Eenfasige gelijkrichters - schema's en werkingsprincipe
Een gelijkrichter is een apparaat dat is ontworpen om een ingangswisselspanning om te zetten in een gelijkspanning. De hoofdmodule van de gelijkrichter is een set aderzagen die wisselspanning direct omzet in gelijkspanning.
Als het nodig is om de parameters van het netwerk af te stemmen op de parameters van de belasting, wordt de gelijkrichterset via een bijpassende transformator op het netwerk aangesloten. Volgens het aantal fasen van het voedingsnetwerk zijn gelijkrichters enkelfasig en drie fasen… Zie hier meer details — Classificatie van halfgeleidergelijkrichters… In dit artikel gaan we in op de werking van enkelfasige gelijkrichters.
Enkelfasige halffasige gelijkrichter
Het eenvoudigste gelijkrichtercircuit is een enkelfasige halfgolfgelijkrichter (fig. 1).
Rijst. 1. Schema van een enkelfasige gestuurde halfgolfgelijkrichter
Schema's van de werking van de R-load gelijkrichter worden getoond in figuur 2.
Rijst. 2. Werkingsschema's van de gelijkrichter voor R-belasting
Om de thyristor te openen, moet aan twee voorwaarden worden voldaan:
1) de potentiaal van de anode moet hoger zijn dan de potentiaal van de kathode;
2) er moet een openingsimpuls op de stuurelektrode worden gegeven.
Voor dit circuit is de gelijktijdige vervulling van deze voorwaarden alleen mogelijk tijdens positieve halve cycli van de voedingsspanning. Een pulsfasecontrolesysteem (SIFU) mag alleen openingspulsen vormen in positieve Nsolunerioden van de voedingsspanning.
Bij het aanvragen van thyristor VS1 van de openingspuls op het tijdstip θ = α thyristor VS1 opent en de voedingsspanning U wordt toegepast op de belasting1 gedurende de rest van de positieve halve cyclus (voorwaartse spanningsval over de klep ΔUv onbeduidend in vergelijking met de spanning U1 (ΔUv = 1 — 2 V) ). Aangezien de belasting R — actief is, herhaalt de stroom in de belasting de vorm van de spanning.
Aan het einde van de positieve halve cyclus nemen de belastingsstroom i en de klep VS1 af tot nul (θ = nπ) en verandert de spanning U1 van teken. Daarom wordt een sperspanning aangelegd op de thyristor VS1, onder invloed waarvan deze sluit en zijn besturingseigenschappen herstelt.
Een dergelijk schakelen van kleppen onder invloed van de spanning van de stroombron, die periodiek van polariteit verandert, wordt natuurlijk genoemd.
Uit de diagrammen blijkt dat een verandering in één draad leidt tot een verandering in een deel van de positieve halve cyclus waarin de voedingsspanning op de belasting wordt toegepast, en daarom leidt dit tot een regulering van het stroomverbruik. Injectie α karakteriseert de vertraging in het moment van opening van de thyristor in vergelijking met het moment van zijn natuurlijke opening en wordt de openingshoek (regelhoek) van de klep genoemd.
De emf- en gelijkrichterstroom zijn opeenvolgende segmenten van positieve halve sinusgolven, constant in richting maar niet constant in grootte, d.w.z. de gelijkgerichte EMF en stroom hebben een periodiek pulserend karakter. En elke periodieke functie kan worden uitgebreid in Fourier-reeksen:
e (t) = E + en(T),
waarbij E de constante component is van de gecorrigeerde EMF, en(T) — variabele component gelijk aan de som van alle harmonische componenten.
We kunnen dus aannemen dat een constante EMF vervormd door de variabele component en (t) wordt toegepast op de belasting. De permanente component van de EMF E is het belangrijkste kenmerk van de gelijkgerichte EMF.
Het proces van het regelen van de belastingsspanning door deze te wijzigen, wordt faseregeling genoemd. Dit schema heeft verschillende nadelen:
1) hoog gehalte aan hogere harmonischen in de gecorrigeerde EMF;
2) grote rimpelingen van EMF en stroom;
3) intermitterende circuitwerking;
4) gebruik van laagspanning (kche =0,45).
De onderbrekingsstroommodus van de gelijkrichter is een modus waarin de stroom in het belastingscircuit van de gelijkrichter wordt onderbroken, d.w.z. wordt nul.
