Pytania na EiE II

1. Wyjaśnić różnice w konstrukcji silnika asynchronicznego klatkowego trójfazowego,
jednofazowego klatkowego i silnika trójfazowego pierścieniowego.

Wszystkie trzy silniki mają składają się zawsze z nieruchomego stojana, który ma kształt
wydrążonego wewnątrz walca. W wewnętrznej przestrzeni stojana znajduje się część wirująca
maszyny zwana wirnikiem-również w kształcie walca. Obwód magnetyczny stojana i wirnika jest
wykonany w postaci rdzenia z blachy stalowej z dodatkiem krzemu.

Silnik trójfazowy pierścieniowy to taki silnik indukcyjny, który do każdej fazy ma przyłączone
dodatkowe elementy zwiększające rezystancję każdej fazy. Te elementy to pierścienie ślizgowe
dlatego też nazwa silnik pierścieniowy. Taką rezystancję stosuje się w celu rozruchu, regulacji
prędkości oraz do hamowania silnikiem.

Silnik trójfazowy klatkowy-obwód elektryczny jest wykonany z nieizolowanych prętów, to pręty te
połączone po obu stronach wirnika pierścieniami zwierającymi. Tym samym obwód wirnika jest
zawsze zwarty a zatem żadnych dodatkowych elementów przyłączać do niego nie można. Silnik
taki nosi nazwę silnika indukcyjnego zwartego, nazywany bywa też klatkowym ze względu na to,
że pręty wirnika połączone pierścieniami tworzą „klatkę”

Silnik jednofazowy klatkowy- Nieruchomy stojan jest wykonany z izolowanych wzajemnie blach
stalowych, charakteryzujących się wyciętymi żłobkami na swym wewnętrznym obwodzie. W 2/3
żłobkach jest nawinięte uzwojenie główne (robocze) a pozostałej części uzwojenie pomocnicze
(rozruchowe) Wirnik wykonany jest w formie klatki a więc są to silniki małych mocy.
Wytworzone pole magnetyczne jest polem magnetycznym pulsującym (oscylującym) a więc aby
nastąpił ruch obrotowy wirnika trzeba się posłużyć fazo rozruchową (fazą z kondensatorem lub
opornikiem) lub też przyłożyć moment mechaniczny który wprawi w ruch wirnik.

2.Wyjaśnić i zdefiniować pojęcie poślizgu silnika asynchronicznego.

W silniku elektrycznym asynchronicznym poślizg opisuje różnicę między prędkością obrotową
wirnika n a prędkością synchroniczną n

s

(prędkość wirowania pola magnetycznego), wynikającą z

liczby par biegunów i częstotliwości prądu zasilającego.

s=

(

n

s

−

n)

n

s

=

1−

n

n

s

Gdy poślizg wynosi 1 to następuje rozruch
silnika a jeśli 0 to wtedy są maksymalna prędkość silnika* a więc poślizg jest odwrotnie
proporcjonalny do prędkości obrotowej. Istniej też wartość poślizgu krytycznego a więc tak wartość
kiedy jest największy moment silnika.

*prędkość silnika może być jeszcze większa ale wtedy działa jak generator.

3.Wyjaśnić podstawowe zależności między częstością pola stojana i częstością pola wirnika:
omówić gdy poślizg=1 i gdy poślizg=0

Jeśli poślizg wynosi 0 to częstości pola wirnika i pola stojana są sobie równe.

Częstotliwość f2 z jaką pole wirujące przecina uzwojenie obracającego się wirnika

wyrazi się wzorem:

Prędkość synchroniczna jest to prędkość wirowania pola magnetycznego powstającego w stojanie
silnika prądu przemiennego, dla silników synchronicznych jest to prędkość jaką rozwija silnik. Prąd
trójfazowy o częstotliwości „f1” płynący w trójfazowym uzwojeniu stojana o „p” parach biegunów
wytwarza pole magnetyczne wirujące względem stajana z prędkością synchroniczną „n1”:

Prędkość obrotowa wirnika:

