Redresoare monofazate - scheme și principiu de funcționare

Un redresor este un dispozitiv conceput pentru a converti o tensiune de intrare AC într-o tensiune de curent continuu. Modulul principal al redresorului este un set de ferăstrău pentru vene care convertește direct tensiunea AC în DC.

Dacă este necesar să se potrivească parametrii rețelei cu parametrii sarcinii, setul de redresor este conectat la rețea printr-un transformator de potrivire. În funcție de numărul de faze ale rețelei de alimentare, redresoarele sunt monofazate și trei faze… Vezi mai multe detalii aici — Clasificarea redresoarelor cu semiconductor… În acest articol vom lua în considerare funcționarea redresoarelor monofazate.

Redresor monofazat semiundă

Cel mai simplu circuit redresor este un redresor monofazat cu semiundă (Fig. 1).

Orez. 1. Schema unui redresor cu semiundă controlat monofazat

Schemele de funcționare ale redresorului cu sarcină R sunt prezentate în Figura 2.

Orez. 2. Scheme de funcționare a redresorului pentru sarcină R

Pentru a deschide tiristorul, trebuie îndeplinite două condiții:

1) potentialul anodului trebuie sa fie mai mare decat potentialul catodului;

2) trebuie aplicat un impuls de deschidere electrodului de control.

Pentru acest circuit, îndeplinirea simultană a acestor condiții este posibilă numai în timpul semiciclurilor pozitive ale tensiunii de alimentare. Un sistem de control al fazei impulsurilor (SIFU) ar trebui să formeze impulsuri de deschidere numai în NSoluneriod pozitive ale tensiunii de alimentare.

Când aplicați pentru tiristor VS1 al impulsului de deschidere în momentul de timp θ = α tiristor VS1 se deschide și tensiunea de alimentare U este aplicată sarcinii1 în restul semiciclului pozitiv (căderea de tensiune directă pe supapă ΔUv nesemnificativă în comparație cu tensiunea U1 (ΔUv). = 1 — 2 V) ). Deoarece sarcina R - activă, atunci curentul din sarcină repetă forma tensiunii.

La sfârșitul semiciclului pozitiv, curentul de sarcină i și supapa VS1 vor scădea la zero (θ = nπ), iar tensiunea U1 își va schimba semnul. Prin urmare, tiristorului VS1 i se aplică o tensiune inversă, sub acțiunea căreia se închide și își restabilește proprietățile de control.

O astfel de comutare a supapelor sub influența tensiunii sursei de alimentare, care își schimbă periodic polaritatea, se numește naturală.

Din diagrame se poate observa că o modificare a unui fir duce la o modificare a unei părți a semiciclului pozitiv în timpul căruia tensiunea de alimentare este aplicată sarcinii și, prin urmare, aceasta duce la o reglare a consumului de energie. Injecția α caracterizează întârzierea în momentul deschiderii tiristorului față de momentul deschiderii sale naturale și se numește unghiul de deschidere (control) al supapei.

FEM și curentul redresor sunt segmente succesive de unde semisinusoidale pozitive, constante în direcție, dar nu constante în mărime, de exemplu. EMF rectificat şi curentul au un caracter pulsatoriu periodic. Și orice funcție periodică poate fi extinsă în seria Fourier:

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

unde E este componenta constantă a FEM corectată, en(T) — componentă variabilă egală cu suma tuturor componentelor armonice.

Astfel, putem presupune că la sarcină se aplică o FEM constantă distorsionată de componenta variabilă en (t). Componenta permanentă a EMF E este principala caracteristică a EMF rectificată.

Procesul de reglare a tensiunii de sarcină prin schimbarea acesteia se numește control de fază... Această schemă are mai multe dezavantaje:

1) conținut ridicat de armonici superioare în EMF corectat;

2) ondulații mari de EMF și curent;

3) funcționare intermitentă a circuitului;

4) utilizarea tensiunii joase a circuitului (kche =0,45).

