सिंगल-फेज रेक्टिफायर्स - योजना आणि ऑपरेशनचे सिद्धांत

रेक्टिफायर हे इनपुट एसी व्होल्टेजला डीसी व्होल्टेजमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी डिझाइन केलेले उपकरण आहे. रेक्टिफायरचे मुख्य मॉड्युल हे व्हेन आरीचा एक संच आहे जो थेट एसी ते डीसी व्होल्टेजमध्ये रूपांतरित करतो.

लोडच्या पॅरामीटर्ससह नेटवर्कच्या पॅरामीटर्सशी जुळणे आवश्यक असल्यास, रेक्टिफायर सेट मॅचिंग ट्रान्सफॉर्मरद्वारे नेटवर्कशी कनेक्ट केला जातो. पुरवठा नेटवर्कच्या टप्प्यांच्या संख्येनुसार, रेक्टिफायर्स सिंगल-फेज आहेत आणि तीन टप्पे… अधिक तपशील येथे पहा — सेमीकंडक्टर रेक्टिफायर्सचे वर्गीकरण… या लेखात आपण सिंगल-फेज रेक्टिफायर्सच्या ऑपरेशनचा विचार करू.

सिंगल-फेज हाफ-वेव्ह रेक्टिफायर

सर्वात सोपा रेक्टिफायर सर्किट सिंगल-फेज हाफ-वेव्ह रेक्टिफायर आहे (चित्र 1).

तांदूळ. 1. सिंगल-फेज नियंत्रित अर्ध-वेव्ह रेक्टिफायरचे योजनाबद्ध

आर-लोड रेक्टिफायरच्या ऑपरेशनची योजना आकृती 2 मध्ये दर्शविली आहे.

तांदूळ. 2. आर-लोडसाठी रेक्टिफायरच्या ऑपरेशनच्या योजना

थायरिस्टर उघडण्यासाठी, दोन अटी पूर्ण केल्या पाहिजेत:

1) एनोडची क्षमता कॅथोडच्या संभाव्यतेपेक्षा जास्त असणे आवश्यक आहे;

२) कंट्रोल इलेक्ट्रोडवर ओपनिंग पल्स लावणे आवश्यक आहे.

या सर्किटसाठी, या अटींची एकाचवेळी पूर्तता केवळ पुरवठा व्होल्टेजच्या सकारात्मक अर्ध-चक्र दरम्यान शक्य आहे. पल्स फेज कंट्रोल सिस्टीम (SIFU) ने फक्त पुरवठा व्होल्टेजच्या सकारात्मक एनसोल्युनिओरिओड्समध्ये ओपनिंग पल्स तयार केल्या पाहिजेत.

अर्ज करताना थायरिस्टर वेळेच्या क्षणी ओपनिंग पल्सचा VS1 θ = α थायरिस्टर VS1 उघडतो आणि पॉझिटिव्ह अर्ध्या चक्राच्या उर्वरित कालावधीत लोड1 वर पुरवठा व्होल्टेज U लागू केला जातो (व्हॉल्टेज U1 च्या तुलनेत व्होल्टेज ΔUv नगण्य ΔUv वर फॉरवर्ड व्होल्टेज ड्रॉप = 1 — 2 V)). लोड R — सक्रिय असल्याने, लोडमधील विद्युत् प्रवाह व्होल्टेजच्या आकाराची पुनरावृत्ती करतो.

सकारात्मक अर्ध-चक्राच्या शेवटी, लोड करंट i आणि वाल्व VS1 शून्य (θ = nπ) पर्यंत कमी होईल आणि व्होल्टेज U1 त्याचे चिन्ह बदलेल. म्हणून, थायरिस्टर व्हीएस 1 वर रिव्हर्स व्होल्टेज लागू केले जाते, ज्याच्या कृती अंतर्गत ते त्याचे नियंत्रण गुणधर्म बंद करते आणि पुनर्संचयित करते.

