Potřeba konverze AC na DC a její význam

V současné době je střídavý proud (také známý jako sinusový střídavý proud) široce používán v různých oblastech elektrotechniky a elektroniky. Existují však případy, kdy střídavý proud není vhodný pro určité úkoly a je třeba jej převést na stejnosměrný.

Jedním z důvodů, proč je nutné usměrnění AC na DC, je použití DC v některých elektrických zařízeních, jako jsou napájecí zdroje a elektronická zařízení. Přímý proud je stabilnější a spolehlivější při přenosu energie a napájení.

Při přeměně střídavého proudu na stejnosměrný je navíc možné použít usměrňovací obvody, které umožňují řídit napětí a proud. To umožňuje použít různé typy usměrňovačů, jako jsou jednofázové, dvoufázové a třífázové, a přizpůsobit je konkrétním požadavkům a podmínkám použití.

Usměrnění střídavého proudu

Jedním z hlavních důvodů pro usměrnění střídavého proudu je potřeba přeměnit střídavý proud, který přichází ze sítě, na stejnosměrný proud, který je nutný pro provoz většiny elektrických spotřebičů a zařízení.

Usměrnění střídavého proudu lze provést pomocí usměrňovačů. Usměrňovače jsou zařízení, která umožňují proudění proudu pouze jedním směrem a odstraňují z něj střídavou složku.

Existuje několik typů usměrňovačů, včetně jednofázových a třífázových, jednoúrovňových a víceúrovňových, půlvlnných a plnovlnných usměrňovačů. Každý typ usměrňovače má své vlastní charakteristiky a používá se v závislosti na požadavcích konkrétního systému nebo zařízení.

Typ usměrňovače	popis
Půlvlnný usměrňovač	Prochází pouze kladnou půlvlnou střídavého proudu a odstraňuje zápornou půlvlnu.
Plnovlnný usměrňovač	Prochází kladnými i zápornými půlvlnami střídavého proudu a odstraňuje jeho nulovou složku.

Usměrnění střídavého proudu je široce používáno v různých elektronických zařízeních, včetně napájecích zdrojů pro počítače, televizory, nabíječky, stabilizátory napětí, napájecí zdroje a další. To umožňuje efektivní využití napájení střídavého proudu a zajišťuje, že elektronická zařízení fungují podle jejich požadavků DC.

Princip činnosti usměrňovače

1. Primární zpracování signálu: Původní střídavý proud přiváděný na vstup usměrňovače nejprve prochází filtrem, aby se odstranilo vysokofrekvenční rušení. Filtr se skládá z kondenzátoru a induktoru.
2. Proces usměrnění: Po filtru je signál přiveden do usměrňovače, který plní hlavní funkci – přeměnu střídavého proudu na stejnosměrný. K tomuto účelu se používají polovodičové diody, jako je křemík nebo germanium.
3. Výstupní filtr: Stejnosměrný proud přijímaný z usměrňovače prochází výstupním filtrem, který slouží k vyhlazení pulzací stejnosměrného napětí. Výstupní filtr obsahuje kondenzátor, který vyhlazuje náhlé změny napětí a poskytuje stabilnější výstupní signál.

Osměrné prostředky tedy převádí střídavý proud na přímý proud, který umožňuje, aby byl použit k napájení elektronických zařízení, jako jsou počítače, televizory, nabíječky a další zařízení, která vyžadují konstantní napětí.

DC požadavky

Jedním z důležitých požadavků na stejnosměrný proud je stabilita. Stabilní stejnosměrný proud poskytuje konstantní proud a napětí, což je rozhodující pro provoz elektronických součástek. Nástroje a zařízení, které používají střídavý proud, by neměly být vystaveny dlouhým výkyvům napětí, protože to může způsobit jejich poruchu nebo dokonce poškození.

