Prostowniki to przekształtniki energoelektroniczne służące do łączenia sieci napięcia przemiennego z siecią napięcia stałego. Uzyskane napięcie wyjściowe bezpośrednio na prostowniku jest napięciem jednokierunkowym pulsującym. Aby wygładzić przebieg napięcia na wyjściu, stosuje się kondensatory wygładzające. Użycie dławików pozwala na wygładzenie prądu.
Podstawowy podział prostowników wiąże się z możliwościami sterowania zastosowanych przyrządów półprzewodnikowych. Prostowniki niesterowane zbudowane są z diod. Wartość średnia napięcia wyprostowanego w stanie jałowym UIndeks dolny d0d0 zależy od układu połączeń prostownika, liczby faz i napięcia zasilającego.
Prostowniki sterowane zbudowane są z tyrystorów. Dzięki temu możliwa staje się regulacja wartości średniej napięcia wyprostowanego UIndeks dolny dd poprzez zmianę kąta wysterowania tyrystorów αalfa, mierzonego od punktu komutacji naturalnej.
R14xF3AA7I2AF
Układy prostownikowe można podzielić na:
sterowane (z tyrystorami SCR),
niesterowane (diodowe).
W obydwu powyższych grupach można dokonać podziału uwzględniającego sposób zasilania i topologię układu:
Parametry charakteryzujące prostownik to przede wszystkim:
sprawność energetyczna,
napięcie zasilania,
wartość skuteczna napięcia wyjściowego,
stałe składowe napięcia wyjściowego i prądu wyjściowego,
dopuszczalny prąd wyjściowy.
Najprostszym prostownikiem jest układ jednopołówkowy czyli jednopulsowy (Rys. 7.2), w którym w obwód włączona jest pojedyncza dioda. Układ taki jest jednak bardzo rzadko stosowany wskutek występowania dużych tętnień napięcia wyjściowego. Ponadto energia źródła wykorzystywana jest tylko przez pół okresu. Wprowadza to dużą niesymetrię obciążenia obwodu prądu przemiennego. Układ prostownika jednopołówkowego stosuje się jedynie w układach niewielkiej mocy.
RjXAGTbQxcfq3
Kolejnym układem jest prostownik pełnookresowy - dwupołówkowy (inaczej: dwupulsowy) (Rys. 7.3), który składa się z dwóch diod mocy podłączonych do obciążenia. Układ taki stanowi złożenie dwóch prostowników jednopołówkowych, z których każdy odpowiada za przewodzenie prądu obciążenia w połówce napięcia zasilającego. W tym przypadku dla dodatniej połówki napięcia zasilającego przewodzi dioda DIndeks dolny 11, a dla ujemnej dioda DIndeks dolny 22.
RwVuZ4snEodXT
Wadą tego typu prostownika pełnookresowego jest konieczność zastosowania transformatora o większej mocy z dwoma oddzielnymi i identycznymi uzwojeniami po stronie wtórnej. Powoduje to zwiększenie kosztu całego urządzenia.
Aby wyeliminować wady prostownika pełnookresowego, stosuje się układ mostkowy. Zastosowano w nim cztery diody prostownicze, które połączono w konfigurację mostka Graetza (Rys. 7.4). Przebiegi napięcia uzyskuje się w tym prostowniku analogiczne jak dla prostownika pełnookresowego.
R81KMbMBL4Yre
RRam0E5kwdeVP
Praca prostownika w układzie mostkowym polega na przewodzeniu pary diod DIndeks dolny 11 i DIndeks dolny 22 dla dodatniej połówki napięcia zasilania oraz DIndeks dolny 33 i DIndeks dolny 44 dla ujemnej połówki. Prąd płynący przez obciążenie RIndeks dolny 00 ma w tych stanach ten sam kierunek.
Prostownik dwupołówkowy, podobnie jak każdy prostownik jednofazowy, charakteryzuje się dużymi tętnieniami napięcia wyjściowego. Aby je zmniejszyć na wyjściu prostownika podłącza się kondensator wygładzający napięcie. Proces wygładzania związany jest z naprzemiennym ładowaniem i rozładowywaniem kondensatora (Rys. 7.6).
RN7rrxMFFBHAo
Wartość średnią napięcia wyprostowanego dla prostowników jednofazowych bez zastosowania kondensatora wygładzającego wyznacza się z wzorów ( jest to wartość skuteczna strony wtórnej transformatora zasilającego prostownik):
dla prostownika jednopołówkowego:
dla prostownika dwupołówkowego:
bg‑azure
Prostowniki sterowane
Na Rys. 7.7 przedstawiono podstawowy schemat prostownika jednopulsowego.
RqMOsQtqbCX75
Na następnych rysunkach przedstawiono odpowiednie przebiegi prądów i napięć dla obciążenia typu R (Rys. 7.8), RL (Rys. 7.9).
R1ewNAzXfgadV
RYw0t2k1Mt0tN
Załączenie tyrystora jest możliwe tylko w przypadku jego dodatniej polaryzacji, czyli w zakresie kątów załączenia . W przypadku obciążenia typu R (Rys. 7.8) na wyjściu układu prostownikowego pojawiają się tylko dodatnie fragmenty sinusoidy. W przypadku obciążenia typu RL (Rys. 7.9) napięcie wyjściowe zawiera także składową ujemną, powodując spadek średniej wartości napięcia wyprostowanego. Aby wyeliminować to zjawisko stosuje się układ, w którym dodano tzw. „diodę zerową” (Rys. 7.10). Odpowiednie przebiegi prądów i napięć przedstawiono na Rys. 7.11. Na wyjściu układu otrzymuje się tylko dodatnie wartości napięcia i prądu - w tym układzie praca falownikowa nie jest możliwa.
R161tgZlFOu0I
RYP9MmfDYBDq5
bg‑azure
Prostowniki dwupulsowe
Na Rys. 7.12 przedstawiono możliwe konfiguracje prostowników dwupulsowych. Układ z panelu a) złożony jest z typowego jednofazowego, dwuuzwojeniowego transformatora i czterech tyrystorów w układzie mostkowym. W takim układzie możliwe jest tez zastosowanie dwóch tranzystorów i dwóch diod. Na panelu b) pokazano układ wymagający zastosowania dwóch tyrystorów i jednofazowego transformatora trójuzwojeniowego.
RIiWyxGI4wyVB
R1J92gzbBwJor
R1dpqPpwExm6g
Wartość średnia napięcia wyprostowanego dla prostowników sterowanych jest równa: