วงจรเรียงกระแสเฟสเดียว - โครงร่างและหลักการทำงาน

วงจรเรียงกระแสเป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับอินพุตเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง โมดูลหลักของวงจรเรียงกระแสคือชุดเลื่อยหลอดเลือดดำที่แปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเป็นกระแสตรงโดยตรง

หากจำเป็นต้องจับคู่พารามิเตอร์ของเครือข่ายกับพารามิเตอร์ของโหลด ชุดวงจรเรียงกระแสจะเชื่อมต่อกับเครือข่ายผ่านหม้อแปลงที่ตรงกัน ตามจำนวนเฟสของเครือข่ายอุปทาน วงจรเรียงกระแสเป็นแบบเฟสเดียวและ สามขั้นตอน… ดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่นี่ — การจำแนกประเภทของวงจรเรียงกระแสเซมิคอนดักเตอร์… ในบทความนี้เราจะพิจารณาการทำงานของวงจรเรียงกระแสแบบเฟสเดียว

วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นเฟสเดียว

วงจรเรียงกระแสที่ง่ายที่สุดคือวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นแบบเฟสเดียว (รูปที่ 1)

ข้าว. 1. แผนผังของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นแบบควบคุมเฟสเดียว

แผนผังการทำงานของ R-load rectifier แสดงในรูปที่ 2

ข้าว. 2. แผนการทำงานของวงจรเรียงกระแสสำหรับ R-load

ในการเปิดไทริสเตอร์ต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขสองประการ:

1) ศักยภาพของแอโนดต้องสูงกว่าศักยภาพของแคโทด

2) ต้องใช้พัลส์เปิดกับอิเล็กโทรดควบคุม

สำหรับวงจรนี้ การปฏิบัติตามเงื่อนไขเหล่านี้พร้อมกันจะทำได้เฉพาะในช่วงครึ่งรอบของแรงดันไฟฟ้าที่เป็นบวกเท่านั้น ระบบควบคุมเฟสพัลส์ (SIFU) ควรสร้างพัลส์เปิดเฉพาะใน NSoluneriods ที่เป็นบวกของแรงดันไฟฟ้า

เมื่อสมัคร ไทริสเตอร์ VS1 ของพัลส์เปิด ณ ช่วงเวลา θ = α ไทริสเตอร์ VS1 เปิดขึ้นและจ่ายแรงดัน U ให้กับโหลด1 ในช่วงที่เหลือของครึ่งวงจรบวก (แรงดันตกคร่อมวาล์ว ΔUv ไม่มีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับแรงดัน U1 (ΔUv = 1 — 2 V) ). เนื่องจากโหลด R — ใช้งานอยู่ กระแสในโหลดจะทำซ้ำรูปร่างของแรงดัน

ในตอนท้ายของครึ่งรอบที่เป็นบวก กระแสโหลด i และวาล์ว VS1 จะลดลงเป็นศูนย์ (θ = nπ) และแรงดันไฟฟ้า U1 จะเปลี่ยนเครื่องหมาย ดังนั้นจึงมีการใช้แรงดันย้อนกลับกับไทริสเตอร์ VS1 ซึ่งจะปิดและคืนค่าคุณสมบัติการควบคุม

การสลับวาล์วภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงานซึ่งเปลี่ยนขั้วเป็นระยะเรียกว่าเป็นธรรมชาติ

จะเห็นได้จากไดอะแกรมว่าการเปลี่ยนแปลงในสายเส้นเดียวนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในส่วนของครึ่งวงจรที่เป็นบวกในระหว่างที่จ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับโหลด ดังนั้นจึงนำไปสู่การควบคุมการใช้พลังงาน การฉีด α แสดงลักษณะความล่าช้าในช่วงเวลาของการเปิดไทริสเตอร์เมื่อเทียบกับช่วงเวลาของการเปิดตามธรรมชาติและเรียกว่ามุมเปิด (ควบคุม) ของวาล์ว

กระแสแรงเคลื่อนไฟฟ้าและวงจรเรียงกระแสเป็นส่วนต่อเนื่องกันของคลื่นฮาล์ฟไซน์ที่เป็นบวก ซึ่งคงที่ในทิศทางแต่ไม่คงที่ในขนาด เช่น EMF และกระแสที่แก้ไขแล้วมีลักษณะการเต้นเป็นจังหวะเป็นช่วงๆ และสามารถขยายฟังก์ชันคาบใด ๆ ในอนุกรมฟูริเยร์ได้:

