Yksivaiheiset tasasuuntaajat - kaaviot ja toimintaperiaate

Tasasuuntaaja on laite, joka on suunniteltu muuttamaan syöttöjännite DC-jännitteeksi. Tasasuuntaajan päämoduuli on suonisahojen sarja, joka muuntaa vaihtovirran suoraan tasajännitteeksi.

Jos verkon parametrit on sovitettava kuorman parametreihin, tasasuuntaajasarja liitetään verkkoon sovitusmuuntajan kautta. Syöttöverkon vaiheiden lukumäärän mukaan tasasuuntaajat ovat yksivaiheisia ja kolme vaihetta… Katso lisätietoja täältä - Puolijohteisten tasasuuntaajien luokitus… Tässä artikkelissa tarkastellaan yksivaiheisten tasasuuntaajien toimintaa.

Yksivaiheinen puoliaaltotasasuuntaaja

Yksinkertaisin tasasuuntaajapiiri on yksivaiheinen puoliaaltotasasuuntaaja (kuva 1).

Riisi. 1. Kaavio yksivaiheohjatusta puoliaaltotasasuuntaajasta

R-kuorman tasasuuntaajan toimintakaaviot on esitetty kuvassa 2.

Riisi. 2. R-kuorman tasasuuntaajan toimintakaaviot

Tyristorin avaaminen edellyttää kahden ehdon täyttymistä:

1) anodin potentiaalin on oltava suurempi kuin katodin potentiaali;

2) ohjauselektrodiin on syötettävä avauspulssi.

Tässä piirissä näiden ehtojen samanaikainen täyttyminen on mahdollista vain syöttöjännitteen positiivisten puolijaksojen aikana. Pulssivaiheen ohjausjärjestelmän (SIFU) tulee muodostaa avauspulsseja vain syöttöjännitteen positiivisissa NSoluneroodeissa.

Hakiessaan tyristori Avauspulssin VS1 hetkellä θ = α tyristori VS1 avautuu ja syöttöjännite U syötetään kuormaan1 positiivisen puolijakson jäljellä olevan ajan (jännitehäviö eteenpäin venttiilissä ΔUv merkityksetön verrattuna jännitteeseen U1 (ΔUv). = 1 - 2 V) ). Koska kuorma R on aktiivinen, kuorman virta toistaa jännitteen muodon.

Positiivisen puolijakson lopussa kuormitusvirta i ja venttiili VS1 laskevat nollaan (θ = nπ), ja jännite U1 muuttaa etumerkkiään. Siksi tyristoriin VS1 syötetään käänteinen jännite, jonka vaikutuksesta se sulkeutuu ja palauttaa ohjausominaisuudet.

Tällaista venttiilien vaihtoa virtalähteen jännitteen vaikutuksesta, joka ajoittain muuttaa sen napaisuutta, kutsutaan luonnolliseksi.

Kaavioista voidaan nähdä, että muutos yhdessä johtimessa johtaa muutokseen osassa positiivista puolijaksoa, jonka aikana kuormaan kohdistetaan syöttöjännite, ja siksi tämä johtaa tehonkulutuksen säätelyyn. Ruiskutus α kuvaa tyristorin avautumishetken viivettä verrattuna sen luonnolliseen avautumishetkeen, ja sitä kutsutaan venttiilin avautumiskulmaksi (säätö).

EMF ja tasasuuntausvirta ovat positiivisten puolisiniaaltojen peräkkäisiä segmenttejä, joiden suunta on vakio, mutta ei vakiosuuruus, ts. Tasasuunnattu EMF ja virta ovat jaksoittaisesti sykkiviä. Ja mitä tahansa jaksollista funktiota voidaan laajentaa Fourier-sarjassa:

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

jossa E on korjatun EMF:n vakiokomponentti, en(T) — muuttuva komponentti, joka on yhtä suuri kuin kaikkien harmonisten komponenttien summa.

Siten voidaan olettaa, että kuormaan kohdistuu muuttuvan komponentin en (t) vääristämä vakio EMF. EMF:n pysyvä komponentti E on tasasuunnatun EMF:n pääominaisuus.

Kuormajännitteen säätöprosessia sitä muuttamalla kutsutaan vaiheohjaukseksi... Tällä järjestelmällä on useita haittoja:

1) korkea korkeampien harmonisten pitoisuus korjatussa EMF:ssä;

2) suuret EMF:n ja virran aaltoilut;

3) katkonainen piiritoiminta;

4) matalan piirijännitteen käyttö (kche =0,45).

Tasasuuntaajan keskeytysvirran toimintatapa on sellainen tila, jossa tasasuuntaajan kuormituspiirin virta katkeaa, ts. muuttuu nollaksi.

