Rectificadors monofàsics: esquemes i principi de funcionament
Un rectificador és un dispositiu dissenyat per convertir una tensió de CA d'entrada en una tensió de CC. El mòdul principal del rectificador és un conjunt de serres de vena que converteix directament la tensió CA a CC.
Si és necessari fer coincidir els paràmetres de la xarxa amb els paràmetres de la càrrega, el conjunt rectificador es connecta a la xarxa mitjançant un transformador d'adaptació. Segons el nombre de fases de la xarxa de subministrament, els rectificadors són monofàsics i tres fases… Vegeu més detalls aquí — Classificació dels rectificadors de semiconductors… En aquest article considerarem el funcionament dels rectificadors monofàsics.
Rectificador monofàsic de mitja ona
El circuit rectificador més senzill és un rectificador de mitja ona monofàsic (Fig. 1).
Arròs. 1. Esquema d'un rectificador de mitja ona controlat monofàsic
Els esquemes de funcionament del rectificador de càrrega R es mostren a la figura 2.
Arròs. 2. Esquemes de funcionament del rectificador per càrrega R
Per obrir el tiristor, s'han de complir dues condicions:
1) el potencial de l'ànode ha de ser superior al potencial del càtode;
2) s'ha d'aplicar un pols d'obertura a l'elèctrode de control.
Per a aquest circuit, el compliment simultani d'aquestes condicions només és possible durant els semicicles positius de la tensió d'alimentació. Un sistema de control de fase de pols (SIFU) hauria de formar polsos d'obertura només en NSoluneriods positius de la tensió d'alimentació.
En sol·licitar tiristor VS1 del pols d'obertura en el moment en què θ = α tiristor VS1 s'obre i la tensió d'alimentació U s'aplica a la càrrega1 durant la resta del mig cicle positiu (caiguda de tensió directa a través de la vàlvula ΔUv insignificant en comparació amb la tensió U1 (ΔUv). = 1 — 2 V) ). Atès que la càrrega R — activa, el corrent de la càrrega repeteix la forma de la tensió.
Al final del mig cicle positiu, el corrent de càrrega i i la vàlvula VS1 disminuiran a zero (θ = nπ), i la tensió U1 canviarà de signe. Per tant, s'aplica una tensió inversa al tiristor VS1, sota l'acció del qual es tanca i restableix les seves propietats de control.
Aquest canvi de vàlvules sota la influència de la tensió de la font d'alimentació, que canvia periòdicament la seva polaritat, s'anomena natural.
Es pot veure als diagrames que un canvi en un cable condueix a un canvi en una part del mig cicle positiu durant el qual s'aplica la tensió d'alimentació a la càrrega i, per tant, això condueix a una regulació del consum d'energia. La injecció α caracteritza el retard en el moment d'obertura del tiristor en comparació amb el moment de la seva obertura natural i s'anomena angle d'obertura (control) de la vàlvula.
La fem i el corrent del rectificador són segments successius d'ones semisinusoïdals positives, constants en direcció però no constants en magnitud, és a dir. la CEM rectificada i el corrent tenen un caràcter pulsatori periòdic. I qualsevol funció periòdica es pot expandir a la sèrie de Fourier:
e (t) = E + en (T),
on E és la component constant de la FEM corregida, en(T) — component variable igual a la suma de tots els components harmònics.
Així, podem suposar que s'aplica a la càrrega una FEM constant distorsionada per la component variable en (t). El component permanent de l'EMF E és la característica principal de l'EMF rectificat.
El procés de regulació de la tensió de càrrega canviant-la s'anomena control de fase... Aquest esquema té diversos inconvenients:
1) alt contingut d'harmònics superiors a l'EMF corregit;
2) grans ondulacions de CEM i corrent;
3) funcionament del circuit intermitent;
4) ús de baixa tensió de circuit (kche = 0,45).
El mode de funcionament de corrent d'interrupció del rectificador és un mode en què s'interromp el corrent al circuit de càrrega del rectificador, és a dir. esdevé zero.
