Enofazni usmerniki - sheme in princip delovanja

Usmernik je naprava, namenjena pretvarjanju vhodne izmenične napetosti v enosmerno. Glavni modul usmernika je komplet žilnih žag, ki neposredno pretvarja AC v DC napetost.

Če je treba parametre omrežja uskladiti s parametri bremena, se usmerniški sklop priključi na omrežje preko ujemajočega transformatorja. Glede na število faz napajalnega omrežja so usmerniki enofazni in tri faze… Oglejte si več podrobnosti tukaj — Razvrstitev polprevodniških usmernikov… V tem članku bomo obravnavali delovanje enofaznih usmernikov.

Enofazni polvalovni usmernik

Najenostavnejše usmerniško vezje je enofazni polvalovni usmernik (slika 1).

riž. 1. Shema enofaznega krmiljenega polvalovnega usmernika

Shema delovanja R-obremenitvenega usmernika je prikazana na sliki 2.

riž. 2. Sheme delovanja usmernika za R-obremenitev

Za odpiranje tiristorja morata biti izpolnjena dva pogoja:

1) potencial anode mora biti višji od potenciala katode;

2) na krmilno elektrodo je treba uporabiti odpiralni impulz.

Za to vezje je sočasno izpolnjevanje teh pogojev možno le med pozitivnimi polcikli napajalne napetosti. Sistem impulznega faznega krmiljenja (SIFU) mora oblikovati odpiralne impulze le v pozitivnih Nraztopinah napajalne napetosti.

Ob prijavi za tiristor VS1 odpiralnega impulza v trenutku časa θ = α se tiristor VS1 odpre in napajalna napetost U je priključena na breme1 med preostankom pozitivnega polcikla (padec napetosti naprej na ventilu ΔUv nepomemben v primerjavi z napetostjo U1 (ΔUv = 1 — 2 V) ). Ker je obremenitev R — aktivna, potem tok v obremenitvi ponavlja obliko napetosti.

Na koncu pozitivnega polcikla se bosta tok bremena i in ventil VS1 zmanjšala na nič (θ = nπ), napetost U1 pa bo spremenila predznak. Zato se na tiristor VS1 uporabi povratna napetost, pod delovanjem katere se zapre in obnovi svoje krmilne lastnosti.

Takšno preklapljanje ventilov pod vplivom napetosti vira energije, ki občasno spreminja svojo polarnost, se imenuje naravno.

Iz diagramov je razvidno, da sprememba v eni žici povzroči spremembo v delu pozitivnega polcikla, med katerim je napajalna napetost dovedena do bremena, kar vodi do regulacije porabe energije. Injekcija α označuje zakasnitev trenutka odpiranja tiristorja v primerjavi s trenutkom njegovega naravnega odpiranja in se imenuje kot odpiranja (krmilni) ventila.

Emf in usmerniški tok sta zaporedna segmenta pozitivnih polsinusnih valov, konstantna v smeri, vendar ne konstantna v velikosti, tj. popravljeni EMF in tok imata periodični pulzirajoči značaj. Vsako periodično funkcijo je mogoče razširiti v Fourierjev niz:

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

kjer je E konstantna komponenta popravljene EMF, en(T) — spremenljiva komponenta, ki je enaka vsoti vseh harmoničnih komponent.

Tako lahko domnevamo, da se na obremenitev uporablja konstanten EMF, ki ga izkrivlja spremenljiva komponenta en (t). Stalna komponenta EMF E je glavna značilnost popravljenega EMF.

Postopek regulacije obremenitvene napetosti s spreminjanjem se imenuje fazna regulacija ... Ta shema ima več pomanjkljivosti:

1) visoka vsebnost višjih harmonikov v popravljenem EMF;

2) veliko valovanje EMF in toka;

3) prekinjeno delovanje tokokroga;

4) uporaba nizke napetosti tokokroga (kche =0,45).

Prekinitveni tokovni način delovanja usmernika je takšen način, pri katerem je tok v bremenskem tokokrogu usmernika prekinjen, t.j. postane nič.