Modul de funcționare a curentului de întrerupere a redresorului este un astfel de mod în care curentul din circuitul de sarcină al redresorului este întrerupt, adică. devine zero.

Redresor monofazat cu jumătate de undă atunci când funcționează pe o sarcină activ-inductivă

Diagramele de timp ale funcționării redresorului cu jumătate de undă pentru sarcina RL sunt prezentate în Fig. 3.

Orez. 3. Diagrame de funcționare a redresorului cu jumătate de undă pentru sarcina RL

Pentru a analiza procesele care au loc în schemă, să alocăm trei intervale de timp.

1. α <θ <δ… Circuitul echivalent corespunzător acestui interval este prezentat în fig. 4.

Re. 4. Circuit echivalent pentru α <θ <δ

Conform schemei echivalente:

În acest interval de timp eL (EMF de auto-inducție) este polarizat înapoi la tensiunea rețelei U1 și previne o creștere bruscă a curentului. Energia din rețea este convertită în căldură la R și este acumulată în câmpul electromagnetic cu inductanța L.

2. α <θ < π. Circuitul echivalent corespunzător acestui interval este prezentat în Fig. 5.

Smochin. 5… Circuit echivalent pentru α <θ < π

La acest interval, EMF de auto-inducție eL și-a schimbat semnul (în acest moment θ = δ).

La θ δ dL își schimbă semnul și tinde să mențină curentul în circuit. Este regizat conform U1. În acest interval, energia din rețea și acumulată în câmpul inductanței L este transformată în căldură în R.

3. π θ α + λ. Circuitul echivalent corespunzător acestui interval este prezentat în Fig. 6.

Orez. 6 Circuit echivalent

La un moment dat în timp θ = π tensiunea de linie U1 își schimbă polaritatea, dar tiristorul VS1 rămâne în starea conducătoare deoarece egL depășește U1 și tensiunea directă este menținută pe tiristor. Curentul sub acțiunea dL va circula prin sarcină în aceeași direcție, în timp ce energia stocată în câmpul inductanței L nu va fi consumată complet.

În acest interval, o parte din energia acumulată în câmpul inductiv este convertită în căldură în rezistența R, iar o parte este transmisă în rețea. Procesul de transfer de energie de la un circuit de curent continuu la un circuit de curent alternativ se numește inversie... Acest lucru este evidențiat de diferitele semne ale lui e și i.

Durata fluxului de curent în secțiunea cu polaritate negativă U1 depinde de raportul dintre mărimile L și R (XL=ωL). Cu cât raportul — ωL/R este mai mare, cu atât durata fluxului de curent λ este mai mare.

Dacă există o inductanță în circuitul de sarcină L, atunci forma curentului devine mai netedă și curentul curge chiar și în zonele cu polaritate negativă U1... În acest caz, tiristorul VS1 nu se închide în timpul tranziției tensiunii U1 la 0 iar momentan curentul scade la zero. Dacă ωL/ R→oo, atunci în α = 0 λ → 2π.

Principiul funcționării unui redresor cu punte monofazat în modul continuu atunci când se operează sarcini active și activ-inductive

Circuitul de putere al unui redresor cu punte monofazat este prezentat în Fig. 7, iar diagramele temporale ale lucrului său asupra sarcinii active sunt prezentate în fig. opt.

Puntea de supape (Fig. 7) conține două grupuri de supape - catod (supape impare) și anod (supape pare). În circuitul de punte, curentul este transportat simultan de două supape - una din grupul catodic și una din grupul anod.

După cum se poate observa din fig. 7, porțile sunt pornite astfel încât în ​​timpul semiciclurilor pozitive ale tensiunii U2, curentul să circule prin porțile VS1 și VS4, iar în timpul semiciclurilor negative prin porțile VS2 și VS3. Presupunem că supapele și transformatorul sunt ideale, adică. Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.

