Přeskočit na obsah

Praktická elektronika/Usměrnění střídavého proudu

Z Wikiknih

Ke přeměně střídavého proudu (napětí) na stejnosměrný proud (napětí) se používají měniče zvané usměrňovače, sestavené z polovodičových součástek.

Rozdělení:

  • neřízené (diodové) - výstupní napětí nelze měnit, tok výkonu pouze jedním směrem (není střídačový chod)
  • řízené (tyristorové) - výstupní napětí lze snižovat, tok výkonu oběma směry (proudový střídač)
  • pulzní (tranzistorové) - výstupní napětí lze zvyšovat (až na dvojnásobek), tok výkonu oběma směry (napěťový střídač)

Neřízené usměrňovače

[editovat | editovat zdroj]

Jednocestný

[editovat | editovat zdroj]

Výhodou tohoto zapojení je jeho jednoduchost, nevýhodou je, že vzniká "hluché místo", tedy půlperioda, kdy na výstupu není žádné napětí. Velikost usměrněného napětí (zanedbáme-li úbytek napětí na diodě) je dána vzorcem:

kde:

  • UOUT - střední hodnota výstupního napětí
  • UIN - efektivní hodnota vstupního napětí

Dvoucestný uzlový

[editovat | editovat zdroj]

Výhodou tohoto zapojení je, že usměrňuje obě půlvlny a postačují k tomu dvě diody (oproti čtyřem u můstkového zapojení), nevýhodou je nutnost dvou napájecích zdrojů (typicky transformátor s vyvedeným středem sekundáru). Velikost usměrněného napětí (zanedbáme-li úbytek napětí na diodách) je dána vzorcem:

kde:

  • UOUT - střední hodnota výstupního napětí
  • UIN - efektivní hodnota vstupního napětí (napětí jednoho zdroje; oba musejí být stejné)

Dvoucestný můstkový

[editovat | editovat zdroj]

Výhodou tohoto zapojení je, že usměrňuje obě půlvlny a postačuje k tomu jeden napájecí zdroj, nevýhodou je nutnost použití čtyř diod a vyšší úbytek napětí (vždy jsou v chodu dvě diody). Velikost usměrněného napětí (zanedbáme-li úbytek napětí na diodách) je dána vzorcem:

kde:

  • UOUT - střední hodnota výstupního napětí
  • UIN - efektivní hodnota vstupního napětí

Při dimenzování usměrňovače vycházíme z toho, že dioda má dva základní parametry, a to maximální proud v propustném směru a maximální napětí v závěrném směru.

Filtrační kondenzátor

[editovat | editovat zdroj]

Pro vyhlazení usměrněného tepavého napětí se na výstup připojuje tzv. filtrační kondenzátor. Pokud by byl připojen naprázdno (bez zátěže), došlo by k jeho nabití na maximální hodnotu a ta by zůstala konstantní. Je-li připojena zátěž, dochází k vybíjení kondenzátoru a poklesu napětí. Vhodnou volbou kapacity je dosaženo toho, že pro daný zátěžný proud napětí nepoklesne pod stanovenou mez.

kde:

  • IMAX - maximální proud odebíraný zátěží
  • fIN - frekvence vstupního napětí
  • fOUT - frekvence výstupního napětí
  • k - koeficient; pro jednocestné usměrnění 1, pro dvoucestné usměrnění 2
  • UMAX - maximální hodnota výstupního napětí (maximální hodnota vstupního napětí snížená o úbytek na diodě/diodách)
  • UMIN - minimální hodnota výstupního napětí, pod kterou nemá poklesnout

Příklad: Chceme napětí ze zdroje 12V AC o síťovém kmitočtu (např. sekundár trafa) usměrnit a vyfiltrovat tak, aby mohlo napájet stabilizátor LM7805, který odebírá 0,6A.

Jednocestný usměrňovač s filtrem na vstupu stabilizátoru.


