Penerus fasa tunggal - skema dan prinsip operasi

Penerus ialah peranti yang direka untuk menukar voltan AC input kepada voltan DC. Modul utama penerus adalah satu set gergaji urat yang secara langsung menukar voltan AC kepada DC.

Sekiranya perlu untuk memadankan parameter rangkaian dengan parameter beban, set penerus disambungkan ke rangkaian melalui pengubah yang sepadan. Mengikut bilangan fasa rangkaian bekalan, penerus adalah fasa tunggal dan tiga fasa… Lihat butiran lanjut di sini — Klasifikasi penerus semikonduktor… Dalam artikel ini kita akan mempertimbangkan operasi penerus fasa tunggal.

Penerus separuh gelombang fasa tunggal

Litar penerus yang paling mudah ialah penerus separuh gelombang satu fasa (Rajah 1).

nasi. 1. Skema penerus separuh gelombang terkawal satu fasa

Skema operasi penerus beban-R ditunjukkan dalam Rajah 2.

nasi. 2. Skim operasi penerus untuk beban-R

Untuk membuka thyristor, dua syarat mesti dipenuhi:

1) potensi anod mestilah lebih tinggi daripada potensi katod;

2) nadi pembukaan mesti digunakan pada elektrod kawalan.

Untuk litar ini, pemenuhan serentak syarat ini hanya mungkin semasa separuh kitaran positif voltan bekalan. Sistem kawalan fasa nadi (SIFU) harus membentuk denyutan pembukaan hanya dalam NSoluneriod positif voltan bekalan.

Apabila memohon thyristor VS1 nadi pembukaan pada saat θ = α thyristor VS1 terbuka dan voltan bekalan U digunakan pada beban1 semasa baki separuh kitaran positif (penurunan voltan ke hadapan merentasi injap ΔUv tidak ketara berbanding voltan U1 (ΔUv = 1 — 2 V) ). Oleh kerana beban R — aktif, maka arus dalam beban mengulangi bentuk voltan.

Pada penghujung separuh kitaran positif, arus beban i dan injap VS1 akan berkurangan kepada sifar (θ = nπ), dan voltan U1 akan menukar tandanya. Oleh itu, voltan terbalik digunakan pada thyristor VS1, di bawah tindakannya ia menutup dan memulihkan sifat kawalannya.

Pensuisan injap sedemikian di bawah pengaruh voltan sumber kuasa, yang secara berkala mengubah polaritinya, dipanggil semula jadi.

Ia boleh dilihat dari rajah bahawa perubahan dalam satu wayar membawa kepada perubahan sebahagian daripada separuh kitaran positif semasa voltan bekalan digunakan pada beban, dan oleh itu ini membawa kepada peraturan penggunaan kuasa. Suntikan α mencirikan kelewatan pada saat pembukaan thyristor berbanding dengan saat pembukaan semula jadi dan dipanggil sudut bukaan (kawalan) injap.

Emf dan arus penerus adalah segmen berturut-turut bagi gelombang separuh sinus positif, tetap dalam arah tetapi tidak tetap dalam magnitud, i.e. EMF dan arus yang diperbetulkan mempunyai watak berdenyut berkala. Dan sebarang fungsi berkala boleh dikembangkan dalam siri Fourier:

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

di mana E ialah komponen pemalar EMF yang diperbetulkan, en(T) — komponen pembolehubah sama dengan jumlah semua komponen harmonik.

Oleh itu, kita boleh mengandaikan bahawa EMF malar yang diherotkan oleh komponen pembolehubah en (t) digunakan pada beban. Komponen kekal EMF E ialah ciri utama EMF yang diperbetulkan.

Proses mengawal voltan beban dengan menukarnya dipanggil kawalan fasa... Skim ini mempunyai beberapa kelemahan:

1) kandungan tinggi harmonik yang lebih tinggi dalam EMF yang diperbetulkan;

2) riak besar EMF dan arus;

3) operasi litar terputus-putus;

4) penggunaan voltan litar rendah (kche =0.45).

Mod operasi penerus yang mengganggu adalah mod sedemikian di mana arus dalam litar beban penerus terganggu, i.e. menjadi sifar.