Dalším požadavkem na stejnosměrný proud je směrovost. Stejnosměrný proud má přesně definovaný směr elektrického toku a v průběhu času nemění svou polaritu. To umožňuje přesné řízení a distribuci energie. Díky směrovosti stejnosměrného proudu je možné přesně řídit pohyb elektrického náboje a využívat jej v různých systémech a zařízeních.

Další důležitou vlastností DC je nízká hlučnost. Stejnosměrný proud nemá vysokofrekvenční oscilace, které mohou rušit provoz zařízení a vytvářet další potíže.

Stabilita, směrovost a nízká hlučnost jsou tedy hlavními požadavky na stejnosměrné napájení, určované potřebami moderních elektronických zařízení.

Výhody DC

1. Snadné použití: PT lze snadno aplikovat v mnoha oblastech lidské činnosti, jako je průmysl, doprava, elektronika a mnoho dalších. Většina elektrických přístrojů a spotřebičů s ním totiž funguje perfektně. PT navíc zajišťuje stabilní provoz zařízení, která nepodléhají kolísání napětí.

2. Zabezpečení: PT je považována za bezpečnější pro člověka ve srovnání s VT. Konstantní napětí nezpůsobuje silné elektrické kontrakce srdečního svalu, díky čemuž je bezpečnější pro použití v každodenním životě a pro lékařské účely.

3. Účinnost: PT podporuje vyšší účinnost elektrických zařízení. Při přenášení proudu v přímé formě dochází k menším ztrátám energie ve srovnání s přenosem proudu ve střídavé formě. Navíc mnoho zařízení, zejména elektronických, funguje efektivněji pomocí PT, což snižuje spotřebu energie.

4. Odolnost proti rušení: Stejnosměrný proud je méně náchylný k rušení, jako je elektromagnetické nebo vysokofrekvenční rušení. To umožňuje použití PT v podmínkách vyžadujících stabilitu a spolehlivost elektronických a optických zařízení.

5. Použití v alternativních zdrojích energie: Stejnosměrný proud se snadněji a levněji přeměňuje na jiné formy energie, jako je mechanická nebo chemická energie. Díky tomu je důležitou součástí alternativních energetických systémů, jako jsou solární panely a větrné turbíny.

Výhody stejnosměrného proudu z něj činí nedílnou součást našeho moderního života. Využití PT stále roste a vyvíjí se a poskytuje energii pro různé oblasti vědy, průmyslu a každodenního života.

Základní metody rovnání

Existuje několik základních usměrňovacích metod pro přeměnu střídavého proudu na stejnosměrný proud. Každý z nich má své výhody a nevýhody a výběr metody závisí na konkrétních podmínkách a požadavcích.

Nejjednodušší a nejběžnější způsob usměrnění je použití jednofázového nebo třífázového diodového usměrňovače. Diodový usměrňovač se skládá z diod, které umožňují proudění proudu pouze jedním směrem. Při připojení střídavého proudu na diodový můstek se sinusový signál převede na kladné půlperiody. Jednofázový diodový usměrňovač se používá pro přeměnu jednofázového střídavého proudu a třífázový diodový usměrňovač se používá pro přeměnu třífázového střídavého proudu.

Další metodou usměrnění je použití snižovacího transformátoru a diodového usměrňovače se sériovým kondenzátorem. Snižovací transformátor převádí vysoké střídavé napětí na nižší napětí a diodový usměrňovač a sériový kondenzátor usměrňují proud a vyhlazují jej a poskytují konstantní napětí.

Existuje také metoda usměrnění pomocí filtračního obvodu. Filtrační obvod obsahuje induktor pro vyhlazení zvlnění, ke kterému dochází po usměrnění. Tato metoda poskytuje stabilnější stejnosměrné napětí než jednoduchý diodový usměrňovač.

