Enfase likerettere - ordninger og operasjonsprinsipp

En likeretter er en enhet designet for å konvertere en inngangsvekselspenning til en likespenning. Hovedmodulen til likeretteren er et sett med venesager som direkte konverterer AC til DC spenning.

Hvis det er nødvendig å matche parametrene til nettverket med parametrene til lasten, kobles likerettersettet til nettverket gjennom en matchende transformator. I henhold til antall faser av forsyningsnettet er likerettere enfase og tre faser… Se flere detaljer her — Klassifisering av halvlederlikerettere… I denne artikkelen vil vi vurdere driften av enfase likerettere.

Enfaset halvbølge likeretter

Den enkleste likeretterkretsen er en enfaset halvbølge likeretter (fig. 1).

Ris. 1. Skjematisk av en enfase kontrollert halvbølge likeretter

Skjematisk drift av R-lastlikeretteren er vist i figur 2.

Ris. 2. Driftsskjemaer for likeretteren for R-last

For å åpne tyristoren må to betingelser være oppfylt:

1) potensialet til anoden må være høyere enn potensialet til katoden;

2) en åpningspuls må påføres kontrollelektroden.

For denne kretsen er samtidig oppfyllelse av disse betingelsene bare mulig under positive halvsykluser av forsyningsspenningen. Et pulsfasekontrollsystem (SIFU) skal kun danne åpningspulser i positive NSolunerioder av forsyningsspenningen.

Ved søknad om tyristor VS1 til åpningspulsen i tidspunktet θ = α tyristor VS1 åpner og forsyningsspenningen U tilføres lasten1 under resten av den positive halvsyklusen (foroverspenningsfallet over ventilen ΔUv ubetydelig sammenlignet med spenningen U1 (ΔUv = 1 — 2 V) ). Siden belastningen R — aktiv, gjentar strømmen i belastningen formen på spenningen.

Ved slutten av den positive halvsyklusen vil belastningsstrømmen i og ventilen VS1 synke til null (θ = nπ), og spenningen U1 vil endre fortegn. Derfor påføres en omvendt spenning til tyristor VS1, under virkningen av hvilken den lukker og gjenoppretter kontrollegenskapene.

Slik bytting av ventiler under påvirkning av spenningen til strømkilden, som periodisk endrer polariteten, kalles naturlig.

Det kan ses av diagrammene at en endring i en ledning fører til en endring i en del av den positive halvsyklusen hvor forsyningsspenningen påføres lasten, og derfor fører dette til en regulering av strømforbruket. Injeksjon α karakteriserer forsinkelsen i åpningsmomentet til tyristoren sammenlignet med øyeblikket for dens naturlige åpning og kalles ventilens åpnings(kontroll)vinkel.

Emk- og likeretterstrømmen er suksessive segmenter av positive halvsinusbølger, konstant i retning, men ikke konstant i størrelse, dvs. den likrettede EMF og strømmen har en periodisk pulserende karakter. Og enhver periodisk funksjon kan utvides i Fourier-serien:

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

hvor E er den konstante komponenten av den korrigerte EMF, en(T) — variabel komponent lik summen av alle harmoniske komponenter.

Dermed kan vi anta at en konstant EMF forvrengt av den variable komponenten en (t) påføres lasten. Den permanente komponenten i EMF E er hovedkarakteristikken til den rettet EMF.

Prosessen med å regulere lastspenningen ved å endre den kalles fasekontroll... Denne ordningen har flere ulemper:

1) høyt innhold av høyere harmoniske i den korrigerte EMF;

2) store krusninger av EMF og strøm;

3) intermitterende kretsdrift;

4) bruk av lav kretsspenning (kche =0,45).

Avbruddsstrømdriftsmodusen til likeretteren er en slik modus der strømmen i belastningskretsen til likeretteren avbrytes, dvs. blir null.

