Vienfaziai lygintuvai - schemos ir veikimo principas

Lygintuvas yra įtaisas, skirtas įvesties kintamosios srovės įtampai paversti nuolatine įtampa. Pagrindinis lygintuvo modulis yra venų pjūklų rinkinys, kuris tiesiogiai konvertuoja kintamą į nuolatinę įtampą.

Jei reikia suderinti tinklo parametrus su apkrovos parametrais, lygintuvo komplektas prijungiamas prie tinklo per atitinkamą transformatorių. Pagal tiekimo tinklo fazių skaičių lygintuvai yra vienfaziai ir trys fazės… Daugiau informacijos rasite čia – Puslaidininkinių lygintuvų klasifikacija… Šiame straipsnyje aptarsime vienfazių lygintuvų veikimą.

Vienfazis pusbangis lygintuvas

Paprasčiausia lygintuvo grandinė yra vienfazis pusbangis lygintuvas (1 pav.).

Ryžiai. 1. Vienfazio valdomo pusbangio lygintuvo schema

R apkrovos lygintuvo veikimo schemos parodytos 2 pav.

Ryžiai. 2. R apkrovos lygintuvo veikimo schemos

Norint atidaryti tiristorių, turi būti įvykdytos dvi sąlygos:

1) anodo potencialas turi būti didesnis už katodo potencialą;

2) valdymo elektrodui turi būti taikomas atidarymo impulsas.

Šiai grandinei vienu metu įvykdyti šias sąlygas galima tik per teigiamus maitinimo įtampos pusciklus. Impulsinės fazės valdymo sistema (SIFU) turėtų formuoti atidarymo impulsus tik teigiamais maitinimo įtampos NSolunerio periodais.

Kreipdamiesi dėl tiristorius Atsidarymo impulso VS1 momentu θ = α tiristorius VS1 atsidaro ir maitinimo įtampa U įvedama į apkrovą1 per likusį teigiamo pusciklo laiką (priekinis įtampos kritimas vožtuve ΔUv nereikšmingas, palyginti su įtampa U1 (ΔUv). = 1 — 2 V) ). Kadangi apkrova R yra aktyvi, tada srovė apkrovoje pakartoja įtampos formą.

Pasibaigus teigiamam pusciklui, apkrovos srovė i ir vožtuvas VS1 sumažės iki nulio (θ = nπ), o įtampa U1 pakeis savo ženklą. Todėl tiristoriui VS1 taikoma atvirkštinė įtampa, kuriai veikiant jis užsidaro ir atkuria valdymo savybes.

Toks vožtuvų perjungimas veikiant maitinimo šaltinio įtampai, kuris periodiškai keičia jo poliškumą, vadinamas natūraliu.

Iš diagramų matyti, kad pasikeitus vienam laidui, pasikeičia dalis teigiamo pusperiodžio, kurio metu apkrovai tiekiama maitinimo įtampa, todėl reguliuojamas energijos suvartojimas. Įpurškimas α apibūdina tiristoriaus atsidarymo momento vėlavimą, palyginti su jo natūralaus atsidarymo momentu ir vadinamas vožtuvo atidarymo (valdymo) kampu.

EMF ir lygintuvo srovė yra nuoseklūs teigiamų pussinusinių bangų segmentai, kurių kryptis yra pastovi, bet ne pastovus dydis, t.y. ištaisyta EML ir srovė turi periodiškai pulsuojantį pobūdį. Ir bet kurią periodinę funkciją galima išplėsti Furjė serijoje:

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

čia E yra pastovi pakoreguoto EML komponentė, en(T) – kintamoji komponentė, lygi visų harmoninių komponentų sumai.

Taigi galime daryti prielaidą, kad apkrovai taikomas pastovus EML, iškraipytas kintamo komponento en (t). Nuolatinis EML komponentas E yra pagrindinė ištaisyto EML charakteristika.

Apkrovos įtampos reguliavimo procesas ją keičiant vadinamas faziniu valdymu... Ši schema turi keletą trūkumų:

1) didelis aukštesnių harmonikų kiekis pakoreguotame EML;

2) dideli EML ir srovės raibuliukai;

3) pertraukiamas grandinės veikimas;

4) žemos grandinės įtampos naudojimas (kche =0,45).

Lygintuvo pertraukiamosios srovės veikimo režimas yra toks režimas, kai srovė lygintuvo apkrovos grandinėje nutrūksta, t.y. tampa nuliu.

