Enfasede ensrettere - skemaer og driftsprincip

En ensretter er en enhed designet til at konvertere en input AC spænding til en DC spænding. Ensretterens hovedmodul er et sæt venesave, der direkte konverterer AC til DC spænding.

Hvis det er nødvendigt at matche netværkets parametre med belastningens parametre, er ensrettersættet forbundet til netværket gennem en matchende transformer. Ifølge antallet af faser af forsyningsnettet er ensrettere enfasede og tre faser… Se flere detaljer her — Klassificering af halvlederensrettere… I denne artikel vil vi overveje driften af ​​enfasede ensrettere.

Enfaset halvbølge ensretter

Det enkleste ensretterkredsløb er en enfaset halvbølge ensretter (fig. 1).

Ris. 1. Skematisk af en enfaset styret halvbølge ensretter

Skema for driften af ​​R-belastningsensretteren er vist i figur 2.

Ris. 2. Skemaer for drift af ensretteren for R-belastning

For at åbne tyristoren skal to betingelser være opfyldt:

1) anodens potentiale skal være højere end katodens potentiale;

2) en åbningsimpuls skal påføres styreelektroden.

For dette kredsløb er den samtidige opfyldelse af disse betingelser kun mulig under positive halvcyklusser af forsyningsspændingen. Et pulsfasekontrolsystem (SIFU) bør kun danne åbningsimpulser i positive NSolunerioder af forsyningsspændingen.

Ved ansøgning om tyristor VS1 af åbningsimpulsen på tidspunktet θ = α tyristor VS1 åbner, og forsyningsspændingen U påføres belastningen1 under resten af ​​den positive halvcyklus (fremadgående spændingsfald over ventilen ΔUv ubetydelig sammenlignet med spændingen U1 (ΔUv = 1 — 2 V) ). Da belastningen R — er aktiv, gentager strømmen i belastningen formen af ​​spændingen.

Ved afslutningen af ​​den positive halvcyklus vil belastningsstrømmen i og ventilen VS1 falde til nul (θ = nπ), og spændingen U1 vil ændre fortegn. Derfor påføres en omvendt spænding til tyristor VS1, under hvilken virkning den lukker og genopretter dens kontrolegenskaber.

Sådan omskiftning af ventiler under påvirkning af strømkildens spænding, som periodisk ændrer sin polaritet, kaldes naturlig.

Det kan ses af diagrammerne, at en ændring i en ledning fører til en ændring i en del af den positive halvcyklus, hvor forsyningsspændingen påføres belastningen, og derfor fører dette til en regulering af strømforbruget. Injektion α karakteriserer forsinkelsen i tyristorens åbningstidspunkt sammenlignet med tidspunktet for dens naturlige åbning og kaldes ventilens åbnings- (kontrol) vinkel.

Emk- og ensretterstrømmen er successive segmenter af positive halvsinusbølger, konstant i retning, men ikke konstant i størrelse, dvs. den ensrettede EMF og strøm har en periodisk pulserende karakter. Og enhver periodisk funktion kan udvides i Fourier-serien:

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

hvor E er den konstante komponent af den korrigerede EMF, en(T) — variabel komponent lig med summen af ​​alle harmoniske komponenter.

Således kan vi antage, at en konstant EMF forvrænget af den variable komponent en (t) påføres belastningen. Den permanente komponent i EMF E er hovedkarakteristikken for den korrigerede EMF.

Processen med at regulere belastningsspændingen ved at ændre den kaldes fasekontrol... Denne ordning har flere ulemper:

1) højt indhold af højere harmoniske i den korrigerede EMF;

2) store bølger af EMF og strøm;

3) intermitterende kredsløbsdrift;

4) brug af lav kredsløbsspænding (kche =0,45).

Ensretterens afbrydelsesstrømstilstand er en sådan tilstand, hvor strømmen i ensretterens belastningskredsløb afbrydes, dvs. bliver nul.