पॉवर स्त्रोताच्या व्होल्टेजच्या प्रभावाखाली वाल्वचे असे स्विचिंग, जे वेळोवेळी त्याची ध्रुवीयता बदलते, त्याला नैसर्गिक म्हणतात.

आकृत्यांमधून हे पाहिले जाऊ शकते की एका वायरमधील बदलामुळे पॉझिटिव्ह अर्ध-चक्रच्या काही भागामध्ये बदल होतो ज्या दरम्यान पुरवठा व्होल्टेज लोडवर लागू होते आणि त्यामुळे वीज वापराचे नियमन होते. इंजेक्शन α त्याच्या नैसर्गिक उघडण्याच्या क्षणाच्या तुलनेत थायरिस्टर उघडण्याच्या क्षणातील विलंब दर्शवितो आणि त्याला वाल्वचा उघडणे (नियंत्रण) कोन म्हणतात.

ईएमएफ आणि रेक्टिफायर करंट हे पॉझिटिव्ह हाफ-साइन लहरींचे क्रमिक विभाग आहेत, दिशेने स्थिर असतात परंतु परिमाणात स्थिर नसतात, उदा. सुधारित EMF आणि करंटमध्ये नियतकालिक स्पंदन करणारा वर्ण असतो. आणि कोणतेही नियतकालिक कार्य फुरियर मालिकेत विस्तारित केले जाऊ शकते:

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

जेथे E हा दुरुस्त केलेल्या EMF चा स्थिर घटक आहे, en(T) — सर्व हार्मोनिक घटकांच्या बेरजेइतका व्हेरिएबल घटक.

अशाप्रकारे, आपण असे गृहीत धरू शकतो की en (t) व्हेरिएबल घटकाद्वारे विकृत स्थिर EMF लोडवर लागू केला जातो. EMF E चा कायमचा घटक सुधारित EMF चे मुख्य वैशिष्ट्य आहे.

लोड व्होल्टेज बदलून त्याचे नियमन करण्याच्या प्रक्रियेला फेज कंट्रोल म्हणतात... या योजनेचे अनेक तोटे आहेत:

1) सुधारित ईएमएफमध्ये उच्च हार्मोनिक्सची उच्च सामग्री;

2) ईएमएफ आणि करंटचे मोठे तरंग;

3) मधूनमधून सर्किट ऑपरेशन;

4) लो सर्किट व्होल्टेजचा वापर (kche = 0.45).

रेक्टिफायरच्या ऑपरेशनचा व्यत्यय आणणारा वर्तमान मोड हा असा मोड आहे ज्यामध्ये रेक्टिफायरच्या लोड सर्किटमधील विद्युत् प्रवाहात व्यत्यय येतो, म्हणजे. शून्य होते.

सक्रिय-प्रेरणात्मक लोडवर कार्यरत असताना सिंगल-फेज सिंगल-हाफ-वेव्ह रेक्टिफायर

RL-लोडसाठी अर्ध-वेव्ह रेक्टिफायर ऑपरेशनची वेळ रेखाचित्रे अंजीर मध्ये दर्शविली आहेत. 3.

तांदूळ. 3. आरएल-लोडसाठी अर्ध-वेव्ह रेक्टिफायर ऑपरेशनचे आकृत्या

योजनेमध्ये होत असलेल्या प्रक्रियांचे विश्लेषण करण्यासाठी, आपण तीन वेळा अंतराल वाटप करू या.

1. α <θ <δ… या मध्यांतराशी संबंधित समतुल्य सर्किट अंजीर मध्ये दाखवले आहे. 4.

रे. 4. α <θ <δ साठी समतुल्य सर्किट

समतुल्य योजनेनुसार:

या काळात मध्यांतर eL (सेल्फ-इंडक्शन EMF) परत ग्रीड व्होल्टेज U1 वर पूर्वाग्रही आहे आणि विद्युत् प्रवाहात तीव्र वाढ होण्यास प्रतिबंध करते. नेटवर्कमधील ऊर्जेचे रूपांतर R वर उष्णतेमध्ये होते आणि विद्युत चुंबकीय क्षेत्रात इंडक्टन्स L सह जमा होते.

