Układy prostowników niesterowanych jednofazowych

Prostownik  jednopołówkowy

a)układ połączeń

b) przebieg napięcia przemiennego Uvo i napięcia wyprostowanego Ud

c) przebieg prądu wyprostowanego

Dioda D przewodzi  prąd  Id , jeżeli na jej anodzie pojawi się napięcie Uvo o wartości dodatniej względem napięcia katody. Chwilowa wartość napięcia wyprostowanego Ud podczas przewodzenia  diody jest mniejsza od napięcia Uvo o rezystancyjny spadek napięcia Uf. Przy ujemnej wartości napięcia Uvo na anodzie , dioda nie przewodzi . Średnia wartość napięcia wyprostowanego , obliczana za okres 2π, jest określona wzorem:

                                                             Ud=2π Uvo = 0,45Uvo

Uvo – wartość skuteczna napięcia

Prostownik jednopołówkowy ma małą sprawność , oraz duże tętnienia o pulsacji harmonicznej podstawowej ω. Oznacza to , że 59%energii pobieranej ze żródła napięcia zmiennego jest tracone w postaci  nieużytecznej.

Częściej używa się bardziej złożonych układów prostowniczych , mających lepsze  właściwości . Jjednym z takich układów jest prostownik dwupołówkoy z obciążeniem rezystancyjnym . Realizuje sięgo w dwóch wersjach :

Z wyprowadzonym środkiem  uzwojenia wtórnego transformatora

Z dodami w układzie mostkowym Graetza

W pierwszym układzie , w czasie półfali dodatniej  napięcia wejściowego przewodzi dioda D1 i prąd płynie przez górną część uzwojenia  transformatora , diodę D1 i obciążenie Ro . Wczasie półfali ujemnej  przewodzi doda D2 i prąd płynie tak jak zaznaczono liniami kreskowymi.

W układzie Graetza w czasie półfali dodatniej napięcia wejściowego prąd płynie przez uzwojenie wtórne , diodę D1, obciożenie Ro i diodę D3 , a przy półfali ujemnej prąd płynie przez uzwojenie wtórne , diodę D4 , obciożenie Ro i diodę D2 . W obu układach prąd płynie przez obciążenie w jednym kierunku  i ma charakter pulsujący.

Obydwa ułady mają większość parametrów identycznych . Jednakże  w układzie mostkowym napięcie wsteczne na każdej diodzie jest dwukrotnie  mniejsze, co umożliwia zastosowanie diód o mniejszym dopuszczalnym napięciuwstecznym. Układ zapewnia też lepsze wykorzystanie  mocy transformatora . wadąjego jest konieczność użycia czterech diod.porównując prostowniki pół i całofalowe można wyciągnoć następujące wnioski . prostowniki ccałofalowe mają sprawność znacznie większą  oraz wielokrotnie mniejszy współczynnik  tętnień , przy czym częstotliwość harmonicznej  podstawowej tętnień jest dwukrotnie większa . Ich wadą jest bardziej skomplikowany układ i większa liczba  diod.

a)      Schemat prostownika całofalowego z obciążeniem rezystancyjnym , oraz przebiegi napięć i prądów .

b)Schemat prostownika całofalowego z obciążeniem rezystancyjnym , oraz przebiegi napięć i prądów w układzie mostkowym Graetza.

Parametry podstawowych jednofazowych układów prostowniczych z obciążeniem rezystancyjnym.

Układy prostowników  niesterowalnych wielofazowych.

Przy dużych prądach obciążenia o wartości setek i tysięcy amperów korzysta się z trójfazowych żródeł zasilających. Stosuje się wtedy ułady prostownicze wielofazowe. Wyróżnia się dwa podstawowe ich rodzaje.