4. Wyjaśnić dlaczego strumień max silnika jest stały i nie zależny od obciążenia

Strumień wypadkowy ma stałą wartość, tzn. niezależną od czasu i wiruje w przestrzeni ze
stałą prędkością kątowa, zależną od częstotliwości prądu i liczby par biegunów
maszyny. Wartość strumienia wypadkowego można określić dla dowolnej chwili czasu
sumując strumienie składowe. Np. dla chwili, gdy w jednej z cewek (R) wartość chwilowa
prądu osiągnie wartość maksymalna iR=Im, w pozostałych dwóch cewkach będzie ona miała
wartość iR=iS=-Im/2. Przyjmując, że strumienie są proporcjonalne do prądów
i uwzględniają ich przesunięcia w przestrzeni, otrzymamy dodając ich wektory zgodnie z rys

5.Wyprowadzić wzór na moment rozruchu silnika poprzez określenie momentu obrotowego
P

2

=

P

1

−

m

2

∗

R

2

∗

J

2

2

P

2

−

moc czynna w obwodzie wirnika

P

1

−

moc stojana

m−liczba faz

ω

2

=ω

ω−

prędkość obrotowa wału silnika

P

2

ω

2

=

P

1

ω

1

C

1

−

stała konstruktorska

gdy s=1 to wtedy jest moment rozruchowy

M

r

=

C

2

∗

R

2

∗

J

2

2

ω

2

6.Zdefiniować prąd stojana i prąd wirnika

Siła elektromotoryczna indukowana w uzwojeniu nieruchomego wirnika wyraża się następująco:

E

k z f

m

2

2 2 1

4 44

=

,

Φ

gdzie: k

2

- współczynnik uzwojenia wirnika, z

2

- liczba zwojów uzwojenia wirnika.

Prąd płynący w uzwojeniu wirnika pracującego z poślizgiem s określa zależność:

I

E

R

s

X

2

2

2

2

2

2

=









 +

gdzie: R

2

- rezystancja uzwojenia wirnika, X

2

- reaktancja uzwojenia wirnika.

Prąd stojana (I1) jest równy prąd dostarczonemu z sieci.
Prąd biegu jałowego (I0)

I

1

=

I

0

+

I

2

7. Omówić charakterystykę mechaniczną silnika trójfazowego klatkowego z wyznaczeniem
charakterystycznych punktów na osiach i na krzywej momentu w funkcji poślizgu lub w
funkcji prędkości.

Charakterystyka mechaniczna silnika indukcyjnego klatkowego ukazuje zależność momentu na jego wale od prędkości
obrotowej silnika. Prędkość obrotową silnika asynchronicznego można wyrazić za pomocą poślizgu.
M = f(n,s) U = const.

Charakterystykę mechaniczną silnika można wyrazić za pomocą następującego wzoru:

M - moment silnika
M

m

- moment krytyczny silnika

s - poślizg
s

m - poślizg krytyczny

Jeżeli moment obciążenia silnika M1 W chwili włączenia go do sieci jest mniejszy od początkowego momentu
rozruchowego MR, to wirnik zaczyna sie obracać w kierunku wirowania pola magnetycznego.
Gdy obciążenie jest stałe w całym zakresie prędkości, to prędkość wzrasta, aż do wartości, przy której moment
obciążenia równy jest momentowi silnika, czyli do punktu przecięcia sie charakterystyki mechanicznej silnika i
charakterystyki obciążenia momentem
M1 (punkt A). Jeżeli silnik pracuje w punkcie A, a moment obciażenia wzrośnie do wartości M2, to prędkość nieco sie
zmniejszy, poślizg wzrośnie i nowy stan pracy ustali sie w punkcie B, gdzie przecina sie charakterystyka obciążenia z
charakterystyka mechaniczna silnika. Jednak rozruch silnika przy stałym momencie M2 nie jest możliwy gdyż przy
prędkości równej zeru MR<M2; silnik tak obciążony nie dokona rozruchu, lecz pozostanie w stanie zwarcia.
Warunkiem rozruchu jest, więc aby w każdym zakresie prędkości od zera do wartości ustalonej, określonej wartością
momentu obciążenia, moment silnika był większy od momentu obciążenia.
Przy obciążeniu silnika momentem M2 prosta M2 ma z krzywa momentu silnika dwa punkty wspólne: B i C. Punkt B
jest punktem pracy stabilnej, gdyż w razie, jakiejkolwiek chwilowej zmiany charakterystyki silnika lub obciążenia
układ ponownie wróci do pracy w punkcie B, jeżeli zniknie przyczyna zmiany charakterystyki. Jeżeli np. moment
obciążenia chwilowo wzrośnie do wartości M’2, to wirnik zostanie przyhamowany, moment silnika wzrośnie i nowy
stan pracy ustali sie w punkcie B. Jeżeli moment obciążenia z powrotem zmniejszy sie do wartości M2, to prędkość
wzrośnie, moment silnika zmniejszy się i układ powróci do pracy w punkcie B. Tak sie zachowa układ przy dowolnym
stałym obciążeniu w całym zakresie charakterystyki silnika od s=0 do s=sk, te część charakterystyki nazywa sie częścią
stabilną.
Inaczej zachowuje sie silnik pracujący w punkcie C. Jeżeli obciążenie wzrosło to silnik zmniejszy prędkość. Ale przy
mniejszej prędkości moment silnika jeszcze sie zmniejsza, a zatem gdy obciążenie powróci do poprzedniej wartości, to
silnik sie zatrzyma. Zakres prędkości charakterystyki od s=1 do s=sk jest zakresem pracy niestabilnej silnika (dla
stałych obciążeń).

8. Wyjaśnić, dlaczego silnik jednofazowy nie ma momentu rozruchowego; charakterystyka
mechaniczna silnika jednofazowego.

Uzwojenie główne stojana zasilane jest wyłącznie napięciem jednofazowym - źródło prądu sinusoidalnie zmiennego,
wytwarzające w stojanie strumień magnetyczny, zmieniający się w czasie, w takt zmian wywołującego go prądu, ale
pozostający nieruchomo w przestrzeni. Wytworzone pole magnetyczne jest polem magnetycznym pulsującym
(oscylującym). W tych warunkach nieruchomy wirnik zachowuje się tak jak uzwojenie wtórne transformatora, w
którym indukuje się SEM powodując przepływ prądu w wirniku.
W wyniku oddziaływania pulsującego strumienia magnetycznego stojana na uzwojenia wirnika z prądem powstają siły.
Siły te znoszą się wzajemnie, wyniku, czego wirnik pozostaje nieruchomy – brak momentu napędowego
(rozruchowego). Innymi słowy dla prędkości zero momenty rozruchowe pochodzące od dwóch strumieni są sobie
równe Mr1 = Mr2, ale przeciwnie skierowane.

Rys. Cha-ka mechaniczna
silnika jednofazowego

9. Wyjaśnić i narysować przejście od maksymalnego momentu w czasie rozruchu do
ustalonego punktu pracy silnika pierścieniowego w zależności od zmiany rezystancji w
obwodzie wirnika.

Całkowitą rezystancję rozrusznika dobieramy tak, aby moment rozruchowy był mniejszy od

momentu maksymalnego. Silnik po włączeniu do sieci pracuje według charakterystyki 1 przedstawionej na
rys. Gdy silnik osiągnie taką prędkość obrotową, przy której moment obrotowy zmaleje do wartości M”
zmniejszamy rezystancję rozrusznika (z pozycji 1 na pozycję 2). Silnik pracuje wówczas według
charakterystyki 2, co związane jest ze skokową zmianą momentu do wartości M’. Następnego zmniejszenia
rezystancji rozrusznika dokonujemy przy takiej prędkości obrotowej, przy której moment ponownie będzie
równy M”. Praca silnika odbywa się wówczas według charakterystyki 3. Wreszcie zwarcie rozrusznika
oznacza przejście na charakterystykę 4, wzdłuż której odbywa się normalna praca silnika w punkcie, dla
którego moment obrotowy równy jest momentowi hamującemu M

h

.

10. Wyprowadzić równania na prędkość kątową, prąd twornika oraz moment silników prądu
stałego: samowzbudnego bocznikowego, obcowzbudnego bocznikowego, szeregowego.