Metoda rovnání	Výhody	Omezení
Diodový usměrňovač	Jednoduchost, spolehlivost, nízká cena	Vysoká pulzace, nízká účinnost
Snižovací transformátor a diodový usměrňovač se sériovým kondenzátorem	Stabilní konstantní napětí, hladký proud	Složitější schéma, vysoké náklady
Filtrační řetěz	Stabilnější stejnosměrné napětí, menší zvlnění	Složitější obvod, vyšší cena

Volba metody usměrnění závisí na požadavcích na stejnosměrné napětí, ceně, účinnosti a dalších faktorech. V každém konkrétním případě je nutné tyto faktory zohlednit a zvolit nejvhodnější způsob usměrnění střídavého proudu na stejnosměrný.

Jednofázové usměrnění

Při jednofázovém usměrnění prochází usměrňovacími diodami střídavý proud, který příslušně mění svou polaritu. V důsledku toho jsou kladné a záporné půlperiody střídavého proudu převedeny na jednosměrný stejnosměrný proud.

Jednofázové usměrnění je široce používáno v různých elektronických zařízeních a systémech, jako jsou napájecí zdroje, počítačové zdroje, nabíječky a mnoho dalších.

Mezi výhody jednofázové usměrnění patří jednoduchá a spolehlivá konstrukce, není potřeba transformátor, malé rozměry a hmotnost zařízení a nízká cena. Nevýhodou jednofázového usměrnění je však přítomnost vysokých pulzací napětí a proudu na výstupu, což vyžaduje další opatření k jeho vyhlazení a stabilizaci.

Třífázové usměrnění

Pro třífázové usměrnění se používají především diodové můstky, které se skládají ze šesti diod a umožňují přeměnu střídavého proudu třífázové soustavy na stejnosměrný. Diodové můstky mají konstrukci, která umožňuje snížit energetické ztráty a zvýšit účinnost systému. Třífázová rektifikace však vyžaduje třífázový napájecí systém, který vyžaduje instalaci dalších zařízení a zdrojů energie.

Použití třífázového usměrnění má své výhody: zvýšení účinnosti systému, zlepšení kvality stejnosměrného proudu, snížení elektrických ztrát. Třífázové usměrnění je také spolehlivější a stabilnější způsob přeměny střídavého proudu na stejnosměrný.

Výhody třífázového usměrnění:	Nevýhody třífázového usměrnění:
Vysoká efektivita práce	Potřeba třífázového napájecího systému
Vyšší moc	Instalace přídavných zařízení a zdrojů energie
Široká škála aplikací

Tyristorové usměrňovače

Princip činnosti tyristorového usměrňovače je založen na použití tyristorů jako prvků usměrňovače. Tyto prvky jsou řízeny signály dodávanými regulátorem. Když je na tyristor přiveden signál, otevře se a umožní proudění proudu pouze jedním směrem, čímž zablokuje zpětný směr proudu.

Hlavní předností tyristorových usměrňovačů je vysoká účinnost a spolehlivost. Poskytují stabilní stejnosměrné napětí s minimální ztrátou energie, což je zvláště důležité při použití v napájecích systémech nebo výkonových elektronických zařízeních.

Tyristorové usměrňovače se používají v mnoha oblastech, včetně průmyslu, energetiky a dopravy. Používají se k přeměně střídavého proudu dodávaného ze sítě na stejnosměrné napětí pro napájení různých zařízení včetně elektromotorů, LED lamp a elektronických zařízení.

Výhody tyristorových usměrňovačů:
Nízká energetická ztráta
Vysoká účinnost konverze
Высокая надежность и долговечность
Možnost nastavení výstupního napětí
Široká škála aplikací

Výhody tyristorových usměrňovačů

Jednou z hlavních výhod tyristorových usměrňovačů je vysoká účinnost konverze, která umožňuje snížit energetické ztráty a zvýšit energetickou účinnost systému jako celku. Tyristory mají vysokou účinnost a jsou schopny poskytovat stabilní konstantní výstupní napětí.

