Исправувач

Исправувач — статички претворувач на електричната енергија од наизменична струја во електрична енергија на еднонасочна струја. Исправувачот служи како извор на еднонасочна струја чија задача е да создава еднонасочни константни напони, чија вредност останува во зададените граници при промена на струјата на потрошувачот.

Изворите на еднонасочна струја кои се напојуваат од мрежа на наизменичен напон се состојат од трансформатор, исправувачка диода и мрежен филтер. Трансформаторот, покрај тоа што се користи за дотерување на наизменичниот напон на саканата вредност, овозможува и галванско раздвојување на колото на еднонасочна струја од колото на наизменична струја. Исправениот напон, кој има пулсирачки карактер на излезот од диодното коло, се усреднува со помош на мрежен филтер. Помеѓу излезните краеви на филтерот и потрошувачот често се вметнува стабилизатор, кој има задача да го направи излезниот напон да биде независен како од промените на наизменичниот напон, така и од промените на потрошувачот.

При претворувањето на наизменичниот напон во еднонасочен, наизменичната струја претрпува нелинеарни нарушувања, факторот на моќност се намалува бидејќи се јавува реактивна моќност. Обликот на наизменичната струја зависи од мрежниот филтер. Со едноставен наизменичен филтер струјата има импулсен облик, додека со L филтер има квадратен облик. Стабилизаторот на напонот се гради како систем со силна повратна спрега која се напојува од изворот на нестабилен напон, при што како влезен сигнал се врзува еднонасочниот напон со голема стабилност.

Основен склоп

Во општ случај исправувачот содржи:

1. мрежен трансформатор;
2. блок на исправувачки елементи, диоди;
3. филтер за израмнување, „пеглање“, на еднонасочниот напон;
4. и секако приклучок за потрошувачот.

Улогата на мрежниот трансформатор е да го прилагоди мрежниот напон на потребното ниво на еднонасочниот потрошувач, но и галвански да го оддели излезниот еднонасочен напон од мрежата. Типот на трансформаторот се одредува врз основа на излезниот напон и моќноста што се пренесува преку него.

Функцијата на блокот на исправувачки елементи е да го претвори простопериодичниот напон во еднонасочен пулсирачки напон. Неговата работа се заснова на исправувачкото својство на полуспроводничките диоди.

Филтрите во исправувачите имаат задача да ја издвојат константната компонента од еднонасочниот пулсирачки напон. Улогата на филтерот може формално да се објасни со разградување на излезниот сигнал од исправувачкиот блок во Фуриеов ред, така што нископропусниот филтер го пропушта само константниот термин. Во физичка смисла, улогата на филтерот може да се објасни во смисла дека филтерот е составен од елементи за складирање кои го снабдуваат потрошувачот со енергија кога напонот од блокот на исправувачот паѓа на мала вредност.

Понапредните верзии на исправувачи може да имаат и стабилизатор на излезниот напон или струја.

Полубранов исправувач

Кај полубрановиот исправувач, низ исправувачот се пропушта само позитивниот или само негативниот полуциклус на наизменичниот напон, што зависи од поларизацијата на диодата. Со ова се добива секој втор полупериод да е со нулта вредност. Овој тип на исправувач се користи кога се сака заштеда на материјал. Негов недостаток е што го отежнува филтрирањето, па затоа се користи само за потрошувачи со екстремно ниска моќност, на кои не им пречи брановитоста на напонот.

Исправувач со трансформатор со средна точка

Со овој исправувач на излезот се добиваат и двата полупериоди од наизменичниот напон. Кога напонот на секундарниот дел на трансформаторот е позитивен, спроведува диодата D1, додека диодата D2 е обратно поларизирана и не спроведува. Кога напонот на секундарниот дел од трансформаторот е негативен, спроведува диодата D2, додека диодата D1 е обратно поларизирана и не спроведува. Меѓутоа, во случај на негативен полуциклус, диодата D 2 е поврзана со потрошувачот на таков начин што потрошувачот го гледа тој полуциклус како позитивен.

Диодата што се користи во овој исправувач мора да има максимална номинална струја поголема од максималната очекувана струја на потрошувачот, како и пробоен напон двапати поголем од максималната амплитуда на напонот на секундарниот дел на трансформаторот. Првиот услов ја штити диодата од топлинско уништување, а вториот обезбедува функционирање на исправувачот со тоа што ја прави диодата неспроводлива при инверзна поларизација. Мора да се користи и трансформатор со две намотки на секундарот, што ја зголемува цената на исправувачот.

