Výkonové usmerňovače

V energetike majú výkonové usmerňovače pre elektrickú trakciu mimoriadne veľký význam, v spojení so striedačmi sú veľmi významným článkom pri prenose elektrickej energie jednosmerným prúdom na veľké vzdialenosti.
Usmerňovače sú elektrické zariadenia, ktorými sa mení alebo usmerňuje striedavý prúd na jednosmerný prúd.

Usmerňovače rozdeľujeme na:

• elektrónkové
• výbojkové
• polovodičové

Podľa konštrukcie rozdeľujeme na:

• jednocestné
• dvojcestné    

Príkladom takéhoto prvku je polovodičová dióda. Diódou prechádza iba prúd pri istej polarite napätia, to znamená, keď je anóda A pripojená ku kladnému pólu zdroja napätia. Keď ju zapojíme do obvodu striedavého prúdu, pracuje ako elektrický ventil. Dióda pracuje ako jednosmerný usmerňovač. Poznáme aj dvojcestný usmerňovač s Graetzovým zapojením diód.

Obr. 1 Schematické značky

 Jednocestný: ak C=0, prúd prechádza cez Rz vtedy, ak je anóda kladnejšia voči katóde. Prúd má impulzný charakter, pričom jeho maximálna hodnota Im =  , kde Rf je odpor fázy alebo jednej usmerňovacej cesty a rovná sa Rf = Ru+Rtr+Ro, kde Ru je odpor usmerňovača, ktorý zistíme z VACH. Rtr = Rs Ro je ochranný odpor, ktorý má za úlohu ochrániť usmerňovač pred prúdovým nárazom, ktorý vzniká pri zapojení usmerňovača na sieť. Stredná hodnota za usmerňovačom je stredná hodnota usmerneného prúdu Io = Im/π.
Stredná hodnota usmerneného napätia je Uo =  (s Rz).
Výstupné napätie naprázdno Uo== =0,45U (bez Rz).
Nevýhodou jednocestného usmerňovača je, že transformátor má veľké rozmery. Používa sa iba pri zdrojoch s malý výkonom alebo pri zdrojoch bez sieťového transformátora, kedy sa pripojí priamo na fázový vodič siete.

Obr. 2 Jednocestný usmerňovač

Dvojcestný: ak je napätie medzi bodmi A1-0, je väčšie ako Uo, vedie dióda D1. ak je napätie medzi bodmi A2-0, je menšie ako Uo, vedie dióda D2. nevýhodou tohto usmerňovača je, že je robustný a finančne náročný.

Obr. 3 Dvojcestný usmerňovač

V práci sa častejšie používa dvojcestný mostíkový usmerňovač. V jednej polvlne tečie prúd cez D1,Rz,D2, v druhej polvlne cez D4,Rz,D3. Usmernený prúd Io je dvojnásobok ako u jednocestného usmerňovača.
Usmernené napätie: Uo=0,6366Um Uo = Um
Činiteľ zvlnenia: φzv 
Činiteľ zvlnenia závisí od veľkosti vyhladzovacieho kondenzátora a od veľkosti záťažového prúdu. 

             

Obr. 4 Dvojcestný mostíkový usmerňovač

Aby sme získali z usmerňovača jednosmerný prúd podobný prúdu batérie, musíme na výstup usmerňovača pripojiť filtračný obvod, zložený z RC, alebo LC prvkov.
 

Spôsob prenosu elektrickejenergie výkonovými usmerňovačmi a striedačmi je vyznačený na obr. 5. Na jednej strane vedenia je výkonový tyristorový usmerňovač (konvertor), na druhej strane vedenia je tyristorový striedač (inventor) Ak sa vyžaduje vratný chod (t.j. obidvoma smermi, môže konvertor pracovať v režime invertora pri fázovom posune väčšom ako 90° a menšom ako 180°, pričom prúd prechádza vedením rovnakým smerom pri zmenenej polarite vedenia. Výhodnejšia je zmena smeru prídu prepojením svoriek v rozvodnej stanici, pričom polarita vedenia "zostane zachovaná. Na jednosmerný prenos sa používajú len dva vodiče. výnimočne aj jeden.

Obr. 5  Použitie výkonových usmerňovačov a striedačov pri prenose elektrickej energie jednosmerným  prúdom