Tek fazlı doğrultucular - şemalar ve çalışma prensibi

Doğrultucu, giriş AC voltajını DC voltajına dönüştürmek için tasarlanmış bir cihazdır. Doğrultucunun ana modülü, AC gerilimini doğrudan DC gerilime dönüştüren bir dizi damar testeresidir.

Şebekenin parametrelerini yükün parametreleriyle eşleştirmek gerekirse, doğrultucu seti bir eşleştirme trafosu aracılığıyla ağa bağlanır. Besleme şebekesinin faz sayısına göre redresörler tek fazlı ve üç faz… Burada daha fazla ayrıntı görün — Yarı iletken doğrultucuların sınıflandırılması… Bu yazıda tek fazlı doğrultucuların çalışmasını ele alacağız.

Tek fazlı yarım dalga doğrultucu

En basit doğrultucu devresi, tek fazlı bir yarım dalga doğrultucudur (Şekil 1).

Pirinç. 1. Tek faz kontrollü yarım dalga doğrultucunun şeması

R-yükü doğrultucunun çalışma şeması Şekil 2'de gösterilmiştir.

Pirinç. 2. R-yükü için doğrultucunun çalışma şemaları

Tristörü açmak için iki koşul yerine getirilmelidir:

1) anodun potansiyeli katodun potansiyelinden daha yüksek olmalıdır;

2) kontrol elektroduna bir açma darbesi uygulanmalıdır.

Bu devre için, bu koşulların eşzamanlı olarak yerine getirilmesi, yalnızca besleme voltajının pozitif yarı döngüleri sırasında mümkündür. Bir darbeli faz kontrol sistemi (SIFU), yalnızca besleme voltajının pozitif NGüneşli dönemlerinde açma darbeleri oluşturmalıdır.

başvururken tristör θ = α tristör VS1 anında açma darbesinin VS1'i açılır ve pozitif yarım döngünün geri kalanında yük1'e besleme gerilimi U uygulanır (valf boyunca ileri gerilim düşüşü ΔUv, U1 gerilimine kıyasla önemsizdir (ΔUv) = 1 — 2 V) ). R yükü aktif olduğundan, yükteki akım gerilim şeklini tekrarlar.

Pozitif yarı çevrimin sonunda yük akımı i ve VS1 valfi sıfıra düşecek (θ = nπ) ve U1 gerilimi işaretini değiştirecektir. Bu nedenle, tristör VS1'e, eylemi altında kontrol özelliklerini kapattığı ve geri yüklediği bir ters voltaj uygulanır.

Polaritesini periyodik olarak değiştiren güç kaynağının voltajının etkisi altında bu tür vana anahtarlamalarına doğal denir.

Diyagramlardan, bir teldeki değişikliğin, yüke besleme voltajının uygulandığı pozitif yarı döngünün bir kısmında değişikliğe yol açtığı ve dolayısıyla güç tüketiminin düzenlenmesine yol açtığı görülebilir. Enjeksiyon α, tristörün açılma anındaki gecikmeyi doğal açılma anına kıyasla karakterize eder ve valfin açılma (kontrol) açısı olarak adlandırılır.

Emf ve doğrultucu akımı, pozitif yarım sinüs dalgalarının ardışık bölümleridir, yön olarak sabittir ancak büyüklük olarak sabit değildir, yani düzeltilmiş EMF ve akım, periyodik bir titreşimli karaktere sahiptir. Ve herhangi bir periyodik fonksiyon Fourier serisinde genişletilebilir:

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

burada E, düzeltilmiş EMF'nin sabit bileşenidir, en(T) — tüm harmonik bileşenlerin toplamına eşit değişken bileşen.

Böylece, en (t) değişken bileşeni tarafından bozulan sabit bir EMF'nin yüke uygulandığını varsayabiliriz. EMF E'nin kalıcı bileşeni, düzeltilmiş EMF'nin ana özelliğidir.

Yük voltajını değiştirerek düzenleme işlemi denir faz kontrolü... Bu şemanın birkaç dezavantajı vardır:

1) düzeltilmiş EMF'de yüksek yüksek harmonik içeriği;

2) büyük EMF dalgalanmaları ve akım;

3) aralıklı devre çalışması;

4) düşük devre voltajı kullanımı (kche =0.45).

Doğrultucunun kesme akımı çalışma modu, doğrultucunun yük devresindeki akımın kesildiği bir moddur, yani. sıfır olur.

