Einphasengleichrichter - Schemata und Funktionsprinzip
Ein Gleichrichter ist ein Gerät, das eine Eingangswechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt. Das Hauptmodul des Gleichrichters besteht aus einer Reihe von Adersägen, die Wechselspannung direkt in Gleichspannung umwandeln.
Wenn es notwendig ist, die Parameter des Netzwerks an die Parameter der Last anzupassen, wird der Gleichrichtersatz über einen Anpassungstransformator an das Netzwerk angeschlossen. Entsprechend der Phasenzahl des Versorgungsnetzes sind Gleichrichter einphasig und drei Phasen… Weitere Details finden Sie hier – Klassifizierung von Halbleitergleichrichtern… In diesem Artikel betrachten wir den Betrieb von Einphasengleichrichtern.
Einphasiger Einweggleichrichter
Die einfachste Gleichrichterschaltung ist ein einphasiger Einweggleichrichter (Abb. 1).
Reis. 1. Schema eines einphasengesteuerten Einweggleichrichters
Die schematische Darstellung des Betriebs des R-Last-Gleichrichters ist in Abbildung 2 dargestellt.
Reis. 2. Funktionsschemata des Gleichrichters für R-Last
Um den Thyristor zu öffnen, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein:
1) Das Potenzial der Anode muss höher sein als das Potenzial der Kathode.
2) An die Steuerelektrode muss ein Öffnungsimpuls angelegt werden.
Bei dieser Schaltung ist die gleichzeitige Erfüllung dieser Bedingungen nur während positiver Halbwellen der Versorgungsspannung möglich. Ein Impulsphasensteuersystem (SIFU) sollte Öffnungsimpulse nur in positiven NSolunerioden der Versorgungsspannung erzeugen.
Bei der Bewerbung Thyristor VS1 des Öffnungsimpulses zum Zeitpunkt θ = α Thyristor VS1 öffnet und die Versorgungsspannung U liegt für den Rest der positiven Halbwelle an der Last1 an (Vorwärtsspannungsabfall am Ventil ΔUv unbedeutend gegenüber der Spannung U1 (ΔUv). = 1 — 2 V) ). Da die Last R aktiv ist, wiederholt der Strom in der Last die Form der Spannung.
Am Ende der positiven Halbwelle sinken der Laststrom i und das Ventil VS1 auf Null (θ = nπ) und die Spannung U1 ändert ihr Vorzeichen. Daher wird an den Thyristor VS1 eine Sperrspannung angelegt, unter deren Wirkung er schließt und seine Steuereigenschaften wiederherstellt.
Ein solches Schalten von Ventilen unter dem Einfluss der Spannung der Stromquelle, die periodisch ihre Polarität ändert, wird als natürlich bezeichnet.
Aus den Diagrammen ist ersichtlich, dass eine Änderung in einer Ader zu einer Änderung eines Teils der positiven Halbwelle führt, in der die Versorgungsspannung an die Last angelegt wird, und damit zu einer Regulierung des Stromverbrauchs. Die Einspritzung α charakterisiert die Verzögerung des Öffnungszeitpunkts des Thyristors im Vergleich zum Zeitpunkt seiner natürlichen Öffnung und wird als Öffnungswinkel (Steuerwinkel) des Ventils bezeichnet.
Die EMK und der Gleichrichterstrom sind aufeinanderfolgende Segmente positiver Halbsinuswellen mit konstanter Richtung, aber nicht konstanter Größe, d. h. Die gleichgerichtete EMK und der Strom haben einen periodisch pulsierenden Charakter. Und jede periodische Funktion kann in Fourier-Reihen entwickelt werden:
e (t) = E + en(T),
wobei E die konstante Komponente der korrigierten EMF ist, en(T) – variable Komponente, die der Summe aller harmonischen Komponenten entspricht.
Wir können also davon ausgehen, dass an der Last eine konstante EMK anliegt, die durch die variable Komponente en (t) verzerrt ist. Der Daueranteil der EMF E ist das Hauptmerkmal der gleichgerichteten EMF.
Der Vorgang der Regelung der Lastspannung durch Änderung wird als Phasensteuerung bezeichnet... Dieses Schema hat mehrere Nachteile:
1) hoher Gehalt an höheren Harmonischen in der korrigierten EMF;
2) große Wellen von EMF und Strom;
3) intermittierender Schaltungsbetrieb;
4) Verwendung einer niedrigen Schaltspannung (kche =0,45).
Der Unterbrechungsstrom-Betriebsmodus des Gleichrichters ist ein solcher Modus, in dem der Strom im Lastkreis des Gleichrichters unterbrochen wird, d. h. wird Null.
