Ispravljač

Ispravljač je statički pretvarač električne energije naizmenične struje u električnu energiju jednosmerne struje. Ispravljač služi kao jednosmerni izvor napajanja koji ima zadatak da generiše jednosmerne konstantne napone, čija vrednost ostaje u zadatim granicama pri promeni struje potrošača.

Jednosmerni izvori koji se napajaju iz gradske mreže naizmeničnog napona sastoje se iz transformatora, usmerivačke diode i mrežnog filtra. Transformator, osim što služi za podešavanje naizmeničnog napona na željenu vrednost, omogućava galvansko razdvajanje kola jednosmerne od naizmenične struje. Ispravljeni napon, koji na izlazu diodnog kola ima pulsirajući karakter usrednjava se posredstvom mrežnog filtra. Između izlaznih krajeva filtra i potrošača često se umeće stabilizator koji ima zadatak da izlazni napon učini nezavisnim od varijacija naizmeničnog napona i potrošača.

Pri pretvaranju naizmeničnog napona u jednosmerni, naizmenična struja trpi nelinearna izobličenja, faktor snage se smanjuje jer se javlja reaktivna snaga. Oblik naizmenične struje zavisi od mrežnog filtra. Sa prostim naizmeničnim filtrom struja ima impulsni oblik, dok je sa L filtrom četvrtastog oblika. Stabilizator napona se gradi kao sistem sa jakom povratnom spregom koji se napaja iz izvora nestabilnog napona, pri čemu se kao ulazni signal vezuje jednosmerni napon velike stabilnosti.

Osnovni sklop

U opštem slučaju ispravljač sadrži:

1. mrežni transformator;
2. blok ispravljačkih elemanata, diode;
3. filtar, za izravnavanje, „peglanje“, jednosmernog napona;
4. i naravno priključak za potrošač.

Uloga mrežnog transformatora je da prilagodi napon mreže na potreban nivo jednosmernog potrošača, ali i da izvrši galvansko odvajanje izlaznog jednosmernog napona od mreže. Tip transformatora se određuje na osnovu izlaznog napona i snage koja se kroz njega prenosi.

Funkcija bloka ispravljačkih elemenata je pretvaranje prostoperiodičnog napona u jednosmerni pulsirajući napon. Njegov rad se zasniva na ispravljačkom svojstvu poluprovodničkih dioda.

Filtri u ispravljačima imaju zadatak da iz jednosmernog pulsirajućeg napona izdvoje konstantnu komponentu srednju vrednost. Uloga filtara se može formalno objasniti preko razlaganja izlaznog signala sa ispravljačkog bloka u Furijeov red tako, da niskopropusni filtar propusti samo konstantni član. U fizičkom smislu se uloga filtara može objasniti u smislu da je filtar sastavljen od akumulacionih elemenata koji snabdevaju potrošač energijom kada napon sa ispravljačkog bloka padne na malu vrednost.

Naprednije izvedbe ispravljača u sebi mogu imati i stabilizator izlaznog napona ili struje.

Polutalasni ispravljač

U polutalasnom ispravljanju samo se pozitivna ili samo negativna poluperioda naizmeničnog napona propušta kroz ispravljač, što zavisi od polarizacije diode. Time se na izlazu dobija svaka druga poluperioda sa nultom vrednošću između. Ovakav tip ispravljača se koristi kada se želi ušteda na materijalu. Mana mu je što otežava filtriranje, pa se stoga primenjuje samo za izuzetno male snage potrošača, kojima ne smeta talasast napon.

Ispravljač sa transformatorom sa srednjom tačkom

Kod ovog ispravljača na izlazu se dobijaju obe poluperiode. Kada je napon na sekundaru transformatora pozitivan, provodi dioda D1, a dioda D2 je inverzno polarisana i ne provodi. Kada je napon na sekundaru transformatora negativan, provodi dioda D2, dok je dioda D1 inverzno polarisana. Međutim, u slučaje negativne poluperiode, dioda D2 je tako vezana za potrošač, da tu poluperiodu potrošač vidi kao pozitivnu.