12.Wyjaśnić schematy połączeń oraz charakterystykę zewnętrzną i regulacyjną prądnicy
samowzbudnej i obcowzbudnej (bocznikowych)

Prądnicę obcowzbudną otrzymujemy poprzez zasilanie uzwojenia wzbudzania z obcego,
niezależnego źródła prądu stałego. W przypadku prądnicy samowzbudnej uzwojenie wzbudzenia
połączone jest równolegle z uzwojeniem twornika i prąd obciążenia pobierany przez prądnicę z
sieci jest równy sumie prądu twornika i prądu magnesującego.

Prądnica obcowzbudna Prądnica samowzbudna
I

f

-prąd wzbudzania(magnesujący), I

t

-prąd obciążenia

Charakterystyka zewnętrzna opisuje zależność U=f(I

t

) przy I

f

=const i n=const

Charakterystyka regulacyjna opisuje zależność I

f

=f(I

t

) przy U=const i n=const

Charakterystyka zewnętrzna: prądnicy samowzbudnej prądnicy obcowzbudnej

Charakterystyka regulacyjna

13.Wyjaśnić proces wzmacniania sygnałów przez tranzystor warstwowy krzemowy przy
sygnale wejściowym stało prądowym oraz zmiennoprądowym.

Tranzystory są urządzeniami półprzewodnikowymi umożliwiającymi sterowanie przepływem
dużego prądu, za pomocą prądu znacznie mniejszego. Wykorzystuje się je do wzmacniania małych
sygnałów. Transport ładunków odbywa się za pośrednictwem obu rodzajów nośników jakie istnieją
w półprzewodniku, tzn. elektronów i dziur. Półprzewodniki, w których na skutek nieregularności
sieci krystalicznej przeważają nośniki typu dziurowego nazywa się półprzewodnikami typu p
(niedomiarowymi), gdy przeważają nośniki elektronowe nazywa się je półprzewodnikami typu n
(nadmiarowymi). Tranzystor warstwowy składa się z trzech obszarów półprzewodnika o
przeciwnym typie przewodnictwa, co powoduje powstanie dwóch złączy: p-n i n-p.
Przez złącze baza-emiter tranzystora npn przepływają nośniki większościowe ładunku, w tym
przede wszystkim elektrony swobodne z emitera (typ n) do bazy. Również dziury z obszaru bazy
(typ p) przepływają przez złącze do emitera. Prąd dziurowy jest znacznie mniejszy ze względu na
mniejszą liczbę dziur, wynikającą z mniejszej objętości emitera. Mniejsza część elektronów
swobodnych po osiągnięciu obszaru bazy wypełnia istniejące tam dziury, czyli podlega procesowi
rekombinacji. Znacznie większa część elektronów swobodnych po znalezieniu się w obszarze bazy
jest przyciągana przez kolektor i przepływa przez złącze baza-kolektor spolaryzowane zaporowo,
tak jak własne nośniki mniejszościowe bazy. Wypływające z emitera elektrony swobodne tworzą
prąd emitera IE, który rozdziela się w obszarze bazy na mały prąd bazy IB i duży prąd kolektora IC.

14.Narysować schemat i omówić dla pracy tranzystora ze sprzężeniem zwrotnym dodatnim i
ujemnym.

Sprzężenie zwrotne w układach elektronicznych polega na doprowadzeniu części sygnału
wyjściowego z powrotem do wejścia. Część sygnału wyjściowego, zwana sygnałem zwrotnym,
zostaje skierowana do wejścia układu i zsumowana z sygnałem wejściowym, wskutek czego
ulegają zmianie warunki sterowania układu. Ujemne sprzężenie zwrotne ma miejsce, gdy fazy
sygnału wejściowego i sygnału sprzężenia zwrotnego są przeciwne. Dla dodatniego sprzężenia
zwrotnego fazy te są zgodne.

15.Porównać pętle otwartą i zamkniętą w układzie wzmacniacza, opisać wzorem. Jaki wpływ
ma na wzmocnienie wypadkowy znak sprzężenia zwrotnego. Wyprowadzić zależność na
dodatnie i ujemne sprzężenie zwrotne, cechy.