2. α <θ < π. या मध्यांतराशी संबंधित समतुल्य सर्किट अंजीर मध्ये दर्शविले आहे. ५.

अंजीर. 5… α <θ < π साठी समतुल्य सर्किट

या अंतराने, सेल्फ-इंडक्शन eL च्या EMF ने त्याचे चिन्ह बदलले (या वेळी θ = δ).

θ δ dL वर त्याचे चिन्ह बदलते आणि सर्किटमध्ये विद्युत् प्रवाह कायम ठेवतो. हे U1 नुसार निर्देशित केले आहे. या मध्यांतरामध्ये, नेटवर्कमधील ऊर्जा आणि इंडक्टन्स एलच्या क्षेत्रात जमा होणारी ऊर्जा R मध्ये उष्णतेमध्ये रूपांतरित होते.

3. π θ α + λ. या मध्यांतराशी संबंधित समतुल्य सर्किट अंजीर मध्ये दर्शविले आहे. 6.

तांदूळ. 6 समतुल्य सर्किट

काही वेळेस θ = π रेषेचा व्होल्टेज U1 त्याची ध्रुवीयता बदलतो, परंतु थायरिस्टर VS1 कंडक्टिंग स्थितीत राहतो कारण egL U1 पेक्षा जास्त आहे आणि फॉरवर्ड व्होल्टेज थायरिस्टरवर कायम राखले जाते. dL च्या कृती अंतर्गत प्रवाह त्याच दिशेने लोडमधून वाहते, तर इंडक्टन्स L च्या क्षेत्रात साठवलेली ऊर्जा पूर्णपणे वापरली जाणार नाही.

या मध्यांतरामध्ये, प्रेरक क्षेत्रात जमा झालेल्या ऊर्जेचा काही भाग प्रतिरोधक R मध्ये उष्णतेमध्ये रूपांतरित केला जातो आणि काही भाग नेटवर्कमध्ये प्रसारित केला जातो. डीसी सर्किटमधून एसी सर्किटमध्ये ऊर्जा हस्तांतरित करण्याच्या प्रक्रियेला उलथापालथ म्हणतात… हे e आणि i च्या वेगवेगळ्या चिन्हांवरून दिसून येते.

नकारात्मक ध्रुवीयता U1 सह विभागातील वर्तमान प्रवाहाचा कालावधी L आणि R (XL=ωL) या प्रमाणांमधील गुणोत्तरावर अवलंबून असतो. प्रमाण जास्त — ωL/ R, वर्तमान प्रवाहाचा कालावधी λ जास्त.

लोड सर्किट L मध्ये इंडक्टन्स असल्यास, वर्तमान आकार नितळ बनतो आणि U1 नकारात्मक ध्रुवीयतेच्या भागातही विद्युत प्रवाह वाहतो... या प्रकरणात, U1 ते 0 व्होल्टेजच्या संक्रमणादरम्यान थायरिस्टर VS1 बंद होत नाही. आणि या क्षणी वर्तमान शून्यावर घसरते. जर ωL/ R→oo, तर α = 0 λ → 2π मध्ये.

सक्रिय आणि सक्रिय-प्रेरणात्मक भार चालवताना सतत मोडमध्ये सिंगल-फेज ब्रिज रेक्टिफायरच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत

सिंगल-फेज ब्रिज रेक्टिफायरचे पॉवर सर्किट अंजीर मध्ये दर्शविले आहे. 7, आणि सक्रिय लोडवरील त्याच्या कामाची वेळ आकृती अंजीर मध्ये दर्शविली आहे. आठ

वाल्व ब्रिज (चित्र 7) मध्ये वाल्वचे दोन गट असतात - कॅथोड (विचित्र वाल्व) आणि एनोड (सम वाल्व). ब्रिज सर्किटमध्ये, दोन वाल्व्हद्वारे एकाच वेळी प्रवाह वाहून नेला जातो - एक कॅथोड गटातून आणि एक एनोड गटातून.