Enfaset en-halvbølge ensretter ved drift på en aktiv-induktiv belastning

Timingdiagrammerne for halvbølge ensretterdrift for RL-belastning er vist i fig. 3.

Ris. 3. Diagrammer af halvbølge ensretterdrift for RL-belastning

For at analysere de processer, der finder sted i ordningen, lad os tildele tre tidsintervaller.

1. α <θ <δ… Det ækvivalente kredsløb svarende til dette interval er vist i fig. 4.

Vedr. 4. Ækvivalent kredsløb for α <θ <δ

Ifølge den tilsvarende ordning:

I løbet af dette tidsinterval er eL (selv-induktion EMF) forspændt tilbage til netspændingen U1 og forhindrer en kraftig stigning i strømmen. Energien fra netværket omdannes til varme ved R og akkumuleres i det elektromagnetiske felt med induktans L.

2. α <θ < π. Det ækvivalente kredsløb svarende til dette interval er vist i fig. 5.

Fig. 5… Ækvivalent kredsløb for α <θ < π

Ved dette interval ændrede EMF for selvinduktion eL sit fortegn (på dette tidspunkt θ = δ).

Ved θ δ ændrer dL fortegn og har en tendens til at opretholde strømmen i kredsløbet. Det er rettet ifølge U1. I dette interval omdannes energien fra netværket og akkumuleret i induktansfeltet L til varme i R.

3. π θ α + λ. Det ækvivalente kredsløb svarende til dette interval er vist i fig. 6.

Ris. 6 Tilsvarende kredsløb

På et tidspunkt θ = π ændrer linjespændingen U1 sin polaritet, men tyristoren VS1 forbliver i den ledende tilstand, fordi egL overstiger U1, og fremadspændingen opretholdes over tyristoren. Strømmen under påvirkning af dL vil strømme gennem belastningen i samme retning, mens energien, der er lagret i induktansfeltet L, ikke vil blive fuldstændig forbrugt.

I dette interval omdannes en del af den akkumulerede energi i det induktive felt til varme i modstanden R, og en del overføres til netværket. Processen med at overføre energi fra et DC-kredsløb til et AC-kredsløb kaldes inversion... Dette fremgår af de forskellige tegn på e og i.

Varigheden af ​​strømmen i sektionen med negativ polaritet U1 afhænger af forholdet mellem størrelserne L og R (XL=ωL). Jo større forholdet er — ωL/R, jo længere varighed af strømmen λ.

Hvis der er en induktans i belastningskredsløbet L, så bliver strømformen jævnere, og strømmen løber selv i områder med negativ polaritet U1... I dette tilfælde lukker tyristoren VS1 ikke under overgangen af ​​spændingen U1 til 0 og i øjeblikket falder strømmen til nul. Hvis ωL/ R→oo, så er α = 0 λ → 2π.

Princippet om drift af en enfaset broensretter i kontinuerlig tilstand ved drift af aktive og aktive induktive belastninger

Strømkredsløbet for en enfaset broensretter er vist i fig. 7, og tidsdiagrammerne for dets arbejde på den aktive belastning er vist i fig. otte.

Ventilbroen (fig. 7) indeholder to grupper af ventiler - katode (ulige ventiler) og anode (lige ventiler). I brokredsløbet føres strømmen samtidigt af to ventiler - en fra katodegruppen og en fra anodegruppen.

Som det kan ses af fig. 7, tændes portene, således at under de positive halvcyklusser af spændingen U2 løber strømmen gennem portene VS1 og VS4, og under de negative halvcyklusser gennem portene VS2 og VS3. Vi antager, at ventilerne og transformeren er ideelle, dvs. Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.

Ris. 7. Skema af en enfaset broensretter

Ris. 8. Skemaer for drift af en enfaset brostyret ensretter på en resistiv belastning

I dette kredsløb leder et par tyristorer VS1 og VS4 på et hvilket som helst tidspunkt strøm i positive halvcyklusser U2 og VS2 og VS3 i negativ. Når alle tyristorer er lukkede, påføres halvdelen af ​​forsyningsspændingen til hver af dem.