Wzmocnienie napięciowe wzmacniacza K bez sprzężenia zwrotnego jest równe stosunkowi
napięcia wyjściowego do napięcia wejściowego:

Wzmocnienie K bywa często nazywane wzmocnieniem w otwartej pętli, ponieważ do wzmacniacza
nie jest dołączona pętla sprzężenia zwrotnego.
Przy dołączonej pętli sprzężenia zwrotnego całkowite napięcie wejściowe wzmacniacza U składa
się z sygnału początkowego U1 oraz części Us sygnału wyjściowego doprowadzonego z powrotem
na wejście. Suma tych sygnałów zostaje wzmocniona przez wzmacniacz K razy. Na wyjściu
powstaje napięcie wyjściowe U2.

gdzie B- współczynnik sprzężenia zwrotnego. Us=BU2
Sprzężenie ujemne- napięcie sprzężenia zwrotnego jest skierowane przeciwnie do napięcia sygnału
wejściowego, co powoduje zmniejszenie wzmocnienia (B ujemne)

1-BK>1

Sprzężenie dodatnie-napięcie sprzężenia zwrotnego jest zgodne w fazie z napięciem sygnału
wejściowego, co powoduje zwiększenie wzmocnienia układu (B dodatnie)

0<1-BK<1

16.Narysować schemat i omówić działanie prostego generatora rezonansowego
sinusoidalnego.

Najprostsze generatory drgań należą do grupy generatorów RC, do której należą: generatory z
łańcuchem opóźniającym RC, przyspieszającym CR i generatory z mostkiem Wiena.
Gdy bloki układu generującego są liniowe sygnał jest sinusoidalny, gdy choć jeden z bloków nie
jest liniowy , sygnał jest odkształcony.

17. Co to są generatory relaksacyjne? Narysować schemat i omówić układ wytwarzający
drgania piłokształtne.

Generator relaksacyjny jest to generator przebiegu niesinusoidalnego(np. prostokątne, trójkątne,
piłokształtne) wykorzystujący zjawisko cyklicznego ładowania i rozładowywania kondensatora.
Jako elementy kluczujące są stosowane np. tranzystory jednozłączowe, diody tunelowe, tyrystory, a
także tranzystory bipolarne w układach z dodatnim sprzężeniem zwrotnym. Za drgania piłokształtne
odpowiedzialne jest użycie jako elementu kluczującego tranzystora jednozłączowego.

18. Narysować i wyjaśnić charakterystykę wzmacniacza amplitudową, fazową i napięciową
lub prądową w funkcji wejście-wyjście (wzmocnienie), stabilność, pasmo przenoszenia, zakres
liniowy, zakres przesterowania, punkt pracy wzmacniacza.
Za niedługo postaram się dosłać bo nie mogą znaleźć sensownej odpowiedzi.

19. Omówić i narysować charakterystykę prądowo-napięciową diody zwykłej i Zenera.

Dioda Zenara- odmiana diody półprzewodnikowej, której głównym parametrem jest napięcie
przebicia. Po przekroczeniu napięcia przebicia ma miejsce nagły, gwałtowny wzrost prądu. W
kierunku przewodzenia zachowuje się jak normalna dioda, natomiast przy polaryzacji zaporowej

może przewodzić prąd po przekroczeniu określonego napięcia na złączu, zwanego napięciem
przebicia.

Dioda zwykła- jest elementem półprzewodnikowym, który pozwala na przepływ prądu tylko w
jednym kierunku (od+ do-). Znajduje zastosowanie głównie jako element układów prostowniczych
zmieniających prąd zmienny AC na pulsujący prąd stały DC.

Nie wiem znalazłem dobrą charakterystykę

20. Narysować układ połączeń i omówić prostowanie jedno- i dwupołówkowe.

Prostownik jednopołówkowy

Na rys. 3.9 przedstawiony jest najprostszy układ prostownika. U

g

jest źródłem napięcia

przemiennego, a R

L

jest rezystancją reprezentującą obciążenie prostownika. W tym przypadku (rys.