Rectificador monofàsic de mitja ona quan funciona amb una càrrega activa-inductiva
Els diagrames de temps del funcionament del rectificador de mitja ona per a la càrrega RL es mostren a la Fig. 3.
Arròs. 3. Esquemes de funcionament del rectificador de mitja ona per a càrrega RL
Per analitzar els processos que tenen lloc en l'esquema, assignem tres intervals de temps.
1. α <θ <δ... El circuit equivalent corresponent a aquest interval es mostra a la fig. 4.
Re. 4. Circuit equivalent per a α <θ <δ
Segons l'esquema equivalent:
Durant aquest interval de temps, eL (EMF d'auto-inducció) es polaritza cap a la tensió de la xarxa U1 i evita un fort augment del corrent. L'energia de la xarxa es converteix en calor a R i s'acumula en el camp electromagnètic amb inductància L.
2. α <θ < π. El circuit equivalent corresponent a aquest interval es mostra a la Fig. 5.
Fig. 5… Circuit equivalent per a α <θ < π
En aquest interval, l'EMF d'autoinducció eL va canviar el seu signe (en aquest moment θ = δ).
A θ δ dL canvia de signe i tendeix a mantenir el corrent al circuit. Està dirigit segons U1. En aquest interval, l'energia de la xarxa i acumulada en el camp d'inductància L es converteix en calor en R.
3. π θ α + λ. El circuit equivalent corresponent a aquest interval es mostra a la Fig. 6.
Arròs. 6 Circuit equivalent
En algun moment θ = π la tensió de línia U1 canvia la seva polaritat, però el tiristor VS1 roman en estat conductor perquè egL supera U1 i la tensió directa es manté a través del tiristor. El corrent sota l'acció de dL fluirà a través de la càrrega en la mateixa direcció, mentre que l'energia emmagatzemada en el camp de la inductància L no es consumirà completament.
En aquest interval, part de l'energia acumulada en el camp inductiu es converteix en calor a la resistència R, i una part es transmet a la xarxa. El procés de transferència d'energia d'un circuit de corrent continu a un circuit de corrent alterna s'anomena inversió... Això s'evidencia pels diferents signes de e i i.
La durada del flux de corrent a la secció amb polaritat negativa U1 depèn de la relació entre les magnituds L i R (XL=ωL). Com més gran sigui la relació — ωL/R, més gran serà la durada del flux de corrent λ.
Si hi ha una inductància al circuit de càrrega L, aleshores la forma del corrent es fa més suau i el corrent flueix fins i tot en zones de polaritat negativa U1... En aquest cas, el tiristor VS1 no es tanca durant la transició de la tensió U1 a 0. i de moment el corrent baixa a zero. Si ωL/ R→oo, aleshores en α = 0 λ → 2π.
El principi de funcionament d'un pont rectificador monofàsic en mode continu quan s'utilitzen càrregues actives i actives-inductives
El circuit de potència d'un pont rectificador monofàsic es mostra a la Fig. 7, i els diagrames de temps del seu treball sobre la càrrega activa es mostren a la fig. vuit.
El pont de vàlvules (Fig. 7) conté dos grups de vàlvules: càtode (vàlvules senars) i ànode (vàlvules parells). Al circuit del pont, el corrent és transportat simultàniament per dues vàlvules: una del grup de càtodes i una altra del grup d'ànodes.
Com es pot veure a la fig. 7, les portes s'encenen de manera que durant els semicicles positius de la tensió U2, el corrent flueix per les portes VS1 i VS4, i durant els semicicles negatius per les portes VS2 i VS3. Suposem que les vàlvules i el transformador són ideals, és a dir. Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.
Arròs. 7. Esquema d'un pont rectificador monofàsic
Arròs. 8. Esquemes de funcionament d'un rectificador monofàsic controlat per pont sobre una càrrega resistiva
En aquest circuit, en qualsevol instant de temps, un parell de tiristors VS1 i VS4 condueix el corrent en semicicles positius U2 i VS2 i VS3 en negatiu. Quan tots els tiristors estan tancats, s'aplica la meitat de la tensió d'alimentació a cadascun d'ells.