Další výhodou tyristorových usměrňovačů je jejich vysoká spolehlivost a životnost. Tyristorové moduly mají vysoký stupeň ochrany proti přetížení a zkratu, což snižuje pravděpodobnost poruch a zvyšuje životnost zařízení.

Tyristorové usměrňovače mají také vysoký výkon a jsou schopny zvládnout velké zatížení, což umožňuje jejich použití v různých průmyslových a energetických systémech. Lze je použít k přeměně střídavého proudu různých frekvencí a napětí na stejnosměrný proud, což umožňuje přizpůsobení systému široké škále požadavků.

Obecně jsou tyristorové usměrňovače spolehlivým a účinným způsobem přeměny střídavého proudu na stejnosměrný proud s vysokými výkonovými charakteristikami a schopností pracovat s různými zátěžemi. Našly široké uplatnění v průmyslu a energetice a nadále se vyvíjejí a zdokonalují, aby plně vyhovovaly požadavkům moderních systémů.

Výběr typu usměrňovače

Při přeměně střídavého proudu na stejnosměrný proud existuje několik typů usměrňovačů, z nichž každý má své vlastní vlastnosti a aplikace:

1. Půlvlnný usměrňovač. Poskytuje nejjednodušší přeměnu střídavého proudu na stejnosměrný, ale má nízkou účinnost a vysoké zvlnění napětí.
2. Celovlnný usměrňovač. Je rozšířením půlvlnného usměrňovače a umožňuje snížit pulzaci napětí. Obsahuje dvě diody.
3. Třífázový usměrňovač. Používá se k přeměně třífázového střídavého proudu na stejnosměrný proud. Umožňuje snížit pulsaci napětí a má vysokou účinnost.
4. Kaskádový usměrňovač. Skládá se z několika stupňů určitého typu usměrňovačů, spojených do kaskády. Poskytuje vysoké usměrnění a nízké zvlnění napětí.

Při výběru typu usměrňovače je nutné zvážit požadavky konkrétního systému a také požadovanou úroveň usměrnění a účinnosti. Každý typ usměrňovače má své výhody a nevýhody, proto je nutné analyzovat jejich vlastnosti a vybrat vhodnou možnost.

Faktory ovlivňující výběr typu usměrňovače

Při výběru typu usměrňovače, který převádí střídavý proud na stejnosměrný, je nutné vzít v úvahu řadu faktorů, které ovlivňují jeho účinnost a spolehlivost.

Zde je několik z nich:

1. Požadavky na výstupní napětí: V závislosti na konkrétní aplikaci a typu zátěže může být vyžadováno specifické stejnosměrné napětí. Některé usměrňovače jsou schopny poskytovat stabilnější napětí než jiné, takže při výběru typu stojí za to zvážit požadavky a možnosti vašeho systému.
2. Průběh střídavého proudu: Mnoho typů usměrňovačů je vhodných pouze pro určité průběhy střídavého proudu. Například usměrňovače s diodami na polovodičových prvcích pracují pouze se sinusovým proudem.
3. Výkon a energetické ztráty: Každý usměrňovač má své vlastní výkonové ztráty. Při výběru typu je důležité zvážit energetickou účinnost, zejména pokud se očekává, že systém bude fungovat po dlouhou dobu nebo bude mít vysoký výstupní výkon.
4. Cena a dostupnost: Různé typy rovnaček mají různé náklady a dostupnost na trhu. Při výběru se vyplatí zvážit rozpočet projektu a dostupnost potřebného vybavení.
5. Požadovaná spolehlivost: Některé usměrňovače jsou spolehlivější a odolnější vůči přetížení nebo zkratu než jiné. Při výběru by měla být posouzena požadovaná spolehlivost systému.

Zvážením těchto faktorů můžete určit vhodný typ usměrňovače, který poskytne optimální výkon a funkčnost systému.

