MiniElektrikář 38. - Usměrňovače

1. Definice

Usměrňovač je elektrické zařízení, které se používá k přeměně střídavého elektrického proudu na proud stejnosměrný. Protože elektronické obvody ke své činnosti obvykle potřebují stejnosměrný proud a k distribuci elektrické energie se využívá proud střídavý, bývá usměrňovač součástí většiny elektrických přístrojů a zařízení spotřební elektroniky, napájených z elektrické sítě. Usměrňovače se také v hojné míře používají v napájecích soustavách elektrických trakčních vozidel (kupř. pro pohon lokomotiv, tramvají, trolejbusů či vozů metra).

Usměrňovače slouží k usměrnění střídavých proudů na proudy stejnosměrné. K vlastnímu usměrnění se používají diody, ať již elektronky, či polovodičové. Elektronkové usměrňovače - tzv.eliminátory- využívají vlastností el. propustnosti soustavy katoda (vlákno) - anoda. Polovodičové diody využívají vlastnosti PN přechodu. U obou lze říct, že vedou proud jen jedním směrem a vlastně tak propouštějí na svůj výstup jen jednu ze složek střídavého proudu - podle jejich polarity - buď zápornou, nebo kladnou. Připojíme -li na anodu diody střídavé napětí, projde na katodu jen kladná složka, záporné půlvlny nebudou propuštěny. Na výstupu tak dostáváme kladné napětí. Pokud diodu obrátíme, budou naopak z katody na anodu procházet záporné půlvlny a na výstupu se objeví záporné napětí.

2. Použití 

V současnosti se používají téměř výhradně polovodičové usměrňovače na bázi křemíku, kterými byla ostatní zařízení prakticky vytlačena, i když není vyloučeno že vzniknou nová zařízení založená na karbidu křemíku, jehož předpokládanou výhodou je možnost provozu při vyšší teplotě.

Obecně mohou být realizovány usměrňovače:

• polovodičové (křemíkové, germaniové, selenové, …)
• elektronkové
• rtuťové

V současné době se používají téměř výhradně usměrňovače křemíkové.

Pro průmyslové účely se na přeměnu střídavého na stejnosměrný proud používalo dříve také spojení elektromotoru a dynama - motorgenerátor (neboli Ward-Leonardovo soustrojí).

Z hlediska principu činnosti rozlišujeme tři typy usměrňovačů:

• neřízený usměrňovač (diodový)
• řízený usměrňovač (tyristorový, polořízený nebo plně řízený)
• aktivní usměrňovač (na bázi IGBT tranzistorů)

Z hlediska připojení na napájecí síť lze rozlišit usměrňovače

• jednofázové (jednocestný/jednopulsní, dvoucestný/dvoupulsní)
• třífázové (šestipulsní nebo dvanáctipulsní)
• vícefázové (v podstatě pouze teoretická možnost)

Nevýhodou klasických diodových nebo tyristorových usměrňovačů je, že odebírají ze sítě zkreslený nesinusový průběh proudu. Tuto nevýhodu řeší aktivní usměrňovače. Aktivní usměrňovače jsou sofistikovaná elektronická zařízení využívající pulsně šířkovou modulaci, mají ve srovnání s klasickými usměrňovači vyšší ztráty a vyšší hodnotu usměrněného napětí, ale umožňují rekuperaci.

3. Zapojení neřízeného usměrňovače
Jednocestný usměrňovač propouští pouze jednu půlvlnu vstupního napětí. Má tudíž pouze poloviční účinnost a používá se především u zařízeních s velmi nízkým odběrem proudu. Jde o nejjednodušší zapojení usměrňovače, které vyžaduje pouze jednu diodu..

Dvoucestný usměrňovač propouští obě půlvlny vstupního napětí. Pokud je usměrňovač připojen na transformátor s dvojitým sekundárním vinutím, je možné jej realizovat pomocí dvou diod.

Nejpoužívanějším typem dvoucestného usměrňovače je Grätzův můstek. Jde o zapojení využívající čtyři diody v můstkovém zapojení.

Pěkné studium na:

http://abcdimenze.wz.cz/elektronika/usmernovace.html