Enfaslikriktare - scheman och driftprincip

En likriktare är en enhet utformad för att omvandla en ingående växelspänning till en likspänning. Likriktarens huvudmodul är en uppsättning vensågar som direkt omvandlar AC till DC-spänning.

Om det är nödvändigt att matcha nätverkets parametrar med parametrarna för belastningen, är likriktaruppsättningen ansluten till nätverket via en matchande transformator. Enligt antalet faser i försörjningsnätet är likriktare enfas och tre faser… Se mer information här — Klassificering av halvledarlikriktare… I den här artikeln kommer vi att överväga driften av enfaslikriktare.

Enfas halvvågslikriktare

Den enklaste likriktarkretsen är en enfas halvvågslikriktare (fig. 1).

Ris. 1. Schematisk beskrivning av en enfasstyrd halvvågslikriktare

Schematisk drift av R-lastlikriktaren visas i figur 2.

Ris. 2. Driftscheman för likriktaren för R-last

För att öppna tyristorn måste två villkor vara uppfyllda:

1) anodens potential måste vara högre än potentialen för katoden;

2) en öppningspuls måste appliceras på styrelektroden.

För denna krets är det samtidiga uppfyllandet av dessa villkor endast möjligt under positiva halvcykler av matningsspänningen. Ett pulsfaskontrollsystem (SIFU) bör endast bilda öppningspulser i positiva NSolunerioder av matningsspänningen.

När man ansöker om tyristor VS1 för öppningspulsen vid tidpunkten θ = α tyristor VS1 öppnar och matningsspänningen U appliceras på lasten1 under återstoden av den positiva halvcykeln (spänningsfallet framåt över ventilen ΔUv obetydligt jämfört med spänningen U1 (ΔUv = 1 — 2 V) ). Eftersom belastningen R — är aktiv, upprepar strömmen i belastningen spänningens form.

Vid slutet av den positiva halvcykeln kommer belastningsströmmen i och ventilen VS1 att minska till noll (θ = nπ), och spänningen U1 kommer att ändra tecken. Därför appliceras en omvänd spänning på tyristor VS1, under vars verkan den stänger och återställer dess kontrollegenskaper.

Sådan omkoppling av ventiler under påverkan av strömkällans spänning, som periodiskt ändrar sin polaritet, kallas naturlig.

Det kan ses av diagrammen att en förändring i en tråd leder till en förändring av en del av den positiva halvcykeln under vilken matningsspänningen appliceras på lasten, och därför leder detta till en reglering av effektförbrukningen. Injektion α karakteriserar fördröjningen i öppningsögonblicket för tyristorn jämfört med ögonblicket för dess naturliga öppning och kallas ventilens öppnings(kontroll)vinkel.

Emk- och likriktarströmmen är successiva segment av positiva halvsinusvågor, konstanta i riktning men inte konstanta i storlek, dvs. den likriktade EMF och ström har en periodisk pulserande karaktär. Och vilken periodisk funktion som helst kan utökas i Fourier-serien:

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

där E är den konstanta komponenten av den korrigerade EMF, en(T) — variabel komponent lika med summan av alla övertonskomponenter.

Således kan vi anta att en konstant EMF förvrängd av den variabla komponenten en (t) appliceras på lasten. Den permanenta komponenten i EMF E är den huvudsakliga egenskapen hos den likriktade EMF.

Processen att reglera belastningsspänningen genom att ändra den kallas faskontroll... Detta schema har flera nackdelar:

1) hög halt av högre övertoner i den korrigerade EMF;

2) stora krusningar av EMF och ström;

3) intermittent kretsdrift;

4) användning av låg kretsspänning (kche =0,45).

Likriktarens avbrottsströmsdrift är ett sådant läge i vilket strömmen i likriktarens belastningskrets avbryts, dvs. blir noll.

Enfas en-halvvågslikriktare vid drift på en aktiv-induktiv last

Tidsdiagrammen för halvvågslikriktardrift för RL-last visas i fig. 3.

Ris. 3. Diagram över halvvågslikriktardrift för RL-last

För att analysera processerna som äger rum i schemat, låt oss tilldela tre tidsintervall.

1. α <θ <δ… Den ekvivalenta kretsen som motsvarar detta intervall visas i fig. 4.

Re. 4. Ekvivalent krets för α <θ <δ

Enligt motsvarande schema:

Under detta tidsintervall förspänns eL (självinduktions-EMF) tillbaka till nätspänningen U1 och förhindrar en kraftig ökning av strömmen. Energin från nätet omvandlas till värme vid R och ackumuleras i det elektromagnetiska fältet med induktans L.

2. α <θ < π. Den ekvivalenta kretsen som motsvarar detta intervall visas i fig. 5.

Fikon. 5… Ekvivalent krets för α <θ < π

Vid detta intervall ändrade EMF för självinduktion eL sitt tecken (vid denna tidpunkt θ = δ).

Vid θ δ ändrar dL sitt tecken och tenderar att bibehålla strömmen i kretsen. Det är regisserat enligt U1. I detta intervall omvandlas energin från nätverket och ackumulerad i induktansfältet L till värme i R.

3. π θ α + λ. Den ekvivalenta kretsen som motsvarar detta intervall visas i fig. 6.

Ris. 6 Motsvarande krets

Vid någon tidpunkt θ = π ändrar linjespänningen U1 sin polaritet, men tyristorn VS1 förblir i det ledande tillståndet eftersom egL överskrider U1 och framspänningen bibehålls över tyristorn. Strömmen under inverkan av dL kommer att flyta genom lasten i samma riktning, medan energin som lagras i induktansfältet L inte kommer att förbrukas helt.

