Vienfāzes taisngrieži - shēmas un darbības princips

Taisngriezis ir ierīce, kas paredzēta, lai pārveidotu ieejas maiņstrāvas spriegumu līdzstrāvas spriegumā. Galvenais taisngrieža modulis ir vēnu zāģu komplekts, kas tieši pārveido maiņstrāvu līdzstrāvas spriegumā.

Ja ir nepieciešams saskaņot tīkla parametrus ar slodzes parametriem, taisngriežu komplekts tiek savienots ar tīklu caur atbilstošo transformatoru. Atbilstoši piegādes tīkla fāžu skaitam taisngrieži ir vienfāzes un trīs fāzes… Sīkāku informāciju skatīt šeit — Pusvadītāju taisngriežu klasifikācija… Šajā rakstā mēs apskatīsim vienfāzes taisngriežu darbību.

Vienfāzes pusviļņu taisngriezis

Vienkāršākā taisngrieža ķēde ir vienfāzes pusviļņu taisngriezis (1. att.).

Rīsi. 1. Vienfāzes vadāma pusviļņa taisngrieža shēma

R-slodzes taisngrieža darbības shēma ir parādīta 2. attēlā.

Rīsi. 2. R-slodzes taisngrieža darbības shēmas

Lai atvērtu tiristoru, ir jāievēro divi nosacījumi:

1) anoda potenciālam jābūt lielākam par katoda potenciālu;

2) vadības elektrodam jāpieliek atvēršanas impulss.

Šai ķēdei šo nosacījumu vienlaicīga izpilde ir iespējama tikai barošanas sprieguma pozitīvos pusciklos. Impulsu fāzes kontroles sistēmai (SIFU) ir jāveido atvēršanas impulsi tikai barošanas sprieguma pozitīvos NSoluneropos.

Piesakoties uz tiristoru Atvēršanās impulsa VS1 brīdī θ = α tiristors VS1 atveras un slodzei1 tiek pielikts barošanas spriegums U atlikušajā pozitīvā puscikla daļā (priekšējais sprieguma kritums vārstā ΔUv nenozīmīgs salīdzinājumā ar spriegumu U1 (ΔUv). = 1 — 2 V) ). Tā kā slodze R ir aktīva, tad strāva slodzē atkārto sprieguma formu.

Pozitīvā pusperioda beigās slodzes strāva i un vārsts VS1 samazināsies līdz nullei (θ = nπ), un spriegums U1 mainīs savu zīmi. Tāpēc tiristoram VS1 tiek pielikts apgrieztais spriegums, kura darbības rezultātā tas aizveras un atjauno vadības īpašības.

Šādu vārstu pārslēgšanu strāvas avota sprieguma ietekmē, kas periodiski maina polaritāti, sauc par dabisku.

No diagrammām var redzēt, ka izmaiņas vienā vadā izraisa izmaiņas pozitīvā pusperioda daļā, kura laikā slodzei tiek pielikts barošanas spriegums, un tāpēc tas noved pie elektroenerģijas patēriņa regulēšanas. Iesmidzināšana α raksturo tiristora atvēršanās momenta aizkavi, salīdzinot ar tā dabiskās atvēršanas brīdi, un to sauc par vārsta atvēršanas (vadības) leņķi.

EMF un taisngrieža strāva ir secīgi pozitīvu pussinusa viļņu segmenti, kuru virziens ir nemainīgs, bet lielums nav nemainīgs, t.i. rektificētajam EML un strāvai ir periodiski pulsējošs raksturs. Un jebkuru periodisko funkciju var paplašināt Furjē sērijā:

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

kur E ir koriģētā EMF konstante komponents, en(T) — mainīgā komponente, kas vienāda ar visu harmonisko komponentu summu.

Tādējādi mēs varam pieņemt, ka slodzei tiek piemērots nemainīgs EML, ko izkropļo mainīgā komponente en (t). EML pastāvīgā sastāvdaļa E ir galvenā rektificētā EML īpašība.

Slodzes sprieguma regulēšanas procesu, mainot to, sauc par fāzes vadību... Šai shēmai ir vairāki trūkumi:

1) augsts augstāko harmoniku saturs koriģētajā EML;

2) lieli EML un strāvas viļņi;

3) neregulāra ķēdes darbība;

4) zema ķēdes sprieguma izmantošana (kche =0,45).

Taisngrieža pārtraucošās strāvas darbības režīms ir tāds režīms, kurā tiek pārtraukta strāva taisngrieža slodzes ķēdē, t.i. kļūst par nulli.

