מיישרים חד פאזיים - תוכניות ועיקרון הפעולה

מיישר הוא מכשיר שנועד להמיר מתח AC כניסה למתח DC. המודול הראשי של המיישר הוא סט של מסורי ורידים הממיר ישירות מתח AC למתח DC.

אם יש צורך להתאים את הפרמטרים של הרשת לפרמטרים של העומס, ערכת המיישרים מחוברת לרשת באמצעות שנאי תואם. על פי מספר השלבים של רשת האספקה, מיישרים הם חד פאזיים ו שלושה שלבים… ראה פרטים נוספים כאן - סיווג מיישרים מוליכים למחצה... במאמר זה נשקול את פעולתם של מיישרים חד פאזיים.

מיישר חצי גל חד פאזי

מעגל המיישר הפשוט ביותר הוא מיישר חצי גל חד פאזי (איור 1).

אורז. 1. סכמטי של מיישר חצי גל מבוקר חד פאזי

סכימות של פעולת מיישר עומס R מוצגות באיור 2.

אורז. 2. סכימות פעולה של מיישר לעומס R

כדי לפתוח את התיריסטור, יש לעמוד בשני תנאים:

1) הפוטנציאל של האנודה חייב להיות גבוה מהפוטנציאל של הקתודה;

2) יש להפעיל דופק פתיחה על אלקטרודת הבקרה.

עבור מעגל זה, מילוי בו-זמנית של תנאים אלה אפשרי רק במהלך חצי מחזורים חיוביים של מתח האספקה. מערכת בקרת פאזה דופק (SIFU) צריכה ליצור פולסי פתיחה רק ב-NSoluneriodes חיוביים של מתח האספקה.

בעת הגשת בקשה ל תיריסטור VS1 של דופק הפתיחה ברגע הזמן θ = α תיריסטור VS1 נפתח ומתח האספקה ​​U מופעל על העומס1 במהלך שארית חצי המחזור החיובי (מפלת מתח קדימה על פני השסתום ΔUv לא משמעותית בהשוואה למתח U1 (ΔUv = 1 - 2 V) ). מאז העומס R - פעיל, אז הזרם בעומס חוזר על צורת המתח.

בסוף חצי המחזור החיובי, זרם העומס i והשסתום VS1 יפחת לאפס (θ = nπ), והמתח U1 ישנה את הסימן שלו. לכן, מתח הפוך מופעל על תיריסטור VS1, שתחת פעולתו הוא נסגר ומשחזר את תכונות הבקרה שלו.

מיתוג כזה של שסתומים בהשפעת המתח של מקור הכוח, אשר משנה את הקוטביות שלו מעת לעת, נקרא טבעי.

ניתן לראות מהתרשימים ששינוי בחוט אחד מוביל לשינוי בחלק מחצי המחזור החיובי שבמהלכו מתח האספקה ​​מופעל על העומס, ולכן זה מוביל לוויסות צריכת החשמל. הזרקה α מאפיינת את העיכוב ברגע הפתיחה של התיריסטור בהשוואה לרגע הפתיחה הטבעית שלו ונקראת זווית הפתיחה (השליטה) של השסתום.

ה-emf וזרם המיישר הם מקטעים עוקבים של גלי חצי סינוס חיוביים, קבועים בכיוון אך אינם קבועים בגודלם, כלומר. ל-EMF ולזרם המתוקנים יש אופי פועם תקופתי. וניתן להרחיב כל פונקציה תקופתית בסדרת פורייה:

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

כאשר E הוא הרכיב הקבוע של ה-EMF המתוקן, en(T) - רכיב משתנה שווה לסכום כל הרכיבים ההרמוניים.

לפיכך, אנו יכולים להניח כי EMF קבוע מעוות על ידי הרכיב המשתנה en (t) מוחל על העומס. המרכיב הקבוע של ה-EMF E הוא המאפיין העיקרי של ה-EMF המתוקן.

תהליך ויסות מתח העומס על ידי שינויו נקרא בקרת פאזה... לתכנית זו יש מספר חסרונות:

1) תוכן גבוה של הרמוניות גבוהות יותר ב-EMF המתוקן;

2) אדוות גדולות של EMF וזרם;

3) פעולת מעגל לסירוגין;

4) שימוש במתח מעגל נמוך (kche =0.45).

מצב פעולת הזרם המפריע של המיישר הוא מצב כזה שבו הזרם במעגל העומס של המיישר מופרע, כלומר. הופך לאפס.

