Single-phase rectifier - mga scheme at prinsipyo ng operasyon

Ang isang rectifier ay isang aparato na idinisenyo upang i-convert ang isang input AC boltahe sa isang DC boltahe. Ang pangunahing module ng rectifier ay isang hanay ng mga vein saws na direktang nagko-convert ng AC sa DC boltahe.

Kung kinakailangan upang tumugma sa mga parameter ng network sa mga parameter ng pag-load, ang rectifier set ay konektado sa network sa pamamagitan ng isang pagtutugma ng transpormer. Ayon sa bilang ng mga phase ng network ng supply, ang mga rectifier ay single-phase at tatlong yugto… Tingnan ang higit pang mga detalye dito — Pag-uuri ng mga semiconductor rectifier… Sa artikulong ito isasaalang-alang natin ang pagpapatakbo ng mga single-phase rectifier.

Single-phase half-wave rectifier

Ang pinakasimpleng rectifier circuit ay isang single-phase half-wave rectifier (Fig. 1).

kanin. 1. Schematic ng isang single-phase na kinokontrol na half-wave rectifier

Ang mga scheme ng pagpapatakbo ng R-load rectifier ay ipinapakita sa Figure 2.

kanin. 2. Mga scheme ng pagpapatakbo ng rectifier para sa R-load

Upang buksan ang thyristor, dalawang kondisyon ang dapat matugunan:

1) ang potensyal ng anode ay dapat na mas mataas kaysa sa potensyal ng katod;

2) ang isang pambungad na pulso ay dapat ilapat sa control electrode.

Para sa circuit na ito, ang sabay-sabay na katuparan ng mga kundisyong ito ay posible lamang sa panahon ng positibong kalahating cycle ng supply boltahe. Ang isang pulse phase control system (SIFU) ay dapat bumuo ng mga pambungad na pulso lamang sa mga positibong NSoluneriod ng supply boltahe.

Kapag nag-a-apply para sa thyristor VS1 ng pagbubukas ng pulso sa sandali ng oras θ = α thyristor VS1 ay bubukas at ang supply boltahe U ay inilapat sa load1 sa panahon ng natitirang bahagi ng positibong kalahating cycle (pasulong na pagbaba ng boltahe sa balbula ΔUv ay hindi gaanong mahalaga kumpara sa boltahe U1 (ΔUv = 1 — 2 V) ). Dahil ang load R - aktibo, pagkatapos ay ang kasalukuyang sa load ay inuulit ang hugis ng boltahe.

Sa pagtatapos ng positibong kalahating ikot, ang kasalukuyang load i at ang balbula VS1 ay bababa sa zero (θ = nπ), at ang boltahe U1 ay magbabago sa tanda nito. Samakatuwid, ang isang reverse boltahe ay inilalapat sa thyristor VS1, sa ilalim ng pagkilos kung saan ito nagsasara at nagpapanumbalik ng mga katangian ng kontrol nito.

Ang ganitong paglipat ng mga balbula sa ilalim ng impluwensya ng boltahe ng pinagmumulan ng kapangyarihan, na pana-panahong nagbabago sa polarity nito, ay tinatawag na natural.

Makikita mula sa mga diagram na ang isang pagbabago sa isang wire ay humahantong sa isang pagbabago sa bahagi ng positibong kalahating siklo kung saan ang supply boltahe ay inilalapat sa pagkarga, at samakatuwid ito ay humahantong sa isang regulasyon ng pagkonsumo ng kuryente. Inilalarawan ng iniksyon α ang pagkaantala sa sandali ng pagbubukas ng thyristor kumpara sa sandali ng natural na pagbubukas nito at tinatawag na anggulo ng pagbubukas (kontrol) ng balbula.

Ang emf at rectifier current ay sunud-sunod na mga segment ng positive half-sine waves, pare-pareho sa direksyon ngunit hindi pare-pareho sa magnitude, i.e. ang rectified EMF at kasalukuyang may periodic pulsating character. At anumang pana-panahong pag-andar ay maaaring mapalawak sa serye ng Fourier:

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

kung saan ang E ay ang pare-parehong bahagi ng itinamang EMF, en(T) — variable component na katumbas ng kabuuan ng lahat ng harmonic na bahagi.

Kaya, maaari nating ipagpalagay na ang isang pare-parehong EMF na na-distort ng variable na bahagi en (t) ay inilalapat sa pagkarga. Ang permanenteng bahagi ng EMF E ay ang pangunahing katangian ng rectified EMF.

Ang proseso ng pag-regulate ng load voltage sa pamamagitan ng pagpapalit nito ay tinatawag na phase control... Ang scheme na ito ay may ilang mga disadvantages:

1) mataas na nilalaman ng mas mataas na harmonika sa naitama na EMF;

2) malalaking ripples ng EMF at kasalukuyang;

3) intermittent circuit operation;

4) paggamit ng mababang boltahe ng circuit (kche = 0.45).

Ang nakakaabala na kasalukuyang mode ng pagpapatakbo ng rectifier ay tulad ng isang mode kung saan ang kasalukuyang sa load circuit ng rectifier ay nagambala, i.e. nagiging zero.

