単相整流器 - スキームと動作原理

整流器は、入力 AC 電圧を DC 電圧に変換するように設計されたデバイスです。整流器のメインモジュールは、AC 電圧を DC 電圧に直接変換する一連の静脈鋸です。

ネットワークのパラメータを負荷のパラメータと一致させる必要がある場合、整流器セットは整合変圧器を介してネットワークに接続されます。供給ネットワークの相数に応じて、整流器は単相と 三段階… 詳細はこちらをご覧ください — 半導体整流器の分類… この記事では、単相整流器の動作について考えます。

単相半波整流器

最も単純な整流回路は単相半波整流器です(図1)。

米。 1. 単相制御の半波整流器の回路図

R 負荷整流器の動作の概略図を図 2 に示します。

米。 2. R負荷用整流器の動作スキーム

サイリスタを開くには、次の 2 つの条件を満たす必要があります。

1) アノードの電位はカソードの電位よりも高くなければなりません。

2) 制御電極に開放パルスを印加する必要があります。

この回路では、これらの条件を同時に満たすことができるのは、電源電圧の正の半サイクル中にのみ可能です。パルス位相制御システム (SIFU) は、供給電圧の正の NSOL 周期でのみ開始パルスを形成する必要があります。

申請するときは サイリスタ θ = α の瞬間の開放パルスの VS1 サイリスタ VS1 が開き、正の半サイクルの残りの期間に電源電圧 U が負荷 1 に印加されます (バルブ両端の順方向電圧降下 ΔUv は電圧 U1 (ΔUv) に比べてわずかです) = 1 — 2 V) )。負荷 R — がアクティブであるため、負荷内の電流は電圧の形状を繰り返します。

正の半サイクルの終わりに、負荷電流 i とバルブ VS1 はゼロ (θ = nπ) まで減少し、電圧 U1 の符号が変わります。したがって、逆電圧がサイリスタ VS1 に印加され、その作用によりサイリスタが閉じて制御特性が回復します。

極性が周期的に変化する電源の電圧の影響下でのこのようなバルブの切り替えは、自然と呼ばれます。

これらの図から、1 本のワイヤの変化により、電源電圧が負荷に印加される正の半サイクルの一部が変化するため、消費電力の調整につながることがわかります。噴射 α は、サイリスタが自然に開く瞬間と比較して、サイリスタが開く瞬間の遅れを特徴づけるもので、バルブの開き (制御) 角度と呼ばれます。

起電力と整流器電流は正の半正弦波の連続した部分であり、方向は一定ですが大きさは一定ではありません。整流された EMF と電流には周期的な脈動特性があります。そして、任意の周期関数はフーリエ級数で展開できます。

e (t) = E + en(T)、

ここで、E は補正された EMF の定数成分、en(T) - すべての高調波成分の合計に等しい変動成分です。

したがって、変動成分 en (t) によって歪んだ一定の EMF が負荷に印加されると仮定できます。 EMF E の永久成分は、整流された EMF の主な特性です。

負荷電圧を変化させて調整するプロセスは位相制御と呼ばれます...この方式にはいくつかの欠点があります。

1) 補正された EMF 内の高調波の含有量が高い。

2) EMF と電流の大きなリップル。

3) 断続的な回路動作。

4) 低い回路電圧の使用 (kche =0.45)。

整流器の電流遮断動作モードは、整流器の負荷回路内の電流が遮断されるようなモードである。ゼロになります。

能動誘導負荷で動作する場合の単相単半波整流器

RL負荷の半波整流器動作のタイミング図を図に示します。 3.

米。 3. RL負荷に対する半波整流器の動作図

スキーム内で行われるプロセスを分析するために、3 つの時間間隔を割り当ててみましょう。

1. α <θ <δ… この区間に対応する等価回路を図に示します。 4.

Re. 4. α<θ<δの等価回路

同等のスキームによると、次のようになります。

この時間間隔中、eL (自己誘導EMF) はグリッド電圧 U1 にバイアスされて戻り、電流の急激な増加が防止されます。ネットワークからのエネルギーは R で熱に変換され、インダクタンス L を持つ電磁場に蓄積されます。

2. α < θ < π。この区間に対応する等価回路を図に示します。 5.

イチジク。 5…α<θ<πの等価回路

この間隔で、自己誘導 eL の起電力は符号を変えます (このとき θ = δ)。

θ δ では、dL の符号が変わり、回路内の電流を維持する傾向があります。 U1に従って指示されます。この間隔では、ネットワークからのエネルギーとインダクタンス L の場に蓄積されたエネルギーが R の熱に変換されます。

3. π θ α + λ。この区間に対応する等価回路を図に示します。 6.

