Монофазни исправљачи - шеме и принцип рада

Исправљач је уређај дизајниран да претвара улазни наизменични напон у једносмерни напон. Главни модул исправљача је сет венских тестера који директно претварају наизменични у једносмерни напон.

Уколико је потребно ускладити параметре мреже са параметрима оптерећења, исправљачки сет се повезује на мрежу преко подударног трансформатора. Према броју фаза напојне мреже исправљачи су једнофазни и три фазе… Више детаља погледајте овде — Класификација полупроводничких исправљача… У овом чланку ћемо размотрити рад једнофазних исправљача.

Једнофазни полуталасни исправљач

Најједноставније исправљачко коло је једнофазни полуталасни исправљач (слика 1).

Пиринач. 1. Шема једнофазног контролисаног полуталасног исправљача

Шеме рада исправљача Р-оптерећења приказане су на слици 2.

Пиринач. 2. Шеме рада исправљача за Р-оптерећење

Да бисте отворили тиристор, морају бити испуњена два услова:

1) потенцијал аноде мора бити већи од потенцијала катоде;

2) импулс отварања мора се применити на контролну електроду.

За ово коло, истовремено испуњење ових услова могуће је само током позитивних полупериода напона напајања. Систем за контролу фазе импулса (СИФУ) треба да формира импулсе отварања само у позитивним НСолунериодима напона напајања.

Приликом пријаве за тиристор ВС1 импулса отварања у тренутку када се θ = α тиристор ВС1 отвара и напон напајања У се примењује на оптерећење1 током остатка позитивног полуциклуса (напредни пад напона на вентилу ΔУв незнатан у поређењу са напоном У1 (ΔУв = 1 — 2 В) ). Пошто је оптерећење Р — активно, онда струја у оптерећењу понавља облик напона.

На крају позитивног полупериода, струја оптерећења и и вентил ВС1 ће се смањити на нулу (θ = нπ), а напон У1 ће променити свој предзнак. Због тога се на тиристор ВС1 примењује обрнути напон, под чијом се дејством затвара и враћа своја контролна својства.

Такво пребацивање вентила под утицајем напона извора напајања, који периодично мења свој поларитет, назива се природним.

Из дијаграма се види да промена у једној жици доводи до промене дела позитивног полупериода током којег се напон доводи на оптерећење, па самим тим то доводи до регулације потрошње енергије. Ињекција α карактерише кашњење у тренутку отварања тиристора у односу на тренутак његовог природног отварања и назива се угао отварања (контролног) вентила.

ЕМФ и струја исправљача су узастопни сегменти позитивних полусинусних таласа, константног смера, али не константне величине, тј. исправљена ЕМФ и струја имају периодични пулсирајући карактер. И било која периодична функција може се проширити у Фуријеов ред:

е (т) = Е + ен(Т),

где је Е константна компонента коригованог ЕМФ-а, ен(Т) — променљива компонента једнака збиру свих хармонијских компоненти.

Дакле, можемо претпоставити да је константна ЕМФ изобличена променљивом компонентом ен (т) примењена на оптерећење. Стална компонента ЕМФ Е је главна карактеристика исправљене ЕМФ.

Процес регулације напона оптерећења његовом променом назива се фазна контрола... Ова шема има неколико недостатака:

1) висок садржај виших хармоника у коригованој ЕМФ;

2) велике таласе ЕМФ и струје;

3) рад кола са прекидима;

4) коришћење ниског напона кола (кцхе =0,45).

Прекидно струјни режим рада исправљача је такав режим у коме се прекида струја у струјном колу исправљача, тј. постаје нула.

Једнофазни полуталасни исправљач када ради на активно-индуктивном оптерећењу

Временски дијаграми рада полуталасног исправљача за РЛ-оптерећење су приказани на Сл. 3.

Пиринач. 3. Дијаграми рада полуталасног исправљача за РЛ-оптерећење

Да бисмо анализирали процесе који се одвијају у шеми, издвојимо три временска интервала.

1. α <θ <δ… Еквивалентно коло које одговара овом интервалу је приказано на сл. 4.

Ре. 4. Еквивалентно коло за α <θ <δ

Према еквивалентној шеми:

Током овог временског интервала еЛ (самоиндукциони ЕМФ) се враћа на напон мреже У1 и спречава нагло повећање струје. Енергија из мреже се претвара у топлоту на Р и акумулира се у електромагнетном пољу са индуктивношћу Л.

2. α <θ < π. Еквивалентно коло које одговара овом интервалу приказано је на Сл. 5.

Шипак. 5… Еквивалентно коло за α <θ < π

У овом интервалу, ЕМФ самоиндукције еЛ променио је свој предзнак (у овом тренутку θ = δ).

На θ δ дЛ мења свој предзнак и тежи да одржи струју у колу. Усмерен је према У1. У овом интервалу енергија из мреже и акумулирана у пољу индуктивности Л претвара се у топлоту у Р.

3. π θ α + λ. Еквивалентно коло које одговара овом интервалу приказано је на Сл. 6.

Пиринач. 6 Еквивалентно коло

У неком тренутку у времену θ = π линијски напон У1 мења свој поларитет, али тиристор ВС1 остаје у проводном стању јер егЛ премашује У1 и напон унапред се одржава на тиристору. Струја под дејством дЛ ће тећи кроз оптерећење у истом правцу, док енергија ускладиштена у пољу индуктивности Л неће бити у потпуности потрошена.

У овом интервалу део енергије акумулиране у индуктивном пољу претвара се у топлоту у отпору Р, а део се преноси на мрежу. Процес преношења енергије из кола једносмерне струје у коло наизменичне струје назива се инверзија... О томе сведоче различити знаци е и и.