3.10) źródłem napięcia wejściowego U

g

jest napięcie zmienne takie jak na przykład w sieci 220V

50Hz, które jest obniżane na transformatorze sieciowym i podawane na diodę D. Tak, więc dla
wejściowego napięcia sinusoidalnego o amplitudzie zdecydowanie większej od napięcia
przewodzenia diody (0.6V) napięcie na obciążeniu U

L

wygląda tak jak na rys. 3.10 (przebieg

czerwony). Jak widać przez diodę przedostają się tylko dodatnie połówki sinusoidy, gdyż wówczas
na anodzie diody jest wyższy potencjał niż na katodzie i dioda jest spolaryzowana w kierunku
przewodzenia (oczywiście wtedy gdy U

g

>0.6V). Można, więc powiedzieć, że jest to prostownik

jednopołówkowy. Napięcie U

L

występuje, więc jedynie przez połowę okresu napięcia wejściowego

U

g

.

rys. 3.9

rys. 3.10

Prostownik dwupołówkowy

Na rys. 3.11 przedstawiony jest inny układ prostownika. Jest to dwupołówkowy układ

mostkowy. Tak zwany mostek złożony jest z diod D1, D2, D3, D4. Przebiegi napięcia wejściowego
U

g

i wyjściowego U

L

przedstawione są na rys. 3.12.

Dla dodatniej połówki sinusoidy sygnału wejściowego prąd (strzałki czerwone) popłynie

przez diodę D1 do obciążenia R

L

, dalej poprzez diodę D3 do źródła U

g

. Następnie dla połówki

ujemnej prąd (strzałki niebieskie) popłynie poprzez diodę D2 do obciążenia R

L

jak widać

zachowując ten sam kierunek przepływu prądu przez obciążenie jak dla połówki dodatniej, a
następnie poprzez diodę D4 z powrotem do źródła U

g

. W efekcie na wyjściu układu otrzymamy

napięcie wyprostowane dwupołówkowo, co widać na przebiegu z rys. 3.12 (przebieg czerwony).
Poziome odcinki pomiędzy połówkami sinusoidy są spowodowane spadkami napięć na
przewodzących diodach. Warto zauważyć, że w układzie mostkowym dla obu kierunków sygnału
wejściowego, z wejściem są połączone szeregowo dwie diody. Dlatego aby prąd zaczął płynąć do
obciążenia napięcie U

g

musi być większe od podwojonego napięcia przewodzenia diody

(U

g

>2·0.6V). Warto o tym pamiętać szczególnie przy projektowaniu zasilaczy.

rys. 3.11

rys. 3.12

21. Narysować schemat połączeń i omówić prostowanie za pomocą mostka Gretza, mostka
Gretza z zaworami sterowanymi, mostka trójfazowego.

Mostek Graetza
Układ czteroprostownikowy układ Gretza.
W pierwszej połowie okresu, gdy biegunowość napięcia zasilającego jest dodatnia, przewodzą
diody D1 i D2, płynie prąd I1. Po zmianie biegunowości napięcia zasilającego tzn. w drugiej
połowie okresu przewodzą diody D3 i D4, płynie prąd I2. Diody D1 i D2 znajdują się w tym czasie
w stanie zaporowym. W rezultacie przez odbiornik płynie prąd o tym samym zwrocie w obu
połowach okresu.

Mostek Graetza z zaworami sterowanymi
Prostowniki mostkowe pełnosterowane

Układ prostownika mostkowego pełnosterowanego składa się z typowego jednofazowego,

dwuuzwojeniowego transformatora i czterech tyrystorów w układzie mostkowym. (lub z dwu
tyrystorów i dwu diod). Istnieje również możliwość zasilania układu z linii prądu jednofazowego z
pominięciem transformatora. Układ ten może pracować zarówno jako prostownik jak i falownik o
komutacji sieciowej.
Tyrystory usytuowane w przeciwległych gałęziach (np. Ty1 i Ty4 lub Ty2 i Ty3) muszą być
wyzwalane jednocześnie. W zakresie kąta 0 ≤ ωt ≤ π dodatnia półfala napięcia polaryzuje się w
kierunku przewodzenia parę tyrystorów Ty2 i Ty3 natomiast ujemna półfala - w kierunku
przewodzenia tyrystory Ty4 i Ty1. Kierunek prądu prostownika jest taki sam niezależnie od tego,
która para tyrystorów jest w stanie przewodzenia.