Ved θ =α åbnes VS1 og VS4, og belastningen begynder at strømme gennem den åbne VS1 og VS4. Den tidligere VS2 og VS3 fungerer ved fuld netspænding i modsat retning.Når v = l-, skifter U2 fortegn og da belastningen er aktiv, bliver strømmen nul og der tilføres omvendt spænding til VS1 og VS4 og de lukker.

Ved θ =π +α åbner tyristorerne VS2 og VS3, og belastningsstrømmen fortsætter med at flyde i samme retning. Strømmen i dette kredsløb ved L = 0 har en intermitterende karakter, og kun ved α = 0 vil strømmen være marginalt kontinuerlig.

Kontinuerlig grænsetilstand er en tilstand, hvor strømmen på nogle tidspunkter falder til nul, men ikke afbrydes.

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

Upr.max = Uobr.max = √2U1(uden transformer).

Kredsløbsdrift for en aktiv-induktiv belastning

R-L-belastningen er typisk for viklinger af elektriske apparater og feltviklinger af elektriske maskiner, eller når et induktivt filter er installeret ved udgangen af ​​ensretteren. Påvirkningen af ​​induktans påvirker formen af ​​belastningsstrømkurven samt de gennemsnitlige og effektive værdier af strømmen gennem ventilerne og transformeren. Jo højere induktans af belastningskredsløbet, jo lavere er vekselstrømskomponenten.

For at forenkle beregningerne antages det, at belastningsstrømmen er perfekt udjævnet (L→oo). Dette er lovligt, når ωNSL> 5R, hvor ωNS — den cirkulære frekvens af ensretterens udgangsrippel. Hvis denne betingelse er opfyldt, er regnefejlen ubetydelig og kan ignoreres.

Tidsdiagrammerne for driften af ​​en enfaset broensretter til en aktiv-induktiv belastning er vist i fig. ni.

Ris. 9. Skemaer for drift af en enfaset broensretter ved drift på en RL-belastning

For at undersøge de processer, der foregår i ordningen, vil vi adskille tre arbejdsområder.

1. a. Det ækvivalente kredsløb svarende til dette interval er vist i fig.ti.

Ris. 10. Tilsvarende kredsløb for en ensretter

I det betragtede interval omdannes energien fra netværket til varme i modstanden R, og en del akkumuleres i induktansens elektromagnetiske felt.

2. α <θ < π. Det ækvivalente kredsløb svarende til dette interval er vist i fig. elleve.

Ris. 11. Ækvivalent kredsløb for ensretteren for α <θ < π

På et tidspunkt i tiden θ = δ EMF for selvinduktion eL = 0, fordi strømmen når sin maksimale værdi.

I dette interval omdannes energien akkumuleret i induktansen og forbrugt af netværket til varme i modstanden R.

3. π θ α + λ. Det ækvivalente kredsløb svarende til dette interval er vist i fig. 12.

Ris. 12. Ækvivalent kredsløb for ensretteren ved π θ α + λ

I dette interval omdannes en del af den akkumulerede energi i det induktive felt til varme i modstand R, og en del returneres til netværket.

Virkningen af ​​selvinduktionens EMF i 3. sektion fører til fremkomsten af ​​sektioner med negativ polaritet i kurven for den korrigerede EMF, og de forskellige tegn på e og i indikerer, at der i dette interval er en tilbagevenden af ​​elektrisk energi til netværket.

Hvis den energi, der er lagret i induktansen L på tidspunktet θ = π + α, ikke er fuldstændig forbrugt, så vil strømmen i være kontinuerlig. Når der på et bestemt tidspunkt sendes θ = π + α åbningsimpulser til tyristor VS2 og VS3, hvortil der tilføres en fremadspænding fra netværkssiden, åbnes de, og gennem dem tilføres en omvendt spænding til de opererende VS1 og VS4 fra netværkssiden, som et resultat af hvilken de lukker, kaldes denne type omskiftning naturlig.