Enkelfasige enkelzijdige gelijkrichter bij gebruik van een actief-inductieve belasting
De timingdiagrammen van de werking van de halfgolfgelijkrichter voor RL-belasting worden getoond in Fig. 3.
Rijst. 3. Schema's van de werking van een enkelzijdige gelijkrichter voor RL-belasting
Laten we drie tijdsintervallen toewijzen om de processen die in het schema plaatsvinden te analyseren.
1. α <θ <δ… Het equivalente circuit dat overeenkomt met dit interval wordt getoond in Fig. 4.
Met betrekking tot. 4. Equivalent circuit voor α <θ <δ
Volgens het equivalente schema:
Gedurende dit tijdsinterval wordt eL (self-induction EMF) teruggestuurd naar de netspanning U1 en voorkomt een sterke toename van de stroom. De energie van het netwerk wordt omgezet in warmte bij R en wordt geaccumuleerd in het elektromagnetische veld met zelfinductie L.
2. α <θ < π. Het equivalente circuit dat overeenkomt met dit interval wordt getoond in Fig. 5.
Afb. 5… Equivalent circuit voor α <θ < π
Op dit interval veranderde de EMF van zelfinductie eL van teken (op dit moment θ = δ).
Bij θ δ verandert dL van teken en heeft de neiging om de stroom in het circuit te behouden. Het is geregisseerd volgens U1. In dit interval wordt de energie van het netwerk en geaccumuleerd in het veld van inductantie L omgezet in warmte in R.
3. π θ α + λ. Het equivalente circuit dat overeenkomt met dit interval wordt getoond in Fig. 6.
Rijst. 6 Gelijkwaardig circuit
Op een bepaald moment θ = π verandert de lijnspanning U1 van polariteit, maar de thyristor VS1 blijft in geleidende toestand omdat bvL groter is dan U1 en de doorlaatspanning over de thyristor wordt gehandhaafd. De stroom onder invloed van dL zal in dezelfde richting door de belasting stromen, terwijl de energie die is opgeslagen in het veld van inductantie L niet volledig zal worden verbruikt.
In dit interval wordt een deel van de in het inductieve veld opgehoopte energie omgezet in warmte in de weerstand R, en een deel wordt doorgegeven aan het netwerk. Het proces van het overbrengen van energie van een gelijkstroomcircuit naar een wisselstroomcircuit wordt inversie genoemd... Dit blijkt uit de verschillende tekens van e en i.
De duur van de stroom in het gedeelte met negatieve polariteit U1 hangt af van de verhouding tussen de grootheden L en R (XL=ωL). Hoe groter de verhouding — ωL/ R, hoe langer de stroom λ duurt.
Als er een inductantie is in het belastingscircuit L, wordt de stroomvorm vloeiender en vloeit de stroom zelfs in gebieden met negatieve polariteit U1... In dit geval sluit de thyristor VS1 niet tijdens de overgang van de spanning U1 naar 0 en op dit moment zakt de stroom naar nul. Als ωL/ R→oo, dan in α = 0 λ → 2π.
Het werkingsprincipe van een enkelfasige bruggelijkrichter in continue modus bij gebruik van actieve en actief-inductieve belastingen
Het stroomcircuit van een enkelfasige bruggelijkrichter wordt getoond in Fig. 7, en de tijddiagrammen van zijn werk op de actieve belasting worden getoond in Fig. acht.
De klepbrug (fig. 7) bevat twee groepen kleppen: kathode (oneven kleppen) en anode (even kleppen). In het brugcircuit wordt stroom gelijktijdig door twee kleppen geleid - een van de kathodegroep en een van de anodegroep.
Zoals te zien is op afb. 7 worden de poorten ingeschakeld zodat tijdens de positieve halve cycli van de spanning U2 de stroom door de poorten VS1 en VS4 vloeit, en tijdens de negatieve halve cycli door de poorten VS2 en VS3. We gaan ervan uit dat de kleppen en de transformator ideaal zijn, d.w.z. Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.
Rijst. 7. Schema van een enkelfasige bruggelijkrichter
Rijst. 8. Werkingsschema's van een enkelfasige bruggestuurde gelijkrichter op een resistieve belasting
In dit circuit geleidt op elk moment een paar thyristors VS1 en VS4 stroom in positieve halve cycli U2 en VS2 en VS3 in negatief. Wanneer alle thyristors gesloten zijn, wordt op elk van hen de helft van de voedingsspanning toegepast.