מיישר חד פאזי חד חצי גל בעת עבודה על עומס פעיל-אינדוקטיבי

דיאגרמות התזמון של פעולת מיישר חצי גל עבור עומס RL מוצגים באיור. 3.

אורז. 3. דיאגרמות של פעולת מיישר חצי גל עבור עומס RL

כדי לנתח את התהליכים המתרחשים בסכימה, הבה נקצה שלושה מרווחי זמן.

1. α <θ <δ... המעגל המקביל המתאים למרווח זה מוצג באיור. 4.

מִחָדָשׁ. 4. מעגל שווה ערך עבור α <θ <δ

לפי התכנית המקבילה:

במהלך מרווח הזמן הזה eL (השראות עצמית EMF) מוטה בחזרה למתח הרשת U1 ומונע עלייה חדה בזרם. האנרגיה מהרשת מומרת לחום ב-R ונאגרת בשדה האלקטרומגנטי עם השראות L.

2. α <θ < π. המעגל המקביל המתאים למרווח זה מוצג באיור. 5.

תאנה. 5... מעגל שווה ערך עבור α <θ < π

במרווח זה, EMF של אינדוקציה עצמית eL שינה את הסימן שלו (בזמן זה θ = δ).

ב-θ δ dL משנה את הסימן שלו ונוטה לשמור על הזרם במעגל. זה מכוון לפי U1. במרווח זה, האנרגיה מהרשת ומצטברת בתחום השראות L מומרת לחום ב-R.

3. π θ α + λ. המעגל המקביל המתאים למרווח זה מוצג באיור. 6.

אורז. 6 מעגל שווה ערך

בנקודת זמן מסוימת θ = π מתח הקו U1 משנה את הקוטביות שלו, אך התיריסטור VS1 נשאר במצב מוליך מכיוון ש-egL עולה על U1 והמתח הקדמי נשמר על פני התיריסטור. הזרם בפעולת dL יזרום דרך העומס באותו כיוון, בעוד שהאנרגיה האצורה בשדה השראות L לא תתכלה לחלוטין.

במרווח זה חלק מהאנרגיה המצטברת בשדה האינדוקטיבי מומרת לחום בהתנגדות R, וחלק מועבר לרשת. תהליך העברת האנרגיה ממעגל DC למעגל AC נקרא היפוך... הדבר מעיד על ידי הסימנים השונים של e ו-i.

משך זרימת הזרם בקטע עם קוטביות שלילית U1 תלוי ביחס בין הכמויות L ו-R (XL=ωL). ככל שהיחס גדול יותר - ωL/R, כך משך הזרם הנוכחי λ גדול יותר.

אם יש השראות במעגל העומס L, אז צורת הזרם הופכת חלקה יותר והזרם זורם גם באזורים של קוטביות שלילית U1... במקרה זה, התיריסטור VS1 לא נסגר במהלך המעבר של המתח U1 עד 0 וכרגע הזרם יורד לאפס. אם ωL/ R→oo, אז ב-α = 0 λ → 2π.

עקרון הפעולה של מיישר גשר חד פאזי במצב רציף בעת הפעלת עומסים פעילים ופעילים-אינדוקטיביים

מעגל הכוח של מיישר גשר חד פאזי מוצג באיור. 7, ודיאגרמות הזמן של עבודתו על העומס הפעיל מוצגים באיור. שמונה.

גשר השסתומים (איור 7) מכיל שתי קבוצות של שסתומים - קתודה (שסתומים אי-זוגיים) ואנודה (שסתומים זוגיים). במעגל הגשר, הזרם מועבר בו זמנית על ידי שני שסתומים - אחד מקבוצת הקתודה ואחד מקבוצת האנודה.

כפי שניתן לראות מאיור. 7, השערים מופעלים כך שבמהלך חצי המחזורים החיוביים של המתח U2, הזרם זורם דרך השערים VS1 ו- VS4, ובמהלך חצי המחזורים השליליים דרך השערים VS2 ו- VS3. אנו מניחים שהשסתומים והשנאי הם אידיאליים, כלומר. Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.

אורז. 7. סכימה של מיישר גשר חד פאזי

אורז. 8. סכימות פעולה של מיישר חד פאזי נשלט על גשר על עומס התנגדות

במעגל זה, בכל רגע של זמן, זוג תיריסטורים VS1 ו- VS4 מוליכים זרם בחצי מחזורים חיוביים U2 ו- VS2 ו- VS3 בשלילה. כאשר כל התיריסטורים סגורים, מחצית ממתח האספקה ​​מופעל על כל אחד מהם.