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

โดยที่ E เป็นองค์ประกอบคงที่ของ EMF ที่แก้ไขแล้ว en(T) — ส่วนประกอบแปรผันเท่ากับผลรวมของส่วนประกอบฮาร์มอนิกทั้งหมด

ดังนั้น เราสามารถสรุปได้ว่า EMF คงที่ที่บิดเบี้ยวโดยส่วนประกอบตัวแปร en (t) ถูกนำไปใช้กับโหลด ส่วนประกอบถาวรของ EMF E เป็นคุณลักษณะหลักของ EMF ที่แก้ไขแล้ว

กระบวนการควบคุมแรงดันโหลดโดยการเปลี่ยนเรียกว่า การควบคุมเฟส... รูปแบบนี้มีข้อเสียหลายประการ:

1) เนื้อหาสูงของฮาร์มอนิกที่สูงขึ้นใน EMF ที่แก้ไขแล้ว

2) ระลอกใหญ่ของ EMF และกระแส;

3) การทำงานของวงจรไม่ต่อเนื่อง

4) การใช้แรงดันวงจรต่ำ (kche =0.45)

โหมดการทำงานของกระแสขัดจังหวะของวงจรเรียงกระแสคือโหมดที่กระแสในวงจรโหลดของวงจรเรียงกระแสถูกขัดจังหวะเช่น กลายเป็นศูนย์

วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นแบบเฟสเดียวเมื่อทำงานกับโหลดแบบแอคทีฟอินดักทีฟ

แผนภาพเวลาของการทำงานของวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นสำหรับโหลด RL แสดงไว้ในรูปที่ 3.

ข้าว. 3. ไดอะแกรมการทำงานของวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นสำหรับโหลด RL

ในการวิเคราะห์กระบวนการที่เกิดขึ้นในโครงการ ให้เราจัดสรรช่วงเวลาสามช่วงเวลา

1. α <θ <δ… วงจรสมมูลที่สอดคล้องกับช่วงเวลานี้แสดงในรูปที่ 4.

อีกครั้ง. 4. วงจรสมมูลสำหรับ α <θ <δ

ตามโครงร่างที่เทียบเท่า:

ในช่วงเวลานี้ eL (EMF แบบเหนี่ยวนำตัวเอง) จะถูกไบอัสกลับไปที่แรงดันกริด U1 และป้องกันไม่ให้กระแสเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว พลังงานจากเครือข่ายจะถูกแปลงเป็นความร้อนที่ R และถูกสะสมในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยตัวเหนี่ยวนำ L

2. α <θ < π วงจรสมมูลที่สอดคล้องกับช่วงเวลานี้แสดงในรูปที่ 5.

รูปที่. 5… วงจรสมมูลสำหรับ α <θ < π

ในช่วงเวลานี้ EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเอง eL เปลี่ยนเครื่องหมาย (ณ เวลานี้ θ = δ)

ที่ θ δ dL เปลี่ยนเครื่องหมายและมีแนวโน้มที่จะรักษากระแสในวงจร มันถูกกำกับโดย U1 ในช่วงเวลานี้ พลังงานจากเครือข่ายและสะสมในสนามเหนี่ยวนำ L จะถูกแปลงเป็นความร้อนใน R

3. π θ α + λ. วงจรสมมูลที่สอดคล้องกับช่วงเวลานี้แสดงในรูปที่ 6.

ข้าว. 6 วงจรสมมูล

ในบางช่วงเวลา θ = π แรงดันไฟฟ้าสาย U1 เปลี่ยนขั้ว แต่ไทริสเตอร์ VS1 ยังคงอยู่ในสถานะนำไฟฟ้าเนื่องจาก egL เกิน U1 และแรงดันไปข้างหน้าจะคงไว้ทั่วไทริสเตอร์ กระแสภายใต้การกระทำของ dL จะไหลผ่านโหลดในทิศทางเดียวกัน ในขณะที่พลังงานที่เก็บไว้ในสนามเหนี่ยวนำ L จะไม่ถูกใช้ไปจนหมด

ในช่วงเวลานี้ พลังงานส่วนหนึ่งที่สะสมอยู่ในสนามอุปนัยจะถูกแปลงเป็นความร้อนในความต้านทาน R และส่วนหนึ่งจะถูกส่งไปยังเครือข่าย กระบวนการถ่ายโอนพลังงานจากวงจรไฟฟ้ากระแสตรงไปยังวงจรไฟฟ้ากระแสสลับเรียกว่า การผกผัน… ซึ่งเห็นได้จากสัญญาณที่แตกต่างกันของ e และ i