A θ =α obriu VS1 i VS4 i la càrrega comença a fluir a través dels oberts VS1 i VS4. Els anteriors VS2 i VS3 funcionen a plena tensió de xarxa en sentit invers.Quan v = l-, U2 canvia de signe i com que la càrrega està activa, el corrent passa a zero i s'aplica tensió inversa a VS1 i VS4 i es tanquen.
A θ =π +α els tiristors VS2 i VS3 s'obren i el corrent de càrrega continua circulant en la mateixa direcció. El corrent en aquest circuit a L = 0 té un caràcter intermitent, i només a α= 0 el corrent serà marginalment continu.
El mode continu de límit és un mode en què el corrent en alguns moments de temps disminueix a zero, però no s'interromp.
Upr.max = Uobr.max = √2U2 (amb transformador),
Upr.max = Uobr.max = √2U1 (sense transformador).
Funcionament del circuit per a una càrrega activa-inductiva
La càrrega R-L és típica de bobinats d'aparells elèctrics i bobinats de camp de màquines elèctriques o quan s'instal·la un filtre inductiu a la sortida del rectificador. La influència de la inductància afecta la forma de la corba del corrent de càrrega, així com els valors mitjans i efectius del corrent a través de les vàlvules i el transformador. Com més gran sigui la inductància del circuit de càrrega, menor serà el component de corrent altern.
Per simplificar els càlculs, s'assumeix que el corrent de càrrega està perfectament suavitzat (L→oo). Això és legal quan ωNSL> 5R, on ωNS — la freqüència circular de la ondulació de sortida del rectificador. Si es compleix aquesta condició, l'error de càlcul és insignificant i es pot ignorar.
A la Fig. nou.
Arròs. 9. Esquemes de funcionament d'un pont rectificador monofàsic quan funciona amb una càrrega RL
Per examinar els processos que tenen lloc en l'esquema, separarem tres àrees de treball.
1. a. El circuit equivalent corresponent a aquest interval es mostra a la Fig.deu.
Arròs. 10. Circuit equivalent d'un rectificador
En l'interval considerat, l'energia de la xarxa es converteix en calor a la resistència R i una part s'acumula en el camp electromagnètic de la inductància.
2. α <θ < π. El circuit equivalent corresponent a aquest interval es mostra a la Fig. onze.
Arròs. 11. Circuit equivalent del rectificador per a α <θ < π
En un moment θ = δ la FEM d'autoinducció eL = 0 perquè el corrent arriba al seu valor màxim.
En aquest interval, l'energia acumulada a la inductància i consumida per la xarxa es converteix en calor a la resistència R.
3. π θ α + λ. El circuit equivalent corresponent a aquest interval es mostra a la Fig. 12.
Arròs. 12. Circuit equivalent del rectificador a π θ α + λ
En aquest interval, part de l'energia acumulada en el camp inductiu es converteix en calor a la resistència R, i una part es retorna a la xarxa.
L'acció de la FEM d'autoinducció a la 3a secció porta a l'aparició de seccions amb polaritat negativa a la corba de la CEM corregida, i els diferents signes de e i i indiquen que en aquest interval hi ha un retorn d'energia elèctrica a la xarxa.
Si en el temps θ = π + α l'energia emmagatzemada a la inductància L no es consumeix completament, aleshores el corrent i serà continu. Quan en un moment determinat θ = π + α es serveixen polsos d'obertura als tiristors VS2 i VS3, als quals es subministra una tensió directa des del costat de la xarxa, s'obren i a través d'ells s'aplica una tensió inversa als VS1 i VS4 de funcionament des del costat de la xarxa, com a conseqüència de la qual cosa es tanquen, aquest tipus de commutació s'anomena natural.