Jednofazni ispravljači - sheme i princip rada

Ispravljač je uređaj namijenjen pretvaranju ulaznog izmjeničnog napona u istosmjerni napon. Glavni modul ispravljača je set pila za žile koji izravno pretvara izmjenični u istosmjerni napon.

Ako je potrebno uskladiti parametre mreže s parametrima trošila, ispravljački sklop se spaja na mrežu preko prilagodbenog transformatora. Prema broju faza opskrbne mreže ispravljači su jednofazni i tri faze… Više detalja pogledajte ovdje — Podjela poluvodičkih ispravljača… U ovom ćemo članku razmotriti rad jednofaznih ispravljača.

Jednofazni poluvalni ispravljač

Najjednostavniji ispravljački sklop je jednofazni poluvalni ispravljač (slika 1).

Riža. 1. Shema jednofaznog upravljanog poluvalnog ispravljača

Shema rada R-load ispravljača prikazana je na slici 2.

Riža. 2. Sheme rada ispravljača za R-opterećenje

Za otvaranje tiristora moraju biti ispunjena dva uvjeta:

1) potencijal anode mora biti veći od potencijala katode;

2) impuls otvaranja mora se primijeniti na kontrolnu elektrodu.

Za ovaj krug, istovremeno ispunjenje ovih uvjeta moguće je samo tijekom pozitivnih poluciklusa napona napajanja. Sustav kontrole faze impulsa (SIFU) trebao bi formirati impulse otvaranja samo u pozitivnim NSoluneriodima opskrbnog napona.

Prilikom podnošenja zahtjeva za tiristor VS1 impulsa otvaranja u trenutku vremena θ = α tiristor VS1 se otvara i napon napajanja U primjenjuje se na opterećenje1 tijekom ostatka pozitivnog poluciklusa (pad napona prema naprijed na ventilu ΔUv beznačajan u usporedbi s naponom U1 (ΔUv = 1 — 2 V) ). Budući da je opterećenje R — aktivno, tada struja u opterećenju ponavlja oblik napona.

Na kraju pozitivne poluperiode struja opterećenja i i ventil VS1 će se smanjiti na nulu (θ = nπ), a napon U1 će promijeniti predznak. Stoga se na tiristor VS1 primjenjuje obrnuti napon, pod čijim djelovanjem se zatvara i vraća svoja upravljačka svojstva.

Takvo prebacivanje ventila pod utjecajem napona izvora energije, koji povremeno mijenja svoj polaritet, naziva se prirodnim.

Iz dijagrama je vidljivo da promjena na jednoj žici dovodi do promjene dijela pozitivnog poluperioda tijekom kojeg se napon napajanja dovodi do potrošača, a time i do regulacije potrošnje električne energije. Injekcija α karakterizira kašnjenje u trenutku otvaranja tiristora u usporedbi s trenutkom njegovog prirodnog otvaranja i naziva se kut otvaranja (kontrole) ventila.

EMF i struja ispravljača su uzastopni segmenti pozitivnih polusinusnih valova, konstantnog smjera, ali ne i konstantne veličine, tj. ispravljeni EMF i struja imaju periodički pulsirajući karakter. I bilo koja periodična funkcija može se proširiti u Fourierov red:

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

gdje je E konstantna komponenta ispravljene EMF, en(T) — promjenjiva komponenta jednaka zbroju svih harmonijskih komponenti.

Prema tome, možemo pretpostaviti da se konstantna EMF iskrivljena promjenjivom komponentom en (t) primjenjuje na opterećenje. Stalna komponenta EMF E je glavna karakteristika ispravljenog EMF.

Proces regulacije napona opterećenja promjenom naziva se fazna kontrola... Ova shema ima nekoliko nedostataka:

1) visok sadržaj viših harmonika u ispravljenom EMF-u;

2) velika valovitost EMF-a i struje;

3) isprekidani rad kruga;

4) korištenje niskog napona kruga (kche =0,45).

Prekidni strujni način rada ispravljača je takav način rada u kojem se prekida struja u krugu opterećenja ispravljača, tj. postaje nula.

