單相整流器 - 方案和工作原理

整流器是一種設計用於將輸入交流電壓轉換為直流電壓的裝置。整流器的主要模塊是一組將交流電壓直接轉換為直流電壓的脈鋸。

如果需要將網絡的參數與負載的參數進行匹配，則整流組通過匹配變壓器接入網絡。根據供電網絡的相數，整流器有單相和 三相……在此處查看更多詳細信息- 半導體整流器的分類…在本文中，我們將考慮單相整流器的操作。

單相半波整流器

最簡單的整流電路是單相半波整流器（圖1）。

米。 1. 單相可控半波整流器原理圖

R 負載整流器的工作示意圖如圖 2 所示。

米。 2. R 負載整流器的操作方案

要打開晶閘管，必須滿足兩個條件：

1）陽極電位必須高於陰極電位；

2) 必須向控制電極施加打開脈衝。

對於該電路，只有在電源電壓的正半週期期間才能同時滿足這些條件。脈衝相位控制系統 (SIFU) 應僅在電源電壓的正 NSoluneriod 中形成打開脈衝。

申請時 晶閘管 時間 θ = α 晶閘管 VS1 打開的開啟脈衝 VS1 在正半週期的剩餘時間內將電源電壓 U 施加到負載 1（與電壓 U1 相比，閥上的正向電壓降 ΔUv 微不足道（ΔUv = 1 — 2 伏））。由於負載 R — 有源，因此負載中的電流會重複電壓的形狀。

在正半週期結束時，負載電流 i 和閥 VS1 將減小到零 (θ = nπ)，電壓 U1 將改變其符號。因此，反向電壓施加到晶閘管VS1，在其作用下它關閉並恢復其控制特性。

這種在電源電壓的影響下週期性改變其極性的閥的切換被稱為自然的。

從圖中可以看出，一根導線的變化會導致電源電壓施加到負載的正半週期的一部分發生變化，從而導致功耗的調節。注入 α 表徵晶閘管開啟時刻與其自然開啟時刻相比的延遲，稱為閥門的開啟（控制）角。

電動勢和整流器電流是連續的正半正弦波段，方向恆定但大小不恒定，即整流後的 EMF 和電流具有周期性脈動特性。並且任何週期函數都可以展開為傅里葉級數：

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

其中 E 是校正後的 EMF 的常數分量，en(T) — 等於所有諧波分量之和的可變分量。

因此，我們可以假設將由可變分量 en (t) 扭曲的恆定 EMF 施加到負載上。 EMF 的永久分量 E 是整流 EMF 的主要特徵。

通過改變負載電壓來調節負載電壓的過程稱為相位控制……這種方案有幾個缺點：

1) 校正後的電動勢中高次諧波含量高；

2）電動勢和電流紋波大；

3）間歇電路操作；

4）採用低電路電壓（kche=0.45）。

整流器的開斷電流工作方式是這樣一種方式，其中整流器的負載電路中的電流被中斷，即變為零。

在有源電感負載上運行時的單相單半波整流器

RL 負載的半波整流操作時序圖如圖 1 所示。 3.

米。 3. RL 負載的半波整流操作圖

為了分析方案中發生的過程，讓我們分配三個時間間隔。

1. α < θ < δ ... 該區間對應的等效電路如圖1所示。 4.

關於。 4. α < θ < δ 的等效電路

根據等效方案：

在此時間間隔內，eL（自感應 EMF）被偏置回電網電壓 U1 並防止電流急劇增加。來自網絡的能量在 R 處轉換為熱量，並在電感為 L 的電磁場中累積。

2. α < θ < π。該區間對應的等效電路如圖2所示。 5.

如圖。 5… α < θ < π 的等效電路

在這個區間內，自感eL的電動勢改變了符號（此時θ=δ）。

在 θ δ dL 改變其符號並傾向於保持電路中的電流。它是根據 U1 定向的。在此區間內，來自網絡並累積在電感 L 中的能量在 R 中轉化為熱量。

3. π θ α + λ。該區間對應的等效電路如圖2所示。 6.