LM7805


1) Dioda

  • závěrný směr:
  • propustný směr:
  • Volíme: 1NN4007 ()

2) Kondenzátor
kapacita:

  • LM7805
  • volíme:
  • napětí: volíme

Výsledek:

  • D - 1NN 4007
  • C = 1500μF / 25V

Napájecí zdroj

[editovat | editovat zdroj]
T - transformátor; U - usměrňovač; F - filtr; S - stabilizátor
T - transformátor; U - usměrňovač; F - filtr; S - stabilizátor

Síťový napájecí zdroj je zařízení, které umožňuje ze střídavé energetické sítě (v ČR 230 VAC 50Hz) napájet zařízení určené pro stejnosměrné malé a nízké napětí (typicky 12/24 VDC). Napětí je tedy nutné snížit transformátorem; usměrnit, tedy změnit střídavé na stejnosměrné; a to pak po vyhlazení kondenzátorem stabilizovat na požadované hodnotě (pevné nebo nastavitelné). Zdroj je tak tvořen kaskádní kombinací těchto

  • T = transformátor - snížení napětí
  • U = usměrňovač - změna AC/DC
    • viz výše
  • F kapacitní filtr - vyhlazení
    • viz výše
  • S = stabilizátor - na pevnou hodnotu

Konstrukce

[editovat | editovat zdroj]
Schéma zapojení regulovaného napájecího zdroje 0-15V; 1,2A
Umístění prvků uvnitř zdroje

Tento zdroj využívá obyčejný síťový transformátor T, integrovaný můstkový usměrňovač Q1 (4 diody v jednom pouzdře), a integrovaný zpětnovazební stabilizátor/regulátor napětí Q2. Ten je doplněn o další součástky a umožňuje nastavení výstupního napětí.[1]

Zdroj je napájen ze sítě a na jeho vstupních částech (přívodní kabel, vypínač, primární vinutí transformátoru) je síťové napětí 230 V, které může způsobit vážný úraz nebo i smrt! Je nutné dodržovat zásady bezpečnosti práce a nedotýkat se součástí obvodu pokud je připojen do sítě!

Seznam součástek:

Hotový zdroj - na předním panelu jsou výstupní svorky, ciferník voltmetru a páčka potenciometru (viz obrázek) ; na zadním panelu je pojistka, vypínač a vstup přívodního kabelu
  • X1 - vidlice síťová
    • UN = 230V
    • IN = 16A
  • F - pojistka trubičková 5x20 mm;
    • IN = 200mA
    • + pouzdro
  • K - vypínač páčkový
    • UN = 250V
    • IN = 3A
  • T - transformátor síťový (fN = 50Hz)
    • SN = 25 VA
    • U1/U2 = 230/12 V (ef)
  • Q1 - můstek usměrňovací 2W10
    • UMAX = 1kV
    • IMAX = 2A
  • Q2 - regulátor napěťový LM317
    • IMAX = 1,5A
    • + chladič
  • D1,2 - diody usměrňovací 1NN4007
    • UMAX = 1kV
    • IMAX = 1A
  • C1 - kondenzátor elektrolytický
    • CN = 2200μF
    • UMAX = 25V
  • C2 - kondenzátor elektrolytický
    • CN = 10μF
    • UMAX = 25V
  • C3 - kondenzátor elektrolytický
    • CN = 1μF
    • UMAX = 25V
  • R1 – potenciometr
    • RMAX = 4,7kΩ
    • průběh - lineární (N)
    • PMAX = 0,125W
    • + páčka
  • R2 - rezistor
    • RN = 270Ω
    • PMAX = 0,25W
  • R3 - rezistor
    • RN = 2,7kΩ
    • PMAX = 0,25W
  • V - voltmetr panelový analogový HD-060
    • M = UMAX = 15V
    • tolerance = 5%
  • X2 - zdířky
    • UMAX = 60 V
    • IMAX = 10 A
    • Ø 4 mm
  1. Texas Instruments. LM317 3-Terminal Adjustable Regulator [online]. [Cit. 2025-03-24]. Dostupné online.