Jednofazni jednopoluvalni ispravljač pri radu na aktivno-induktivnom opterećenju

Vremenski dijagrami rada poluvalnog ispravljača za RL-opterećenje prikazani su na sl. 3.

Riža. 3. Dijagrami rada poluvalnog ispravljača za RL-opterećenje

Za analizu procesa koji se odvijaju u shemi, dodijelimo tri vremenska intervala.

1. α <θ <δ… Ekvivalentni krug koji odgovara ovom intervalu prikazan je na sl. 4.

Ponovno. 4. Nadomjesna shema za α <θ <δ

Prema ekvivalentnoj shemi:

Tijekom tog vremenskog intervala eL (EMF samoindukcije) vraća se na napon mreže U1 i sprječava naglo povećanje struje. Energija iz mreže pretvara se u toplinu na R i akumulira u elektromagnetskom polju induktiviteta L.

2. α <θ < π. Ekvivalentni krug koji odgovara ovom intervalu prikazan je na sl. 5.

sl. 5… Ekvivalentni krug za α <θ < π

U tom je intervalu EMF samoindukcije eL promijenio predznak (u ovom trenutku θ = δ).

Pri θ δ dL mijenja predznak i nastoji održati struju u krugu. Usmjeren je prema U1. U tom se intervalu energija iz mreže akumulirana u polju induktiviteta L pretvara u toplinu u R.

3. π θ α + λ. Ekvivalentni krug koji odgovara ovom intervalu prikazan je na sl. 6.

Riža. 6 Ekvivalentni krug

U nekom trenutku vremena θ = π linijski napon U1 mijenja svoj polaritet, ali tiristor VS1 ostaje u vodljivom stanju jer egL premašuje U1 i napon naprijed se održava preko tiristora. Struja pod djelovanjem dL teći će kroz teret u istom smjeru, dok se energija pohranjena u polju induktiviteta L neće u potpunosti potrošiti.

U tom se intervalu dio energije akumulirane u induktivnom polju pretvara u toplinu u otporu R, a dio se predaje mreži. Proces prijenosa energije iz istosmjernog kruga u izmjenični krug naziva se inverzija... O tome svjedoče različiti predznaci e i i.

Trajanje struje u presjeku s negativnim polaritetom U1 ovisi o omjeru veličina L i R (XL=ωL). Što je veći omjer — ωL/ R, to je duže trajanje protoka struje λ.

Ako postoji induktivitet u krugu opterećenja L, tada oblik struje postaje glatkiji i struja teče čak iu područjima negativnog polariteta U1 ... U ovom slučaju, tiristor VS1 se ne zatvara tijekom prijelaza napona U1 kroz 0 a trenutno struja pada na nulu. Ako je ωL/ R→oo, tada je u α = 0 λ → 2π.

Načelo rada jednofaznog mosnog ispravljača u kontinuiranom načinu rada pri radu aktivnih i aktivno-induktivnih opterećenja

Strujni krug jednofaznog mosnog ispravljača prikazan je na sl. 7, a vremenski dijagrami njegovog rada na aktivnom opterećenju prikazani su na sl. osam.

Ventilni most (slika 7) sadrži dvije skupine ventila — katodu (neparni ventili) i anodu (parni ventili). U strujnom krugu mosta, struju istovremeno prenose dva ventila - jedan iz katodne skupine i jedan iz anodne skupine.

Kao što se može vidjeti sa sl. 7, vrata su uključena tako da za vrijeme pozitivnih poluperioda napona U2 struja teče kroz vrata VS1 i VS4, a za vrijeme negativnih poluciklusa kroz vrata VS2 i VS3. Pretpostavljamo da su ventili i transformator idealni, tj. Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.

Riža. 7. Shema jednofaznog mosnog ispravljača

Riža. 8. Sheme rada jednofaznog mostno upravljanog ispravljača na otpornom opterećenju

U ovom krugu, u bilo kojem trenutku, par tiristora VS1 i VS4 provodi struju u pozitivnim poluciklusima U2 i VS2 i VS3 u negativnim. Kad su svi tiristori zatvoreni, na svaki od njih dolazi pola napona napajanja.