Výpočet usměrňovače

Hlavní součástí usměrňovače jsou diody, které fungují jako usměrňovač. Diody musí být vybrány na základě procházejících proudů a maximálního zpětného napětí, které mohou odolat. K tomu je nutné vzít v úvahu amplitudu střídavého proudu a jeho frekvenci.

Dalším důležitým parametrem je kondenzátor, který slouží k vyhlazení usměrněného napětí a snížení jeho pulzací. Výpočet kapacity kondenzátoru se provádí s přihlédnutím k přípustné pulzaci na výstupu a požadované úrovni stejnosměrného napětí.

Při výpočtu usměrňovače je také nutné vzít v úvahu ztráty napětí na diodách a účinnost obvodu. Ztráty napětí na diodách závisí na jejich charakteristikách a proudu, který jimi prochází. Účinnost obvodu usměrňovače je definována jako poměr výstupní stejnosměrné složky ke vstupní střídavé složce.

Výpočet usměrňovače tedy vyžaduje zohlednění všech hlavních parametrů a výběr komponent s ohledem na tyto parametry. Umožňuje získat požadovanou úroveň konstantního napětí za daných vstupních podmínek.

Usměrňovače jsou jednou z nejdůležitějších elektronických součástek, které přeměňují střídavý proud na stejnosměrný proud. Tato zařízení jsou široce používána v různých oblastech, jako je průmysl, energetika, radioelektronika a mnoho dalších.

Existuje mnoho různých typů usměrňovačů, z nichž každý má své vlastní vlastnosti a použití. V tomto článku se podíváme na hlavní typy usměrňovačů, jejich principy fungování, výhody a nevýhody a také oblasti použití.

Usměrňovače v historii

V historii elektrotechniky bylo použito několik metod k usměrnění střídavého proudu na stejnosměrný proud. Některé z nich jsou dnes již zastaralé nebo se prakticky nepoužívají, přesto je důležité o nich vědět.

Mechanické usměrňovače

Mechanické usměrňovače jsou jednou z prvních metod přeměny střídavého proudu na stejnosměrný a byly vyvinuty na počátku 20. století. Fungují na bázi mechanického usměrnění proudu, kdy se pohybující se magnetický systém otáčí uvnitř statoru s několika vinutími.

Princip činnosti mechanického usměrňovače spočívá v tom, že rotující magnety vytvářejí střídavé magnetické pole, které prochází statorem obsahujícím několik vinutí. Tato vinutí jsou zapojena do série a pomocí komutátoru vytvářejí na výstupu konstantní napětí.

Mechanické usměrňovače byly běžné v první polovině 20. století, zejména v průmyslových zařízeních, jako jsou vodní elektrárny, kde bylo potřeba přeměnit střídavý proud generovaný generátory na stejnosměrný proud pro elektrické pohony.

Měly však řadu problémů, včetně vysoké ceny, potíží s údržbou a omezeného rozsahu výkonu, což vedlo k tomu, že se s rozvojem elektronických technologií postupně staly minulostí.

V současné době se mechanické rovnačky používají velmi zřídka, pokud se nepoužívají jako starožitnosti nebo dekorativní předměty. Místo toho se hojně používají elektronické usměrňovače, které mají vyšší účinnost a přesnost a jsou také mnohem kompaktnější a spolehlivější.

Trubkové usměrňovače

Elektronkové usměrňovače jsou elektronická zařízení, která využívají elektronky (vakuové elektronky, vakuové diody) k přeměně střídavého proudu na stejnosměrný. Taková zařízení byla v minulosti široce používána v elektroenergetice, stejně jako v rozhlasových a televizních zařízeních.

Elektronkový usměrňovač funguje na základě jevu emise elektronů, tedy uvolňování elektronů z povrchu žhavené katody výbojky. Katoda a anoda (nebo více anod) lampy jsou umístěny uvnitř vakuové komory, což umožňuje elektronům volně se pohybovat od katody k anodě.