Dla obciążenia RL występuje praca zarówno impulsowa jak i ciągła (w zależności od kąta

opóźnienia załączenia). Dla odbiornika czysto rezystancyjnego prąd ma zawsze charakter
impulsowy. Komutacja zachodzi pomiędzy parami tyrystorów przeciwnych gałęziach (Ty1 i Ty4 ,
Ty2 i Ty3), w czasie której wszystkie tyrystory znajdują się w stanie przewodzenia.

Rys. 4i. Schemat prostownika pełnosterowanego dwupulsowego mostkowego

4j. Przebieg napięcia, prądu i impulsu sterującego prostownika z obciążeniem R

Trójfazowy mostek prostowniczy

Trójfazowy mostek prostowniczy jest rozszerzeniem idei mostka Graetza – z tą różnicą, że
połączone są trzy gałęzie równoległe do których odpowiednio podłączone jest napięcie zasilania.
Zasada działania jest identyczna do jednofazowego mostka Graetza opisanego powyżej.

Mostki prostownicze stosuje się również w układach wielofazowych. Mostek wielofazowy jest
rozszerzeniem

układu jednofazowego –

liczba gałęzi

odpowiada liczbie faz układu

wielofazowego.

22. Narysować i omówić schematy prostowników z filtrem pojemnościowym oraz
indukcyjnym.

Prostowniki z filtrami o wejściu pojemnościowym
Dołączenie kondensatora równolegle do zacisków wyjściowych układu
prostownikowego prowadzi do zmniejszenia napięcia tętnień, dzięki czemu zasilacz może
być przydatny do zastosowania w urządzeniach elektronicznych. Energia gromadzona
w kondensatorze podczas przewodzenia diod prostowniczych podtrzymuje przepływ
prądu w obciążeniu w czasie, gdy diody są spolaryzowane zaporowo. Prostowniki
z pojemnościowym filtrem tętnień (z kondensatorem zbiorczym) są powszechnie
stosowane w zasilaczach sieciowych mniejszej mocy (do około 100 W) o stosunkowo
dużym napięciu i małym prądzie.

Schemat zasilacza z prostownikiem jednopołówkowym i filtrem pojemnościowym
pokazano na rys. 1.2, zaś rysunek 1.3 przedstawia przebiegi czasowe napięć i prądów
w układzie. Gdy napięcie uzwojenia wtórnego transformatora U2(t) przewyższa napięcie
wyjściowe Uwy (t) , przez diodę płynie w czasie t1 prąd, który ładuje kondensator do
wartości maksymalnej Uwymax » 2^(1/2)*U2 -UF ze stałą czasową RsC (UF jest spadkiem
napięcia na przewodzącej diodzie). Rezystancja szeregowa Rs jest sumą rezystancji drogi
ładowania kondensatora: rezystancji transformatora Rt i diody RD . Rezystancja
transformatora jest dana wzorem:

Rt=R2+[R1/(n^2)]

(1.6)

gdzie R1 i R2 są rezystancjami nagrzanych uzwojeń pierwotnego i wtórnego, a n jest
przekładnią transformatora. W przeciągu czasu t2 , gdy napięcie uzwojenia wtórnego jest
mniejsze od napięcia wyjściowego, prąd przez diodę nie płynie i kondensator rozładowuje
się do wartości minimalnej napięcia wyjściowego Uwymin =Uwymax -Utpep ze stałą
czasową RLC.

Działanie prostowników: dwupołówkowego (schemat na rys. 1.4) i mostkowego,
zwanego układem Graetza (rys. 1.5), jest podobne do opisanego, z tym, że ładowanie
kondensatora ma miejsce dwukrotnie częściej (w każdej połowie okresu). Dlatego oba te układy
można traktować jako prostowniki dwufazowe (m = 2). W prostowniku
dwupołówkowym diody D1 i D2 przewodzą na przemian prąd odpowiednich połówek
uzwojenia wtórnego transformatora. Na rysunku 1.6 pokazano przebiegi czasowe napięć i prądów
w układzie.

