Egyfázisú egyenirányítók - sémák és működési elv

Az egyenirányító egy olyan eszköz, amely a bemeneti váltakozó feszültséget egyenfeszültséggé alakítja. Az egyenirányító fő modulja egy vénafűrész-készlet, amely közvetlenül átalakítja a váltakozó áramot egyenárammá.

Ha a hálózat paramétereit össze kell hangolni a terhelés paramétereivel, akkor az egyenirányító készlet egy illesztő transzformátoron keresztül csatlakozik a hálózathoz. Az ellátó hálózat fázisszáma szerint az egyenirányítók egyfázisúak és három fázis… További részletek itt – A félvezető egyenirányítók osztályozása… Ebben a cikkben az egyfázisú egyenirányítók működését vizsgáljuk meg.

Egyfázisú félhullámú egyenirányító

A legegyszerűbb egyenirányító áramkör egy egyfázisú félhullámú egyenirányító (1. ábra).

Rizs. 1. Egyfázisú vezérlésű félhullámú egyenirányító vázlata

Az R-terhelésű egyenirányító működési vázlata a 2. ábrán látható.

Rizs. 2. Az R-terhelésű egyenirányító működési sémája

A tirisztor kinyitásához két feltételnek kell teljesülnie:

1) az anód potenciáljának nagyobbnak kell lennie, mint a katód potenciáljának;

2) nyitó impulzust kell adni a vezérlőelektródára.

Ennél az áramkörnél ezen feltételek egyidejű teljesítése csak a tápfeszültség pozitív félciklusai során lehetséges. Az impulzusfázis-vezérlő rendszernek (SIFU) csak a tápfeszültség pozitív NSolunperiódusaiban kell nyitó impulzusokat létrehoznia.

jelentkezéskor tirisztor A nyitó impulzus VS1-je a θ = α időpontban a VS1 tirisztor nyit, és a pozitív félciklus hátralévő részében U tápfeszültség kerül a terhelésre1 (az előremenő feszültségesés a szelepen ΔUv jelentéktelen az U1 feszültséghez (ΔUv) képest = 1 — 2 V) ). Mivel az R terhelés aktív, a terhelésben lévő áram megismétli a feszültség alakját.

A pozitív félciklus végén az i terhelési áram és a VS1 szelep nullára csökken (θ = nπ), és az U1 feszültség előjelét váltja. Ezért a VS1 tirisztorra fordított feszültség kerül, amely hatására az bezárul és visszaállítja vezérlési tulajdonságait.

A szelepek ilyen átkapcsolását az áramforrás feszültségének hatására, amely időszakosan megváltoztatja a polaritását, természetesnek nevezik.

Az ábrákon látható, hogy egy vezeték változása annak a pozitív félciklusnak egy részének megváltozásához vezet, amely alatt a tápfeszültséget a terhelésre kapcsolják, és ez az energiafogyasztás szabályozásához vezet. Az α befecskendezés a tirisztor nyitási pillanatának késleltetését jellemzi a természetes nyitás pillanatához képest, és ezt a szelep nyitási (szabályozási) szögének nevezik.

Az emf és az egyenirányító áram a pozitív félszinusz hullámok egymást követő szegmensei, amelyek iránya állandó, de nagysága nem állandó, azaz. az egyenirányított EMF és az áram periodikusan pulzáló jellegű. És bármely periodikus függvény kibővíthető a Fourier sorozatban:

e(t) = E + en(T),

ahol E a korrigált EMF állandó komponense, en(T) – változó komponens, amely egyenlő az összes harmonikus komponens összegével.

Így feltételezhetjük, hogy a terhelésre az en (t) változó komponens által torzított állandó EMF vonatkozik. Az EMF állandó komponense E az egyenirányított EMF fő jellemzője.

A terhelési feszültség változtatással történő szabályozásának folyamatát fázisszabályozásnak nevezzük... Ennek a sémának számos hátránya van:

1) a korrigált EMF-ben magas a magasabb harmonikusok tartalma;

2) az EMF és az áram nagy hullámzása;

3) szakaszos áramköri működés;

4) alacsony áramköri feszültség használata (kche =0,45).

Az egyenirányító megszakítóáramú üzemmódja olyan üzemmód, amelyben az egyenirányító terhelési áramkörében az áram megszakad, pl. nullává válik.