ב-θ =α פותחים את VS1 ו- VS4 והעומס מתחיל לזרום דרך VS1 ו- VS4 הפתוחים. VS2 ו- VS3 הקודמים פועלים במתח רשת מלא בכיוון ההפוך.כאשר v = l-, U2 משנה סימן ומכיוון שהעומס פעיל, הזרם הופך לאפס ומופעל מתח הפוך על VS1 ו- VS4 והם נסגרים.

ב-θ =π +α נפתחים תיריסטורים VS2 ו- VS3 וזרם העומס ממשיך לזרום באותו כיוון. לזרם במעגל זה ב-L = 0 יש אופי לסירוגין, ורק ב-α=0 הזרם יהיה רציף שולי.

מצב רציף מוגבל הוא מצב שבו הזרם ברגעי זמן מסוימים יורד לאפס, אך אינו מופרע.

Upr.max = Uobr.max = √2U2(עם שנאי),

Upr.max = Uobr.max = √2U1(ללא שנאי).

פעולת מעגל לעומס פעיל-אינדוקטיבי

עומס R-L אופייני לפיתולים של מכשירים חשמליים ולפיתולי שדה של מכונות חשמליות או כאשר מותקן מסנן אינדוקטיבי במוצא המיישר. השפעת השראות משפיעה על צורת עקומת זרם העומס וכן על הערכים הממוצעים והיעילים של הזרם דרך השסתומים והשנאי. ככל שההשראות של מעגל העומס גבוהה יותר, כך רכיב זרם החילופין נמוך יותר.

כדי לפשט את החישובים, ההנחה היא שזרם העומס מוחלק בצורה מושלמת (L→oo). זה חוקי כאשר ωNSL> 5R, כאשר ωNS - התדר המעגלי של אדוות מוצא המיישר. אם תנאי זה מתקיים, טעות החישוב אינה משמעותית וניתן להתעלם ממנה.

דיאגרמות התזמון של פעולתו של מיישר גשר חד פאזי לעומס פעיל-אינדוקטיבי מוצגים באיור. תֵשַׁע.

אורז. 9. סכימות פעולה של מיישר גשר חד פאזי בעת הפעלה על עומס RL

לבחינת התהליכים המתרחשים בתכנית, נפריד בין שלושה תחומי עבודה.

1. א. המעגל המקביל המתאים למרווח זה מוצג באיור.עשר.

אורז. 10. מעגל שווה ערך של מיישר

במרווח הנחשב, האנרגיה מהרשת מומרת לחום בהתנגדות R וחלק מצטבר בשדה האלקטרומגנטי של השראות.

2. α <θ < π. המעגל המקביל המתאים למרווח זה מוצג באיור. אחד עשר.

אורז. 11. מעגל שווה ערך של מיישר עבור α <θ < π

ברגע בזמן θ = δ ה-EMF של ההשראה העצמית eL = 0 מכיוון שהזרם מגיע לערכו המקסימלי.

במרווח זה, האנרגיה שנצברת בהשראות ונצרכת על ידי הרשת מומרת לחום בהתנגדות R.

3. π θ α + λ. המעגל המקביל המתאים למרווח זה מוצג באיור. 12.

אורז. 12. מעגל שווה ערך של מיישר ב-π θ α + λ

במרווח זה חלק מהאנרגיה המצטברת בשדה האינדוקטיבי מומרת לחום בהתנגדות R, וחלק מוחזר לרשת.

פעולת ה-EMF של ההשראה העצמית בקטע השלישי מובילה להופעת קטעים עם קוטביות שלילית בעקומת ה-EMF המתוקן, והסימנים השונים של e ו-i מצביעים על כך שבמרווח זה יש חזרה של אנרגיה חשמלית לרשת.

אם בזמן θ = π + α האנרגיה המאוחסנת בהשראות L לא נצרכת לחלוטין, אז הזרם i יהיה רציף. כאשר בזמן מסוים θ = π + α מוגשים לתיריסטורים VS2 ו- VS3, אליהם מסופק מתח קדימה מצד הרשת, הם נפתחים ודרכם מופעל מתח הפוך על VS1 ו- VS4 הפועלים מה- בצד הרשת, כתוצאה מכך הם נסגרים, סוג זה של מיתוג נקרא טבעי.