I detta intervall omvandlas en del av energin som ackumuleras i det induktiva fältet till värme i motståndet R, och en del överförs till nätverket. Processen att överföra energi från en likströmskrets till en växelströmskrets kallas inversion... Detta bevisas av de olika tecknen på e och i.

Strömflödets varaktighet i sektionen med negativ polaritet U1 beror på förhållandet mellan storheterna L och R (XL=ωL). Ju större förhållandet — ωL/R, desto längre varaktighet av strömflödet λ.

Om det finns en induktans i belastningskretsen L, så blir strömformen jämnare och strömmen flyter även i områden med negativ polaritet U1... I detta fall stänger inte tyristorn VS1 under övergången av spänningen U1 till 0 och för tillfället sjunker strömmen till noll. Om ωL/ R→oo, då i α = 0 λ → 2π.

Principen för drift av en enfas brygglikriktare i kontinuerligt läge vid drift av aktiva och aktiva induktiva laster

Strömkretsen för en enfas brygglikriktare visas i fig. 7, och tidsdiagrammen för dess arbete på den aktiva lasten visas i fig. åtta.

Ventilbryggan (fig. 7) innehåller två grupper av ventiler — katod (udda ventiler) och anod (jämna ventiler). I bryggkretsen bärs ström samtidigt av två ventiler - en från katodgruppen och en från anodgruppen.

Som framgår av fig. 7 slås grindarna på så att under de positiva halvcyklerna av spänningen U2 flyter strömmen genom grindarna VS1 och VS4, och under de negativa halvcyklerna genom grindarna VS2 och VS3. Vi gör antagandet att ventilerna och transformatorn är idealiska, d.v.s. Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.

Ris. 7. Schema för en enfas brygglikriktare

Ris. 8. Driftscheman för en enfas bryggstyrd likriktare på en resistiv belastning

I denna krets leder ett par tyristorer VS1 och VS4 ström i positiva halvcykler U2 och VS2 och VS3 i negativa vid varje tidpunkt. När alla tyristorer är stängda appliceras halva matningsspänningen på var och en av dem.

Vid θ =α öppna VS1 och VS4 och lasten börjar strömma genom de öppna VS1 och VS4. De tidigare VS2 och VS3 arbetar med full nätspänning i motsatt riktning.När v = l- ändrar U2 tecken och eftersom lasten är aktiv blir strömmen noll och backspänning läggs på VS1 och VS4 och de stänger.

Vid θ =π +α öppnas tyristorerna VS2 och VS3 och belastningsströmmen fortsätter att flyta i samma riktning. Strömmen i denna krets vid L = 0 har en intermittent karaktär, och endast vid α = 0 kommer strömmen att vara marginellt kontinuerlig.

Kontinuerligt gränsläge är ett läge där strömmen vid vissa tidpunkter minskar till noll, men inte avbryts.

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

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

Kretsdrift för en aktiv-induktiv last

R-L-belastningen är typisk för lindningar av elektriska apparater och fältlindningar på elektriska maskiner eller när ett induktivt filter är installerat vid utgången av likriktaren. Induktansens inverkan påverkar formen på belastningsströmkurvan samt medelvärdena och effektiva värden för strömmen genom ventilerna och transformatorn. Ju högre induktans belastningskretsen har, desto lägre växelströmskomponent.

För att förenkla beräkningarna antas det att lastströmmen är perfekt utjämnad (L→oo). Detta är lagligt när ωNSL> 5R, där ωNS — den cirkulära frekvensen för likriktarens utgångsrippel. Om detta villkor är uppfyllt är räknefelet obetydligt och kan ignoreras.

Tidsdiagrammen för driften av en enfas brygglikriktare för en aktiv-induktiv last visas i fig. nio.

Ris. 9. Driftscheman för en enfas brygglikriktare vid drift på en RL-last

För att undersöka de processer som äger rum i schemat kommer vi att separera tre arbetsområden.

1. a. Den ekvivalenta kretsen som motsvarar detta intervall visas i fig.tio.

Ris. 10. Motsvarande krets för en likriktare

I det betraktade intervallet omvandlas energin från nätverket till värme i motståndet R och en del ackumuleras i induktansens elektromagnetiska fält.

2. α <θ < π. Den ekvivalenta kretsen som motsvarar detta intervall visas i fig. elva.

Ris. 11. Likriktarens ekvivalentkrets för α <θ < π

Vid ett ögonblick i tiden θ = δ EMF för självinduktion eL = 0 eftersom strömmen når sitt maximala värde.

I detta intervall omvandlas energin som ackumuleras i induktansen och förbrukas av nätverket till värme i motståndet R.

3. π θ α + λ. Den ekvivalenta kretsen som motsvarar detta intervall visas i fig. 12.

Ris. 12. Likriktarens ekvivalent krets vid π θ α + λ

I detta intervall omvandlas en del av energin som ackumuleras i det induktiva fältet till värme i motståndet R, och en del återförs till nätverket.

Effekten av självinduktionens EMF i den 3:e sektionen leder till uppkomsten av sektioner med negativ polaritet i kurvan för den korrigerade EMF, och de olika tecknen på e och i indikerar att det i detta intervall sker en återgång av elektrisk energi till nätverket.

Om vid tiden θ = π + α energin som är lagrad i induktansen L inte är helt förbrukad, kommer strömmen i att vara kontinuerlig. När vid en viss tidpunkt θ = π + α öppningspulser matas till tyristorerna VS2 och VS3, till vilka en framåtspänning tillförs från nätverkssidan, öppnas de och genom dem anbringas en omvänd spänning till de drivande VS1 och VS4 från nätverkssidan, som ett resultat av vilket de stänger, kallas denna typ av omkoppling naturlig.