Egyfázisú, félhullámú egyenirányító aktív-induktív terhelés mellett

A félhullámú egyenirányító működésének időzítési diagramja RL-terhelés esetén az ábrán látható. 3.

Rizs. 3. A félhullámú egyenirányító működésének diagramja RL-terheléshez

A sémában lezajló folyamatok elemzéséhez jelöljünk ki három időintervallumot.

1. α <θ <δ… Az ennek az intervallumnak megfelelő ekvivalens áramkör a 1. ábrán látható. 4.

Újra. 4. Egyenértékű áramkör α <θ <δ esetén

Az egyenértékű séma szerint:

Ez alatt az időintervallum alatt az eL (önindukciós EMF) az U1 hálózati feszültségre van előfeszítve, és megakadályozza az áramerősség növekedését. A hálózatból származó energia R ponton hővé alakul, és az L induktivitású elektromágneses mezőben halmozódik fel.

2. α <θ < π. Az ennek az intervallumnak megfelelő ekvivalens áramkör az ábrán látható. 5.

Ábra. 5… Egyenértékű áramkör α <θ < π esetén

Ebben az intervallumban az eL önindukció EMF előjelét változtatta (ekkor θ = δ).

θ δ dL megváltoztatja az előjelét, és hajlamos fenntartani az áramkörben lévő áramot. Az U1 szerint van irányítva. Ebben az intervallumban a hálózatból származó és az L induktivitás területén felhalmozott energia R-ben hővé alakul.

3. π θ α + λ. Az ennek az intervallumnak megfelelő ekvivalens áramkör az ábrán látható. 6.

Rizs. 6 Egyenértékű áramkör

Egy θ = π időpontban az U1 hálózati feszültség megváltoztatja a polaritását, de a VS1 tirisztor vezető állapotban marad, mert egL meghaladja az U1 értéket, és az előremenő feszültség megmarad a tirisztoron. A dL hatása alatti áram ugyanabban az irányban fog átfolyni a terhelésen, míg az L induktivitás területén tárolt energia nem emészti fel teljesen.

Ebben az intervallumban az induktív mezőben felhalmozódott energia egy része az R ellenállásban hővé alakul, egy része pedig a hálózatba kerül. Az egyenáramú áramkörből a váltakozó áramú áramkörbe történő energiaátvitelt inverziónak nevezzük… Ezt bizonyítja az e és az i különböző előjele.

Az U1 negatív polaritású szakaszon az áram időtartama az L és R mennyiségek arányától függ (XL=ωL). Minél nagyobb az — ωL/R arány, annál hosszabb az áram λ időtartama.

Ha az L terhelési áramkörben induktivitás van, akkor az áram alakja egyenletesebbé válik és az U1 negatív polaritású területeken is folyik az áram... Ebben az esetben a VS1 tirisztor nem zár le az U1 feszültség 0-ra való átmenete közben. és pillanatnyilag az áramerősség nullára csökken. Ha ωL/ R→oo, akkor α = 0-ban λ → 2π.

Az egyfázisú híd egyenirányító működésének elve folyamatos üzemmódban aktív és aktív-induktív terhelés esetén

Az egyfázisú híd-egyenirányító áramköre az ábrán látható. ábrán láthatók az aktív terhelésen végzett munka idődiagramjai. nyolc.

A szelephíd (7. ábra) két szelepcsoportot tartalmaz - katód (páratlan szelepek) és anód (páros szelepek). A hídáramkörben az áramot egyidejűleg két szelep szállítja - egy a katódcsoportból és egy az anódcsoportból.

ábrából látható. A 7. ábrán a kapuk úgy vannak bekapcsolva, hogy az U2 feszültség pozitív félciklusai alatt az áram a VS1 és VS4 kapukon, a negatív félciklusok alatt pedig a VS2 és VS3 kapukon keresztül folyik. Feltételezzük, hogy a szelepek és a transzformátor ideálisak, pl. Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.

Rizs. 7. Egyfázisú híd egyenirányító vázlata

Rizs. 8. Egyfázisú hídvezérlésű egyenirányító rezisztív terhelésen történő működési vázlatai

Ebben az áramkörben bármely időpillanatban egy VS1 és VS4 tirisztorpár vezeti az áramot az U2 pozitív félciklusokban és a VS2 és a VS3 negatívban. Amikor az összes tirisztor zárva van, mindegyikre a tápfeszültség fele kerül.

