Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

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 d0 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 d poprzez zmianę kąta wysterowania tyrystorów alfa, mierzonego od punktu komutacji naturalnej.

R14xF3AA7I2AF
Rys. 7.1 Symbol prostownika
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.

Układy prostownikowe można podzielić na:

  • sterowane (z tyrystorami SCR),

  • niesterowane (diodowe).

W obydwu powyższych grupach można dokonać podziału uwzględniającego sposób zasilania i topologię układu:

  • jednofazowe (jedno i dwupulsowe),

  • trójfazowe (trójpulsowe, sześciopulsowe, wielopulsowe).

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
Rys. 7.2 Prostownik jednopołówkowy (jednopulsowy).
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.

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 1, a dla ujemnej dioda DIndeks dolny 2.

RwVuZ4snEodXT
Rys. 7.3 Prostownik dwupołówkowy czyli dwupulsowy.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.

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
Rys. 7.4 Prostownik dwupołówkowy w układzie mostka Graetza
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.
RRam0E5kwdeVP
Rys. 7.5 Prostownik dwupołówkowy w układzie mostka Graetza. Kolor zielony - kierunek przepływu prądu dla połówki dodatniej; kolor czerwony - kierunek przepływu prądu dla połówki ujemnej.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.

Praca prostownika w układzie mostkowym polega na przewodzeniu pary diod DIndeks dolny 1 i DIndeks dolny 2 dla dodatniej połówki napięcia zasilania oraz DIndeks dolny 3 i DIndeks dolny 4 dla ujemnej połówki. Prąd płynący przez obciążenie RIndeks dolny 0 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
Rys. 7.6 Wygładzanie napięcia wyjściowego prostownika
Źródło: domena publiczna.

Wartość średnią napięcia wyprostowanego dla prostowników jednofazowych bez zastosowania kondensatora wygładzającego wyznacza się z wzorów (U2 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
Rys. 7.7 Prostownik jednofazowy, jednopulsowy

Na następnych rysunkach przedstawiono odpowiednie przebiegi prądów i napięć dla obciążenia typu R (Rys. 7.8), RL (Rys. 7.9).

R1ewNAzXfgadV
Rys. 7.8 Przebiegi napięć, prądu i impulsu sterującego w prostowniku jednopulsowym dla obciążenia typu R.
Źródło: Na podstawie: Maciej Tondos, Podstawy energoelektroniki, licencja: CC BY 3.0.
RYw0t2k1Mt0tN
Rys. 7.9 Przebiegi napięć, prądu i impulsu sterującego w prostowniku jednopulsowym dla obciążenia typu RL.
Źródło: Na podstawie Maciej Tondos, Podstawy energoelektroniki, licencja: CC BY 3.0.

Załączenie tyrystora jest możliwe tylko w przypadku jego dodatniej polaryzacji, czyli w zakresie kątów załączenia 0<ϑz<π. 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
Rys. 7.10 Prostownik jednopulsowy z diodą zerową.
Źródło: Na podstawie Maciej Tondos, Podstawy energoelektroniki, licencja: CC BY 3.0.
RYP9MmfDYBDq5
Rys. 7.11 Przebiegi napięć i prądu w prostowniku jednopulsowym z diodą zerową dla obciążenia typu RL
Źródło: Na podstawie Maciej Tondos, Podstawy energoelektroniki, licencja: CC BY 3.0.
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
Rys. 7.12 Prostownik jednofazowy, dwupulsowy, a) mostkowy; b) dwuelementowy
Źródło: Na podstawie Maciej Tondos, Podstawy energoelektroniki, licencja: CC BY 3.0.
R1J92gzbBwJor
Rys. 7.13 Przebiegi napięć, prądu i impulsu sterującego w prostowniku jednofazowym, dwupulsowym dla obciążenia typu R
Źródło: Na podstawie Maciej Tondos, Podstawy energoelektroniki, licencja: CC BY 3.0.
R1dpqPpwExm6g
Rys. 7.14 Przebiegi napięć, prądu i impulsu sterującego w prostowniku jednofazowym, dwupulsowym dla obciążenia typu RL. a) prądy przerywane; b) prądy ciągłe
Źródło: Na podstawie Maciej Tondos, Podstawy energoelektroniki, licencja: CC BY 3.0.

Wartość średnia napięcia wyprostowanego dla prostowników sterowanych jest równa:

  • przy przewodzeniu ciągłym

Ud=Ud0·cosϑz
  • przy przewodzeniu przerywanym

Ud=12·Ud0·(cosϑz-cosϑw)

Wróć do spisu treściDYwCnCGuzWróć do spisu treści

Animacja 3D/3DD17nclk4yAnimacja 3D/3D

Powrót do materiału głównegoDerb8l5kQPowrót do materiału głównego