Prostownik
Z Wikipedii
Prostownik jest to element lub zestaw elementów elektronicznych służący do zamiany napięcia przemiennego na napięcie jednego znaku, które po dalszym odfiltrowaniu może być zmienione na napięcie stałe.
Spis treści |
[edytuj] 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 AM lub FM.
Nazwa prostownik jest używana również w języku potocznym jako określenie ładowarki akumulatorów samochodowych. (Technicznie nie jest to jednak określenie poprawne, ponieważ ładowarki takie składają się z: transformatora, prostownika właściwego (często sterowanego - zobacz poniżej), układu regulującego, itd.)
[edytuj] Rozwiązania konstrukcyjne
Obecnie prostowniki są budowane niemal wyłącznie z diod krzemowych, niemniej jednak stosuje się (lub stosowano) również następujące rozwiązania:
- układy elektrochemiczne, w których na jednej z elektrod zanurzonych w elektrolicie wytwarzała się warstwa zaporowa, blokująca przepływ prądu w jednym kierunku (przykładowy układ ołów-elektrolit alkaliczny-glin, niob lub tantal)
- prostownicze diody próżniowe (popularnie zwane lampami), w których przy spolaryzowaniu w kierunku przewodzenia elektrony emitowane przez podgrzewaną elektrycznie katodę przemieszczają się do spolaryzowanej dodatnio anody, a w przypadku odwrócenia polaryzacji blokują przepływ prądu (obecnie bardzo rzadko stosowany z uwagi na kłopoty z doprowadzeniem żarzenia)
- układy metal-półprzewodnik stosowane powszechnie przed opracowaniem technologii diod półprzewodnikowych. Stosowane najczęściej zestawy to prostownik kuprytowy (miedź-tlenek miedzi) oraz prostownik selenowy (metal-selen)
- ignitrony - prostowniki rtęciowe wykorzystujące zjonizowane pary rtęci, stosowane powszechnie w przemyśle oraz w kolejowych i tramwajowych układach trakcyjnych itp.
[edytuj] Prostowniki jednofazowe
[edytuj] Jednopołówkowe (półokresowe)
Najprostszym prostownikiem jest pojedyncza dioda prostownicza wpięta w układ napięcia przemiennego. Pomimo prostoty takiego układu jest on bardzo rzadko stosowany z uwagi na występowanie dużego tętnienia napięcia wyjściowego. Dodatkowo, energia dostarczana przez źródło wykorzystywana jest tylko przez pół okresu - podczas drugiej połowy okresu napięcie jest po prostu blokowane i prąd w układzie nie płynie. Wprowadza to niesymetrię obciążenia układu prądu przemiennego, co jest niekorzystne dla sieci prądu przemiennego. Z powyższych powodów rozwiązanie stosowane tylko w układach niewielkiej mocy.
Rozwiązanie to jest powszechnie stosowane w zasilaczach impulsowych małych mocy.
|
|
[edytuj] Dwupołówkowe (całookresowe)
Prostowniki dwupołówkowe umożliwiają wykorzystanie mocy źródła napięcia przemiennego przez cały okres. Napięcie wyjściowe takiego prostownika charakteryzuje się mniejszymi tętnieniami niż w przypadku prostowników jednopołówkowych. Jedyną wadą jest to, że układ elektryczny jest nieznacznie bardziej skomplikowany. Układ mostkowy, tzw. mostek Graetza, wykorzystuje cztery diody prostownicze, i pozwala na prostowanie napięcia z dowolnego źródła przemiennego. Istnieje również konstrukcja oparta na dwóch diodach, jednak wymaga ona specjalnego zasilania - uzwojenie wtórne transformatora musi być podzielone na dwie jednakowe części. Obecnie układy takie stosuje się niezwykle rzadko, ponieważ koszt dzielonego uzwojenia jest znacznie większy niż koszt diod użytych w układzie mostkowym.
|
|
|
Obecnie jednym z najczęściej stosowanych prostowników jednofazowych jest mostek Graetza. Proces prostowania napięcia przebiega w dwóch etapach. W pierwszej połówce okresu przewodzą tylko dwie diody tak jak to pokazano na rysunku obok (pozostałe dwie diody są spolaryzowane zaporowo). W drugiej połówce okresu sytuacja ulega odwróceniu - przewodzą dwie pozostałe diody . Napięcie wejściowe jest napięciem przemiennym czyli zmienia swój kierunek na dodatni i ujemny, natomiast układ mostka jest tak skonstruowany, że napięcie wyjściowe jest jednokierunkowe - płynie tylko w kierunku dodatnim (patrz również rysunek powyżej). Pomimo faktu, że napięcie wyjściowe prostownika jest jednokierukowe to jednak nie jest ono napięciem stałym i wykazuje znaczne tętnienie - dlatego też prostowniki najczęściej stosuje się z odpowiednimi filtrami dolnoprzepustowymi wygładzającymi przebieg.
[edytuj] Prostowniki trójfazowe
Prostowniki trójfazowe wykorzystuje się tam, gdzie dostępne jest trójfazowe zasilanie. Generalnie charakteryzują się one znacznie mniejszym tętnieniem napięcia wyjściowego niż prostowniki jednofazowe.
[edytuj] 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).
|
|
[edytuj] Dwupołówkowe
Trójfazowy prostownik 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 - zobacz poniżej opis prostowników sterowanych.
|
|
[edytuj] Prostowniki wielofazowe
Układy wielofazowe stosowane są w impulsowych konwerterach napięcia stałego na napięcie stałe o innej i stabilizowanej wartości, układy generują wielofazowy prąd przemienny (od 2 do 5), który jest prostowany. Dla prostowników wielofazowych stosuje się analogiczny układ, w którym liczba gałęzi równa jest odpowiedniej liczbie faz napięcia.
[edytuj] Prostowniki sterowane
Wszystkie prostowniki opisane powyżej 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).
[edytuj] Prostowniki lampowe
Najprostsze próżniowe diody prostownicze budowane były bez galwanicznego oddzielenia włókna żarzenia od katody. Inaczej mówiąc, włókno żarzenia miało potencjał katody, co powodowało pewne utrudnienia w budowie urządzeń z użyciem takich lamp (włókno żarzenia musiało być zasilane z innego źródła, niż pozostałe lampy i miało zazwyczaj wysoki potencjał dodatni względem elektrycznej masy urządzenia), ale znacznie upraszczało konstrukcję samej diody. Dioda taka nazywana była dodatkowym określeniem bezpośrednio żarzona.
[edytuj] Prostowniki specjalne (powielacze napięcia)
Istnieje również specjalna odmiana prostowników zwanych powielaczami napięcia, które pozwalają na zwielokrotnienie wejściowego napięcia przemiennego bez wykorzystania transformatora.