Einphasiger Einwellengleichrichter beim Betrieb an einer aktiv-induktiven Last
Die Zeitdiagramme des Einweggleichrichterbetriebs für RL-Last sind in Abb. dargestellt. 3.
Reis. 3. Diagramme des Einweggleichrichterbetriebs für RL-Last
Um die im Schema ablaufenden Prozesse zu analysieren, lassen Sie uns drei Zeitintervalle hervorheben.
1. α <θ <δ… Das diesem Intervall entsprechende Ersatzschaltbild ist in Abb. dargestellt. 4.
Betreff. 4. Ersatzschaltbild für α <θ <δ
Nach dem äquivalenten Schema:
Während dieses Zeitintervalls wird eL (Selbstinduktions-EMK) auf die Netzspannung U1 zurückgepolt und verhindert einen starken Stromanstieg. Die Energie aus dem Netzwerk wird bei R in Wärme umgewandelt und im elektromagnetischen Feld mit der Induktivität L akkumuliert.
2. α <θ < π. Das diesem Intervall entsprechende Ersatzschaltbild ist in Abb. dargestellt. 5.
Feige. 5… Ersatzschaltbild für α <θ < π
In diesem Intervall änderte die EMK der Selbstinduktion eL ihr Vorzeichen (zu diesem Zeitpunkt θ = δ).
Bei θ δ ändert dL sein Vorzeichen und neigt dazu, den Strom im Stromkreis aufrechtzuerhalten. Es richtet sich nach U1. In diesem Intervall wird die Energie aus dem Netzwerk und die im Feld der Induktivität L angesammelte Energie in R in Wärme umgewandelt.
3. π θ α + λ. Das diesem Intervall entsprechende Ersatzschaltbild ist in Abb. dargestellt. 6.
Reis. 6 Ersatzschaltung
Zu einem bestimmten Zeitpunkt θ = π ändert die Netzspannung U1 ihre Polarität, aber der Thyristor VS1 bleibt im leitenden Zustand, da egL U1 übersteigt und die Durchlassspannung am Thyristor aufrechterhalten bleibt. Der Strom unter der Wirkung von dL fließt in der gleichen Richtung durch die Last, während die im Feld der Induktivität L gespeicherte Energie nicht vollständig verbraucht wird.
In diesem Intervall wird ein Teil der im induktiven Feld angesammelten Energie im Widerstand R in Wärme umgewandelt und ein Teil an das Netzwerk übertragen. Der Vorgang der Energieübertragung von einem Gleichstromkreis in einen Wechselstromkreis wird als Inversion bezeichnet. Dies wird durch die unterschiedlichen Vorzeichen von e und i angezeigt.
Die Dauer des Stromflusses im Abschnitt mit negativer Polarität U1 hängt vom Verhältnis der Größen L und R ab (XL=ωL). Je größer das Verhältnis —ωL/R, desto länger ist die Dauer des Stromflusses λ.
Befindet sich im Lastkreis L eine Induktivität, so wird der Stromverlauf gleichmäßiger und der Strom fließt auch in Bereichen negativer Polarität U1... In diesem Fall schließt der Thyristor VS1 beim Übergang der Spannung U1 nach 0 nicht und im Moment fällt der Strom auf Null. Wenn ωL/ R→oo, dann gilt in α = 0 λ → 2π.
Das Funktionsprinzip eines einphasigen Brückengleichrichters im Dauerbetrieb beim Betrieb aktiver und aktiv-induktiver Lasten
Der Stromkreis eines einphasigen Brückengleichrichters ist in Abb. dargestellt. 7, und die Zeitdiagramme seiner Arbeit an der aktiven Last sind in Abb. 7 dargestellt. acht.
Die Ventilbrücke (Abb. 7) enthält zwei Gruppen von Ventilen – Kathode (ungerade Ventile) und Anode (gerade Ventile). In der Brückenschaltung wird der Strom gleichzeitig von zwei Ventilen geleitet – einem von der Kathodengruppe und einem von der Anodengruppe.
Wie aus Abb. ersichtlich ist. In 7 sind die Tore eingeschaltet, so dass während der positiven Halbwellen der Spannung U2 der Strom durch die Tore VS1 und VS4 und während der negativen Halbwellen durch die Tore VS2 und VS3 fließt. Wir gehen davon aus, dass die Ventile und der Transformator ideal sind, d. h. Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.
Reis. 7. Schema eines einphasigen Brückengleichrichters
Reis. 8. Funktionsschemata eines einphasigen brückengesteuerten Gleichrichters an einer ohmschen Last
In dieser Schaltung leitet zu jedem Zeitpunkt ein Paar Thyristoren VS1 und VS4 Strom in positiven Halbzyklen U2 und VS2 und VS3 in negativen. Wenn alle Thyristoren geschlossen sind, liegt an jedem von ihnen die halbe Versorgungsspannung an.