Трајање струјног тока у пресеку негативног поларитета У1 зависи од односа величина Л и Р (КСЛ=ωЛ). Што је већи однос — ωЛ/ Р, то је дуже трајање струјног тока λ.

Ако постоји индуктивност у струјном колу Л, тада облик струје постаје глаткији и струја тече чак и у областима негативног поларитета У1... У овом случају тиристор ВС1 се не затвара при прелазу напона У1 на 0. а тренутно струја пада на нулу. Ако је ωЛ/ Р→оо, онда је у α = 0 λ → 2π.

Принцип рада једнофазног мостног исправљача у континуалном режиму при раду активних и активно-индуктивних оптерећења

Струјни круг једнофазног мостног исправљача приказан је на сл. 7, а временски дијаграми његовог рада на активном оптерећењу приказани су на сл. осам.

Мост вентила (слика 7) садржи две групе вентила — катодни (непарни вентили) и анодни (парни вентили). У мосном колу струју истовремено преносе два вентила — један из катодне групе и један из анодне групе.

Као што се види са сл. 7, капије су укључене тако да током позитивних полупериода напона У2 струја тече кроз капије ВС1 и ВС4, а током негативних полупериода кроз капије ВС2 и ВС3. Претпостављамо да су вентили и трансформатор идеални, тј. Лтп = Ртп = 0, ΔУБ = 0.

Пиринач. 7. Шема једнофазног мостног исправљача

Пиринач. 8. Шеме рада једнофазног мостом управљаног исправљача на отпорном оптерећењу.

У овом колу, у било ком тренутку времена, пар тиристора ВС1 и ВС4 проводи струју у позитивним полупериодима У2 и ВС2 и ВС3 у негативним. Када су сви тиристори затворени, на сваки од њих се примењује половина напона напајања.

При θ =α отворени ВС1 и ВС4 и оптерећење почиње да тече кроз отворене ВС1 и ВС4. Претходни ВС2 и ВС3 раде на пуном мрежном напону у обрнутом смеру.Када је в = л-, У2 мења предзнак и пошто је оптерећење активно, струја постаје нула и обрнути напон се примењује на ВС1 и ВС4 и они се затварају.

При θ =π +α тиристори ВС2 и ВС3 се отварају и струја оптерећења наставља да тече у истом правцу. Струја у овом колу при Л = 0 има повремени карактер, а само при α= 0 струја ће бити маргинално континуирана.

Лимит континуирани режим је режим у коме се струја у неким моментима смањује на нулу, али се не прекида.

Упр.мак = Уобр.мак = √2У2 (са трансформатором),

Упр.мак = Уобр.мак = √2У1(без трансформатора).

Рад кола за активно-индуктивно оптерећење

Р-Л оптерећење је типично за намотаје електричних апарата и намотаје поља електричних машина или када је на излазу исправљача уграђен индуктивни филтер. Утицај индуктивности утиче на облик криве струје оптерећења као и на просечне и ефективне вредности струје кроз вентиле и трансформатор. Што је већа индуктивност кола оптерећења, мања је компонента наизменичне струје.

Да бисмо поједноставили прорачуне, претпоставља се да је струја оптерећења савршено изглађена (Л→оо). Ово је легално када је ωНСЛ> 5Р, где је ωНС — кружна фреквенција излазног таласа исправљача. Ако је овај услов испуњен, грешка у прорачуну је безначајна и може се занемарити.

Временски дијаграми рада једнофазног мостног исправљача за активно-индуктивно оптерећење приказани су на Сл. девет.

Пиринач. 9. Шеме рада једнофазног мостног исправљача при раду на РЛ оптерећењу.

Да бисмо испитали процесе који се одвијају у шеми, издвојићемо три области рада.

1. а. Еквивалентно коло које одговара овом интервалу приказано је на Сл.десет.

Пиринач. 10. Еквивалентно коло исправљача

У разматраном интервалу енергија из мреже се претвара у топлоту у отпору Р и део се акумулира у електромагнетном пољу индуктивности.

2. α <θ < π. Еквивалентно коло које одговара овом интервалу приказано је на Сл. Једанаест.

Пиринач. 11. Еквивалентно коло исправљача за α <θ < π

У тренутку времена θ = δ ЕМФ самоиндукције еЛ = 0 јер струја достиже своју максималну вредност.

У овом интервалу, енергија акумулирана у индуктивности и потрошена у мрежи претвара се у топлоту у отпору Р.

3. π θ α + λ. Еквивалентно коло које одговара овом интервалу приказано је на Сл. 12.

Пиринач. 12. Еквивалентно коло исправљача на π θ α + λ

У овом интервалу део енергије акумулиране у индуктивном пољу претвара се у топлоту у отпору Р, а део се враћа у мрежу.

Дејство ЕМФ самоиндукције у 3. секцији доводи до појаве делова са негативним поларитетом на кривој коригованог ЕМФ-а, а различити предзнаци е и и указују да у овом интервалу долази до повратка електричне енергије. на мрежу.

Ако у тренутку θ = π + α енергија ускладиштена у индуктивности Л није у потпуности потрошена, тада ће струја и бити непрекидна. Када се у одређено време θ = π + α импулси отварања сервирају на тиристори ВС2 и ВС3, на које се са стране мреже доводи унапред напон, они се отварају и преко њих се доводи реверзни напон на радне ВС1 и ВС4 са на страни мреже, услед чега се затварају, овај тип комутације се назива природним.