Vienfāzes vienfāzes pusviļņa taisngriezis, strādājot ar aktīvo-induktīvo slodzi

Pusviļņa taisngrieža darbības laika diagrammas RL slodzei ir parādītas attēlā. 3.

Rīsi. 3. Pusviļņu taisngrieža darbības diagrammas RL slodzei

Lai analizētu shēmā notiekošos procesus, piešķirsim trīs laika intervālus.

1. α <θ <δ… Šim intervālam atbilstošā ekvivalentā ķēde ir parādīta att. 4.

Re. 4. Ekvivalenta ķēde α <θ <δ

Saskaņā ar līdzvērtīgu shēmu:

Šajā laika intervālā eL (pašindukcijas EMF) tiek novirzīts atpakaļ uz tīkla spriegumu U1 un novērš strauju strāvas palielināšanos. Enerģija no tīkla tiek pārvērsta siltumā pie R un tiek uzkrāta elektromagnētiskajā laukā ar induktivitāti L.

2. α <θ < π. Šim intervālam atbilstošā ekvivalentā ķēde ir parādīta attēlā. 5.

att. 5… Ekvivalenta ķēde α <θ < π

Šajā intervālā pašindukcijas EMF eL mainīja savu zīmi (šobrīd θ = δ).

Pie θ δ dL maina savu zīmi un mēdz uzturēt strāvu ķēdē. Tas ir režisēts saskaņā ar U1. Šajā intervālā enerģija no tīkla un uzkrāta induktivitātes L laukā tiek pārvērsta siltumā R.

3. π θ α + λ. Šim intervālam atbilstošā ekvivalentā ķēde ir parādīta attēlā. 6.

Rīsi. 6 Ekvivalenta ķēde

Kādā brīdī θ = π līnijas spriegums U1 maina savu polaritāti, bet tiristors VS1 paliek vadošā stāvoklī, jo egL pārsniedz U1 un pāri tiristoram tiek uzturēts tiešais spriegums. Strāva dL iedarbībā caur slodzi plūdīs tajā pašā virzienā, savukārt enerģija, kas uzkrāta induktivitātes L laukā, netiks pilnībā patērēta.

Šajā intervālā daļa no induktīvā laukā uzkrātās enerģijas tiek pārvērsta siltumā pretestībā R, un daļa tiek pārraidīta uz tīklu. Enerģijas pārnešanas procesu no līdzstrāvas ķēdes uz maiņstrāvas ķēdi sauc par inversiju... Par to liecina atšķirīgās e un i zīmes.

Strāvas plūsmas ilgums posmā ar negatīvu polaritāti U1 ir atkarīgs no lielumu L un R attiecības (XL=ωL). Jo lielāka attiecība — ωL/R, jo lielāks ir strāvas plūsmas ilgums λ.

Ja slodzes ķēdē L ir induktivitāte, tad strāvas forma kļūst vienmērīgāka un strāva plūst pat negatīvas polaritātes U1 zonās... Tādā gadījumā tiristors VS1 neaizveras sprieguma U1 pārejas laikā caur 0 un šobrīd strāva nokrītas līdz nullei. Ja ωL/ R→oo, tad α = 0 λ → 2π.

Vienfāzes tilta taisngrieža darbības princips nepārtrauktā režīmā, darbinot aktīvās un aktīvās-induktīvās slodzes

Vienfāzes tilta taisngrieža strāvas ķēde ir parādīta attēlā. 7, un tā darba laika diagrammas pie aktīvās slodzes ir parādītas attēlā. astoņi.

Vārstu tilts (7. att.) satur divas vārstu grupas — katodu (nepāra vārsti) un anodu (pāra vārsti). Tilta ķēdē strāvu vienlaikus vada divi vārsti - viens no katoda grupas un otrs no anoda grupas.

Kā redzams no att. 7, vārti ir ieslēgti tā, lai sprieguma U2 pozitīvajos pusperiodos strāva plūst caur vārtiem VS1 un VS4, bet negatīvajos pusciklos caur vārtiem VS2 un VS3. Izdarām pieņēmumu, ka vārsti un transformators ir ideāli, t.i. Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.

Rīsi. 7. Vienfāzes tilta taisngrieža shēma

Rīsi. 8. Vienfāzes tilta vadāmā taisngrieža darbības shēmas uz pretestības slodzes

Šajā ķēdē jebkurā laika momentā tiristoru pāris VS1 un VS4 vada strāvu pozitīvos pusciklos U2 un VS2 un VS3 negatīvā stāvoklī. Kad visi tiristori ir aizvērti, katram no tiem tiek pievadīta puse no barošanas sprieguma.