Pri θ =α otvorite VS1 i VS4 i teret počinje teći kroz otvorene VS1 i VS4. Prethodni VS2 i VS3 rade pri punom mrežnom naponu u obrnutom smjeru.Kada je v = l-, U2 mijenja predznak i budući da je opterećenje aktivno, struja postaje nula i obrnuti napon se primjenjuje na VS1 i VS4 i oni se zatvaraju.

Pri θ =π +α tiristori VS2 i VS3 se otvaraju i struja opterećenja nastavlja teći u istom smjeru. Struja u ovom krugu pri L = 0 ima isprekidan karakter, a tek pri α= 0 struja će biti marginalno kontinuirana.

Granični kontinuirani način rada je način rada u kojem se struja u nekim trenucima vremena smanjuje na nulu, ali se ne prekida.

Upr.max = Uobr.max = √2U2 (s transformatorom),

Upr.max = Uobr.max = √2U1(bez transformatora).

Rad strujnog kruga za aktivno-induktivno opterećenje

R-L opterećenje je tipično za namote električnih aparata i namota polja električnih strojeva ili kada je induktivni filtar instaliran na izlazu ispravljača. Utjecaj induktiviteta utječe na oblik krivulje struje opterećenja kao i na prosječne i efektivne vrijednosti struje kroz ventile i transformator. Što je veći induktivitet kruga opterećenja, to je niža komponenta izmjenične struje.

Kako bi se proračuni pojednostavili, pretpostavlja se da je struja opterećenja savršeno izglađena (L→oo). Ovo je dopušteno kada je ωNSL> 5R, gdje je ωNS — kružna frekvencija valovitosti izlaza ispravljača. Ako je ovaj uvjet ispunjen, pogreška izračuna je beznačajna i može se zanemariti.

Vremenski dijagrami rada jednofaznog mosnog ispravljača za aktivno-induktivno opterećenje prikazani su na sl. devet.

Riža. 9. Sheme rada jednofaznog mosnog ispravljača pri radu na RL opterećenju

Kako bismo ispitali procese koji se odvijaju u shemi, odvojit ćemo tri područja rada.

1. a. Ekvivalentni krug koji odgovara ovom intervalu prikazan je na sl.deset.

Riža. 10. Nadomjesna shema ispravljača

U promatranom intervalu energija iz mreže se pretvara u toplinu u otporu R, a dio se akumulira u elektromagnetskom polju induktiviteta.

2. α <θ < π. Ekvivalentni krug koji odgovara ovom intervalu prikazan je na sl. jedanaest.

Riža. 11. Nadomjesna shema ispravljača za α <θ < π

U trenutku vremena θ = δ EMF samoindukcije eL = 0 jer struja dostiže najveću vrijednost.

U tom se intervalu energija akumulirana u induktivitetu koju troši mreža pretvara u toplinu u otporu R.

3. π θ α + λ. Ekvivalentni krug koji odgovara ovom intervalu prikazan je na sl. 12.

Riža. 12. Nadomjesna shema ispravljača pri π θ α + λ

U tom se intervalu dio energije akumulirane u induktivnom polju pretvara u toplinu u otporu R, a dio se vraća u mrežu.

Djelovanje EMF-a samoindukcije u 3. odsječku dovodi do pojave odsječaka s negativnim polaritetom u krivulji korigiranog EMF-a, a različiti predznaci e i i pokazuju da u tom intervalu dolazi do povratka električne energije. na mrežu.

Ako u trenutku θ = π + α energija pohranjena u induktivitetu L nije potpuno potrošena, tada će struja i biti kontinuirana. Kada se u određeno vrijeme θ = π + α impulsi otvaranja poslužuju tiristorima VS2 i VS3, na koje se dovodi prednji napon sa strane mreže, oni se otvaraju i preko njih se dovodi povratni napon na radne VS1 i VS4 iz mrežne strane, uslijed čega se zatvaraju, takav se način prebacivanja naziva prirodnim.