Enfase en-halvbølge likeretter ved drift på en aktiv-induktiv last

Tidsdiagrammene for halvbølge likeretterdrift for RL-last er vist i fig. 3.

Ris. 3. Diagrammer over halvbølge likeretterdrift for RL-last

For å analysere prosessene som foregår i ordningen, la oss tildele tre tidsintervaller.

1. α <θ <δ… Den ekvivalente kretsen som tilsvarer dette intervallet er vist i fig. 4.

Re. 4. Ekvivalent krets for α <θ <δ

I henhold til tilsvarende ordning:

I løpet av dette tidsintervallet er eL (selv-induksjon EMF) forspent tilbake til nettspenningen U1 og forhindrer en kraftig økning i strømmen. Energien fra nettverket omdannes til varme ved R og akkumuleres i det elektromagnetiske feltet med induktans L.

2. α <θ < π. Den ekvivalente kretsen som tilsvarer dette intervallet er vist i fig. 5.

Fig. 5… Ekvivalent krets for α <θ < π

Ved dette intervallet endret EMF for selvinduksjon eL fortegn (på dette tidspunktet θ = δ).

Ved θ δ dL endrer fortegn og har en tendens til å opprettholde strømmen i kretsen. Det er regissert i henhold til U1. I dette intervallet blir energien fra nettverket og akkumulert i induktansfeltet L omdannet til varme i R.

3. π θ α + λ. Den ekvivalente kretsen som tilsvarer dette intervallet er vist i fig. 6.

Ris. 6 Ekvivalent krets

På et tidspunkt θ = π endrer linjespenningen U1 sin polaritet, men tyristoren VS1 forblir i ledende tilstand fordi egL overskrider U1 og foroverspenningen opprettholdes over tyristoren. Strømmen under påvirkning av dL vil strømme gjennom lasten i samme retning, mens energien som er lagret i induktansfeltet L ikke vil bli fullstendig forbrukt.

I dette intervallet omdannes en del av energien som er akkumulert i det induktive feltet til varme i motstanden R, og en del overføres til nettverket. Prosessen med å overføre energi fra en DC-krets til en AC-krets kalles inversjon... Dette fremgår av de forskjellige tegnene til e og i.

Varigheten av strømmen i seksjonen med negativ polaritet U1 avhenger av forholdet mellom mengdene L og R (XL=ωL). Jo større forholdet er — ωL/R, desto større varighet av strømmen λ.

Hvis det er en induktans i lastkretsen L, blir strømformen jevnere og strømmen flyter selv i områder med negativ polaritet U1... I dette tilfellet lukker ikke tyristoren VS1 under overgangen til spenningen U1 til 0 og i øyeblikket synker strømmen til null. Hvis ωL/ R→oo, så i α = 0 λ → 2π.

Prinsippet for drift av en enfaset bro likeretter i kontinuerlig modus ved drift av aktive og aktive induktive belastninger

Strømkretsen til en enfaset brolikeretter er vist i fig. 7, og tidsdiagrammene for dets arbeid på den aktive lasten er vist i fig. åtte.

Ventilbroen (fig. 7) inneholder to grupper ventiler - katode (oddeventiler) og anode (jevn ventiler). I brokretsen føres strømmen samtidig av to ventiler - en fra katodegruppen og en fra anodegruppen.

Som det fremgår av fig. 7, slås portene på slik at under de positive halvsyklusene til spenningen U2, flyter strømmen gjennom portene VS1 og VS4, og under de negative halvsyklusene gjennom portene VS2 og VS3. Vi legger til grunn at ventilene og transformatoren er ideelle, dvs. Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.

Ris. 7. Opplegg av en enfaset bro likeretter

Ris. 8. Driftsskjemaer for en enfaset brostyrt likeretter på en resistiv belastning

I denne kretsen, til enhver tid, leder et par tyristorer VS1 og VS4 strøm i positive halvsykluser U2 og VS2 og VS3 i negativ. Når alle tyristorer er lukket, tilføres halve forsyningsspenningen til hver av dem.