Pie θ =α atveriet VS1 un VS4, un slodze sāk plūst caur atvērtajām VS1 un VS4. Iepriekšējie VS2 un VS3 darbojas ar pilnu tīkla spriegumu pretējā virzienā.Kad v = l-, U2 maina zīmi un, tā kā slodze ir aktīva, strāva kļūst par nulli un VS1 un VS4 tiek pielikts pretējais spriegums, un tie aizveras.

Pie θ =π +α tiristori VS2 un VS3 atveras un slodzes strāva turpina plūst tajā pašā virzienā. Strāvai šajā ķēdē pie L = 0 ir intermitējoša raksturs, un tikai pie α = 0 strāva būs nedaudz nepārtraukta.

Ierobežotais nepārtrauktais režīms ir režīms, kurā strāva dažos laika momentos samazinās līdz nullei, bet netiek pārtraukta.

Upr.max = Uobr.max = √2U2 (ar transformatoru),

Upr.max = Uobr.max = √2U1 (bez transformatora).

Ķēdes darbība aktīvai-induktīvai slodzei

R-L slodze ir raksturīga elektrisko aparātu tinumiem un elektrisko mašīnu lauka tinumiem vai tad, ja taisngrieža izejā ir uzstādīts induktīvs filtrs. Induktivitātes ietekme ietekmē slodzes strāvas līknes formu, kā arī vidējās un efektīvās strāvas vērtības caur vārstiem un transformatoru. Jo lielāka ir slodzes ķēdes induktivitāte, jo mazāka ir maiņstrāvas komponente.

Lai vienkāršotu aprēķinus, tiek pieņemts, ka slodzes strāva ir ideāli izlīdzināta (L→oo). Tas ir likumīgi, ja ωNSL> 5R, kur ωNS — taisngrieža izejas pulsācijas cirkulārā frekvence. Ja šis nosacījums ir izpildīts, aprēķina kļūda ir nenozīmīga un to var ignorēt.

Vienfāzes tilta taisngrieža darbības laika diagrammas aktīvai-induktīvai slodzei ir parādītas attēlā. deviņi.

Rīsi. 9. Vienfāzes tilta taisngrieža darbības shēmas, strādājot ar RL slodzi

Lai pārbaudītu shēmā notiekošos procesus, nodalīsim trīs darba jomas.

1. a. Šim intervālam atbilstošā ekvivalentā ķēde ir parādīta attēlā.desmit.

Rīsi. 10. Taisngrieža ekvivalentā ķēde

Aplūkotajā intervālā enerģija no tīkla pārvēršas siltumā pretestībā R un daļa uzkrājas induktivitātes elektromagnētiskajā laukā.

2. α <θ < π. Šim intervālam atbilstošā ekvivalentā ķēde ir parādīta attēlā. vienpadsmit.

Rīsi. 11. Taisngrieža ekvivalentā ķēde α <θ < π

Laika momentā θ = δ pašindukcijas EML eL = 0, jo strāva sasniedz maksimālo vērtību.

Šajā intervālā enerģija, kas uzkrāta induktivitātē un patērēta tīklā, tiek pārvērsta siltumā pretestībā R.

3. π θ α + λ. Šim intervālam atbilstošā ekvivalentā ķēde ir parādīta attēlā. 12.

Rīsi. 12. Taisngrieža ekvivalentā ķēde pie π θ α + λ

Šajā intervālā daļa no induktīvā laukā uzkrātās enerģijas tiek pārvērsta siltumā pretestībā R, un daļa tiek atgriezta tīklā.

Pašindukcijas EML darbība 3. sadaļā noved pie tā, ka koriģētā EML līknē parādās sadaļas ar negatīvu polaritāti, un dažādās e un i zīmes norāda, ka šajā intervālā notiek elektriskās enerģijas atgriešanās. uz tīklu.

Ja brīdī θ = π + α induktivitātē L uzkrātā enerģija netiek pilnībā patērēta, tad strāva i būs nepārtraukta. Kad noteiktā laikā θ = π + α atvēršanas impulsi tiek pasniegti tiristoriem VS2 un VS3, kuriem tiek pievadīts tiešais spriegums no tīkla puses, tie atveras un caur tiem tiek pievadīts reversais spriegums strādājošajiem VS1 un VS4 no tīkla pusē, kā rezultātā tie aizveras, šāda veida pārslēgšanu sauc par dabisku.