Single-phase single-half-wave rectifier kapag gumagana sa isang active-inductive load

Ang mga timing diagram ng half-wave rectifier operation para sa RL-load ay ipinapakita sa Fig. 3.

kanin. 3. Mga diagram ng operasyon ng half-wave rectifier para sa RL-load

Upang pag-aralan ang mga prosesong nagaganap sa scheme, maglaan tayo ng tatlong agwat ng oras.

1. α <θ <δ… Ang katumbas na circuit na naaayon sa interval na ito ay ipinapakita sa fig. 4.

Re. 4. Katumbas na circuit para sa α <θ <δ

Ayon sa katumbas na pamamaraan:

Sa panahong ito, ang eL (self-induction EMF) ay pinapanigang pabalik sa grid voltage U1 at pinipigilan ang isang matalim na pagtaas sa kasalukuyang. Ang enerhiya mula sa network ay na-convert sa init sa R ​​at naipon sa electromagnetic field na may inductance L.

2. α <θ < π. Ang katumbas na circuit na naaayon sa agwat na ito ay ipinapakita sa Fig. 5.

Fig. 5… Katumbas na circuit para sa α <θ < π

Sa pagitan na ito, binago ng EMF ng self-induction eL ang tanda nito (sa oras na ito θ = δ).

Sa θ δ dL nagbabago ang sign nito at may posibilidad na mapanatili ang kasalukuyang sa circuit. Ito ay nakadirekta ayon sa U1. Sa agwat na ito, ang enerhiya mula sa network at naipon sa larangan ng inductance L ay na-convert sa init sa R.

3. π θ α + λ. Ang katumbas na circuit na naaayon sa agwat na ito ay ipinapakita sa Fig. 6.

kanin. 6 Katumbas na circuit

Sa ilang mga punto sa oras θ = π binabago ng line voltage U1 ang polarity nito, ngunit ang thyristor VS1 ay nananatili sa conducting state dahil ang egL ay lumampas sa U1 at ang pasulong na boltahe ay pinananatili sa kabuuan ng thyristor. Ang kasalukuyang sa ilalim ng pagkilos ng dL ay dadaloy sa pagkarga sa parehong direksyon, habang ang enerhiya na nakaimbak sa larangan ng inductance L ay hindi ganap na mauubos.

Sa agwat na ito, ang bahagi ng enerhiya na naipon sa inductive field ay na-convert sa init sa paglaban R, at ang bahagi ay ipinadala sa network. Ang proseso ng paglilipat ng enerhiya mula sa isang DC circuit patungo sa isang AC circuit ay tinatawag na inversion... Ito ay pinatutunayan ng iba't ibang mga palatandaan ng e at i.

Ang tagal ng kasalukuyang daloy sa seksyong may negatibong polarity U1 ay depende sa ratio sa pagitan ng mga dami L at R (XL=ωL). Kung mas malaki ang ratio — ωL/ R, mas malaki ang tagal ng kasalukuyang daloy λ.

Kung mayroong isang inductance sa load circuit L, kung gayon ang kasalukuyang hugis ay nagiging mas makinis at ang kasalukuyang dumadaloy kahit na sa mga lugar ng negatibong polarity U1... Sa kasong ito, ang thyristor VS1 ay hindi nagsasara sa panahon ng paglipat ng boltahe U1 hanggang 0 at sa sandaling ang kasalukuyang ay bumaba sa zero. Kung ωL/ R→oo, pagkatapos ay sa α = 0 λ → 2π.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang single-phase bridge rectifier sa tuloy-tuloy na mode kapag nagpapatakbo ng aktibo at aktibong-inductive load

Ang power circuit ng isang single-phase bridge rectifier ay ipinapakita sa Fig. 7, at ang mga diagram ng oras ng trabaho nito sa aktibong pagkarga ay ipinapakita sa fig. walo.

Ang tulay ng balbula (Larawan 7) ay naglalaman ng dalawang grupo ng mga balbula - cathode (mga kakaibang balbula) at anode (kahit na mga balbula). Sa circuit ng tulay, ang kasalukuyang ay dinadala nang sabay-sabay sa pamamagitan ng dalawang balbula - isa mula sa pangkat ng cathode at isa mula sa pangkat ng anode.

Gaya ng makikita mula sa fig. 7, ang mga gate ay naka-on upang sa panahon ng positibong kalahating cycle ng boltahe U2, ang kasalukuyang dumadaloy sa mga gate VS1 at VS4, at sa panahon ng negatibong kalahating cycle sa pamamagitan ng gate VS2 at VS3. Ginagawa namin ang pagpapalagay na ang mga balbula at ang transpormer ay perpekto, i.e. Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.

kanin. 7. Scheme ng isang single-phase bridge rectifier

kanin. 8. Mga scheme ng pagpapatakbo ng isang single-phase bridge-controlled rectifier sa isang resistive load

Sa circuit na ito, sa anumang sandali ng oras, ang isang pares ng thyristors VS1 at VS4 ay nagsasagawa ng kasalukuyang sa positibong kalahating cycle na U2 at VS2 at VS3 sa negatibo. Kapag ang lahat ng thyristor ay sarado, kalahati ng supply boltahe ay inilalapat sa bawat isa sa kanila.