W prostowniku mostkowym prąd ładujący kondensator płynie na zmianę przez
uzwojenie wtórne transformatora, diodę D1, kondensator i diodę D3, a po zmianie fazy
napięcia, podobnie, lecz przez diody D2 i D4. Przebieg czasowy prądu diody D3 jest
identyczny jak diody D1, podobnie prąd diody D4 jest identyczny jak diody D2. Wynika
stąd, że ładowanie kondensatora następuje do napięcia Uwymax » 2^(1/2)*U2 - 2UF (UF -spadek
na diodzie), oraz, że rezystancja drogi ładowania kondensatora jest sumą
rezystancji transformatora i podwojonej rezystancji diody Rs = Rtr + 2RD .

Filtr indukcyjny jest dużo rzadziej stosowany w układach prostowniczych małej mocy niż filtr
pojemnościowy. Wykonywanie specjalnego dławika, którego gabaryty są znaczne, jest kłopotliwe.
W wielu rozwiązaniach ( zwłaszcza w energoelektronice) układy z indukcyjnością są jednak nie
zastąpione. Działanie filtru indukcyjnego opiera się na magazynowaniu energii w polu
magnetycznym, gdy prąd narasta i oddawaniu energii, gdy prąd maleje. Już z tej prostej zasady
wynika, że dławik przeciwdziała zmianom prądu i stara się utrzymać jego wartość na stałym
poziomie..W układzie jednopołówkowym prąd płynący w obwodzie jest. Funkcją będącą
rozwiązaniem równania różniczkowego

Znając przebieg prądu można drogą różniczkowania graficznego wykreślić kreślić przebieg
napięcia na

indukcyjności

. Jak widać z wykresu w przedziale czasu od zera do punktu A

transformator do starcza energii, gdyż Utr > O i - itr – i=iL > O. Część tej energii jest
magazynowana w polu magnetycznym dławika, pozostała część wydziela się w rezystancji
obciążania R0. W przedziale czasu odpowiadającym punktom A-B bilans energetyczny zmienia się
'Dławik zaczyna oddawać energię do obciążenia podobnie jak transformator. Wreszcie w przedziale
czasu począwszy od punktu B Jedynym "dostarczycielem" energii staje się dławik. Jego energia jest
częściowo rozpraszana w rezystorze obciążenia, częściowo zaś zwracana przez transformator do
sieci, gdyż itr > O; utr < O Ptr < 0.

Układy prostowania jednopołówkowego nie są praktycznie stosowane ze względu na bardzo dużą
amplitudę tętnień (napięcie wyjściowe spada do zera). W układzie dwupołówkowym nie występuje
proces zaniku prądu do zera, gdyż wcześniej rozpoczyna się proces przewodzenia drugiej diody) Im

większa jest wartość ilorazu , tym bardziej płaski kształt prądu: tym dłuższy jest czas jego
przepływu. Napięcie wyjściowe ma wówczas mniejszą amplitudę tętnień. Aby wyzna wartość
współczynnika tętnień dla układu dwupołówkowego z filtrem indukcyjnym skorzystajmy z
zależności podanej na rys.( powyżej). Prąd, jaki popłynie w obwodzie, przy upraszczającym
uwzględnieniu jedynie drugiej harmonicznej, (wyższe harmoniczne mają niewielki wpływ) będzie
miał postać

<<<<<Układ prostownika jednopołówkowego z filtrem
indukcyjnym

a) schemat

b) przebiegi napięć i prądów

c) przebiegi napięć na elementach obwodu

Układ prostownika dwupołówkowego >>>>>>>>

a) schemat

b) przebiegi napięcia wyjściowego u oraz prądów diod
iD

W filtrach indukcyjnych nie występuje groźba dużych wartości prądów w momencie włączenia
IDWŁ oraz maksymalnych prądów okresowych IDW . Jest to wynikiem obecności indukcyjności w
obwodzie, która nie dopuszcza do gwałtownych zmian prądów . diody pracują tutaj w warunkach
dużo bardziej korzystnych niż miało to miejsce w filtrze pojemnościowym