Исправувач со Грецов спој

И ова е полнобранов исправувач. Со овој исправувач, во секој полупериод, секогаш спроведуваат по две диоди.

Диодата што се користи во Грецовиот спој треба да има максимална номинална струја повисока од највисоката очекувана струја на потрошувачите и пробоен напон повисок од максималната амплитуда на напонот на секундарниот трансформатор. Во споредба со претходниот тип на исправувач, Грецовиот спој има бројни предности бидејќи користи трансформатор со двојно помалку навивки на секундарот и диоди со двојно помал пробоен напон. Недостаток е употребата на четири диоди, не поради потрошувачка на материјал, туку поради двојно поголемиот пад на напон на диодите и поголема дисипација на моќност, т.е. греење. Ова е особено неповолно кога се генерираат мали еднонасочни напони, бидејќи коефициентот на корисно дејство на исправувачот е значително намалена.

Фактор на брановитост

Опишаните исправувачи не можат да се користат како батерии за напојување на засилувачи. Нивната наизменична компонента е преголема во споредба со средната вредност. Сличноста помеѓу исправувачот и батеријата за напојување е мерка за квалитетот на исправувачот. За овие цели, како показател се дефинира параметар познат како фактор на брановитост:

$\gamma ={\frac {V_{sr}}{V}}$

каде е средната вредност на исправениот напон, е делотворната вредност на наизменичната компонента на исправениот напон. Во случај на едностран исправувач, средната вредност на исправениот напон на потрошувачот е:

$V_{sr}={\frac {1}{2\pi }}\int _{0}^{\pi }V_{sm}\sin(\omega t)d(\omega t)={\frac {V_{sm}}{\pi }}$

Делотворната вредност на вкупниот напон е:

$V_{peff}={\sqrt {{\frac {1}{2\pi }}\int _{0}^{\pi }V_{sm}^{2}\sin(\omega t)^{2}d(\omega t)}}={\frac {V_{sm}}{2}}$

Со оглед дека делотворната вредност на наизменичната компонента на бранот е:

$V_{peff}={\sqrt {V_{peff}^{2}-V_{sr}^{2}}}$

факторот на брановитост е:

$\gamma ={\frac {V_{peff}}{V_{sr}}}$

Средната вредност на исправениот напон во случај на двостран исправувач, е двојно поголема отколку во случајот на едностраниот исправувач, т.е.

$V_{sr}={\frac {2V_{sm}}{\pi }}$

Вкупниот напон има делотворна вредност дадена со:

$V_{peff}={\frac {V_{sm}}{\sqrt {2}}}$

Филтри за исправувачи

За создавање еднонасочна струја доволни се полубрановите и полнобрановите исправувачи, но ниту еден од нив не испорачува константна еднонасочна струја до потрошувачот. За да се добие константна еднонасочна струја на излезот, мора да се користи коло за пеглање на напонот. Наједноставниот облик на тоа коло е со кондензатор поврзан паралелно со исправувачкиот блок.

Како што се зголемува напонот на излезот на исправувачот, тој го полни кондензаторот и истовремено испорачува струја на потрошувачот. По четвртина период, кога напонот на исправувачот ќе ја достигне својата максимална вредност, кондензаторот се полни до неговата максимална вредност. По ова, напонот на исправувачот почнува да опаѓа. Ова предизвикува празнење на кондензаторот низ товарот. Ако капацитетот на кондензаторот е доволно голем, кондензаторот ќе се празни побавно отколку што паѓа напонот на исправувачот. Така, потрошувачот добива напојување со помала „брановитост“. Ако капацитетот на кондензаторот е поголем, бранувањето на напонот ќе биде помало. Затоа во овие случаи најчесто се користат електролитски кондензатори. Со цел дополнително да се намали брановитоста на напонот, може да се користи П филтер. Се состои од кондензатор и придушница.

Поврзано

• Диода
• Трансформатор
• Еднонасочна струја

Литература

• Lander, Cyril W. (1993). „Rectifying Circuits“. Power Electronics. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-707714-3.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Dokić, Branko L. (2007). Energetska elektronika - pretvarači i regulatori. Beograd/Banja Luka: Akademska misao/Elektrotehnički fakultet.CS1-одржување: ref=harv (link)