Penerus gelombang tunggal-separuh fasa tunggal apabila beroperasi pada beban induktif aktif

Gambar rajah pemasaan operasi penerus separuh gelombang untuk beban RL ditunjukkan dalam Rajah. 3.

nasi. 3. Gambar rajah operasi penerus separuh gelombang untuk beban RL

Untuk menganalisis proses yang berlaku dalam skema, mari kita peruntukkan tiga selang masa.

1. α <θ <δ… Litar setara yang sepadan dengan selang ini ditunjukkan dalam rajah. 4.

Re. 4. Litar setara untuk α <θ <δ

Mengikut skema setara:

Semasa selang masa ini eL (EMF aruhan kendiri) dipincang kembali ke voltan grid U1 dan menghalang peningkatan arus yang mendadak. Tenaga daripada rangkaian ditukar kepada haba pada R dan terkumpul dalam medan elektromagnet dengan kearuhan L.

2. α <θ < π. Litar setara yang sepadan dengan selang ini ditunjukkan dalam Rajah. 5.

Rajah. 5… Litar setara untuk α <θ < π

Pada selang ini, EMF eL induksi diri menukar tandanya (pada masa ini θ = δ).

Pada θ δ dL menukar tandanya dan cenderung untuk mengekalkan arus dalam litar. Ia diarahkan mengikut U1. Dalam selang ini, tenaga daripada rangkaian dan terkumpul dalam medan kearuhan L ditukarkan kepada haba dalam R.

3. π θ α + λ. Litar setara yang sepadan dengan selang ini ditunjukkan dalam Rajah. 6.

nasi. 6 Litar setara

Pada satu ketika dalam masa θ = π voltan talian U1 menukar kekutubannya, tetapi thyristor VS1 kekal dalam keadaan pengalir kerana egL melebihi U1 dan voltan hadapan dikekalkan merentasi thyristor. Arus di bawah tindakan dL akan mengalir melalui beban dalam arah yang sama, manakala tenaga yang disimpan dalam medan kearuhan L tidak akan digunakan sepenuhnya.

Dalam selang ini, sebahagian daripada tenaga terkumpul dalam medan induktif ditukar kepada haba dalam rintangan R, dan sebahagiannya dihantar ke rangkaian. Proses pemindahan tenaga daripada litar DC ke litar AC dipanggil penyongsangan... Ini dibuktikan dengan tanda-tanda berbeza bagi e dan i.

Tempoh aliran arus dalam bahagian dengan kekutuban negatif U1 bergantung kepada nisbah antara kuantiti L dan R (XL=ωL). Semakin besar nisbah — ωL/ R, semakin besar tempoh aliran semasa λ.

Sekiranya terdapat kearuhan dalam litar beban L, maka bentuk arus menjadi lebih lancar dan arus mengalir walaupun di kawasan kekutuban negatif U1... Dalam kes ini, thyristor VS1 tidak ditutup semasa peralihan voltan U1 hingga 0 dan pada masa ini arus turun kepada sifar. Jika ωL/ R→oo, maka dalam α = 0 λ → 2π.

Prinsip operasi penerus jambatan satu fasa dalam mod berterusan apabila mengendalikan beban aktif dan aktif-induktif

Litar kuasa penerus jambatan satu fasa ditunjukkan dalam Rajah. 7, dan gambarajah masa kerjanya pada beban aktif ditunjukkan dalam rajah. lapan.

Jambatan injap (Rajah 7) mengandungi dua kumpulan injap - katod (injap ganjil) dan anod (injap genap). Dalam litar jambatan, arus dibawa serentak oleh dua injap - satu daripada kumpulan katod dan satu daripada kumpulan anod.

Seperti yang dapat dilihat dari rajah. 7, pintu dihidupkan supaya semasa separuh kitaran positif voltan U2, arus mengalir melalui pintu VS1 dan VS4, dan semasa separuh kitaran negatif melalui pintu VS2 dan VS3. Kami membuat andaian bahawa injap dan pengubah adalah ideal, i.e. Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.

nasi. 7. Skim penerus jambatan satu fasa

nasi. 8. Skim pengendalian penerus terkawal jambatan fasa tunggal pada beban rintangan

Dalam litar ini, pada bila-bila masa, sepasang thyristor VS1 dan VS4 mengalirkan arus dalam separuh kitaran positif U2 dan VS2 dan VS3 dalam negatif. Apabila semua thyristor ditutup, separuh voltan bekalan dikenakan pada setiap thyristor.