ระยะเวลาของการไหลของกระแสในส่วนที่มีขั้วลบ U1 ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนระหว่างปริมาณ L และ R (XL=ωL) ยิ่งอัตราส่วน — ωL/ R มากเท่าใด ระยะเวลาของการไหลของกระแส λ ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

หากมีการเหนี่ยวนำในวงจรโหลด L รูปร่างปัจจุบันจะราบรื่นขึ้นและกระแสจะไหลแม้ในบริเวณที่มีขั้วลบ U1... ในกรณีนี้ ไทริสเตอร์ VS1 จะไม่ปิดระหว่างการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้า U1 ถึง 0 และในขณะนี้กระแสลดลงเหลือศูนย์ ถ้า ωL/ R→oo แล้วใน α = 0 λ → 2π

หลักการทำงานของวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์เฟสเดียวในโหมดต่อเนื่องเมื่อใช้งานโหลดแบบแอคทีฟและแอคทีฟอินดักทีฟ

วงจรไฟฟ้าของวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์เฟสเดียวแสดงในรูปที่ 7 และไดอะแกรมเวลาของการทำงานบนโหลดที่ใช้งานจะแสดงในรูปที่ แปด.

สะพานวาล์ว (รูปที่ 7) ประกอบด้วยวาล์วสองกลุ่ม ได้แก่ แคโทด (วาล์วคี่) และแอโนด (วาล์วคู่) ในวงจรบริดจ์ กระแสจะถูกส่งพร้อมกันโดยวาล์วสองตัว วาล์วหนึ่งจากกลุ่มแคโทดและอีกวาล์วหนึ่งมาจากกลุ่มแอโนด

ดังจะเห็นได้จากรูป 7 ประตูเปิดอยู่เพื่อให้ในช่วงครึ่งรอบบวกของแรงดันไฟฟ้า U2 กระแสไหลผ่านประตู VS1 และ VS4 และในช่วงครึ่งรอบเชิงลบผ่านประตู VS2 และ VS3 เราตั้งสมมติฐานว่าวาล์วและหม้อแปลงนั้นเหมาะสมที่สุดเช่น Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0

ข้าว. 7. วงจรเรียงกระแสแบบสะพานเฟสเดียว

ข้าว. 8. รูปแบบการทำงานของวงจรเรียงกระแสแบบควบคุมด้วยสะพานเฟสเดียวบนโหลดตัวต้านทาน

ในวงจรนี้ ณ ช่วงเวลาใดๆ ไทริสเตอร์คู่หนึ่ง VS1 และ VS4 จะนำกระแสเป็นบวกครึ่งวงจร U2 และ VS2 และ VS3 เป็นลบ เมื่อไทริสเตอร์ทั้งหมดปิดลง แต่ละตัวจะใช้แรงดันไฟฟ้าครึ่งหนึ่งของแหล่งจ่าย

ที่ θ =α เปิด VS1 และ VS4 และโหลดเริ่มไหลผ่าน VS1 และ VS4 ที่เปิดอยู่ VS2 และ VS3 รุ่นก่อนหน้าทำงานที่แรงดันไฟหลักเต็มในทิศทางกลับกันเมื่อ v = l-, U2 เปลี่ยนเครื่องหมายและเนื่องจากโหลดทำงานอยู่ กระแสจะกลายเป็นศูนย์และแรงดันย้อนกลับถูกนำไปใช้กับ VS1 และ VS4 และจะปิดลง

ที่ θ =π +α ไทริสเตอร์ VS2 และ VS3 เปิดอยู่ และกระแสโหลดยังคงไหลในทิศทางเดียวกัน กระแสในวงจรนี้ที่ L = 0 มีลักษณะเป็นช่วงๆ และเฉพาะที่ α= 0 เท่านั้นที่กระแสจะต่อเนื่องเล็กน้อย

โหมดจำกัดต่อเนื่องเป็นโหมดที่กระแสในบางช่วงเวลาลดลงเป็นศูนย์ แต่ไม่ถูกขัดจังหวะ

Upr.max = Uobr.max = √2U2(พร้อมหม้อแปลง)

Upr.max = Uobr.max = √2U1(ไม่มีหม้อแปลง)