Wielofazowy układ prostowniczy zasilany z transformatora , zawiera w każdej fazie jedną diodę.Wszystkie są skierowane zgodnie i ich katody są zwarte ze sobą i połączone zaciskiem odbiornika. Każda z faz przewodzi kolejno przez 1/m okresu, wówczas gdy napiecje ma wartość większą niż napięcja pozostałych faz .Wskutek tego prąd w obciążeniu płynie ciągle i ma charakter tętniący.Układ taki nazywa się półfalowym.

Sprawność  mocowa

Zmienia się w dość szerokim zakresie, w zależności od wartości  π/m. Maksymalną sprawność osiąga się przy 0=π/m= 1,13, co odpowiada m=2,69. W praktyce możliwe jest stosowanie układów prostowniczych tylko o całkowitej liczbie faz i stąd do optimum najbardziej zbliża  się układ trójfazowy .Zwiększenie liczby faz ponad dwanaście powoduje szybkie zmniejszanie się sprawności.

Jak więc widać układy wielofazowe odznaczają się dużą sprawnością  i stosunkowo małymi  tętnieniami o dużej pulsacji podstawowej  mω

Kształt prądu wyprostowanego w układzie wielofazowym obciążonym rezystencją jest identyczny jak kształt napięcia wyprostowanego. Natomiast prądy fazowe w uzwojeniach wtórnych transformatora są impulsami o kształcie wycinków sinusoidy i czasie trwania 2π/m. Wartość maksymalna i skuteczna prądu fazowego

Napięcie wsteczne na diodach nie przewodzących chwilowo prądu osiąga wartość maksymalną równą  największemu napięciu międzyfazowemu danego układu w układzie trójfazowym

Urm=3Ufm

W drugim rodzaju wielofazowych   układów prostowniczych , tzn. w układzie mostkowym , każda faza jest połączona z dwiema diodami . Prąd płynie przez taką diodę pierwszej grupy , której napięcie anody ma największą dodatnią wartość chwilową i taką diodę drugiej grupy, której napięcie anody ma największą dodatnią wartość  chwilową i taką diodę drugiej grupy , której napięcie anody ma największą ujemną wartość chwilową. Prąd obciążenia płynie zawsze przez dwie diody i dwie fazy uzwojenia wtórnego transformatora . Przebieg napięcia na obciążeniu wynika z chwilowych wartości napięć międzyfazowych. Składowa stała jest opisana zależnością analogiczną do z tym,że zamiast Uf należy podstawić Up=3 Uf, a zamiast m podstawić 2m.

Prad każdej fazy składa się natomiast z dwóch impulsów o czasie trwania 1/m okresu.Kierunek ich przepływu jest przeciwny, dzięki czemu prąd fazowy nie zawiera składowej stałej i nie powoduje podmagnesowania rdzenia.Dzięki temu uzyskuje się lepsze wykorzystanie transformatora i większa sprawność energetyczną.

Układy mostkowe zawierają dwukrotnie większąliczbę diod. Katody tych diod mają różne potencjały.Stwarza to kłopoty przy stosowaniu radiatorów.Pomimo to układy mostkowe są często używane przy dużych mocach,ze względu na dobre wykorzystanie transformatora.

W celu poprawy właściwości w układach prostowniczych stosuje się elementy reaktacyjne L, C. Spełniają one dwa podstawowezadania: zmniejszają tętnienia oraz magnezują energię, w czasie gdy zmienne napięcje prostowane ma dużą wartość, by zwrócić ją obciążenia wówczas, gdy napięcje to maleje .Elementy te dołącza się w dwójaki sposób:pojemnościowe równoległe do obciążenia, a indukcyjne w szereg obciążenia.Otrzymuje się w ten sposób prostowniki z obciążeniem rezystancyjno-pojemnościowym oraz z obciążeniem rezystancyjno-  indukcyjnym.

Zależność sprawności prostownika od stosunku π/m

Prostownik trójfazowy półfalowy

a)      schemat

b)   przebiegi napięć i prądów

Prostownik trójfazowy mostkowy .

a)      schemat

b)przebiegi napięć i prądów