Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Prostowniki małej mocy
Wrocław 2010
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Wartość sygnału elektrycznego
Skuteczna
Wartość skuteczna sygnału (RMS  Root Mean Square)
T
uamplit
1
2
urms = (u2(t))H"
+"u (t)dt =
T
2
o
1
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Wartość sygnału elektrycznego
Średnia
T
1
uav(t)=
+"u(t)dt
T
0
T
1
u(t)av = u(t)dt
+"
T
0
T
Um 2
dla sin u(t)av = sin�t dt = Um
+"
T Ą
0
Ą
urms = u(t)av = 1,11u(t)av
2 2
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Wartość sygnału elektrycznego
2
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Transformator
Parametry
" Moc (jednofazowe do 3kW)
" Znamionowe napięcie wejściowe (np. 230V ą10%)
" Częstotliwość pracy (np. 50Hz)
" Napięcie i prąd wtórny (lub przekładnia)
" Prąd biegu jałowego
" Napięcie izolacji
" Ciężar, wymiary
" Temperatura pracy
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Transformator
Rodzaje
" Rdzenie typu EI, zwijane, toroidalne
" Materiał rdzenia
 Blachy gorąco walcowane
 Blachy zimnowalcowane
3
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Transformator
Związek mocy z wymiarami
S[cm2]@P[W] Blacha/Rdzeń Bmax[T]
1T
SH" 1,25�" P1 Blacha gorącowalcowana
Rdzeń EI
1.1T
SH" 1,1�" P1 Blacha gorącowalcowana
Rdzeń EI
Blacha gorącowalcowana 1.5T
SH" P1
Rdzeń zwijany
1.6T
SH" 0.8�" P1 Blacha gorącowalcowana
Rdzeń toroidalny
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Transformator
napięcie/zwój
U
= 2Ą f BmaxS
z
4
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Transformator
Przykład
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Transformator
Model
Rezystancja uz.
Transformator
pierwotnego
idealny
Transformator
Ind. rozproszenia
rzeczywisty
uz. pierwotnego Ind. rozproszenia
uz. wtórnego
n:1 n:1
Pojemność uz.
wtórnego
Pojemność uz.
Rezystancja uz.
pierwotnego
wtórnego
Ind. Główna
Rezystancja
Pojemność
transformatora
strat rdzenia międzyuzwojeniowa
5
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Transformator
Model uproszczony dla małych częstotliwości
Ind. rozproszenia
Transformator
Rezystancja
idealny uz. wtórnego
uz. wtórnego
i pierwotnego
i pierwotnego
n:1
Ind. Główna
transformatora
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Transformator
Model uproszczony dla małych częstotliwości
Ruz. pierwotnego
Rszeregowe = + Ruz.wtórnego
n2
n:1
Usk.sieci
+10%
ńł
Usk = 230V U (t) = 2 sin(�t)
�ł-10%
ół
n
6
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Układy prostownicze
Rodzaje
n:1
n:1
n:1
n:1
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Prostownik jednopołówkowy (1D)
Zasada działania
n:1
n:1
7
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Prostownik dwupołówkowy (2D)
Zasada działania
n:1
n:1
n:1
n:1
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Prostownik dwupołówkowy (4D)
Mostek Graetza
n:1
n:1
8
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Prostownik 1-połówkowy
Obciążenie rezystancyjne
D
I0 + Średnie napięcie obciążenia:
Tr
2
~ 230 V
U0 R0
U2 U0AV = U2RMS
50 Hz
Ą

Skuteczne napięcie obciążenia:
U2RMS
U0RMS =
2
I0 , U0
Średni prąd obciążenia:
U0AV
I0AV =
R0
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Prostownik 2-połówkowy
Obciążenie rezystancyjne
D1 I0 +
Tr
Średnie napięcie obciążenia:
U2
~ 230 V
U0 R0
2 2
50 Hz
U0AV = U2RMS
D2
U2
Ą

Tr
Skuteczne napięcie obciążenia:
D1 D2
~ 230 V I0 +
U2
50 Hz
U0RMS = U2RMS
D3 D4
U0 R0
Średni prąd obciążenia:

I0 , U0
U0AV
I0AV =
R0
9
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Prostownik 1-połówkowy
Filtr pojemnościowy
RS D
I0 +
+
C1 C2 U0 R0
E2 U2
~

