Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Jak działa i po co jest stosowany układ prostowniczy „Vienna rectifier”?

W niniejszym artykule omówimy układ zwany „Vienna rectifier”. Nasz czytelnik pyta o trójfazowy mostek "Viena" lecz wyjątkowo łatwo tutaj o pomyłkę.
Article Image
(...) jak działa i po co jest stosowany trójfazowy mostek Viena? (...)

Autorowi e-maila niewątpliwie chodziło o układ prostowniczy zwany „Vienna rectifier”. W tym przypadku wyjątkowo łatwo o pomyłkę, bo w grę wchodzą dwa pojęcia: prostownik i mostek oraz zagadnienia w różny sposób z nimi związane.

Jeśli chodzi o prostownik – mostek, to powszechnie znany jest prostownik Graetza – mostek Graetza (greca). Prostownik mostkowy (rysunek A z Wikipedii)

Rys.A Prostownik mostkowy

często niezbyt słusznie nazywany jest „układem greca” od nazwiska. Otóż Leo Graetz to niemiecki fizyk urodzony w Breslau, czyli w dzisiejszym Wrocławiu. Graetz zaproponował taki mostek prostowniczy w roku 1897. Na marginesie warto podkreślić, że mostek taki rok wcześniej został wynaleziony (oraz opatentowany w Wielkiej Brytanii i w Niemczech) przez nazywanego polskim Edisonem, urodzonego w Sanoku Karola Franciszka Pollaka. W każdym razie mostek prostowniczy kojarzony jest z nazwiskiem Graetza. Rysunek B pokazuje trójfazową wersję prostownika mostkowego.

Inny mostek nazywany jest mostkiem Wiena. Jak pokazuje rysunek C (z Wikipedii), w żadnym razie nie jest to mostek prostowniczy. Nazwa też pochodzi od nazwiska: Max Wien był urodzonym w Królewcu niemieckim fizykiem, dyrektorem instytutu fizyki w niemieckim mieście Jena.

Te dwa mostki mogą niesłusznie kojarzyć się z Vienna rectifier. Słowo Vienna nie pochodzi tu od nazwiska, tylko jest nazwą miasta Wiednia – stolicy Austrii. Austriacy mówią po niemiecku i używają nazwy Wien, ale w języku angielskim wykorzystywana jest nazwa Vienna.

Rys.B Trójfazowa wersja prostownika mostkowego
Rys.C Mostek Wiena

Omawiany układ prostowniczy Vienna rectifier został opracowany (prof. Johann W. Kolar) w roku 1993 na wiedeńskiej politechnice: Technische Universität Wien (TU Wien, TUW), po angielsku Vienna University of Technology.

Jest to układ prostowniczy, ma związek z mostkami, jednak tak naprawdę jest to bardzo zaawansowana podwyższająca przetwornica indukcyjna. Jest to prostownik trójfazowy z trzema kluczami-tranzystorami, sterowanymi z wykorzystaniem modulacji PWM.

Niektóre przetwornice mogą przekazywać energię w dwóch kierunkach. W tym przypadku jest inaczej. Układ może przekazywać energię z trójfazowej sieci energetycznej do obciążenia, ale nie w kierunku przeciwnym. Kluczową zaletą jest to, że przy odpowiednim sterowaniu układ pobiera z (trójfazowej sieci) prąd o dokładnie sinusoidalnym kształcie, przez co jest też trójfazowym układem PFC (Power Factor Corrector).

Rys.D Podstawowy schemat „Vienna rectifier”

I właśnie układ był opracowywany przede wszystkim jako trójfazowy układ PFC. Podstawowy schemat „Vienna rectifier”, pochodzący ze zgłoszenia patentowego (J.W. Kolar nr 94120245.9), pokazany jest na rysunku D. Schemat ten raczej nie wyjaśnia, może tylko przestraszyć. W literaturze koncepcja tego rozwiązania jest też przedstawiana inaczej, nieco jaśniej, na przykład jak na rysunku E.

Rys.E Alternatywny schemat „Vienna rectifier”

Dość często spotyka się schematy narysowane w nieco inny sposób, gdzie dwukierunkowe klucze są przedstawione w postaci dwóch tranzystorów MOSFET w połączeniu odwrotnie szeregowym według rysunku F.

Rys.F Dwukierunkowe klucze przedstawione w postaci dwóch tranzystorów MOSFET

Taki sposób narysowania też niewiele pomaga w analizie działania układu. Taką analizę należałoby zacząć z jednej strony od przypomnienia działania prostownika mostkowego trójfazowego pracującego w sieci 50Hz, a w szczególności rozpływu prądów w wersji niewykorzystującej punktu neutralnego. Z drugiej strony trzeba byłoby powiązać z tym działanie przetwornicy podwyższającej z regulacją PWM pracującej z częstotliwością ponad 100kHz. Najbardziej zainteresowani mogą poszukać dalszych (trzeba przyznać niełatwych do zrozumienia) informacji, wpisując w wyszukiwarkę: vienna rectifier pdf.

Fot.G Przetwornica PFC o mocy 400W wykorzystująca koncepcję Vienna Rectifier

W każdym razie koncepcja Vienna rectifier bywa realizowana w postaci zasilaczy/przetwornic PFC dużej mocy, do kilkunastu, a nawet więcej kilowatów. Fotografia G pokazuje model o mocy 400W.

Rys.H Schemat Warsaw rectifier - prekursor Vienna rectifier

Co interesujące, zwłaszcza dla polskiego Czytelnika, nie jest to jedyna przetwornica, nazwana od nazwy miasta. Koncepcja i realizacja Vienna rectifier były przedstawione w roku 1993. Rok wcześniej zaprezentowano koncepcję i układ Warsaw rectifier. Na rysunku H pokazany jest schemat pierwotnej wersji. Zainteresowani podobieństwem obu koncepcji mogą dalszych informacji poszukać samodzielnie.

Tematyka materiału: mostek prostowniczy, Vienna rectifier
AUTOR
Źródło
Elektronika dla Wszystkich listopad 2019
Udostępnij
Czytelnia kategorie
AI-Sztuczna Inteligencja
Aparatura
Arduino
Artykuły
Audio
Automatyka
Ciekawostki
CNC
DIY
Druk 3d
Elektromechanika Fotowoltaika
FPGA-CPLD-SPLD
GPS
IC-układy scalone
Interfejsy
IoT
Konkursy
Książki
Lasery
LED/LCD/OLED
Mechatronika
Mikrokontrolery (MCV,μC)
Moc Moduły
Narzędzia
Optoelektronika
PCB/Montaż Podstawy elektroniki
Podzespoły bierne
Półprzewodniki Pomiary i testy
Porady
Projektowanie
Raspberry Pi
Retro
RF
Robotyka
SBC-SIP-SoC-CoM
Sensory Silniki i serwo
Software
Sterowanie
Transformatory
Tranzystory
Wyświetlacze
Wywiady
Wzmacniacze Zasilanie
W tym numerze znajdziesz źródłową wersję artykułu publikowanego obok
Elektronika dla Wszystkich
listopad 2019
Elektronika dla Wszystkich
Przejrzyj i kup
UK Logo