V preteklosti je bilo bolj donosno in ceneje prejemati električno energijo v obliki izmeničnega toka, ki ga proizvajajo generatorji elektrarn. Ta predstavitev je omogočila učinkovito prenašanje na velike razdalje. Na sprejemnem koncu se je pretvoril v enofazno napetost, primerno za potrošnike, in v tej obliki vstopil v daljnovod. Vendar pa notranja vezja večine sodobnih električnih sprejemnikov zahtevajo konstantno moč, katere vrednost je izbrana iz standardnega obsega vrednosti 5, 9, 12, 24, 36 ali 48 voltov. Za njihovo pridobitev je bilo treba v tokokrog elektronskih naprav vnesti poseben napetostni usmernik (na primer 24 Voltov).
Načelo delovanja usmernika
Za jasno razumevanje principa delovanja enosmernega usmernika je treba najprej upoštevati, da se za usmerjanje izmenične napetosti uporabljajo polprevodniški elementi (diode). Njihova značilnost je sposobnost prevajanja toka samo v eno smer. Zaradi te lastnosti bo imela izmenična napetost, ki se jim dovaja na izhodu, obliko pozitivnih valov z odrezanimi spodnjimi polovicami polcikla nihanj.Pri pozitivnih polvalovih bo skozi diodo stekel tok, ki je osnova za nastanek konstantne moči. Za njegovo pridobitev so potrebni dodatni električni elementi.
Vsak trenutni usmernik vključuje naslednje glavne komponente:
- Spadajoči transformator, ki pretvori 220 voltov v zahtevano vrednost;
- komplet diod (most);
- gladilni (filtrirni) kondenzator;
- stabilizator, izdelan na osnovi tranzistorskih elementov.
Obstaja veliko možnosti za elektronske usmernike, ki se razlikujejo po številu in načinu povezovanja diod ter njihovih delovnih parametrih. Posebej zanimivi so različni pristopi vključevanja diodnih elementov v vezje. Stabilizacijska kaskada usmerniške naprave je sestavljena s pomočjo tranzistorskih stikal, imenovanih elektronski releji.
Vrste usmernikov
Glede na način povezovanja polprevodniških diod so vsi AC usmerniki razdeljeni na naslednje vrste:
- pol-val (pol-val);
- polnovalni (polni val s srednjo točko ali Mitkevičeva vezja);
- mostični ali Graetzovi usmerniki;
- usmerniki s podvojitvijo delovne napetosti in druga, manj običajna vezja.
Polvalovno preklapljanje je najenostavnejša metoda za usmerjanje izmeničnega toka. Drugo ime je vezje ničelnega usmernika.
Pri napravah tega razreda je možno dobiti le pulzirajoč (samo polovično porabljen) izhodni tok. Za vezja, zgrajena na principu pol vala, je značilna nizka učinkovitost pretvorbe in se uporabljajo zelo redko.Njihovi polnovalni analogi vsebujejo dve diodi in zagotavljajo popravljanje polvalov obeh polarnosti. So bolj učinkoviti in se uporabljajo v preprostih napajalnikih.
Enofazni mostični usmerniki, tako imenovana Graetzova vezja s 4 diodami, se odlikujejo po visokem izkoristku, ki se nanaša na izkoristek izrabe prejete moči iz transformatorja.
Napetost na izhodu polprevodniških usmerniških mostov je dobra osnova za naknadno glajenje in stabilizacijo - pridobivanje enosmernega toka.
Široko se uporabljajo v napravah s povečano energijsko intenzivnostjo, kot so generatorji z izhodno napetostjo od deset do sto voltov. Njihove prednosti vključujejo:
- nizka povratna napetost (delki volta);
- majhne dimenzije;
- visoka učinkovitost uporabe transformatorja (v primerjavi z vezjem Mitkevič).
Pomembna pomanjkljivost mostnih vezij je dvakrat večji padec napetosti na diodah, zaradi česar morajo pri razvoju izbrati izhodne parametre transformatorja z rezervo. Ta del uporabne moči se nato izgubi pri prehodih štirih diod.
Vrste usmernikov po funkcionalnosti
Po namenu in funkcionalnosti poznane modele usmernikov delimo na enofazne in trifazne naprave. Prvi se uporabljajo v električnih omrežjih stanovanjskih hiš in zasebnih stavb ter so namenjeni za napajanje gospodinjske opreme. Slednji so elektronski modul treh podobnih enot, izdelanih po eni od naslednjih shem:
- enostranski usmerniki;
- potisni-vlečni sistemi;
- kombinirani moduli: z dvema trifaznima navitjema z vzporedno in zaporedno vezavo diod.
Uporaba enocikličnih transformacijskih vezij je omejena zaradi nizke učinkovitosti popravljene napetosti. Njihovi dvotaktni analogi se pogosto uporabljajo v enosmernih elektromotorjih in drugih električnih strojih, ki v svoji zasnovi vsebujejo krtačne enote. Poleg klasičnih usmernikov, namenjenih za vgradnjo v brušene motorje, obstajajo vezja, ki vam omogočajo večkratno povečanje izhodne napetosti. Poseben primer tovrstnih rešitev je usmernik za podvojitev napetosti.
Usmerniško vezje za podvojitev napetosti se od že obravnavanih možnosti razlikuje le v podrobnostih. Takšne naprave se običajno imenujejo multiplikatorji, ki jih je enostavno sestaviti z lastnimi rokami.
Osnovna razmerja pri izračunu usmernika
- vhodna napetost, ki deluje v sekundarnem navitju transformatorja;
- tok v diodah, ki tečejo v vezju ob upoštevanju obremenitve;
- kapacitivnost elektrolitskega kondenzatorja, izbrana na podlagi določenega koeficienta glajenja pulziranja;
- največja napetost na njem.
Pomembno je upoštevati padec napetosti na polprevodniških diodah v stanju vklopa.
Izračunana razmerja za ta primer so predstavljena v naslednji obliki.
- Tok v navitju transformatorja je po velikosti enak največji vrednosti v obremenitvi (Irev = Iload).
- Napetost v sekundarnem navitju v stanju mirovanja je U2≈ 0,75Uobremenitev.
- Priporočljivo je, da vzamete usmerniške diode z naslednjimi parametri: Urev> 3,14Uload in Imax> 1,57Iload.
Usmerniki se pogosto uporabljajo na različnih področjih elektrotehnike in elektronike, vključno s sodobnimi krmilnimi sistemi.Zato je tako pomembno razumeti, kaj so trenutni usmerniki in katere vrste se uporabljajo za izdelavo najučinkovitejših vezij.