अंजीर पासून पाहिले जाऊ शकते. 7, गेट्स चालू केले जातात जेणेकरून व्होल्टेज U2 च्या सकारात्मक अर्ध-चक्र दरम्यान, प्रवाह VS1 आणि VS4 गेट्समधून आणि नकारात्मक अर्ध-चक्र दरम्यान VS2 आणि VS3 गेट्समधून प्रवाहित होतो. आम्ही असे गृहीत धरतो की वाल्व आणि ट्रान्सफॉर्मर आदर्श आहेत, म्हणजे. Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.

तांदूळ. 7. सिंगल-फेज ब्रिज रेक्टिफायरची योजना

तांदूळ. 8. प्रतिरोधक लोडवर सिंगल-फेज ब्रिज-नियंत्रित रेक्टिफायरच्या ऑपरेशनच्या योजना

या सर्किटमध्ये, कोणत्याही क्षणी, थायरिस्टर्स VS1 आणि VS4 ची जोडी सकारात्मक अर्ध-चक्र U2 आणि VS2 आणि VS3 नकारात्मक मध्ये विद्युत प्रवाह चालवते. जेव्हा सर्व थायरिस्टर्स बंद असतात, तेव्हा त्या प्रत्येकाला अर्धा पुरवठा व्होल्टेज लागू केला जातो.

θ =α वर VS1 आणि VS4 उघडतो आणि ओपन VS1 आणि VS4 मधून भार वाहू लागतो. मागील VS2 आणि VS3 उलट दिशेने पूर्ण मुख्य व्होल्टेजवर कार्य करतात.जेव्हा v = l-, U2 चे चिन्ह बदलते आणि लोड सक्रिय असल्याने, विद्युत प्रवाह शून्य होतो आणि VS1 आणि VS4 वर रिव्हर्स व्होल्टेज लागू होते आणि ते बंद होतात.

θ =π +α thyristors VS2 आणि VS3 वर उघडतात आणि लोड करंट त्याच दिशेने वाहत राहतो. L = 0 वरील या सर्किटमधील विद्युत् प्रवाहात एक मधूनमधून वर्ण आहे आणि केवळ α= 0 वर विद्युत प्रवाह किरकोळ निरंतर असेल.

मर्यादा सतत मोड हा एक मोड आहे ज्यामध्ये काही क्षणी प्रवाह शून्यावर कमी होतो, परंतु व्यत्यय येत नाही.

Upr.max = Uobr.max = √2U2 (ट्रान्सफॉर्मरसह),

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

सक्रिय-प्रेरणात्मक लोडसाठी सर्किट ऑपरेशन

R-L लोड हे इलेक्ट्रिकल उपकरणांच्या विंडिंग्स आणि इलेक्ट्रिकल मशीनच्या फील्ड विंडिंग्सचे वैशिष्ट्य आहे किंवा जेव्हा रेक्टिफायरच्या आउटपुटवर एक प्रेरक फिल्टर स्थापित केला जातो. इंडक्टन्सचा प्रभाव लोड करंट वक्रच्या आकारावर तसेच वाल्व आणि ट्रान्सफॉर्मरद्वारे प्रवाहाच्या सरासरी आणि प्रभावी मूल्यांवर परिणाम करतो. लोड सर्किटचे इंडक्टन्स जितके जास्त असेल तितके कमी पर्यायी वर्तमान घटक.