Pokud je na katodě záporné napětí a na anodě kladné napětí, elektrony se přesunou z katody na anodu a vytvoří proud v jednom směru. Když se změní směr střídavého proudu na katodě, napětí na anodě se stane záporným a proud nemůže protékat tímto směrem.

Jedním z nejběžnějších typů elektronkových usměrňovačů je vakuová dioda, která se skládá ze dvou elektrod: katody a anody, oddělených vakuem.

Vakuová dioda může usměrňovat proud pouze v jednom směru, což umožňuje její použití k přeměně střídavého proudu na stejnosměrný proud.

Elektronkové usměrňovače měly řadu výhod, jako je vysoká spolehlivost, schopnost pracovat s vysokými napětími a proudy a malá závislost na změnách teplot. Ve srovnání s polovodičovými usměrňovači však byly drahé a pomalé a v důsledku rozvoje polovodičové technologie se postupně přestaly používat.

V současné době se elektronkové usměrňovače používají především v audiofilských zařízeních a pro vytváření efektů v kytarových zesilovačích.

Rtuťové usměrňovače

Rtuťový usměrňovač je elektronické zařízení určené k přeměně střídavého proudu na stejnosměrný proud. Využívá vlastnosti rtuti, která je v kapalném skupenství vodičem a v plynném izolantem.

Rtuťový usměrňovač obvykle používá dvě elektrody umístěné uvnitř skleněné baňky naplněné rtutí.

Když se na jednu z elektrod přivede kladné napětí, začnou se k této elektrodě přesouvat elektrony ze rtuti. V tomto okamžiku se rtuť stává vodičem a proud začíná protékat usměrňovačem v jednom směru. Když se na elektrodu přivede záporné napětí, elektrony se vrátí do rtuti a ta se opět stane izolantem.

Rtuťové usměrňovače byly běžné během elektronkové éry, kdy byla potřeba vysokonapěťový stejnosměrný proud do výkonových elektronkových zesilovačů a dalších zařízení. Postupem času je ale nahradily účinnější a ekonomičtější polovodičové usměrňovače, které mají menší celkové rozměry, nižší ztráty a hlučnost.

Rtuťové usměrňovače se však stále používají v některých průmyslových odvětvích, například v elektrochemické výrobě, kde se používají k výrobě stejnosměrného proudu o vysokém výkonu.

Feritové usměrňovače

Feritový usměrňovač je zařízení, které převádí střídavý proud na stejnosměrný proud pomocí diod a feritových kroužků. Byly vynalezeny ve 1930. letech XNUMX. století a představovaly průlom v elektronice, protože umožňovaly usměrňování proudu bez použití elektronek, které byly drahé, neefektivní a nespolehlivé.

Feritové kroužky ve feritových usměrňovačích byly použity k vytvoření magnetického pole potřebného k vyrovnání elektronů pohybujících se ve stejném směru přes diody. Proud procházející cívkou na feritovém prstenci vytvořil magnetické pole, které přitahovalo elektrony protékající diodou k anodě. Výsledkem byl stejnosměrný proud.

Feritové usměrňovače byly široce používány v televizních a rozhlasových zařízeních, stejně jako ve výkonové elektronice. Postupem času je však nahradily modernější polovodičové usměrňovače, jako jsou diody a tyristory, které jsou účinnější a levnější.

Oxid měďnatý nebo měďnaté usměrňovače

Měděno-zinkový usměrňovač, také známý jako měďnatý usměrňovač, je jedním z prvních typů polovodičových usměrňovačů. Byl vynalezen v roce 1874 americkým vědcem Josephem Swanem.

Cuproxy usměrňovač se skládá z měděné desky, na které je vrstva oxidu zinečnatého. Tato vrstva oxidu zinečnatého působí jako polovodič, který umožňuje proudění proudu pouze jedním směrem a také usměrňuje střídavý proud a mění jej na stejnosměrný proud.

