Jak se provádí náprava střídavého proudu

Jak víte, elektrárny vyrábějí střídavý proud. AC snadno převádí pomocí transformátorů, je přenášena dráty s minimálními ztrátami, mnoho elektromotorů pracuje na střídavý proud, nakonec všechny průmyslové a domácí sítě dnes pracují se střídavým proudem.

Pro některé aplikace je však střídavý proud v zásadě nevhodný. Baterie je třeba nabíjet stejnosměrným proudem, elektrolytické elektrárny jsou napájeny stejnosměrným proudem, LED diody vyžadují stejnosměrný proud a bez stejnosměrného proudu je toho ještě mnohem víc, nemluvě o původně používaných přístrojích baterie. Tak či onak, někdy je nutné extrahovat stejnosměrný proud ze střídavého proudu jeho převedením, aby se tento problém vyřešil, uchýlili se k úpravě střídavého proudu.

Pro nápravu použití střídavého proudu usměrňovače diod. Nejjednodušší usměrňovací obvod obsahující pouze jeden polovodičová diodase nazývá usměrňovač s půlvlnou. Střídavý proud zde prochází primárním vinutím transformátoru, jehož sekundární vinutí je spojeno s anodou diody s jednou ze svých svorek a se zátěžovým obvodem s druhou, která je zase připojena ke katodě diody, uzavírá sekundární obvod transformátoru.

Zvažte, co se stane v prvním okamžiku, kdy je kladné napětí přivedeno na anodu diody vzhledem k jeho katodě, působící během první poloviny periody střídavého proudu.

V tuto chvíli se elektrony pohybují od katody k anodě diody, drátem sekundárního vinutí transformátoru, induktorem a poté zátěží - takto se obvod uzavře. Když začíná opačný poloviční cyklus, elektrony nemohou pronikat z anody do katody, proto během této poloviny není v obvodu žádný proud. S počátkem příštího půl cyklu se proces opakuje.

Jelikož tedy proud v obvodu teče pouze během jedné z půlperiod, tento typ rektifikace se nazývá poloviční vlna. A vzhledem k tomu, že během záporných poločasů se proud nedostane do zátěžového obvodu, jeho tvar se ukazuje jako pulzující, protože působí v jednom směru, i když se mění ve velikosti.

V tomto obvodu se používá vyhlazovací filtr sestávající z tlumivky (induktoru) a kondenzátorů, aby se snížilo zvlnění na zátěži a aby byl proud téměř dokonale konstantní. Filtrační obvod prakticky neumožňuje, aby komponenta filtru prošla do zátěže, prochází pouze konstantní komponentou.

Cívka má indukční odpor, který závisí na frekvenci proudu a čím vyšší je frekvence, tím větší je indukční odpor cívky, takže cívka odolává střídavé složce pulzujícího proudu. Cívka snadno prochází konstantní složkou.

Kondenzátor však prochází variabilní složkou, ale neprochází konstantou a čím vyšší je frekvence proudu, tím silnější je kondenzátor. Obecně platí, že čím větší je kapacita kondenzátoru a čím vyšší je indukčnost indukční cívky, tím menší je zbytečná změna složky stejnosměrného proudu, který konkrétně proudí zátěží.

Když tedy v obvodu působí kladná půlvlna proudu, první kondenzátor je nabitý k amplitudě střídavého napětí sekundárního vinutí (mínus pokles napětí napříč diodou). Když působí záporná půlvlna, elektřina nevnikne do kondenzátoru a vybíje se do zátěže a udržuje v ní konstantní proud.

Pokud by neexistoval induktor, pak by se napětí napříč kondenzátorem během tohoto procesu snížilo, proud při zatížení by měl nějak silné vlnění. Ke snížení zvlnění se do obvodu přidá tlumivka (cívka), a to i s přídavným kondenzátorem umístěným za ním. Druhý kondenzátor přebírá proud protékající induktorem, který již neobsahuje téměř žádné zvlnění.

Pro ještě lepší vyhlazení zvlnění se používá poloviční vlnový usměrňovač. Half-wave usměrňovač může být implementován jedním ze dvou způsobů. Lze to provést přes most (sestávající ze čtyř diod) nebo zahrnovat pouze dvě diody, ale sekundární vinutí transformátoru by mělo mít dvojnásobný počet otáček a výkon uprostřed mezi polovinami vinutí.

Usměrňovač s půlvlnou pracuje následovně. Během jedné z polovin period (například kladných) je proud směrován z anody na katodu horní podle diodového obvodu a spodní dioda neprochází proudem v té době, je uzamčena (jediná dioda v polovičním vlnovém usměrňovači se chová stejně během záporného půlvlnného proudu )

Proud se uzavře filtrem, zátěží a poté prostředním výstupem do vinutí transformátoru. Když nastane druhý poloviční cyklus, je polarita proudu taková, že dolní dioda podle obvodu prochází proudem přes filtr a zátěží a horní dioda je uzamčena. Dále se procesy opakují.

Protože je proud dodáván do zátěže během každé ze dvou period, nazývá se toto usměrnění usměrnění půlvlny a usměrňovač se nazývá usměrňovač půlvlny. Výstupní pulsace je vdova menší než kmitočet usměrňování půlvlny, protože frekvence usměrněných pulsů je dvakrát vyšší, indukčnost induktoru je dvakrát větší a kondenzátory nemají čas na významné vybití.

Podrobněji jsou zde uvažována typická schémata různých usměrňovačů: Schémata jednofázových usměrňovačů