Bij θ =α open VS1 en VS4 en de belasting begint door de open VS1 en VS4 te stromen. De vorige VS2 en VS3 werken op volle netspanning in omgekeerde richting.Wanneer v = l-, verandert U2 van teken en aangezien de belasting actief is, wordt de stroom nul en wordt sperspanning toegepast op VS1 en VS4 en ze sluiten.
Bij θ =π +α gaan de thyristors VS2 en VS3 open en blijft de belastingsstroom in dezelfde richting stromen. De stroom in deze schakeling bij L = 0 heeft een intermitterend karakter en alleen bij α = 0 zal de stroom marginaal continu zijn.
Limit continuous mode is een mode waarin de stroom op bepaalde momenten afneemt tot nul, maar niet onderbroken wordt.
Upr.max = Uobr.max = √2U2(met transformator),
Upr.max = Uobr.max = √2U1(zonder transformator).
Circuitwerking voor een actief-inductieve belasting
De R-L-belasting is typerend voor wikkelingen van elektrische apparaten en veldwikkelingen van elektrische machines of wanneer een inductief filter is geïnstalleerd aan de uitgang van de gelijkrichter. De invloed van inductantie beïnvloedt zowel de vorm van de belastingsstroomcurve als de gemiddelde en effectieve waarden van de stroom door de kleppen en de transformator. Hoe hoger de inductantie van het belastingscircuit, hoe lager de wisselstroomcomponent.
Om de berekeningen te vereenvoudigen, wordt aangenomen dat de belastingsstroom perfect wordt afgevlakt (L→oo). Dit is legaal wanneer ωNSL> 5R, waarbij ωNS — de circulaire frequentie van de uitgangsrimpel van de gelijkrichter. Als aan deze voorwaarde is voldaan, is de rekenfout onbeduidend en kan deze worden genegeerd.
De timingdiagrammen van de werking van een enkelfasige bruggelijkrichter voor een actief-inductieve belasting worden getoond in Fig. negen.
Rijst. 9. Werkingsschema's van een enkelfasige bruggelijkrichter bij gebruik van een RL-belasting
Om de processen die plaatsvinden in het schema te onderzoeken, onderscheiden we drie werkgebieden.
1. een. Het equivalente circuit dat overeenkomt met dit interval wordt getoond in Fig.tien.
Rijst. 10. Equivalent circuit van een gelijkrichter
In het beschouwde interval wordt de energie van het netwerk omgezet in warmte in de weerstand R en hoopt een deel zich op in het elektromagnetische veld van de inductantie.
2. α <θ < π. Het equivalente circuit dat overeenkomt met dit interval wordt getoond in Fig. elf.
Rijst. 11. Equivalent circuit van de gelijkrichter voor α <θ < π
Op een moment θ = δ is de EMF van zelfinductie eL = 0 omdat de stroom zijn maximale waarde bereikt.
In dit interval wordt de energie die in de inductantie is verzameld en door het netwerk wordt verbruikt, omgezet in warmte in de weerstand R.
3. π θ α + λ. Het equivalente circuit dat overeenkomt met dit interval wordt getoond in Fig. 12.
Rijst. 12. Equivalent circuit van de gelijkrichter bij π θ α + λ
In dit interval wordt een deel van de in het inductieve veld verzamelde energie omgezet in warmte in weerstand R, en een deel wordt teruggevoerd naar het netwerk.
De actie van de EMF van zelfinductie in de 3e sectie leidt tot het verschijnen van secties met negatieve polariteit in de curve van de gecorrigeerde EMF, en de verschillende tekens van e en i geven aan dat er in dit interval een terugkeer van elektrische energie is naar het netwerk.
Als op het tijdstip θ = π + α de energie die is opgeslagen in de inductantie L niet volledig is verbruikt, dan zal de stroom i continu zijn. Wanneer op een bepaald moment θ = π + α openingspulsen worden aangeboden aan thyristors VS2 en VS3, waaraan een voorwaartse spanning wordt geleverd vanaf de netwerkzijde, openen ze en via hen wordt een sperspanning aangelegd aan de werkende VS1 en VS4 van de netwerkzijde, waardoor ze sluiten, wordt dit type schakelen natuurlijk genoemd.