Cuproxový usměrňovač měl některé výhody oproti dřívějším mechanickým a elektrickým vakuovým usměrňovačům, ale měl také nevýhody, jako je nízká účinnost a nestabilita v provozu.

Byl široce používán na počátku 20. století, ale později byl nahrazen účinnějšími polovodičovými usměrňovači. V současné době má měďnatý usměrňovač historický význam a v moderních přístrojích a zařízeních se používá jen zřídka.

Selenové usměrňovače

Selenové usměrňovače jsou typem polovodičového usměrňovače, který byl široce používán v elektronice v polovině 20. století.

Selenový usměrňovač je krystal vyrobený ze selenu, což je polovodič. Má vlastnosti, které umožňují jeho použití jako usměrňovač střídavého proudu.

Selenový usměrňovač funguje tak, že při průchodu proudu mění své vlastnosti. Když proud protéká selenem, mění se jeho struktura a vlastnosti, což mu umožňuje propouštět proud pouze jedním směrem, a tím usměrňovat střídavý proud.

Selenové usměrňovače měly oproti elektronkovým usměrňovačům řadu výhod. Byly kompaktnější, levnější a měly nižší spotřebu.

Selenové usměrňovače však měly i nevýhody, jako nižší spolehlivost a životnost oproti elektronkovým.

V dnešní době se již selenové usměrňovače v elektronice nepoužívají, protože je nahradily účinnější polovodičové usměrňovače jako křemík nebo germanium. Zůstávají však zajímavým předmětem studia a sběru pro nadšence elektroniky a historiky technologií.

Polovodičové usměrňovače

Vývoj polovodičových usměrňovačů má dlouhou historii, která sahá až k vynálezu prvních diod na počátku 20. století. První polovodičové usměrňovače schopné poskytovat průmyslovou energii se však objevily až v polovině 20. století.

První polovodičové usměrňovače byly vyrobeny z germania, křemíku a dalších polovodičových materiálů.

V 1950. letech se objevila výkonová polovodičová zařízení jako tyristory a Schottkyho diody, které měly vysoký výkon a vysokou spolehlivost. Tato zařízení se široce používají v elektroenergetice, průmyslu a dalších odvětvích, která vyžadují přeměnu elektrické energie.

S rozvojem technologie polovodičových materiálů a výroby polovodičových součástek byly vytvořeny nové typy usměrňovačů, jako jsou vysoce výkonné tyristorové moduly a invertory, které poskytují vyšší výkon a účinnost.

Polovodičová zařízení jsou dnes široce používána v mnoha oblastech, jako je výroba energie, doprava, informační technologie, průmysl a domácí spotřebiče. Jsou nedílnou součástí moderní elektrotechniky a významně ovlivňují účinnost a spolehlivost mnoha zařízení a systémů.

Typy usměrňovačů podle míry využití půlcyklů střídavého napětí

Usměrňovače lze rozdělit do dvou typů v závislosti na stupni využití střídavých půlcyklů:

• Plně sinusové usměrňovače: využívají oba půlcykly střídavého proudu. Výstupní stejnosměrný proud má tedy téměř konstantní hodnotu, protože obě půlcykly vstupního střídavého proudu jsou využity pro generování stejnosměrného proudu. Tento typ usměrňovače se obvykle používá v aplikacích s vysokými požadavky na kvalitu DC, jako jsou napájecí zdroje pro elektronická zařízení, audio zesilovače a další zařízení.
• Půlvlnné usměrňovače: používají pouze jeden půlcyklus střídavého proudu. Výstupní stejnosměrný proud má tedy značné zvlnění, což může být pro některé aplikace nepřijatelné. Půlvlnné usměrňovače se obvykle používají v nízkoproudých aplikacích, jako jsou nabíječky baterií, kde je vyžadováno jednoduché, levné stejnosměrné napájení.

Nejběžnější polovodičové usměrňovače, které jsou dnes k dispozici, jsou však buď plné sinusové nebo půlvlnné, v závislosti na typu obvodu použitého k usměrnění střídavého proudu.