Enofazni enopolvalni usmernik pri delovanju na aktivno induktivno breme

Časovni diagrami delovanja polvalovnega usmernika za RL-obremenitev so prikazani na sl. 3.

riž. 3. Diagrami delovanja polvalovnega usmernika za RL-obremenitev

Za analizo procesov, ki potekajo v shemi, dodelimo tri časovne intervale.

1. α <θ <δ… Nadomestno vezje, ki ustreza temu intervalu, je prikazano na sl. 4.

Re. 4. Ekvivalentno vezje za α <θ <δ

Po enakovredni shemi:

V tem časovnem intervalu se eL (samoindukcijska EMF) preusmeri nazaj na omrežno napetost U1 in prepreči močno povečanje toka. Energija iz omrežja se pri R pretvori v toploto in se akumulira v elektromagnetnem polju z induktivnostjo L.

2. α <θ < π. Enakovredno vezje, ki ustreza temu intervalu, je prikazano na sl. 5.

sl. 5… Ekvivalentno vezje za α <θ < π

V tem intervalu je EMF samoindukcije eL spremenil predznak (v tem času θ = δ).

Pri θ δ dL spremeni predznak in teži k ohranjanju toka v tokokrogu. Usmerjeno je po U1. V tem intervalu se energija iz omrežja in akumulirana v polju induktivnosti L pretvori v toploto v R.

3. π θ α + λ. Enakovredno vezje, ki ustreza temu intervalu, je prikazano na sl. 6.

riž. 6 Ekvivalentno vezje

Na neki točki v času θ = π omrežna napetost U1 spremeni svojo polarnost, vendar tiristor VS1 ostane v prevodnem stanju, ker egL presega U1 in napetost naprej se ohranja na tiristorju. Tok pod delovanjem dL bo tekel skozi breme v isti smeri, medtem ko energija, shranjena v polju induktivnosti L, ne bo popolnoma porabljena.

V tem intervalu se del energije, akumulirane v induktivnem polju, pretvori v toploto v uporu R, del pa se prenese v omrežje. Proces prenosa energije iz enosmernega tokokroga v izmenični tokokrog imenujemo inverzija ... To dokazujejo različna predznaka e in i.

Trajanje toka v odseku z negativno polariteto U1 je odvisno od razmerja med količinama L in R (XL=ωL). Večje kot je razmerje — ωL/ R, daljše je trajanje toka λ.

Če je v obremenitvenem vezju L induktivnost, postane tokovna oblika bolj gladka in tok teče tudi v območjih negativne polarnosti U1 ... V tem primeru se tiristor VS1 med prehodom napetosti U1 skozi 0 ne zapre. in trenutno tok pade na nič. Če je ωL/ R→oo, potem je pri α = 0 λ → 2π.

Načelo delovanja enofaznega mostičnega usmernika v neprekinjenem načinu pri delovanju aktivnih in aktivno-induktivnih bremen

Napajalni tokokrog enofaznega mostičnega usmernika je prikazan na sl. 7, časovni diagrami njegovega dela na aktivni obremenitvi pa so prikazani na sl. osem.

Ventilski most (slika 7) vsebuje dve skupini ventilov - katodo (neparni ventili) in anodo (sodi ventili). V mostičnem vezju tok istočasno prenašata dva ventila - eden iz katodne skupine in eden iz anodne skupine.

Kot je razvidno iz sl. 7 so vrata vklopljena tako, da med pozitivnimi polcikli napetosti U2 tok teče skozi vratci VS1 in VS4, med negativnimi polcikli pa skozi vrata VS2 in VS3. Predpostavimo, da so ventili in transformator idealni, tj. Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.

riž. 7. Shema enofaznega mostičnega usmernika

riž. 8. Sheme delovanja enofaznega mostno krmiljenega usmernika na uporovnem bremenu

V tem vezju v katerem koli trenutku par tiristorjev VS1 in VS4 prevaja tok v pozitivnih polciklih U2 in VS2 in VS3 v negativnih. Ko so vsi tiristorji zaprti, se na vsakega od njih napaja polovica napajalne napetosti.