- C zostaje naładowany do U20MAX  UD
URRM = 2 U20MAX
- po załączeniu R0  C rozładowuje się
- gdy U2 > U0 + UD  C znowu zostanie
doładowany do U0 zależnego od RS
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Prostownik 1-połówkowy
Podstawowe zależności
Średnie napięcie wyjściowe biegu jałowego (prostownik bez obciążenia):
U00AV = U20MAX -UD
Średnie napięcie wyjściowe przy obciążeniu R0 :
�ł �ł
RS
U0AV = U00AV �ł1- �ł
�ł �ł
R0
�ł łł
Międzyszczytowe napięcie tętnień:
I0 AV �ł RS �ł
�ł1- 4
�ł
U0RIP(PP) =
�ł
Cf R0 �ł
�ł łł
Minimalne napięcie wyjściowe:
2
U0MIN = U0 AV - U0RIP(PP)
3
10
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Prostownik 1-połówkowy
Podstawowe zależności
Max napięcie wsteczne diody:
URRM = 2U20MAX
Średni prąd przewodzenia diody prostowniczej:
IDAV = I0AV
Powtarzalna wartość szczytowa prądu diod:
U00AV
IDMAX =
RS R0
Max prąd diody przy załączaniu (inrush or input surge current):
U00AV
IDSURAGE =
RS
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
IDSURAGE
U00AV
IDSURAGE =
RS
11
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Prostownik 2-połówkowy
Filtr pojemnościowy
RS D1 I0 +
~ E2 U2
+
C1 C2 U0 R0
E2 U2 D2
~

RS
Prostowanie jednopołówkowe dwu napięć
o przeciwnych fazach
Prąd ID płynie zawsze przez jedną D (strata
napięcia tylko na 1D)
Podwójna RS  większy spadek napięcia na
Tr
Układ korzystny przy małych U0 przy
większych mostek.
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Prostownik 2-połówkowy
Podstawowe zależności
Średnie napięcie wyjściowe biegu jałowego (prostownik bez obciążenia):
U00AV = U20MAX -UD U00AV = U20MAX - 2UD
2D 4D
Średnie napięcie wyjściowe przy obciążeniu R0 :
�ł �ł
RS
U0AV = U00 AV �ł1- �ł
�ł �ł
2R0
�ł łł
Międzyszczytowe napięcie tętnień:
I0 AV �ł RS �ł
�ł1- 4
�ł
U0RIP(PP) =
�ł
2Cf 2R0 �ł
�ł łł
Minimalne napięcie wyjściowe:
2
U0MIN = U0 AV - U0RIP(PP)
3
12
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Prostownik 2-połówkowy
Podstawowe zależności
Max napięcie wsteczne diody:
URRM = 2U20MAX URRM = U20MAX
2D 4D
Średni prąd przewodzenia diody prostowniczej:
1
IDAV = I0AV
2
Powtarzalna wartość szczytowa prądu diod:
U00AV
IDMAX =
2RS R0
Max prąd diody przy załączaniu (inrush or input surge current):
U00AV
IDSURAGE =
RS
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Wpływ C filtrującej
Gdy C rośnie
" Maleją tętnienia ~1/fCR0 !!!!
" Maleje czas przewodzenia D
" Rośnie prąd szczytowy diody
" Rośnie prąd skuteczny diody i
transformatora (grzeje się)
13
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Wpływ C filtrującej
I0 AV = 1A
1A
T
1
2
I0RMS =
+"i (t)dt =1A
T
0
2A
I0 AV = 1A
1A
T
1
2
I0RMS =
+"i (t)dt = 2A
T
4A
0
T
I0 AV = 1A
1
2
1A
I0RMS =
+"i (t)dt = 2A
T
0
T
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Projektowanie prostownika
Diagramy Schade go
Współczynnik szczytu prądu diody (CF  crest factor):
IDMAX
CF =
IDRMS
Współczynnik kształtu prądu diody (FF  form factor):
IDRMS
FF =
ID AV
14
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Współczynnik mocy
Zniekształcenia prądu sieci energetycznej
Pczynna
Isk
A
W
Obciążenie
Sieć
230V 50Hz
V Usk
Pczynna
W
�ł łł
� = d" 1
Usk " Isk �łVAśł
�ł �ł
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Współczynnik mocy
Przykład
Usk=230V;Umax=325V
T
1 1
2
Isk = dt H" (5A)2(2ms + 2ms)= 5A
+"i
T 20ms
0
T
1 4ms
Pczynne =
+"u(t)i(t)dt H" 325V " 5A" 20ms = 325W
T
0
Pczynna 325W
W
�ł łł
� = H" H" 0,28
�łVAśł
Usk " Isk 230V " 5A
�ł �ł
15
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Współczynnik mocy
Dlaczego powinien być 1
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Symetryczny podwajacz napięcia
(Delona)
RS
Esk
C
R0
C
16
Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Niesymetryczny podwajacz napięcia
(Villarda)
RS
Esk
C
C
R0
Emax
Emax
2Emax
17