Gelijkrichting van wisselspanning
Gelijkrichting en onderdrukking van de rimpelspanning
Gelijkspanning

In een groot aantal toepassingen moet de wisselspanning gelijkgericht worden. Voor kleine gebruikers gebruikt men het monofasig net, maar voor grote verbruikers werkt men met het driefasig net.
-

-

Monofasige gelijkrichting

Driefasige gelijkrichting

Deze pagina is een vervolg op de pagina over multifasige electriciteitsnetten (driefasig, zesfasig, negenfasig, twaalfasig). Men vormt de driefasige wisselspanning om in een zesfasig net om de overblijvende rimpelspanning te verminderen. Dit is eenvoudig te realiseren als men een driefasig net heeft, maar moeilijker als men een monofasig net heeft.

Veel toepassingen hebben gelijkspanning nodig, op laagspanning zoals bij galvanoplastie, of op hogere spanning zoals zenders, motorsturingen, enz. Voor de stroomverdeling over zeer lange afstanden schakelt men tegenwoordig ook op gelijkspanning omdat er dan minder verliezen zijn.

Monofasige gelijkrichting

Voor kleine vermogens gebeurt de stroomverdeling met een monofasig net, en moet dus monofasige gelijkrichting toepassen. Computers, ontvangers, versterkers,... hebben allemaal een monofasige gelijkrichting.

In veel toepassingen is de rimpelspanning nog te hoog, en dat is met name het geval bij een monofasige gelijkrichting, waarbij men een rimpelspanning van 100% heeft (de spanning wordt 100 keer per seconde nul).

Om de rimpelspanning te verminderen moet men filters gebruiken (elko's met een hoge waarde) en eventueel spanningsstabilisatoren. Hoe hoger de waarde van de elko's, hoe beter de filtering is, maar de piekstroom wordt daardoor ook veel sterker en crestfactor wordt zeer slecht (er loopt enkel stroom door de gelijkrichter op het ogenblik dat de elko bijgevuld wordt). Een dergelijke vorm van gelijkrichting en filtering is daarom niet meer toegelaten vanaf een bepaald vermogen. Voor grote installaties moet de crestfactor verplicht beperkt worden.

Gelijkrichter voor een laag vermogen:

  • A: wisselspanning
  • B: gelijkgerichte en gefilterde spanning met rimpel
  • C: gestabiliseerde spanning

Ook uit economisch oogpunt zal men de condensatorwaarden niet onbeperkt verhogen, maar zal men de rimpel beperken tot 10% (bij een audioversterker die zijn maximaal vermogen levert). Heeft men een lagere rimpel nodig,

  • dan zal men een spanningsstabilisator gebruiken (zie afbeelding rechts) samen met een elko van aanvaardbare waarde 4700µF in ons voorbeeld, of
  • zal men voorwaartse regeling toepassen om de fout die zal ontstaan door de slecht gefilterde gelijkspanning op voorhand te compenseren door een omgekeerde fout in de versterker in te brengen.

Driefasige gelijkrichting

Rechts de voorstelling van de driefasige wisselspanning. De drie fasen zijn 120° ten opzichte van elkaar verschoven (360°/3).

De tweede grafiek toont ons de dubbelzijdige gelijkrichting van de spanning. De negatieve halven zijn naar de positieve kant omgeklapt en we hebben toppen om de 60° (120°/2) per periode.

De rimpel die overblijft na de gelijkrichting is 0.866 van de piekspanning. Dit is gemakkelijk te berekenen: de golfvorm is een sinus (of een cosinus, wat gemakkelijker is voor de berekeningen). De topwaarde wordt bereikt bij cos(0) = 1. Twee lijnen kruisen elkaar halverwege tussen twee toppen, dus met een verplaatsing van 30°. En cos(30) = 0.866.

Polyfasige gelijkrichting

Hoewel triphasé ook een polyfasige spanning is, gebruikt men de benaming polyfasig eerder voor wisselspanningen met meer dan 3 fasen. Men gebruikt een polyfasige gelijkrichting als men een hoog vermogen nodig heeft. Men heeft een lagere rimpelspanning en terzelfdertijd heeft men een betere crestfactor. In de meeste gevallen is een filtering zelfs niet meer nodig.

Gebruikt men hexafasé, dan hebben we dubbel zoveel toppen per periode, de verschuiving is dus 15°, de rimpelspanning is dus cos(15) = 0.966. De rimpelspanning is nu zo laag geworden dat filtering door middel van elko's niet meer nodig is voor de meeste toepassingen (rimpelspanning 5% van de piekspanning).

Bij een negenfasig net heeft men 18 pulsen in een periode, dus 20° tussen de pulsen en de kruising na 10°. De rimpelspanning bedraagt nu cos(10) = 0.985 of 1.5% van de piekspanning. De rimpelspanning die men hier bekomt (zonder filtering) is minder dan de rimpelspanning die men zou bekomen met de gelijkrichting en filtering van een monofasige spanning (filtering door middel van een elko van zeer hoge waarde).

Electrische auto's kunnen zowel met wisselspanning als met gelijkspanning geladen worden. Bij wisselspanning wordt een ingebouwde gelijkrichter gebruikt, en die mag niet te groot en te zwaar zijn. Het laden is meestal beperkt tot 2kW (monofasig net) of 6kW (driefasig net). Per uur laden kan slechts een tiental kilometer autonomie bijgetankt worden (monofasig net).

Bij het laden met gelijkspanning wordt een zwaardere statische omvormer gebruikt (in de laadpaal zelf). Het laadvermogen kan oplopen tot 100kW en wordt beperkt door de batterij zelf (ingebouwde monitoring van de batterij). Vaak wordt het vermogen van een laadstation verdeeld over de laadposten. Zijn er bijvoorbeeld drie auto's aan het laden, dan is het vermogen beperkt tot 33kW per voertuig.

Gestuurde gelijkrichting

In plaats van de spanning gelijk te richten met diodes, kan men ook thyristoren gebruiken. Het is dan mogelijk het inschakelmoment te bepalen en dus de uitgangsspanning. Er ontstaan sterke harmonischen en er zijn zware filters nodig aan de ingang. De electriciteitsnormen worden strenger en strenger en een installatie met thyristoren wordt daardoor veel te duur.

Met een gestuurde gelijkrichting is het echter mogelijk vermogen terug op het net te steken (bijvoorbeeld tijdens het afremmen van motoren). Bij bepaalde toepassingen (liften) haalt men bijna een verdubbeling van het rendement, waardoor het gebruik van een gestuurde gelijkrichting interessant wordt als de installatie intensief gebruikt wordt. Dit ondanks het feit dat de electronische modules veel complexer moeten zijn.

Publicités - Reklame

-