Ved θ =α åpner VS1 og VS4 og lasten begynner å strømme gjennom de åpne VS1 og VS4. De forrige VS2 og VS3 opererer med full nettspenning i motsatt retning.Når v = l-, skifter U2 fortegn og siden lasten er aktiv blir strømmen null og reversspenning påføres VS1 og VS4 og de lukkes.

Ved θ =π +α åpnes tyristorene VS2 og VS3 og laststrømmen fortsetter å flyte i samme retning. Strømmen i denne kretsen ved L = 0 har en intermitterende karakter, og kun ved α= 0 vil strømmen være marginalt kontinuerlig.

Limit-kontinuerlig modus er en modus der strømmen i enkelte øyeblikk avtar til null, men ikke avbrytes.

Upr.max = Uobr.max = √2U2(med transformator),

Upr.max = Uobr.max = √2U1(uten transformator).

Kretsdrift for en aktiv-induktiv last

R-L-belastningen er typisk for viklinger på elektriske apparater og feltviklinger på elektriske maskiner eller når et induktivt filter er installert ved utgangen av likeretteren. Påvirkningen av induktans påvirker formen på belastningsstrømkurven så vel som de gjennomsnittlige og effektive verdiene av strømmen gjennom ventilene og transformatoren. Jo høyere induktansen til lastkretsen er, desto lavere er vekselstrømkomponenten.

For å forenkle beregningene antas det at laststrømmen er perfekt utjevnet (L→oo). Dette er lovlig når ωNSL> 5R, hvor ωNS — den sirkulære frekvensen til likeretterens utgangsrippel. Hvis denne betingelsen er oppfylt, er regnefeilen ubetydelig og kan ignoreres.

Tidsdiagrammene for driften av en enfaset brolikeretter for en aktiv-induktiv last er vist i fig. ni.

Ris. 9. Skjemaer for drift av en enfaset bro likeretter ved drift på en RL-last

For å undersøke prosessene som foregår i ordningen, vil vi skille tre arbeidsområder.

1. a. Den ekvivalente kretsen som tilsvarer dette intervallet er vist i fig.ti.

Ris. 10. Ekvivalent krets til en likeretter

I det betraktede intervallet omdannes energien fra nettverket til varme i motstanden R og en del akkumuleres i det elektromagnetiske feltet til induktansen.

2. α <θ < π. Den ekvivalente kretsen som tilsvarer dette intervallet er vist i fig. elleve.

Ris. 11. Ekvivalent krets for likeretteren for α <θ < π

På et tidspunkt θ = δ EMF for selvinduksjon eL = 0 fordi strømmen når sin maksimale verdi.

I dette intervallet blir energien akkumulert i induktansen og forbrukt av nettverket omdannet til varme i motstanden R.

3. π θ α + λ. Den ekvivalente kretsen som tilsvarer dette intervallet er vist i fig. 12.

Ris. 12. Ekvivalent krets av likeretteren ved π θ α + λ

I dette intervallet omdannes en del av energien som er akkumulert i det induktive feltet til varme i motstand R, og en del returneres til nettverket.

Handlingen til selvinduksjonens EMF i den tredje seksjonen fører til utseendet av seksjoner med negativ polaritet i kurven til den korrigerte EMF, og de forskjellige tegnene til e og i indikerer at det i dette intervallet er en retur av elektrisk energi til nettverket.

Hvis på tidspunktet θ = π + α energien som er lagret i induktansen L ikke er fullstendig forbrukt, vil strømmen i være kontinuerlig. Når på et bestemt tidspunkt θ = π + α åpningspulser blir servert til tyristor VS2 og VS3, som tilføres en foroverspenning fra nettverkssiden, åpnes de og gjennom dem tilføres en reversspenning til de opererende VS1 og VS4 fra nettverkssiden, som et resultat av at de lukker, kalles denne typen svitsjing naturlig.