Napájacie zdroje

Napájacie zdroje

Blokové zapojenie sieťového napájacieho zdroja:

Rz

Tr – transformátor

U – usmerňovač

F – filter

S – stabilizátor

Rz – odporová záťaž

Sieťový transformátor, usmerňovač, filter, stabilizátor napätia tvoria jeden celok, ktorý sa nazýva napájací zdroj.

Sieťové striedavé napätie sa upravuje na vhodnú veľkosť pomocou sieťového transformátora. Za transformátorom sa nachádza usmerňovač, pretože elektrické zariadenia potrebujú pre svoju činnosť elektrickú energiu vo forme jednosmerného napätia a prúdu.

Usmerňovače sú elektronické obvody, ktoré premieňajú striedavé napätie na jednosmerné.

Usmernené napätie nie je vhodné na napájanie elektronických zariadení, pretože obsahuje striedavú zložku – zvlnenie, ktoré sa prenáša do elektronického obvodu ako rušivé napätie. Preto sa do obvodu zaraďuje filter – vyhladzovací kondenzátor. Je to elektrolytický kondenzátor s kapacitou stovky μF. Za filtrom sa nachádza stabilizátor napätia, ktorého úlohou je udržať konštantné napätie na záťaži.

Usmerňovače

Usmerňovač je polovodičový menič, ktorý mení energiu striedavého prúdu na jednosmerný prúd.

Využitie usmerňovačov: 1. Elektrické regulačné pohony

1. v elektrickej trakcii – v el. lokomotívach
2. elektrolýza – pri výrobe hliníka

Rozdelenie usmerňovačov: a) podľa toho, akými prvkami sú realizované : - neriadené usmerňovače – diódové

• riadené usmerňovače – tyristorové

1. b) podľa rozvodnej sústavy: - jednofázové

- viacfázové – trojfázové

Neriadené usmerňovače – diódové

Môžu byť: a) jednofázové

1. b) trojfázové

Jednofázové usmerňovače: - jednocestný usmerňovač

• dvojcestný usmerňovač v uzlovom zapojení
• - dvojcestný usmerňovač v mostíkovom zapojení

Trojfázové usmerňovače: - trojfázové uzlové zapojenie

• Trojfázové mostíkové zapojenie

Jednofázový jednocestný usmerňovač

1. Zapojenie jednocestného usmerňovača s odporovou záťažou: usmerňovač tvorí jedna usmerňovacia dióda, ktorá je polarizovaná v priamom smere (priepustnom). Prúd i_F prechádza diódou do záťaže Rz pri kladnej polvlne napätia u₂. Záporná polvlna striedavého napätia je potlačená (dióda je nevodivá). Záťažou Rz prechádza usmernený prúd.
2. Časové priebehy napätia a prúdu bez kondenzátora C_O: u₂ = f (t) – napätie na anóde – je to ešte striedavé napätie na sekundárnom vinutí transformátora. i_F = f (t) – je časový priebeh usmerneného prúdu bez kondenzátora C u_d = f (t) – je to usmernený priebeh napätia bez C_O.
3. Časové priebehy napätia a prúdu po pripojení C_O: usmernený priebeh napätia a prúdu (obr. b) ešte nie je vhodný na napájanie elektronických zariadení, preto sa paralelne k záťaži Rz pripája elektrolytický kondenzátor C_O, ktorý slúži ako filter a nazýva sa tiež vyhladzovací kondenzátor. Má kapacitu rádovo stovky μ Čím väčšia kapacita, tým bude menšie zvlnenie.

Využitie: - jednoduché nabíjačky

• Hračky

Dvojcestný usmerňovač v uzlovom zapojení

1. Zapojenie usmerňovača: má zložitejší transformátor (drahší) – výstupné vinutie sieťového transformátora má vyvedený stred, ktorý sa uzemní. Získame tým dve napätia u₂ a u₂´_, ktoré sú fázovo posunuté o 180°. Časový priebeh týchto napätí je na obrázku b) u₂ = f (t). Diódou D₁ preteká prúd i_F1 pri kladnej polvlne napätia u Dióda D₂ je vtedy nevodivá. Diódou D₂ preteká prúd i_F2 pri kladnej polvlne u₂´_. Dióda D₁ je vtedy zatvorená. Diódy D₁ a D₂ sú striedavo otvorené a zatvorené, preto záťažou prechádza prúd v obidvoch polperiódach. Impulzový prúd má dvojnásobnú sieťovú frekvenciu.
2. Časové priebehy napätia a prúdu bez kondenzátora C_O: u₂ = f (t) – znázorňuje časové priebehy napätí na výstupe (sekundárnom vinutí), ktoré sú fázovo posunuté o 180°. I_F = f (t) – časový priebeh usmerneného prúdu. u_d = f (t) – časový priebeh usmerneného napätia.
3. Časové priebehy napätia a prúdu po pripojení kondenzátora: kondenzátor C_O sa pripája paralelne k záťaži. Je to elektrolytický kondenzátor s kapacitou rádovo stovky μ Zvlnenie u dvojcestného usmerňovača je menšie ako u jednocestného usmerňovača.

Využitie: - nabíjačky

• domáce telefóny
• reléové obvody

Mostíkový dvojcestný usmerňovač

1. zapojenie mostíkového usmerňovača s odporovou záťažou: ide o dvojcestný usmerňovač, ktorého výhodou je jednoduchší sieťový transformátor, ale treba použiť 4 usmerňovacie diódy. Diódy sú zapojené do mostíka. Jedna diagonála (uhlopriečka) sa napája z transformátora a z druhej diagonály sa napája odporová záťaž už usmerneným napätím. Činnosť mostíkového usmerňovača: pri kladnej polvlne napätia sú vodivé diódy D₁ a D₃. Prúd i_F1 preteká cez diódu D₁ – Rz – D₃. Prúd i_F2 prechádza obvodom D₂ – Rz – D₄ pri zápornej polvlne napätia u₂. Na záťaži vzniká opäť impulzové napätie s dvojnásobnou frekvenciou.
2. Časové priebehy prúdu a napätia bez kondenzátora C_O: i_F = f (t) u_d = f (t)
3. Časový priebeh usmerneného napätia po pripojení kondenzátora C_O je rovnaký ako pri dvojcestnom uzlovom usmerňovači.

Využitie: to isté ako pri dvojcestnom uzlovom usmerňovači.

Trojfázové usmerňovače

Jednocestný trojimpulzový usmerňovač

Tento usmerňovač patrí medzi neriadené usmerňovače, lebo je realizovaný pomocou usmerňovacích diód. Napájací trojfázový transformátor je zapojený do hviezdy. Samotný usmerňovač si môžeme predstaviť ako tri jednocestné usmerňovače, ktoré postupne usmerňujú fázovo posunuté napätia zo sekundárneho vinutia transformátora. Zvlnené usmernené napätie má trojnásobnú frekvenciu v porovnaní s napájacím napätím.

Riadené usmerňovače

Jednofázový riadený usmerňovač v mostíkovom zapojení

Riadený usmerňovač – realizovaný pomocou tyristorov. Tyristory T₁ a T₁´sa stávajú vodivé až vtedy, keď dostanú riadiaci impulz (prúd i_G1). To sa uskutoční pri kladnej polvlne napájacieho napätia ale až v okamihu, ktorý je oneskorený o uhol α – uhol regulácie. Tyristory T₂ a T₂´sa stávajú vodivé až vtedy keď dostanú riadiaci impulz (prúd i_G2). To sa uskutoční pri zápornej polvlne napájacieho napätia, ale až v okamihu, ktorý je posunutý o uhol α – uhol regulácie.