Dioda, upotrebljena u ovom ispravljaču mora da imu maksimalnu nominalnu struju veću od najveće očekivane struje potrošača. I probojni napon veći od dvostruke maksimalne amplitude napona na sekundaru transformatora. Prvi uslov štiti diodu od termičke destrukcije, a drugi obezbeđuje funkcionisanje ispravljača tako što dioda ostaje neprovodna pri inverznoj polarizaciji. Takođe se mora koristiti transformator sa dva namotaja na sekundaru, što povećava cenu ispravljača.

Ispravljač sa Grecovim spojem

I ovo je punotalasni ispravljač. Kod ovog ispravljača, u svakoj poluperiodi, uvek provode po dve diode.

Dioda upotrebljena u Grecovom spoju treba da ima maksimalnu nominalnu struju veću od najveće očekivane struje potrošača i probojni napon veći od maksimalne amplitude napona na sekundaru transformatora. U odnosu na prethodni tip ispravljača, Grecov spoj ima brojne prednosti jer koristi transformator sa dvostruko manje navojaka na sekundaru i diode sa dvostruko manjim probojnim naponom. Mana je upotreba četiri diode, ne zbog utroška materijala, već zbog dvostruko većeg pada napona na diodama i veće disipacije snage, odnosno zagrevanja. To je pogotovu nepovoljno kada se generišu mali jednosmerni naponi, jer se koeficijent korisnog dejstva ispravljača veoma smanjuje.

Faktor talasnosti

Opisani ispravljači se ne mogu koristiti kao baterije za napajanje pojačavača. Njihova naizmenična komponenta je suviše velika u odnosu na srednju vrednost. Sličnost između ispravljača i baterije za napajanje je mera kvaliteta ispravljača. U te svrhe se kao pokazatelj definiše parametar poznat po nazivu faktor talasnosti:

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

gde je V_sr srednja vrednost ispravljenog napona, a V efektivna vrednost naizmenične komponente ispravljenog napona. U slučaju jednostranog ispravljača srednja vrednost ispravljenog napona na potrošaču:

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

Efektivna vrednost ukupnog napona:

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

Kako je efektivna vrednost naizmenične komponente talasa:

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

to je faktor talasnosti:

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

U slučaju dvostranog ispravljača srednja vrednost ispravljenog napona je dva puta veća nego kod jednostranog ispravljača, tj.:

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

A efektivna vrednost ukupnog napona:

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

Filtri za ispravljače

Polutalasni i punotalasni ispravljači su dovoljni za stvaranje jednosmerne struje, ali ni jedan ni drugi ne isporučuju potrošaču konstantnu jednosmernu struju. Da bi se dobila konstanta jednosmerna struja na izlazu mora se koristiti kolo za peglanje napona. Najjednostavniji oblik tog kola jeste sa kondenzatorom paralelno vezanim sa ispravljačkim blokom.

Dok napon na izlazu ispravljača raste, on puni kondenzator i istovremeno isporučuje struju opterećenju. Nakon četvrtine periode, kada napon ispravljača dostigne maksimalnu vrednost, kondenzator je napunjen do maksimalne vrednosti. Nakon ovoga napon na ispravljaču počinje da opada. To izaziva pražnjenje kondenzatora kroz opterećenje. Ako je kapacitivnost kondenzatora dovoljno velika, kondenzator će se sporije prazniti nego što opada napon na ispravljaču. Tako potrošač dobija napajanje sa manjom „talasnošću“. Ukoliko je kapacitivnost kondenzatora veća to će talasanje napona biti manje. Zato se u ovim slučajevima najčešće koriste elektrolitski kondenzatori. Da bi se još više smanjila talasnost napona, može se koristiti P filtar. On se sastoji od kondenzatora i prigušnice.

Vidi još

• Dioda
• Transformator
• Jednosmerna struja

Literatura

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