Parametry i schematy prostownika

Prostownik – urządzenie statyczne służące do zamiany prądu przemiennego źródła zasilania (sieci) na prąd stały. Prostownik składa się z transformatora, zespołu zaworów i filtra wygładzającego (rys. 1).

Transformator Tr spełnia kilka funkcji: zmienia napięcie sieci Uin do wartości U1 wymaganej do korekty, oddziela elektrycznie obciążenie H od sieci, przetwarza liczbę faz prądu przemiennego.

Grupa zaworów VG jest konwertowana prąd przemienny na pulsujący jednokierunkowa. Filtr wygładzający SF redukuje tętnienia wyprostowanego napięcia (prądu) do wartości akceptowalnej dla obciążenia. Transformator Tr i filtr wygładzający SF są opcjonalnymi elementami układu prostownika.

Ryż. 1. Schemat blokowy prostownika

Głównymi parametrami charakteryzującymi jakość pracy prostownika są:

• średnie wartości napięcia wyprostowanego (wyjściowego) Uśroda i prądu Azśroda,

• częstotliwość tętnienia to n napięcie wyjściowe (prąd),

• współczynnik tętnienia p, równy stosunkowi amplitudy napięcia fali do średniej wartości napięcia wyjściowego.Zamiast współczynnika tętnienia p często stosuje się współczynnik tętnienia dla pierwszej harmonicznej, który jest równy stosunkowi amplitudy pierwszej harmonicznej napięcia wyjściowego do jej wartości średniej,

• charakterystyka zewnętrzna — zależność wartości średniej napięcia wyprostowanego od wartości średniej prądu wyprostowanego,

• c. str. itd. η = Puseful / Pminuses = Puseful / (useful + Ptr + Pvg + Pf), gdzie Ptr, Pvg, Pf — zużycie energii w transformatorze, w grupie zaworów i filtrze wygładzającym.

Działanie prostownika (zespołu zaworów) opiera się na właściwościach zaworów — nieliniowych urządzeń dwuzaciskowych, które przepuszczają prąd głównie w jednym kierunku (do przodu).

Diody półprzewodnikowe są powszechnie stosowane jako zawory. Zawór o zerowym oporze do przodu i nieskończonym oporze wstecznym nazywany jest idealnym.

Charakterystyki prądowo-napięciowe rzeczywistych bramek są zbliżone do V. a. NS. idealny zawór. Do pracy w prostownikach zawory dobierane są według parametrów pracy, do których należą:

• największy (stały) prąd roboczy Az cmax - maksymalna dopuszczalna średnia wartość skorygowanego prądu płynącego przez zawór podczas jego pracy w obwodzie obciążenia rezystancyjnego półdobowego (w normalnych warunkach chłodzenia dla danego zaworu i temperaturze nieprzekraczającej wartość graniczna ),

• maksymalne dopuszczalne napięcie zwrotne (amplituda) Urevmax — napięcie wsteczne, które zawór może wytrzymać przez długi czas. Z reguły napięcie Urevmax jest równe połowie napięcia przebicia,

• spadek napięcia przewodzenia Upr — średnia wartość napięcia przewodzenia w połowie obwodu prostownika pracującego z obciążeniem rezystancyjnym przy prądzie znamionowym.

• prąd wsteczny Iobr — wartość prądu płynącego przez zawór po przyłożeniu do niego dopuszczalnego napięcia wstecznego,

• moc maksymalna Pmax — maksymalna dopuszczalna moc, jaką może odprowadzić zawór.

Prostowanie łańcuchów

Najczęstsze schematy prostowania pokazano na rysunkach., na których przyjęto następujące oznaczenia: mc to liczba faz napięcia sieciowego, m1 to liczba faz napięcia na wejściu obwodu prostownika (na wyjściu transformatora), m = fп / fc — współczynnik równy stosunkowi częstotliwości fal napięcia wyjściowego do częstotliwości napięcia sieciowego. Ponieważ zawory są pokazane wszędzie diody półprzewodnikowe.

Najczęstszy kształt napięcia prostowania i napięcia wyjściowego podczas pracy z obciążeniem rezystancyjnym:

Jednofazowy obwód prostownika półfalowego (mc = 1, m1 = 1, m = 1)

Jednofazowy obwód prostownika pełnookresowego (obwód prostownika mostkowego mc = 1, m1 = 1, m =2)

Obwód prostownika jednofazowego z wyjściem w punkcie środkowym (mc = 1, m1 =2, m =2)

Trójfazowy obwód prostowniczy z wyjściem neutralnym (mc =3, m1 =3, m =3)

Trójfazowy obwód prostownika mostkowego (mc =3, m1 =3, m =6)

Podstawowe zależności dla obwodów prostownika pracujących na obciążeniu rezystancyjnym Rn przy założeniu, że transformator i zawory są idealne podano w tabeli: