniki jednofazowych

2. Prostowniki trójfazowe

3. Zastosowania prostowników

ELEKTRONIKA – Jakub Dawidziuk sobota, 16 czerwca 2012

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.

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

Symbole prostowników

Symbol prostownika mostkowego (po lewej)

i prostownika (po prawej) używane w

schematach blokowych

Obudowy diod i mostków

prostowniczych

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.

Prostownik jednopołówkowy obciążenie R

• podczas dodatniej półfali

dioda przewodzi,

• podczas ujemnej półfali

dioda jest blokowana,

• kształt prądu diody powtarza

kształt napięcia na obciążeniu.

Prostownik jednopołówkowy RC

Q = I0 T Q = C ΔU

C ΔU = I0 T

C = I0 / f ΔU T=1/f

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

Ładowanie akumulatora – przykład

obliczania Układ ładowania akumulatora V12 składa się ze źródła zasilającego ,sin tEte m ( VEm 24 ,

Hzf 50 ), rezystora 4R ograniczającego prąd ładowania i diody o parametrach: VU D 6,00 - spadek

napięcia przewodzenia przy 0DI ; 4,0dr - rezystancja diody. Narysuj schemat ładowania akumulatora,

oblicz, czy dioda nie zostanie uszkodzona pracując w temperaturze CTa025 z prądem .1A

ADFmaxFm UUrRIE

A59,24,4

V4,11I maxF

maxF

0

maxFmaxFAV

I0coscos

2

IdsinI

2

1I

A83,014,3

A59,2I AV

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 I0 i pulsacji

Prostownik mostkowy pełnookresowy

(dwupulsowy) z transformatorem

masa elektroniki

zero sieci

N

Prostownik mostkowy pełnookresowy (dwupulsowy)

us

• 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?)

Prostownik mostkowy-obliczanie

Wartość skuteczna napięcia Usk=11,12V. Ile wynosi prąd graniczny

IF(AV)m, który może w sposób ciągły przepływać przez diodę. Ile wynosi

napięcie wsteczne na diodach? Spadek napięcia na diodach

pomijamy.

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.

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).

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.

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''.

Prostowniki sterowane

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.

Zasilacze napięcia stałego