Aktif endüktif yükte çalışırken tek fazlı tek yarım dalga doğrultucu

RL yükü için yarım dalga doğrultucu çalışmasının zamanlama diyagramları Şekil 1'de gösterilmektedir. 3.

Pirinç. 3. RL yükü için yarım dalga doğrultucu çalışma diyagramları

Şemada yer alan süreçleri analiz etmek için üç zaman aralığı tahsis edelim.

1. α <θ <δ… Bu aralığa karşılık gelen eşdeğer devre şek. 4.

Tekrar. 4. α <θ <δ için eşdeğer devre

Eşdeğer şemaya göre:

Bu zaman aralığında eL (kendinden endüksiyonlu EMF) şebeke gerilimi U1'e geri bastırılır ve akımda keskin bir artışı önler. Şebekeden gelen enerji R'de ısıya dönüştürülür ve L endüktansı ile elektromanyetik alanda birikir.

2. α <θ < π. Bu aralığa karşılık gelen eşdeğer devre, Şekil 1'de gösterilmektedir. 5.

İncir. 5… α <θ < π için eşdeğer devre

Bu aralıkta, kendi kendine indüksiyon eL'nin EMF'si işaretini değiştirdi (bu sırada θ = δ).

θ δ dL'de işaretini değiştirir ve devredeki akımı koruma eğilimindedir. U1'e göre yönlendirilir. Bu aralıkta, şebekeden gelen ve L endüktans alanında biriken enerji, R'de ısıya dönüştürülür.

3. π θ α + λ. Bu aralığa karşılık gelen eşdeğer devre, Şekil 1'de gösterilmektedir. 6.

Pirinç. 6 Eşdeğer devre

θ = π zamanında bir noktada hat voltajı U1 polaritesini değiştirir, ancak egL U1'i aştığı ve tristör boyunca ileri voltaj korunduğu için tristör VS1 iletken durumda kalır. dL'nin etkisi altındaki akım, yük boyunca aynı yönde akacak, L endüktansı alanında depolanan enerji ise tamamen tüketilmeyecektir.

Bu aralıkta endüktif alanda biriken enerjinin bir kısmı R direncinde ısıya dönüşür ve bir kısmı şebekeye iletilir. Bir DC devresinden bir AC devresine enerji aktarma işlemine ters çevirme denir… Bu, e ve i'nin farklı işaretleri ile kanıtlanır.

U1 negatif polariteye sahip kesitte akım akışının süresi, L ve R büyüklükleri arasındaki orana bağlıdır (XL=ωL). Oran ne kadar büyük olursa — ωL/ R, akım akışının süresi λ o kadar uzun olur.

L yük devresinde bir endüktans varsa, akımın şekli daha pürüzsüz hale gelir ve akım negatif kutuplu alanlarda bile akar U1... Bu durumda, U1 voltajının 0'a geçişi sırasında VS1 tristör kapanmaz ve şu anda akım sıfıra düşüyor. ωL/ R→oo ise, α = 0 λ → 2π'de.

Aktif ve aktif endüktif yükleri çalıştırırken tek fazlı bir köprü doğrultucunun sürekli modda çalışma prensibi

Tek fazlı bir köprü doğrultucunun güç devresi Şekil 1'de gösterilmektedir. 7 ve aktif yük üzerindeki çalışmasının zaman diyagramları, Şek. sekiz.

Valf köprüsü (Şekil 7) iki valf grubu içerir - katot (tek valfler) ve anot (çift valfler). Köprü devresinde akım, biri katot grubundan ve diğeri anot grubundan olmak üzere iki valf tarafından aynı anda taşınır.

Olarak Şekil l'de görülebilir. Şekil 7'de kapılar, U2 voltajının pozitif yarı çevrimleri sırasında akımın VS1 ve VS4 kapılarından ve negatif yarı çevrimler sırasında VS2 ve VS3 kapılarından akacağı şekilde açılır. Valflerin ve transformatörün ideal olduğu varsayımını yapıyoruz, yani. Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.

Pirinç. 7. Tek fazlı köprü doğrultucu şeması

Pirinç. 8. Dirençli bir yükte tek fazlı köprü kontrollü doğrultucunun çalışma şemaları

Bu devrede, zamanın herhangi bir anında, bir çift tristör VS1 ve VS4 pozitif yarım döngülerde U2 ve VS2 ve VS3'ü negatif olarak iletir. Tüm tristörler kapatıldığında, her birine besleme voltajının yarısı uygulanır.