Vienfazis vienos pusės bangos lygintuvas, kai veikia esant aktyviajai indukcinei apkrovai

Pusinės bangos lygintuvo veikimo RL apkrovos laiko diagramos parodytos Fig. 3.

Ryžiai. 3. Pusinės bangos lygintuvo veikimo RL apkrovai schemos

Schemoje vykstantiems procesams analizuoti paskirkime tris laiko intervalus.

1. α <θ <δ… Šį intervalą atitinkanti ekvivalentinė grandinė parodyta fig. 4.

Re. 4. Lygiavertė grandinė α <θ <δ

Pagal lygiavertę schemą:

Per šį laiko intervalą eL (saviindukcijos EMF) yra pakreipta atgal į tinklo įtampą U1 ir neleidžia smarkiai padidinti srovės. Energija iš tinklo paverčiama šiluma ties R ir kaupiama elektromagnetiniame lauke, kurio induktyvumas L.

2. α <θ < π. Ekvivalentinė grandinė, atitinkanti šį intervalą, parodyta Fig. 5.

Fig. 5… Lygiavertė grandinė α <θ < π

Šiuo intervalu saviindukcijos EML eL pakeitė savo ženklą (šiuo metu θ = δ).

Esant θ δ dL keičia savo ženklą ir linkęs palaikyti srovę grandinėje. Jis režisuotas pagal U1. Šiame intervale energija iš tinklo ir sukaupta induktyvumo L lauke paverčiama šiluma R.

3. π θ α + λ. Ekvivalentinė grandinė, atitinkanti šį intervalą, parodyta Fig. 6.

Ryžiai. 6 Lygiavertė grandinė

Tam tikru momentu θ = π linijos įtampa U1 keičia savo poliškumą, tačiau tiristorius VS1 lieka laidžioje būsenoje, nes egL viršija U1 ir tiristoriuje palaikoma tiesioginė įtampa. Srovė, veikiama dL, tekės per apkrovą ta pačia kryptimi, o energija, sukaupta induktyvumo L lauke, nebus visiškai sunaudota.

Šiame intervale dalis indukciniame lauke sukauptos energijos varžoje R paverčiama šiluma, o dalis perduodama į tinklą. Energijos perdavimo iš nuolatinės srovės grandinės į kintamosios srovės grandinę procesas vadinamas inversija... Tai liudija skirtingi e ir i ženklai.

Srovės tekėjimo trukmė ruože su neigiamu poliškumu U1 priklauso nuo dydžių L ir R santykio (XL=ωL). Kuo didesnis santykis — ωL/R, tuo didesnė srovės tekėjimo trukmė λ.

Jei apkrovos grandinėje L yra induktyvumas, tai srovės forma tampa lygesnė ir srovė teka net neigiamo poliškumo U1 srityse... Tokiu atveju tiristorius VS1 neužsidaro pereinant įtampai U1 per 0 ir šiuo metu srovė nukrenta iki nulio. Jei ωL/ R→oo, tai α = 0 λ → 2π.

Vienfazio tiltinio lygintuvo veikimo principas nepertraukiamu režimu, kai veikia aktyvios ir aktyvios-indukcinės apkrovos

Vienfazio tiltinio lygintuvo maitinimo grandinė parodyta fig. 7, o jo darbo su aktyvia apkrova laiko diagramos parodytos fig. aštuoni.

Vožtuvų tiltelyje (7 pav.) yra dvi vožtuvų grupės - katodiniai (nelyginiai vožtuvai) ir anodiniai (lyginiai vožtuvai). Tilto grandinėje srovę vienu metu teka du vožtuvai - vienas iš katodo grupės ir kitas iš anodo grupės.

Kaip matyti iš fig. 7, vartai įjungiami taip, kad per teigiamus įtampos U2 pusciklus srovė tekėtų per vartus VS1 ir VS4, o per neigiamus pusciklus per vartus VS2 ir VS3. Darome prielaidą, kad vožtuvai ir transformatorius yra idealūs, t.y. Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.

Ryžiai. 7. Vienfazio tiltinio lygintuvo schema

Ryžiai. 8. Vienfazio tiltu valdomo lygintuvo veikimo esant varžinei apkrovai schemos

Šioje grandinėje bet kuriuo laiko momentu tiristorių VS1 ir VS4 pora srovę praleidžia teigiamais pusciklais U2 ir VS2 bei VS3 neigiamu. Kai visi tiristoriai yra uždaryti, kiekvienam iš jų tiekiama pusė maitinimo įtampos.