Sa θ =α buksan ang VS1 at VS4 at magsisimulang dumaloy ang load sa bukas na VS1 at VS4. Ang nakaraang VS2 at VS3 ay gumagana sa buong boltahe ng mains sa reverse direksyon.Kapag v = l-, ang U2 ay nagbabago ng sign at dahil aktibo ang load, nagiging zero ang kasalukuyang at ang reverse boltahe ay inilalapat sa VS1 at VS4 at nagsasara sila.

Sa θ =π +α thyristors VS2 at VS3 bukas at ang load current ay patuloy na dumadaloy sa parehong direksyon. Ang kasalukuyang sa circuit na ito sa L = 0 ay may pasulput-sulpot na karakter, at sa α= 0 lamang ang kasalukuyang magiging bahagyang tuloy-tuloy.

Ang limit na tuloy-tuloy na mode ay isang mode kung saan ang kasalukuyang sa ilang sandali ng oras ay bumababa sa zero, ngunit hindi naaantala.

Upr.max = Uobr.max = √2U2(may transpormer),

Upr.max = Uobr.max = √2U1(walang transpormer).

Circuit operation para sa active-inductive load

Ang R-L load ay tipikal ng windings ng electrical apparatus at field windings ng mga electrical machine o kapag may inductive filter na naka-install sa output ng rectifier. Ang impluwensya ng inductance ay nakakaapekto sa hugis ng load current curve pati na rin ang average at epektibong mga halaga ng kasalukuyang sa pamamagitan ng mga valve at transpormer. Kung mas mataas ang inductance ng load circuit, mas mababa ang alternating current component.

Upang gawing simple ang mga kalkulasyon, ipinapalagay na ang kasalukuyang load ay perpektong pinakinis (L→oo). Ito ay legal kapag ωNSL> 5R, kung saan ωNS — ang pabilog na frequency ng rectifier output ripple. Kung matugunan ang kundisyong ito, ang error sa pagkalkula ay hindi gaanong mahalaga at maaaring balewalain.

Ang mga timing diagram ng pagpapatakbo ng isang single-phase bridge rectifier para sa isang active-inductive load ay ipinapakita sa Fig. siyam.

kanin. 9. Mga scheme ng pagpapatakbo ng isang single-phase bridge rectifier kapag nagpapatakbo sa isang RL load

Upang suriin ang mga prosesong nagaganap sa scheme, paghihiwalayin natin ang tatlong lugar ng trabaho.

1. a. Ang katumbas na circuit na naaayon sa agwat na ito ay ipinapakita sa Fig.sampu.

kanin. 10. Katumbas na circuit ng isang rectifier

Sa isinasaalang-alang na agwat, ang enerhiya mula sa network ay na-convert sa init sa paglaban R at isang bahagi ay naipon sa electromagnetic field ng inductance.

2. α <θ < π. Ang katumbas na circuit na naaayon sa agwat na ito ay ipinapakita sa Fig. labing-isa.

kanin. 11. Katumbas na circuit ng rectifier para sa α <θ < π

Sa isang sandali sa oras θ = δ ang EMF ng self-induction eL = 0 dahil ang kasalukuyang umabot sa pinakamataas na halaga nito.

Sa agwat na ito, ang enerhiya na naipon sa inductance at natupok ng network ay na-convert sa init sa paglaban ng R.

3. π θ α + λ. Ang katumbas na circuit na naaayon sa agwat na ito ay ipinapakita sa Fig. 12.

kanin. 12. Katumbas na circuit ng rectifier sa π θ α + λ

Sa agwat na ito, ang bahagi ng enerhiya na naipon sa inductive field ay na-convert sa init sa resistance R, at ang bahagi ay ibinalik sa network.

Ang pagkilos ng EMF ng self-induction sa ika-3 seksyon ay humahantong sa hitsura ng mga seksyon na may negatibong polarity sa curve ng naitama na EMF, at ang iba't ibang mga palatandaan ng e at i ay nagpapahiwatig na sa pagitan na ito ay may pagbabalik ng elektrikal na enerhiya. sa network.

Kung sa oras na θ = π + α ang enerhiya na nakaimbak sa inductance L ay hindi ganap na natupok, kung gayon ang kasalukuyang i ay magiging tuluy-tuloy. Kapag sa isang tiyak na oras θ = π + α pagbubukas pulses ay inihatid sa thyristors VS2 at VS3, kung saan ang isang pasulong na boltahe ay ibinibigay mula sa gilid ng network, sila ay bubukas at sa pamamagitan ng mga ito ang isang reverse boltahe ay inilapat sa operating VS1 at VS4 mula sa bahagi ng network, bilang isang resulta kung saan sila nagsasara, ang ganitong uri ng paglipat ay tinatawag na natural.