การทำงานของวงจรสำหรับโหลดแบบแอคทีฟอินดักทีฟ

โหลด RL เป็นเรื่องปกติของขดลวดของอุปกรณ์ไฟฟ้าและขดลวดสนามของเครื่องใช้ไฟฟ้า หรือเมื่อติดตั้งตัวกรองแบบเหนี่ยวนำที่เอาต์พุตของวงจรเรียงกระแส อิทธิพลของความเหนี่ยวนำส่งผลต่อรูปร่างของเส้นโค้งกระแสโหลด ตลอดจนค่าเฉลี่ยและค่าประสิทธิผลของกระแสผ่านวาล์วและหม้อแปลง ยิ่งค่าความเหนี่ยวนำของวงจรโหลดสูงเท่าใด ส่วนประกอบกระแสสลับก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น

เพื่อให้การคำนวณง่ายขึ้น สันนิษฐานว่ากระแสโหลดจะราบเรียบอย่างสมบูรณ์ (L→oo) สิ่งนี้ถูกกฎหมายเมื่อ ωNSL> 5R โดยที่ ωNS — ความถี่แบบวงกลมของการกระเพื่อมเอาต์พุตของวงจรเรียงกระแส หากตรงตามเงื่อนไขนี้ ข้อผิดพลาดในการคำนวณจะไม่มีนัยสำคัญและสามารถละเว้นได้

แผนภาพเวลาของการทำงานของวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์เฟสเดียวสำหรับโหลดแบบแอคทีฟอินดักทีฟแสดงในรูปที่ เก้า.

ข้าว. 9. รูปแบบการทำงานของวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์เฟสเดียวเมื่อใช้งานกับโหลด RL

ในการตรวจสอบกระบวนการที่เกิดขึ้นในโครงร่าง เราจะแยกงานออกเป็นสามส่วน

1. ก. วงจรสมมูลที่สอดคล้องกับช่วงเวลานี้แสดงในรูปที่สิบ.

ข้าว. 10. วงจรสมมูลของวงจรเรียงกระแส

ในช่วงที่พิจารณา พลังงานจากเครือข่ายจะถูกแปลงเป็นความร้อนในตัวต้านทาน R และส่วนหนึ่งจะสะสมในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของตัวเหนี่ยวนำ

2. α <θ < π วงจรสมมูลที่สอดคล้องกับช่วงเวลานี้แสดงในรูปที่ สิบเอ็ด

ข้าว. 11. วงจรสมมูลของวงจรเรียงกระแสสำหรับ α <θ < π

ในช่วงเวลาหนึ่ง θ = δ EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเอง eL = 0 เนื่องจากกระแสถึงค่าสูงสุด

ในช่วงเวลานี้ พลังงานที่สะสมในตัวเหนี่ยวนำและเครือข่ายที่ใช้ไปจะถูกแปลงเป็นความร้อนในตัวต้านทาน R

3. π θ α + λ. วงจรสมมูลที่สอดคล้องกับช่วงเวลานี้แสดงในรูปที่ 12.

ข้าว. 12. วงจรสมมูลของวงจรเรียงกระแสที่ π θ α + λ

ในช่วงเวลานี้ ส่วนหนึ่งของพลังงานที่สะสมในสนามอุปนัยจะถูกแปลงเป็นความร้อนในความต้านทาน R และส่วนหนึ่งจะถูกส่งกลับไปยังเครือข่าย

การกระทำของ EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองในส่วนที่ 3 นำไปสู่การปรากฏของส่วนที่มีขั้วลบในเส้นโค้งของ EMF ที่ถูกต้องและสัญญาณต่าง ๆ ของ e และ i บ่งชี้ว่าในช่วงเวลานี้มีการกลับมาของพลังงานไฟฟ้า เข้ากับเครือข่าย

ถ้า ณ เวลา θ = π + α พลังงานที่เก็บไว้ในตัวเหนี่ยวนำ L ไม่หมด กระแส i จะต่อเนื่อง เมื่อถึงจุดหนึ่ง θ = π + α เปิดพัลส์ให้กับไทริสเตอร์ VS2 และ VS3 ซึ่งจ่ายแรงดันไปข้างหน้าจากด้านเครือข่าย พวกมันเปิดและผ่านพวกมัน แรงดันย้อนกลับถูกนำไปใช้กับ VS1 และ VS4 ที่ใช้งานจาก ด้านเครือข่ายเนื่องจากการปิดการสลับประเภทนี้เรียกว่าเป็นธรรมชาติ