Esant θ =α atsidaro VS1 ir VS4 ir apkrova pradeda tekėti per atviras VS1 ir VS4. Ankstesni VS2 ir VS3 veikia visa tinklo įtampa atvirkštine kryptimi.Kai v = l-, U2 pakeičia ženklą ir kadangi apkrova yra aktyvi, srovė tampa lygi nuliui, o VS1 ir VS4 įjungiama atvirkštinė įtampa ir jie užsidaro.

Esant θ =π +α atsidaro tiristoriai VS2 ir VS3, o apkrovos srovė teka ta pačia kryptimi. Srovė šioje grandinėje, kai L = 0, turi nutrūkstamą pobūdį, ir tik esant α = 0 srovė bus šiek tiek nenutrūkstama.

Ribinis nuolatinis režimas yra režimas, kai srovė tam tikrais laiko momentais sumažėja iki nulio, bet nenutrūksta.

Upr.max = Uobr.max = √2U2 (su transformatoriumi),

Upr.max = Uobr.max = √2U1 (be transformatoriaus).

Grandinės veikimas aktyviajai-indukcinei apkrovai

R-L apkrova būdinga elektros aparatų apvijoms ir elektros mašinų lauko apvijoms arba kai lygintuvo išėjime sumontuotas indukcinis filtras. Induktyvumo įtaka turi įtakos apkrovos srovės kreivės formai, taip pat vidutinėms ir efektyvioms srovės per vožtuvus ir transformatorių reikšmėms. Kuo didesnis apkrovos grandinės induktyvumas, tuo mažesnė kintamosios srovės dedamoji.

Skaičiavimams supaprastinti daroma prielaida, kad apkrovos srovė puikiai išlyginta (L→oo). Tai yra teisėta, kai ωNSL> 5R, kur ωNS – apskritas lygintuvo išėjimo pulsacijos dažnis. Jei ši sąlyga įvykdoma, skaičiavimo klaida yra nereikšminga ir gali būti ignoruojama.

Vienfazio tiltinio lygintuvo veikimo aktyviajai-indukcinei apkrovai laiko diagramos parodytos fig. devynios.

Ryžiai. 9. Vienfazio tiltinio lygintuvo veikimo schemos veikiant RL apkrova

Norėdami panagrinėti schemoje vykstančius procesus, išskirsime tris darbo sritis.

1. a. Ekvivalentinė grandinė, atitinkanti šį intervalą, parodyta Fig.dešimt.

Ryžiai. 10. Lygintuvo lygiavertė grandinė

Nagrinėjamu intervalu iš tinklo gaunama energija varžoje R paverčiama šiluma, o dalis kaupiasi induktyvumo elektromagnetiniame lauke.

2. α <θ < π. Ekvivalentinė grandinė, atitinkanti šį intervalą, parodyta Fig. vienuolika.

Ryžiai. 11. Lygintuvo lygiavertė grandinė, kai α <θ < π

Laiko momentu θ = δ saviindukcijos EML eL = 0, nes srovė pasiekia didžiausią vertę.

Šiame intervale induktyvumo sukaupta ir tinklo sunaudota energija varžoje R paverčiama šiluma.

3. π θ α + λ. Ekvivalentinė grandinė, atitinkanti šį intervalą, parodyta Fig. 12.

Ryžiai. 12. Lygintuvo lygiavertė grandinė ties π θ α + λ

Šiame intervale dalis indukciniame lauke sukauptos energijos varžoje R paverčiama šiluma, o dalis grąžinama į tinklą.

Dėl savaiminės indukcijos EML 3-ioje sekcijoje ištaisytos EML kreivėje atsiranda pjūvių su neigiamu poliškumu, o skirtingi e ir i ženklai rodo, kad šiame intervale yra grįžtama elektros energija. į tinklą.

Jei momentu θ = π + α induktyvumo L sukaupta energija nėra visiškai sunaudota, tai srovė i bus nuolatinė. Kai tam tikru laiku θ = π + α atidarymo impulsai tiekiami tiristoriams VS2 ir VS3, į kuriuos iš tinklo pusės tiekiama tiesioginė įtampa, jie atsidaro ir per juos į veikiančius VS1 ir VS4 iš tinklo pusės perduodama atvirkštinė įtampa. tinklo pusėje, dėl ko jie užsidaro, toks perjungimas vadinamas natūraliu.