θ =α-nál nyit a VS1 és VS4, és a terhelés elkezd átfolyni a nyitott VS1-en és VS4-en. Az előző VS2 és VS3 fordított irányban teljes hálózati feszültséggel működik.Ha v = l-, U2 előjelet vált, és mivel a terhelés aktív, az áram nullává válik, és fordított feszültséget kapnak a VS1 és VS4, és zárnak.

A θ =π +α értéknél a VS2 és VS3 tirisztorok kinyílnak, és a terhelési áram ugyanabban az irányban folyik tovább. Az áramkör ebben az áramkörben L = 0-nál szaggatott jellegű, és csak α= 0 esetén lesz az áram marginálisan folytonos.

A limitált folyamatos üzemmód olyan üzemmód, amelyben az áram bizonyos pillanatokban nullára csökken, de nem szakad meg.

Upr.max = Uobr.max = √2U2 (transzformátorral),

Upr.max = Uobr.max = √2U1 (transzformátor nélkül).

Áramköri működés aktív-induktív terheléshez

Az R-L terhelés jellemző az elektromos készülékek tekercselésére és az elektromos gépek terepi tekercselésére, vagy ha az egyenirányító kimenetére induktív szűrőt szerelnek be. Az induktivitás hatása befolyásolja a terhelési áramgörbe alakját, valamint a szelepeken és a transzformátoron áthaladó áram átlagos és effektív értékeit. Minél nagyobb a terhelési áramkör induktivitása, annál kisebb a váltakozó áramú komponens.

A számítások egyszerűsítése érdekében feltételezzük, hogy a terhelési áram tökéletesen simított (L→oo). Ez legális, ha ωNSL> 5R, ahol ωNS – az egyenirányító kimeneti hullámosságának körfrekvenciája. Ha ez a feltétel teljesül, a számítási hiba jelentéktelen, és figyelmen kívül hagyható.

Az egyfázisú híd-egyenirányító működésének időzítési diagramja aktív-induktív terhelés esetén az ábrán látható. kilenc.

Rizs. 9. Egyfázisú híd-egyenirányító működési vázlatai RL terhelésen történő működés esetén

A sémában lezajló folyamatok vizsgálatához három munkaterületet különítünk el.

1. a. Az ennek az intervallumnak megfelelő ekvivalens áramkör az ábrán látható.tíz.

Rizs. 10. Egyenirányító ekvivalens áramköre

A vizsgált intervallumban a hálózatból származó energia az R ellenállásban hővé alakul, és egy része felhalmozódik az induktivitás elektromágneses mezőjében.

2. α <θ < π. Az ennek az intervallumnak megfelelő ekvivalens áramkör az ábrán látható. tizenegy.

Rizs. 11. Az egyenirányító ekvivalens áramköre α <θ < π esetén

A θ = δ időpillanatban az önindukció EMF eL = 0, mivel az áram eléri a maximális értékét.

Ebben az intervallumban az induktivitásban felhalmozott és a hálózat által fogyasztott energia hővé alakul az R ellenállásban.

3. π θ α + λ. Az ennek az intervallumnak megfelelő ekvivalens áramkör az ábrán látható. 12.

Rizs. 12. Az egyenirányító ekvivalens áramköre π θ α + λ

Ebben az intervallumban az induktív mezőben felhalmozódott energia egy része az R ellenállásban hővé alakul, egy része pedig visszakerül a hálózatba.

Az önindukciós EMF hatása a 3. szakaszban negatív polaritású szakaszok megjelenéséhez vezet a korrigált EMF görbéjében, és az e és i különböző előjelei azt jelzik, hogy ebben az intervallumban az elektromos energia visszatér. a hálózathoz.

Ha θ = π + α időpontban az L induktivitásban tárolt energia nem fogyasztódik el teljesen, akkor az i áram folyamatos lesz. Ha egy adott időpontban θ = π + α nyitó impulzusokat szolgáltatnak a VS2 és VS3 tirisztoroknak, amelyekre a hálózat oldaláról előremenő feszültséget táplálnak, akkor azok kinyílnak, és rajtuk keresztül az üzemi VS1 és VS4 feszültséget adnak a hálózatról. hálózati oldalon, aminek következtében bezáródnak, ezt a fajta kapcsolást természetesnek nevezik.