Yksivaiheinen yksivaiheinen puoliaaltotasasuuntaaja käytettäessä aktiivi-induktiivista kuormaa

Puoliaaltotasasuuntaajan toiminnan ajoituskaaviot RL-kuormalla on esitetty kuvassa. 3.

Riisi. 3. Kaaviot puoliaaltotasasuuntaajan toiminnasta RL-kuormalla

Kaaviossa tapahtuvien prosessien analysoimiseksi varataan kolme aikaväliä.

1. α <θ <δ… Tätä väliä vastaava ekvivalenttipiiri on esitetty kuvassa. 4.

Re. 4. Vastaava piiri α <θ <δ

Vastaavan kaavan mukaan:

Tänä ajanjaksona eL (self-induction EMF) on esijännitetty takaisin verkkojännitteeseen U1 ja estää virran voimakkaan kasvun. Verkosta tuleva energia muunnetaan lämmöksi kohdassa R ja kertyy sähkömagneettiseen kenttään induktanssilla L.

2. α <θ < π. Tätä väliä vastaava ekvivalenttipiiri on esitetty kuvassa. 5.

Kuva. 5… Vastaava piiri α <θ < π

Tällä aikavälillä itseinduktion EMF eL muutti etumerkkiään (tällä hetkellä θ = δ).

Kohdassa θ δ dL muuttaa etumerkkiään ja pyrkii ylläpitämään virtaa piirissä. Se on ohjattu U1:n mukaan. Tällä aikavälillä verkosta tuleva ja induktanssin L kenttään kertynyt energia muunnetaan lämmöksi R:ssä.

3. π θ α + λ. Tätä väliä vastaava ekvivalenttipiiri on esitetty kuvassa. 6.

Riisi. 6 Vastaava piiri

Jossain vaiheessa θ = π linjajännite U1 muuttaa polariteettiaan, mutta tyristori VS1 jää johtavaan tilaan, koska egL ylittää U1:n ja tyristorin yli ylläpidetään myötäjännitettä. Virta dL:n vaikutuksesta kulkee kuorman läpi samaan suuntaan, kun taas induktanssin L kenttään varastoitunut energia ei kulu kokonaan.

Tässä välissä osa induktiiviseen kenttään kertyneestä energiasta muunnetaan lämmöksi vastuksessa R ja osa siirtyy verkkoon. Prosessia, jossa energiaa siirretään tasavirtapiiristä vaihtovirtapiiriin, kutsutaan inversioksi… Tämän todistavat e:n ja i:n erilaiset merkit.

Virran kesto negatiivisen polariteetin U1 osassa riippuu suureiden L ja R välisestä suhteesta (XL=ωL). Mitä suurempi suhde — ωL/R, sitä pitempi on virran kesto λ.

Jos kuormituspiirissä L on induktanssi, virran muoto tasaistuu ja virta kulkee myös negatiivisen polariteetin U1 alueilla... Tässä tapauksessa tyristori VS1 ei sulkeudu jännitteen U1 siirtyessä 0:aan. ja tällä hetkellä virta putoaa nollaan. Jos ωL/ R→oo, niin kohdassa α = 0 λ → 2π.

Yksivaiheisen siltatasasuuntaajan toimintaperiaate jatkuvassa tilassa käytettäessä aktiivisia ja aktiivisia induktiivisia kuormia

Yksivaiheisen siltatasasuuntaajan tehopiiri on esitetty kuvassa. Kuviossa 7 on esitetty aikakaaviot sen työstä aktiivisella kuormalla. kahdeksan.

Venttiilisilta (kuva 7) sisältää kaksi ryhmää venttiilejä - katodi (parittomat venttiilit) ja anodi (parilliset venttiilit). Siltapiirissä virtaa kuljettaa samanaikaisesti kaksi venttiiliä - toinen katodiryhmästä ja toinen anodiryhmästä.

Kuten kuvasta voidaan nähdä. Kuviossa 7 hilat kytketään päälle siten, että jännitteen U2 positiivisten puolijaksojen aikana virta kulkee porttien VS1 ja VS4 kautta ja negatiivisten puolijaksojen aikana porttien VS2 ja VS3 kautta. Oletamme, että venttiilit ja muuntaja ovat ihanteellisia, ts. Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.

Riisi. 7. Yksivaiheisen siltatasasuuntaajan kaavio

Riisi. 8. Yksivaiheisen siltaohjatun tasasuuntaajan toimintakaaviot resistiivisellä kuormalla

Tässä piirissä milloin tahansa tyristoripari VS1 ja VS4 johtaa virtaa positiivisilla puolijaksoilla U2 ja VS2 ja VS3 negatiivisesti. Kun kaikki tyristorit ovat kiinni, kuhunkin syötetään puolet syöttöjännitteestä.