θ =α'da VS1 ve VS4'ü açar ve yük, açık VS1 ve VS4'ten akmaya başlar. Önceki VS2 ve VS3 tam şebeke voltajında ​​ters yönde çalışır.v=l- olduğunda U2 işaret değiştirir ve yük aktif olduğu için akım sıfır olur ve VS1 ve VS4'e ters gerilim uygulanarak kapanırlar.

θ =π +α'da VS2 ve VS3 tristörleri açılır ve yük akımı aynı yönde akmaya devam eder. Bu devredeki akım L = 0'da kesintili bir karaktere sahiptir ve yalnızca α= 0'da akım marjinal olarak sürekli olacaktır.

Limit sürekli mod, akımın bazı anlarda sıfıra düştüğü, ancak kesilmediği bir moddur.

Upr.max = Uobr.max = √2U2(trafolu),

Upr.max = Uobr.max = √2U1(trafosuz).

Aktif endüktif yük için devre çalışması

R-L yükü, elektrikli cihazların sargıları ve elektrikli makinelerin alan sargıları için veya redresörün çıkışına bir endüktif filtre takıldığında tipiktir. Endüktansın etkisi, yük akım eğrisinin şeklini ve ayrıca valfler ve transformatörden geçen akımın ortalama ve etkin değerlerini etkiler. Yük devresinin endüktansı ne kadar yüksek olursa, alternatif akım bileşeni o kadar düşük olur.

Hesaplamaları basitleştirmek için, yük akımının mükemmel şekilde yumuşatıldığı varsayılır (L→oo). Bu, ωNSL> 5R olduğunda yasaldır, burada ωNS doğrultucu çıkış dalgalanmasının dairesel frekansıdır. Bu koşul karşılanırsa, hesaplama hatası önemsizdir ve göz ardı edilebilir.

Aktif endüktif bir yük için tek fazlı bir köprü doğrultucunun çalışmasının zamanlama diyagramları, Şekil 2'de gösterilmektedir. dokuz.

Pirinç. 9. Bir RL yükünde çalışırken tek fazlı bir köprü doğrultucunun çalışma şemaları

Programda yer alan süreçleri incelemek için üç çalışma alanını ayıracağız.

1 A. Bu aralığa karşılık gelen eşdeğer devre, Şekil 1'de gösterilmektedir.on.

Pirinç. 10. Doğrultucunun eşdeğer devresi

Ele alınan aralıkta, şebekeden gelen enerji R direncinde ısıya dönüştürülür ve bir kısmı endüktansın elektromanyetik alanında birikir.

2. α <θ < π. Bu aralığa karşılık gelen eşdeğer devre, Şekil 1'de gösterilmektedir. on bir.

Pirinç. 11. α <θ < π için doğrultucunun eşdeğer devresi

θ = δ zamanındaki bir anda, kendi kendine indüksiyonun EMF'si eL = 0'dır, çünkü akım maksimum değerine ulaşır.

Bu aralıkta endüktansta biriken ve şebeke tarafından tüketilen enerji R direncinde ısıya dönüşür.

3. π θ α + λ. Bu aralığa karşılık gelen eşdeğer devre, Şekil 1'de gösterilmektedir. 12.

Pirinç. 12. Doğrultucunun π θ α + λ'daki eşdeğer devresi

Bu aralıkta endüktif alanda biriken enerjinin bir kısmı R direncinde ısıya dönüşür ve bir kısmı şebekeye geri döner.

3. bölümdeki kendi kendine indüksiyon EMF'sinin etkisi, düzeltilmiş EMF eğrisinde negatif polariteye sahip bölümlerin ortaya çıkmasına neden olur ve e ve i'nin farklı işaretleri, bu aralıkta bir elektrik enerjisi dönüşü olduğunu gösterir. ağa.

θ = π + α anında endüktans L'de depolanan enerji tamamen tüketilmezse, i akımı sürekli olacaktır. Belirli bir zamanda θ = π + α açma darbeleri, şebeke tarafından bir ileri voltajın sağlandığı tristörler VS2 ve VS3'e verildiğinde, bunlar açılır ve bunlar aracılığıyla çalışan VS1 ve VS4'e ters voltaj uygulanır. ağ tarafı, kapattıkları için bu tür anahtarlamaya doğal denir.