Pada θ =α buka VS1 dan VS4 dan beban mula mengalir melalui VS1 dan VS4 terbuka. VS2 dan VS3 sebelumnya beroperasi pada voltan utama penuh dalam arah sebaliknya.Apabila v = l-, U2 menukar tanda dan kerana beban aktif, arus menjadi sifar dan voltan terbalik digunakan pada VS1 dan VS4 dan ia ditutup.

Pada θ =π +α thyristor VS2 dan VS3 terbuka dan arus beban terus mengalir ke arah yang sama. Arus dalam litar ini pada L = 0 mempunyai watak terputus-putus, dan hanya pada α= 0 akan arus berterusan sedikit.

Had mod berterusan ialah mod di mana arus pada beberapa saat masa berkurangan kepada sifar, tetapi tidak terganggu.

Upr.max = Uobr.max = √2U2(dengan pengubah),

Upr.max = Uobr.max = √2U1(tanpa pengubah).

Operasi litar untuk beban induktif aktif

Beban R-L adalah tipikal bagi belitan radas elektrik dan belitan medan mesin elektrik atau apabila penapis induktif dipasang pada output penerus. Pengaruh induktansi mempengaruhi bentuk lengkung arus beban serta nilai purata dan berkesan arus melalui injap dan pengubah. Semakin tinggi induktansi litar beban, semakin rendah komponen arus ulang-alik.

Untuk memudahkan pengiraan, adalah diandaikan bahawa arus beban terlicin dengan sempurna (L→oo). Ini adalah sah apabila ωNSL> 5R, di mana ωNS — frekuensi bulat riak keluaran penerus. Jika syarat ini dipenuhi, ralat pengiraan adalah tidak ketara dan boleh diabaikan.

Gambar rajah pemasaan operasi penerus jambatan satu fasa untuk beban aruhan aktif ditunjukkan dalam Rajah. sembilan.

nasi. 9. Skim pengendalian penerus jambatan satu fasa apabila beroperasi pada beban RL

Untuk mengkaji proses yang berlaku dalam skema, kami akan memisahkan tiga bidang kerja.

1. a. Litar setara yang sepadan dengan selang ini ditunjukkan dalam Rajah.sepuluh.

nasi. 10. Litar setara penerus

Dalam selang yang dipertimbangkan, tenaga daripada rangkaian ditukar kepada haba dalam rintangan R dan sebahagian terkumpul dalam medan elektromagnet kearuhan.

2. α <θ < π. Litar setara yang sepadan dengan selang ini ditunjukkan dalam Rajah. sebelas.

nasi. 11. Litar setara penerus untuk α <θ < π

Pada satu ketika dalam masa θ = δ EMF aruhan diri eL = 0 kerana arus mencapai nilai maksimumnya.

Dalam selang ini, tenaga terkumpul dalam induktansi dan digunakan oleh rangkaian ditukar kepada haba dalam rintangan R.

3. π θ α + λ. Litar setara yang sepadan dengan selang ini ditunjukkan dalam Rajah. 12.

nasi. 12. Litar setara penerus pada π θ α + λ

Dalam selang ini, sebahagian daripada tenaga terkumpul dalam medan induktif ditukar kepada haba dalam rintangan R, dan sebahagiannya dikembalikan ke rangkaian.

Tindakan EMF induksi diri dalam bahagian ke-3 membawa kepada kemunculan bahagian dengan kekutuban negatif dalam lengkung EMF yang diperbetulkan, dan tanda-tanda yang berbeza bagi e dan i menunjukkan bahawa dalam selang ini terdapat pengembalian tenaga elektrik. kepada rangkaian.

Jika pada masa θ = π + α tenaga yang disimpan dalam kearuhan L tidak digunakan sepenuhnya, maka arus i akan berterusan. Apabila pada masa tertentu θ = π + α denyutan pembukaan disampaikan kepada thyristor VS2 dan VS3, yang mana voltan hadapan dibekalkan dari sisi rangkaian, ia membuka dan melaluinya voltan terbalik digunakan pada VS1 dan VS4 yang beroperasi dari sisi rangkaian, akibatnya ia ditutup, jenis pensuisan ini dipanggil semula jadi.