Kohdassa θ =α avautuvat VS1 ja VS4 ja kuorma alkaa virrata auki olevien VS1 ja VS4 kautta. Aiemmat VS2 ja VS3 toimivat täydellä verkkojännitteellä vastakkaiseen suuntaan.Kun v = l-, U2 vaihtaa etumerkkiä ja koska kuorma on aktiivinen, virrasta tulee nolla ja VS1:een ja VS4:ään kytketään käänteinen jännite ja ne sulkeutuvat.

Kohdassa θ =π +α tyristorit VS2 ja VS3 avautuvat ja kuormitusvirta kulkee edelleen samaan suuntaan. Tämän piirin virralla L = 0:ssa on katkonainen luonne, ja vain arvolla α = 0 virta on marginaalisesti jatkuvaa.

Jatkuva rajatila on tila, jossa virta joinakin hetkinä pienenee nollaan, mutta ei keskeydy.

Upr.max = Uobr.max = √2U2 (muuntajan kanssa),

Upr.max = Uobr.max = √2U1 (ilman muuntajaa).

Piirin toiminta aktiivi-induktiivista kuormaa varten

R-L-kuorma on tyypillistä sähkölaitteiden käämeille ja sähkökoneiden kenttäkäämeille tai kun tasasuuntaajan lähtöön on asennettu induktiivinen suodatin. Induktanssin vaikutus vaikuttaa kuormitusvirtakäyrän muotoon sekä venttiilien ja muuntajan läpi kulkevan virran keskimääräisiin ja tehollisiin arvoihin. Mitä suurempi kuormituspiirin induktanssi on, sitä pienempi on vaihtovirtakomponentti.

Laskelmien yksinkertaistamiseksi oletetaan, että kuormitusvirta on täydellisesti tasattu (L→oo). Tämä on laillista, kun ωNSL> 5R, missä ωNS — tasasuuntaajan lähdön aaltoilun ympyrätaajuus. Jos tämä ehto täyttyy, laskentavirhe on merkityksetön ja voidaan jättää huomiotta.

Aktiivi-induktiivisen kuorman yksivaiheisen siltatasasuuntaajan toiminnan ajoituskaaviot on esitetty kuvassa. yhdeksän.

Riisi. 9. Yksivaiheisen siltatasasuuntaajan toimintakaaviot käytettäessä RL-kuormaa

Tarkastellaksemme järjestelmässä tapahtuvia prosesseja erotamme kolme työaluetta.

1. a. Tätä väliä vastaava ekvivalenttipiiri on esitetty kuvassa.kymmenen.

Riisi. 10. Tasasuuntaajan vastaava piiri

Tarkastetulla aikavälillä verkosta tuleva energia muuttuu lämmöksi resistanssissa R ja osa kerääntyy induktanssin sähkömagneettiseen kenttään.

2. α <θ < π. Tätä väliä vastaava ekvivalenttipiiri on esitetty kuvassa. yksitoista.

Riisi. 11. Tasasuuntaajan ekvivalenttipiiri α <θ < π

Ajanhetkellä θ = δ itseinduktion EMF eL = 0, koska virta saavuttaa maksimiarvonsa.

Tällä aikavälillä induktanssiin kertynyt ja verkon kuluttama energia muunnetaan lämmöksi vastuksessa R.

3. π θ α + λ. Tätä väliä vastaava ekvivalenttipiiri on esitetty kuvassa. 12.

Riisi. 12. Tasasuuntaajan ekvivalenttipiiri kohdassa π θ α + λ

Tässä välissä osa induktiiviseen kenttään kertyneestä energiasta muunnetaan lämmöksi resistanssissa R ja osa palautetaan verkkoon.

Itseinduktion EMF:n toiminta kolmannessa osassa johtaa negatiivisen polariteetin omaavien osien ilmestymiseen korjatun EMF:n käyrään, ja e:n ja i:n erilaiset merkit osoittavat, että tällä aikavälillä tapahtuu sähköenergian paluuta. verkkoon.

Jos ajanhetkellä θ = π + α induktanssiin L varastoitunutta energiaa ei kuluteta kokonaan, niin virta i on jatkuva. Kun tietyllä hetkellä θ = π + α avauspulsseja syötetään tyristoreille VS2 ja VS3, joihin syötetään lähtöjännite verkon puolelta, ne avautuvat ja niiden kautta ohjataan käänteinen jännite toimiville VS1:lle ja VS4:lle. verkon puolella, minkä seurauksena ne sulkeutuvat, tällaista kytkentää kutsutaan luonnolliseksi.