Egyenirányító kapcsolások és jelalakok

7.1. Egyfázisú egyutas együtemű kapcsolás

Ez a legegyszerűbb egyenirányító kapcsolás, a 6-3. ábrán láthattuk, illetve működését is ott tárgyaltuk. Röviden visszautalva ebben a kapcsolásban a kapocsfeszültség pozitív félperiódusában a dióda vezet, a feszültség a terhelőellenálláson esik, a negatív félperiódusban pedig a dióda zár, a körben így a terhelő ellenálláson sem folyik áram, a kapocsfeszültség a diódán esik.

7.1.1. Egyenirányító induktív terhelése

Van azonban egy, a gyakorlat szempontjából fontos eset. A 6-3. ábrán vizsgált egyenirányító kapcsolásban a terhelés tisztán ohmos jellegű, a valóságban azonban sok esetben induktív jellegű fogyasztókkal találkozunk, ugyanis a motorok, mágneskapcsolók mind erősen induk-tív jellegűek. Mivel működés szerint ez a kapcsolása legegyszerűbb, itt vizsgáljuk meg ennek a terhelésnek a hatását. Tekintsük most a következő ábra szerinti kapcsolást

7-1. ábra

Ebben a kapcsolásban a problémát az okozza, hogy az induktivitás árama nem tud ugrássze-rűen megváltozni, azaz elvileg a dióda a tápláló hálózat negatív félperiódusának az elején is még vezet.

7-2. ábra

Ennek az a magyarázata, hogy az induktivitás nagyon ragaszkodik az áramához, és konyha-nyelven szólva addig növeli a feszültségét, ameddig meg nem kapja azt, ami neki jár. Ez a jelenség azonban nem feltétlenül jó, ezért célszerű valamit tenni ellene.

Ilyenkor egy úgynevezett szabadonfutó dióda kerül a kapcsolásba.

7-3. ábra

A szabadonfutó dióda alkalmazásával a helyzet sokkal kellemesebb lesz, ugyanis a félperiódus elején az egyenirányító dióda vezet, a szabadon futó dióda záróirányba van igénybevéve, így nem vezet, az áram az ellenálláson és induktivitáson keresztül folyik. Ami-kor elérjük a tápfeszültség negatív félperiódusát, akAmi-kor az egyenirányító dióda zár, azaz az áramkör a hálózat felől nem kap áramot, de az induktivitás árama az ellenállás-induktivitás-szabadon futó dióda körön le tud csengeni.

7.2. Egyfázisú egyutas kétütemű kapcsolás

Az egyfázisú egyutas együtemű kapcsolás komoly hátránya, hogy a kapcsolásból nyert egye-nirányított feszültség hullámossága nagyon nagy, továbbá a hálózat szempontjából a terhelés áramfelvétele nagyon egyenetlen. Ezen igyekszik segíteni az egyfázisú egyutas kétütemű kap-csolás. A kapcsolás rajza illetve a jellemző feszültség-idő függvénye a következő ábrán látha-tó.

7-4. ábra

7-5. ábra

A kapcsolás jelentős hátránya, hogy alkalmazásához szükség van egy középmegcsapolású transzformátorra. Maga a kapcsolás egyébként nem más, mint két egyutas együtemű egyeni-rányító házassága, ahol minden félperiódusban felcserélődik a diódák szerepe. Az első félperiódusban az egyik dióda vezet, a másik zár, a másik félperiódusban pedig a másik dióda vezet és az első zár.

7.3. Egyfázisú kétutas kétütemű kapcsolás

A gyakorlat szempontjából talán a legjelentősebb egyenirányító kapcsolás, elterjedt nevén Graetz híd

7-6. ábra

Mint látható, a kapcsolás négy diódát tartalmaz, amelyből minden félperíódusban kettő-kettő vezet. Az első félperiódusban az ’A’ jelű pont pozitívabb, mint a ’B’ jelű, így az áram

’A’-’C’-’D’-’B’ vonalon a D1-R-D4 elemeken folyik. A következő félperiódusban a feszültség polari-tása megfordul, így az áram a ’B’-’C’-’D’-’E’ vonalon tud folyni, a D3-R-D2 elemeken.

Külön érdekessége a kapcsolásnak, hogy érzéketlen az induktív terhelésre, ugyanis, ha bármi-lyen okból a hálózati feszültség hirtelen megszakad, az induktív terhelés árama mind az R-D2-D1 mind pedig az R-D4-D3 körön le tud csengeni.

7.4. Háromfázisú egyutas háromütemű kapcsolás

Háromfázisú táphálózat megléte esetén mindenképpen célszerű a háromfázisú egyenirányítók alkalmazása. Ennek egyik oka, hogy ilyen egyenirányító használata mellett a hálózat terhelése szimmetrikus lesz, ami mindenképpen elérendő cél. Másik ok, hogy a háromfázisú egyenirá-nyítók által előállított egyenfeszültség lényegesen simább, mint amit egyfázisú egyenirányító kapcsolással el lehet érni.

A háromfázisú egyutas háromütemű kapcsolás a legegyszerűbb a háromfázisú kapcsolások között, felépítése a következő.

7-7. ábra

A kapcsolásban egyszerre mindig egy dióda, mégpedig az vezet, amelyikhez tartozó fázis éppen a legmagasabb potenciált szolgáltatja, azaz itt a diódák nem a fázisok feszültség-nullátmeneténél zárnak illetve nyitnak, hanem ott ahol az egyes fázisok potenciálja egymás-hoz képest megváltozik. A kapcsolás jellemző feszültség jelalakja a következő:

7-8. ábra

7.5. Háromfázisú kétutas hatütemű kapcsolás

A kapcsolást szokás háromfázsú Graetz hídnak is nevezni, működésének megértése az eddigi-ek alapján nem okozhat gondot.

7-9. ábra

Az egyenirányító működése alatt egyszerre mindig két dióda vezet, mégpedig az, ahol a dió-dához tartozó potenciál a legmagasabb, illetve az, ahol ez a potenciál a legalacsonyabb. A kapcsolás feszültség-idő függvénye a következő

7-10. ábra

7.6. Egyenirányított jelek simítása

Az egyenirányított jelek mindig hullámosak. Ha ez a hullámosság valamilyen okból nem en-gedhető meg, akkor csökkenteni kell. A jelek hullámossága csökkenthető például pufferkondenzátor alkalmazásával.

7-11. ábra

Pufferkondenzátor alkalmazásánál a terheléssel párhuzamosan kapcsolunk egy kondenzátort, ami erős közelítéssel fogalmazva az egyenirányított jel hullámainak felfutó szakaszán töltő-dik, a lefutó szakaszon pedig kisül, ezáltal csökkentve a jel hullámosságát. A következő ábrán egy pufferkondenzátorral kiegészített egyfázisú együtemű egyutas kapcsolás feszültség-idő függvényét látjuk.

Az egyenirányított jelet természetesen simíthatjuk a terheléssel sorbakötött induktivitással is.

Ebben az esetben mindenképp ügyelnünk kell arra, amit a fejezet elején említettünk, hogy az induktivitás árama hirtelen nem csökkenhet, azaz amennyiben a kapcsolás nem teszi szükség-telenné, az induktivitás mellé mindenképpen alkalmazni kell egy szabadonfutó diódát is.