गणना सोपी करण्यासाठी, असे गृहीत धरले जाते की लोड करंट उत्तम प्रकारे गुळगुळीत आहे (L→oo). हे कायदेशीर आहे जेव्हा ωNSL> 5R, जेथे ωNS — रेक्टिफायर आउटपुट रिपलची वर्तुळाकार वारंवारता. ही अट पूर्ण झाल्यास, गणना त्रुटी क्षुल्लक आहे आणि त्याकडे दुर्लक्ष केले जाऊ शकते.

सक्रिय-प्रेरणात्मक लोडसाठी सिंगल-फेज ब्रिज रेक्टिफायरच्या ऑपरेशनची वेळ रेखाचित्रे अंजीर मध्ये दर्शविली आहेत. नऊ

तांदूळ. 9. आरएल लोडवर काम करताना सिंगल-फेज ब्रिज रेक्टिफायरच्या ऑपरेशनच्या योजना

योजनेमध्ये होत असलेल्या प्रक्रियांचे परीक्षण करण्यासाठी, आम्ही कामाची तीन क्षेत्रे विभक्त करू.

1. अ. या मध्यांतराशी संबंधित समतुल्य सर्किट अंजीर मध्ये दर्शविले आहे.दहा

तांदूळ. 10. रेक्टिफायरचे समतुल्य सर्किट

विचारात घेतलेल्या मध्यांतरामध्ये, नेटवर्कमधील उर्जेचे प्रतिकार R मध्ये उष्णतेमध्ये रूपांतर होते आणि एक भाग इंडक्टन्सच्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डमध्ये जमा होतो.

2. α <θ < π. या मध्यांतराशी संबंधित समतुल्य सर्किट अंजीर मध्ये दर्शविले आहे. अकरा

तांदूळ. 11. α <θ < π साठी रेक्टिफायरचे समतुल्य सर्किट

एका क्षणी θ = δ सेल्फ-इंडक्शन eL = 0 चा EMF कारण वर्तमान त्याच्या कमाल मूल्यापर्यंत पोहोचते.

या मध्यांतरामध्ये, इंडक्टन्समध्ये जमा झालेली आणि नेटवर्कद्वारे वापरली जाणारी ऊर्जा प्रतिरोधक R मध्ये उष्णतेमध्ये रूपांतरित होते.

3. π θ α + λ. या मध्यांतराशी संबंधित समतुल्य सर्किट अंजीर मध्ये दर्शविले आहे. 12.

तांदूळ. 12. π θ α + λ वर रेक्टिफायरचे समतुल्य सर्किट

या मध्यांतरामध्ये, प्रेरक क्षेत्रात जमा झालेल्या ऊर्जेचा काही भाग प्रतिरोधक R मध्ये उष्णतेमध्ये रूपांतरित केला जातो आणि काही भाग नेटवर्कवर परत येतो.

3र्‍या विभागात सेल्फ-इंडक्शनच्या ईएमएफच्या क्रियेमुळे दुरुस्त केलेल्या ईएमएफच्या वक्रमध्ये नकारात्मक ध्रुवीयता असलेले विभाग दिसू लागतात आणि e आणि i ची भिन्न चिन्हे सूचित करतात की या मध्यांतरामध्ये विद्युत उर्जेचा परतावा होतो. नेटवर्कला.

जर θ = π + α वेळी इंडक्टन्स L मध्ये साठवलेली ऊर्जा पूर्णपणे वापरली गेली नाही, तर विद्युत् i सतत असेल. जेव्हा ठराविक वेळी θ = π + α ओपनिंग पल्स थायरिस्टर्स VS2 आणि VS3 यांना दिल्या जातात, ज्यांना नेटवर्कच्या बाजूने फॉरवर्ड व्होल्टेज पुरवले जाते, तेव्हा ते उघडतात आणि त्यांच्याद्वारे ऑपरेटिंग VS1 आणि VS4 वर रिव्हर्स व्होल्टेज लागू केले जाते. नेटवर्क बाजूला, परिणामी ते बंद होतात, या प्रकारच्या स्विचिंगला नैसर्गिक म्हणतात.