米。 6 等価回路

ある時点 θ = π で、線間電圧 U1 の極性が変わりますが、egL が U1 を超え、サイリスタの両端の順方向電圧が維持されるため、サイリスタ VS1 は導通状態のままです。 dL の作用による電流は負荷を介して同じ方向に流れますが、インダクタンス L の場に蓄えられたエネルギーは完全には消費されません。

この間に、誘導場に蓄積されたエネルギーの一部が抵抗 R で熱に変換され、一部がネットワークに伝達されます。 DC 回路から AC 回路にエネルギーを伝達するプロセスは反転と呼ばれます。これは、e と i の符号が異なることからわかります。

負極性 U1 のセクションに流れる電流の継続時間は、量 L と R の比 (XL=ωL) に依存します。比 - ωL/R が大きいほど、電流が流れる持続時間 λ は長くなります。

負荷回路 L にインダクタンスがある場合、電流の形状はより滑らかになり、負極性 U1 の領域にも電流が流れます。この場合、電圧 U1 から 0 への遷移中にサイリスタ VS1 は閉じません。そしてその瞬間、電流はゼロになります。 ωL/ R→oo の場合、α = 0 で λ → 2π となります。

アクティブ負荷およびアクティブ誘導負荷を動作させる場合の連続モードでの単相ブリッジ整流器の動作原理

単相ブリッジ整流器の電源回路を図に示します。能動負荷に対する動作の時間図を図7に示します。八。

バルブブリッジ (図 7) には、カソード (奇数バルブ) とアノード (偶数バルブ) という 2 つのグループのバルブが含まれています。ブリッジ回路では、電流は 2 つのバルブ (カソード グループから 1 つとアノード グループから 1 つ) によって同時に流されます。

図からわかるように。図７に示すように、ゲートはオンになり、電圧Ｕ２の正の半サイクル中に電流がゲートＶＳ１およびＶＳ４を流れ、負の半サイクル中にゲートＶＳ２およびＶＳ３を流れる。バルブと変圧器が理想的であると仮定します。 Ltp = Rtp = 0、ΔUB = 0。

米。 7. 単相ブリッジ整流器のスキーム

米。 8. 抵抗負荷における単相ブリッジ制御整流器の動作スキーム

この回路では、いつでも、一対のサイリスタ VS1 と VS4 が正の半サイクル U2 で電流を流し、VS2 と VS3 が負の半サイクルになります。すべてのサイリスタが閉じると、供給電圧の半分がそれぞれのサイリスタに印加されます。

θ =α で VS1 と VS4 が開き、開いた VS1 と VS4 を介して負荷が流れ始めます。以前の VS2 と VS3 は、逆方向の最大電源電圧で動作します。v = 1- の場合、U2 の符号が変わり、負荷がアクティブになるため、電流はゼロになり、VS1 と VS4 に逆電圧が印加されて閉じます。

θ =π +α では、サイリスタ VS2 と VS3 が開き、負荷電流は同じ方向に流れ続けます。 L = 0 でのこの回路の電流は断続的な性質を持ち、α= 0 でのみ電流はわずかに連続的になります。

限界連続モードは、ある瞬間の電流がゼロまで減少しますが、中断されないモードです。

Upr.max = Uobr.max = √2U2(変圧器あり)、

Upr.max = Uobr.max = √2U1(変圧器なし)。

能動誘導負荷の回路動作

R-L 負荷は、電気機器の巻線や電気機械の界磁巻線、または整流器の出力に誘導フィルタが取り付けられている場合に一般的です。インダクタンスの影響は、負荷電流曲線の形状、およびバルブと変圧器を流れる電流の平均値と実効値に影響を与えます。負荷回路のインダクタンスが大きいほど、交流成分は低くなります。

計算を簡単にするために、負荷電流が完全に平滑化される (L→oo) と仮定します。これは、ωNSL> 5R の場合に有効です。ここで、ωNS は整流器出力リップルの円周周波数です。この条件が満たされる場合、計算誤差は重要ではないため、無視できます。

能動誘導負荷用の単相ブリッジ整流器の動作のタイミング図を図に示します。九。

米。 9. RL負荷で動作する場合の単相ブリッジ整流器の動作スキーム

スキーム内で行われるプロセスを調べるために、3 つの作業領域に分けて説明します。

1.a.この区間に対応する等価回路を図に示します。十。

米。 10. 整流器の等価回路

考慮された区間では、ネットワークからのエネルギーは抵抗 R で熱に変換され、一部はインダクタンスの電磁場に蓄積されます。

2. α < θ < π。この区間に対応する等価回路を図に示します。十一。

米。 11. α <θ < π の場合の整流器の等価回路

θ = δ の瞬間では、電流が最大値に達するため、自己誘導の起電力 eL = 0 になります。

この間に、インダクタンスに蓄積され、ネットワークによって消費されるエネルギーは、抵抗 R で熱に変換されます。

3. π θ α + λ。この区間に対応する等価回路を図に示します。 12.

米。 12. π θ α + λ における整流器の等価回路

この間に、誘導場に蓄積されたエネルギーの一部は抵抗 R で熱に変換され、一部はネットワークに戻されます。

3 番目のセクションでの自己誘導の EMF の作用により、補正された EMF の曲線に負の極性を持つセクションが出現します。e と i の符号の違いは、この区間で電気エネルギーが戻ってくることを示しています。ネットワークに。

時間 θ = π + α でインダクタンス L に蓄えられたエネルギーが完全に消費されない場合、電流 i は連続します。ある時刻 θ = π + α で、ネットワーク側から順電圧が供給されているサイリスタ VS2 と VS3 に開放パルスが入力されると、サイリスタが開き、動作中の VS1 と VS4 に逆電圧が印加されます。ネットワーク側で閉じられるため、このタイプの切り替えは自然と呼ばれます。