Orez. 7. Schema unui redresor în punte monofazat

Orez. 8. Scheme de funcționare a unui redresor monofazat controlat în punte pe o sarcină rezistivă

În acest circuit, în orice moment de timp, o pereche de tiristoare VS1 și VS4 conduce curentul în semicicluri pozitive U2 și VS2 și VS3 în negativ. Când toate tiristoarele sunt închise, jumătate din tensiunea de alimentare este aplicată fiecăruia dintre ele.

La θ =α deschideți VS1 și VS4 și sarcina începe să curgă prin VS1 și VS4 deschise. VS2 și VS3 anterioare funcționează la tensiunea de rețea completă în sens invers.Când v = l-, U2 își schimbă semnul și deoarece sarcina este activă, curentul devine zero și se aplică tensiune inversă la VS1 și VS4 și se închid.

La θ =π +α tiristoarele VS2 și VS3 se deschid și curentul de sarcină continuă să circule în aceeași direcție. Curentul din acest circuit la L = 0 are un caracter intermitent și numai la α= 0 curentul va fi marginal continuu.

Modul continuu limită este un mod în care curentul în anumite momente scade la zero, dar nu este întrerupt.

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

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

Funcționarea circuitului pentru o sarcină activ-inductivă

Sarcina R-L este tipică pentru înfășurările aparatelor electrice și înfășurările de câmp ale mașinilor electrice sau atunci când un filtru inductiv este instalat la ieșirea redresorului. Influența inductanței afectează forma curbei curentului de sarcină, precum și valorile medii și efective ale curentului prin supape și transformator. Cu cât este mai mare inductanța circuitului de sarcină, cu atât componenta curentului alternativ este mai mică.

Pentru a simplifica calculele, se presupune că curentul de sarcină este perfect netezit (L→oo). Acest lucru este legal atunci când ωNSL> 5R, unde ωNS — frecvența circulară a ondulației de ieșire a redresorului. Dacă această condiție este îndeplinită, eroarea de calcul este nesemnificativă și poate fi ignorată.

Diagramele de timp ale funcționării unui redresor cu punte monofazat pentru o sarcină activ-inductivă sunt prezentate în Fig. nouă.

Orez. 9. Scheme de funcționare a unui redresor monofazat în punte când funcționează pe o sarcină RL

Pentru a examina procesele care au loc în schemă, vom separa trei domenii de lucru.

1. a. Circuitul echivalent corespunzător acestui interval este prezentat în Fig.zece.

Orez. 10. Circuit echivalent al unui redresor

În intervalul considerat, energia din rețea este convertită în căldură în rezistența R și o parte se acumulează în câmpul electromagnetic al inductanței.

2. α <θ < π. Circuitul echivalent corespunzător acestui interval este prezentat în Fig. unsprezece.

Orez. 11. Circuitul echivalent al redresorului pentru α <θ < π

La un moment de timp θ = δ EMF de autoinducție eL = 0 deoarece curentul atinge valoarea maximă.

În acest interval, energia acumulată în inductanță și consumată de rețea este transformată în căldură în rezistența R.

3. π θ α + λ. Circuitul echivalent corespunzător acestui interval este prezentat în Fig. 12.

Orez. 12. Circuitul echivalent al redresorului la π θ α + λ

În acest interval, o parte din energia acumulată în câmpul inductiv este convertită în căldură în rezistența R, iar o parte este returnată în rețea.

Acțiunea EMF de autoinducție în secțiunea a 3-a duce la apariția secțiunilor cu polaritate negativă în curba EMF corectată, iar semnele diferite ale lui e și i indică faptul că în acest interval are loc o revenire a energiei electrice. la rețea.

Dacă la momentul θ = π + α energia stocată în inductanța L nu este consumată complet, atunci curentul i va fi continuu. Când la un anumit moment θ = π + α impulsuri de deschidere sunt servite tiristoarelor VS2 și VS3, cărora le este furnizată o tensiune directă din partea rețelei, acestea se deschid și prin ele se aplică o tensiune inversă la VS1 și VS4 de funcționare de la partea de rețea, în urma căreia se închid, acest tip de comutare se numește naturală.