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