Bei θ =α öffnen Sie VS1 und VS4 und die Last beginnt durch die offenen VS1 und VS4 zu fließen. Die bisherigen VS2 und VS3 arbeiten mit voller Netzspannung in Rückwärtsrichtung.Wenn v = l-, ändert U2 das Vorzeichen und da die Last aktiv ist, wird der Strom Null und eine Sperrspannung wird an VS1 und VS4 angelegt und sie schließen.
Bei θ =π +α öffnen die Thyristoren VS2 und VS3 und der Laststrom fließt weiterhin in die gleiche Richtung. Der Strom in diesem Stromkreis hat bei L = 0 einen intermittierenden Charakter und nur bei α = 0 wird der Strom geringfügig kontinuierlich sein.
Der Limit-Continuous-Modus ist ein Modus, in dem der Strom zu bestimmten Zeitpunkten auf Null abnimmt, aber nicht unterbrochen wird.
Upr.max = Uobr.max = √2U2(mit Transformator),
Upr.max = Uobr.max = √2U1 (ohne Transformator).
Schaltungsbetrieb für eine aktiv-induktive Last
Die R-L-Last ist typisch für Wicklungen elektrischer Geräte und Feldwicklungen elektrischer Maschinen oder wenn am Ausgang des Gleichrichters ein induktiver Filter installiert ist. Der Einfluss der Induktivität beeinflusst die Form der Laststromkurve sowie die Durchschnitts- und Effektivwerte des Stroms durch die Ventile und den Transformator. Je höher die Induktivität des Lastkreises ist, desto geringer ist der Wechselstromanteil.
Um die Berechnungen zu vereinfachen, wird davon ausgegangen, dass der Laststrom perfekt geglättet ist (L→oo). Dies ist zulässig, wenn ωNSL > 5R, wobei ωNS die Kreisfrequenz der Ausgangswelligkeit des Gleichrichters ist. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, ist der Berechnungsfehler unbedeutend und kann ignoriert werden.
Die Zeitdiagramme des Betriebs eines einphasigen Brückengleichrichters für eine aktiv-induktive Last sind in Abb. dargestellt. neun.
Reis. 9. Betriebsschemata eines einphasigen Brückengleichrichters beim Betrieb an einer RL-Last
Um die im System ablaufenden Prozesse zu untersuchen, werden wir drei Arbeitsbereiche trennen.
1. a. Das diesem Intervall entsprechende Ersatzschaltbild ist in Abb. dargestellt.zehn.
Reis. 10. Ersatzschaltung eines Gleichrichters
Im betrachteten Intervall wird die Energie aus dem Netz im Widerstand R in Wärme umgewandelt und ein Teil sammelt sich im elektromagnetischen Feld der Induktivität.
2. α <θ < π. Das diesem Intervall entsprechende Ersatzschaltbild ist in Abb. dargestellt. elf.
Reis. 11. Ersatzschaltung des Gleichrichters für α <θ < π
Zu einem Zeitpunkt θ = δ ist die EMK der Selbstinduktion eL = 0, da der Strom seinen Maximalwert erreicht.
In diesem Intervall wird die in der Induktivität gespeicherte und vom Netzwerk verbrauchte Energie im Widerstand R in Wärme umgewandelt.
3. π θ α + λ. Das diesem Intervall entsprechende Ersatzschaltbild ist in Abb. dargestellt. 12.
Reis. 12. Ersatzschaltung des Gleichrichters bei π θ α + λ
In diesem Intervall wird ein Teil der im induktiven Feld angesammelten Energie im Widerstand R in Wärme umgewandelt und ein Teil in das Netzwerk zurückgeführt.
Die Wirkung der EMF der Selbstinduktion im 3. Abschnitt führt zum Auftreten von Abschnitten mit negativer Polarität in der Kurve der korrigierten EMF, und die unterschiedlichen Vorzeichen von e und i weisen darauf hin, dass in diesem Intervall eine Rückkehr elektrischer Energie erfolgt zum Netzwerk.
Wenn zum Zeitpunkt θ = π + α die in der Induktivität L gespeicherte Energie nicht vollständig verbraucht ist, ist der Strom i kontinuierlich. Wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt θ = π + α Öffnungsimpulse an die Thyristoren VS2 und VS3 geliefert werden, denen von der Netzwerkseite eine Vorwärtsspannung zugeführt wird, öffnen sie und über sie wird eine Rückwärtsspannung an die Betriebs-VS1 und VS4 angelegt Netzwerkseite, wodurch sie schließen, wird diese Art der Umschaltung als natürlich bezeichnet.