米。 6 等效電路

在某個時間點 θ = π 線電壓 U1 改變其極性，但晶閘管 VS1 保持導通狀態，因為 egL 超過 U1 並且晶閘管兩端保持正向電壓。在dL作用下的電流會同向流過負載，而電感L場中儲存的能量不會被完全消耗掉。

在此區間內，感應場中積累的能量一部分在電阻R中轉化為熱量，一部分傳輸至網絡。將能量從直流電路轉移到交流電路的過程稱為逆變……這可以通過 e 和 i 的不同符號來證明。

負極性 U1 部分的電流持續時間取決於 L 和 R (XL=ωL) 之間的比率。比率 — ωL/R 越大，電流 λ 的持續時間越長。

如果負載電路 L 中存在電感，則電流形狀變得更平滑並且電流甚至在負極性 U1 的區域中流動...在這種情況下，晶閘管 VS1 在電壓 U1 過渡到 0 期間不會閉合此刻電流降為零。若ωL/R→oo，則α=0λ→2π。

運行有源和有源電感負載時單相橋式整流器在連續模式下的工作原理

單相橋式整流器的電源電路如圖1所示。 7、其在有源負載上工作的時序圖如圖7所示。八。

閥橋（圖 7）包含兩組閥 - 陰極（奇數閥）和陽極（偶數閥）。在橋式電路中，電流由兩個閥同時承載——一個來自陰極組，一個來自陽極組。

從圖中可以看出。如圖7所示，柵極導通，使得在電壓U2的正半週期期間，電流流過柵極VS1和VS4，而在負半週期期間，電流流過柵極VS2和VS3。我們假設閥門和變壓器是理想的，即Ltp = Rtp = 0，ΔUB = 0。

米。七、單相橋式整流方案

米。 8. 電阻負載上單相橋控整流器的運行方案

在該電路中，在任意時刻，一對晶閘管VS1、VS4在正半週U2和VS2、VS3在負半週導通電流。當所有晶閘管都關閉時，將一半的電源電壓施加到每個晶閘管上。

在 θ =α 打開 VS1 和 VS4，負載開始流過打開的 VS1 和 VS4。之前的 VS2 和 VS3 以反向全電源電壓運行。當 v = l- 時，U2 改變符號，由於負載有源，電流變為零，反向電壓施加到 VS1 和 VS4，它們閉合。

在 θ =π +α 時，晶閘管 VS2 和 VS3 打開，負載電流繼續沿同一方向流動。該電路中的電流在 L = 0 時具有間歇性，只有在 α = 0 時電流才略微連續。

極限連續模式是電流在某些時刻減小到零但不中斷的模式。

Upr.max = Uobr.max = √2U2(帶變壓器),

Upr.max = Uobr.max = √2U1(無變壓器)。

有源電感負載的電路操作

R-L 負載是典型的電氣設備繞組和電機勵磁繞組，或者當電感濾波器安裝在整流器的輸出端時。電感的影響影響負載電流曲線的形狀以及通過閥門和變壓器的電流的平均值和有效值。負載電路的電感越高，交流分量越低。

為簡化計算，假設負載電流已完全平滑 (L→oo)。當 ωNSL > 5R 時，這是合法的，其中 ωNS — 整流器輸出紋波的圓頻率。如果滿足這個條件，計算誤差是微不足道的，可以忽略不計。

用於有源電感負載的單相橋式整流器的操作時序圖如圖 1 所示。九。

米。 9. 單相橋式整流器在 RL 負載上運行時的運行方案

為了檢查計劃中發生的過程，我們將分為三個工作領域。

1. 一個。該區間對應的等效電路如圖2所示。十。

米。 10.整流器的等效電路

在所考慮的區間內，來自網絡的能量在電阻 R 中轉化為熱量，一部分在電感的電磁場中積累。

2. α < θ < π。該區間對應的等效電路如圖2所示。十一。

米。 11. α < θ < π 時整流器的等效電路

在時刻 θ = δ 自感電動勢 eL = 0 因為電流達到最大值。

在此區間內，電感中積累並被網絡消耗的能量在電阻R中轉化為熱量。

3. π θ α + λ。該區間對應的等效電路如圖2所示。 12.

米。 12.整流器在πθα+λ處的等效電路

在此區間內，感應場中積累的能量一部分在電阻R中轉化為熱量，一部分返回網絡。

第3段自感電動勢的作用導致修正後的電動勢曲線出現負極性段，e和i的不同符號表明該區間有電能回流到網絡。

如果在時間 θ = π + α 中存儲在電感 L 中的能量沒有完全消耗，則電流 i 將是連續的。當在特定時間 θ = π + α 打開脈衝提供給晶閘管 VS2 和 VS3，從網絡側向其提供正向電壓時，它們打開並通過它們將反向電壓從電網側施加到工作的 VS1 和 VS4網絡端，因此它們關閉，這種類型的切換稱為自然切換。