Pri θ =α odprite VS1 in VS4 in obremenitev začne teči skozi odprta VS1 in VS4. Prejšnja VS2 in VS3 delujeta pri polni omrežni napetosti v obratni smeri.Ko je v = l-, U2 spremeni predznak in ker je obremenitev aktivna, postane tok enak nič in na VS1 in VS4 se uporabi povratna napetost in se zapreta.

Pri θ =π +α se tiristorja VS2 in VS3 odpreta in bremenski tok teče naprej v isti smeri. Tok v tem vezju pri L = 0 ima prekinitveni značaj in le pri α = 0 bo tok obrobno zvezen.

Mejni neprekinjeni način je način, v katerem se tok v določenih trenutkih zmanjša na nič, vendar se ne prekine.

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

Upr.max = Uobr.max = √2U1(brez transformatorja).

Delovanje tokokroga za aktivno induktivno breme

Obremenitev R-L je značilna za navitja električnih naprav in navitja polja električnih strojev ali kadar je na izhodu usmernika nameščen induktivni filter. Vpliv induktivnosti vpliva na obliko krivulje bremenskega toka ter na povprečne in efektivne vrednosti toka skozi ventile in transformator. Večja kot je induktivnost bremenskega tokokroga, nižja je komponenta izmeničnega toka.

Za poenostavitev izračunov se predpostavlja, da je tok obremenitve popolnoma zglajen (L→oo). To je dovoljeno, če je ωNSL> 5R, kjer je ωNS — krožna frekvenca izhodnega valovanja usmernika. Če je ta pogoj izpolnjen, je napaka pri izračunu nepomembna in jo je mogoče zanemariti.

Časovni diagrami delovanja enofaznega mostičnega usmernika za aktivno induktivno obremenitev so prikazani na sl. devet.

riž. 9. Sheme delovanja enofaznega mostnega usmernika pri delovanju na obremenitvi RL

Za preučitev procesov, ki potekajo v shemi, bomo ločili tri področja dela.

1. a. Enakovredno vezje, ki ustreza temu intervalu, je prikazano na sl.deset.

riž. 10. Ekvivalentno vezje usmernika

V obravnavanem intervalu se energija iz omrežja pretvori v toploto v uporu R, del pa se akumulira v elektromagnetnem polju induktivnosti.

2. α <θ < π. Enakovredno vezje, ki ustreza temu intervalu, je prikazano na sl. enajst.

riž. 11. Ekvivalentno vezje usmernika za α <θ < π

V trenutku θ = δ je EMF samoindukcije eL = 0, ker tok doseže največjo vrednost.

V tem intervalu se energija, ki se akumulira v induktivnosti in jo porabi omrežje, pretvori v toploto v uporu R.

3. π θ α + λ. Enakovredno vezje, ki ustreza temu intervalu, je prikazano na sl. 12.

riž. 12. Ekvivalentno vezje usmernika pri π θ α + λ

V tem intervalu se del energije, akumulirane v induktivnem polju, pretvori v toploto v uporu R, del pa se vrne v omrežje.

Delovanje EMF samoindukcije v 3. odseku vodi do pojava odsekov z negativno polarnostjo na krivulji popravljenega EMF, različni znaki e in i pa kažejo, da v tem intervalu pride do povratka električne energije. v omrežje.

Če v času θ = π + α energija, shranjena v induktivnosti L, ni popolnoma porabljena, bo tok i neprekinjen. Ko se v določenem času θ = π + α odpiralni impulzi dovajajo tiristorjema VS2 in VS3, na katera se s strani omrežja napaja prednapetost, se ti odprejo in preko njih pride do obratujoče napetosti VS1 in VS4 iz omrežni strani, zaradi česar se zaprejo, se ta vrsta preklapljanja imenuje naravna.