Typy usměrňovačů podle rektifikačního schématu

Existuje několik typů usměrňovačů podle usměrňovacího obvodu:

• Jednofázové usměrňovače s jednou diodou – Jedná se o nejjednodušší usměrňovače, které se používají, když není vyžadován velký výstupní proud. Používají se v napájecích zdrojích pro elektronická zařízení a další malé aplikace.
• Jednofázové můstkové usměrňovače jsou účinnější usměrňovače, které používají čtyři diody k usměrnění celého cyklu vstupního signálu. Tento usměrňovací obvod se používá ve většině domácích a průmyslových aplikací, včetně napájecích zdrojů pro počítače, LED lampy a další elektronická zařízení.
• Třífázové usměrňovače jsou usměrňovače, které využívají k vytvoření stejnosměrného proudu tři fáze střídavého napětí. Tento usměrňovací obvod se používá v průmyslových aplikacích, kde je vyžadován vysoký výstupní proud.
• Středové usměrňovače je usměrňovací obvod, který se používá k vytvoření vysokého stejnosměrného napětí z nízkonapěťového střídavého napětí. Používá se v laboratorních a vědeckých aplikacích, kde je vyžadována výroba vysokého napětí.
• Kaskádové usměrňovače jsou složité usměrňovací obvody, které využívají více stupňů diod a kondenzátorů k výrobě vysokého stejnosměrného napětí. Tento usměrňovací obvod se používá ve vysokonapěťových aplikacích, jako jsou televizní a radarové vysílače.

Moderní řízené usměrňovače AC na DC

Moderní řízené AC-DC usměrňovače jsou klíčovým prvkem moderních měničů elektrické energie. Používají se v celé řadě průmyslových a domácích zařízení, jako jsou frekvenční měniče, svářečky, počítačové napájecí jednotky a mnoho dalších.

Oblíbeným typem moderních řízených usměrňovačů jsou usměrňovače IGBT.

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) je polovodičové zařízení, které má vlastnosti tranzistoru a tyristoru.

Skládají se z IGBT (insulation-gate-bipolar transistor) tranzistorů a diod, které plní funkci usměrnění střídavého proudu.

Hlavní výhodou IGBT usměrňovačů je, že mohou být řízeny řídicím signálem, což umožňuje přesné řízení výstupního napětí a proudu. To umožňuje jejich použití v různých aplikacích, včetně solárních a větrných elektráren, průmyslových invertorů a dalších. Vyznačují se také vysokou spolehlivostí a dlouhou životností.

V budoucnu se se zlepšováním technologie a vývojem nových materiálů očekávají další vylepšení IGBT usměrňovačů, díky nimž budou ještě účinnější, spolehlivější a kompaktnější.

Usměrňovače v měnírnách vysokého napětí

Vysokonapěťové usměrňovače lze klasifikovat podle typu řízení a schématu síťového připojení.

Jedním z nejběžnějších typů řízení je fázově řízený usměrňovač (Pulse Width Modulation – PWM), který umožňuje regulovat výstupní napětí a proud.

Takové usměrňovače používají polovodičové spínače, jako jsou IGBT nebo GTO, které jsou řízeny pomocí vysokofrekvenčních impulsů. Tento typ řízení umožňuje vysoce přesnou regulaci výstupního napětí a proudu a také zajišťuje vysokou účinnost konverze.

Jako příklad vysokonapěťových usměrňovačů lze uvést HVDC měnírny, které slouží k přenosu stejnosměrné elektřiny na velké vzdálenosti. Takové systémy mohou mít kapacitu několik megawattů až několik gigawattů a používají se k přenosu elektřiny mezi zeměmi nebo regiony.

Tyto systémy využívají pokročilé polovodičové usměrňovače, jako jsou IGBT, které poskytují vysokou účinnost a přesnost řízení.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře