مقومات أحادية الطور - مخططات ومبدأ التشغيل

المعدل هو جهاز مصمم لتحويل جهد التيار المتردد إلى جهد تيار مستمر. الوحدة الرئيسية للمقوم عبارة عن مجموعة من المناشير الوريدية التي تقوم بتحويل التيار المتردد مباشرة إلى جهد التيار المستمر.

إذا كان من الضروري مطابقة معلمات الشبكة مع معلمات الحمل ، يتم توصيل مجموعة المعدل بالشبكة من خلال محول مطابق. وفقًا لعدد مراحل شبكة الإمداد ، تكون المقومات أحادية الطور و ثلاث مراحل... شاهد المزيد من التفاصيل هنا - تصنيف مقومات أشباه الموصلات... في هذه المقالة سننظر في تشغيل المقومات أحادية الطور.

المعدل نصف الموجي أحادي الطور

أبسط دارة مقوم هو مقوم نصف موجي أحادي الطور (الشكل 1).

أرز. 1. تخطيطي لمقوم أحادي الطور متحكم فيه نصف الموجة

تظهر مخططات تشغيل مقوم R-load في الشكل 2.

أرز. 2. مخططات تشغيل المعدل للحمل R

لفتح الثايرستور ، يجب استيفاء شرطين:

1) يجب أن تكون إمكانات الأنود أعلى من إمكانات الكاثود ؛

2) يجب تطبيق نبضة افتتاحية على قطب التحكم.

بالنسبة لهذه الدائرة ، لا يمكن تحقيق هذه الشروط في وقت واحد إلا خلال نصف الدورات الموجبة لجهد الإمداد. يجب أن يشكل نظام التحكم في طور النبض (SIFU) نبضات فتح فقط في فترات NSolunerits موجبة لجهد الإمداد.

عند التقدم للحصول على الثايرستور يتم فتح VS1 لنبضة الفتح في الوقت الحالي θ = α الثايرستور VS1 ويتم تطبيق جهد الإمداد U على الحمل 1 خلال الفترة المتبقية من نصف الدورة الموجبة (انخفاض الجهد الأمامي عبر الصمام ΔUv غير مهم مقارنة بالجهد U1 (Uv) = 1-2 فولت)). نظرًا لأن الحمل R نشط ، فإن التيار الموجود في الحمل يكرر شكل الجهد.

في نهاية نصف الدورة الموجبة ، سينخفض ​​تيار الحمل i والصمام VS1 إلى الصفر (θ = nπ) ، وسيغير الجهد U1 علامته. لذلك ، يتم تطبيق جهد عكسي على الثايرستور VS1 ، والذي يتم من خلاله إغلاق واستعادة خصائص التحكم الخاصة به.

يسمى هذا التبديل للصمامات تحت تأثير جهد مصدر الطاقة ، والذي يغير قطبيته بشكل دوري ، بأنه طبيعي.

يمكن أن نرى من الرسوم البيانية أن التغيير في سلك واحد يؤدي إلى تغيير في جزء من الدورة النصف الموجبة التي يتم خلالها تطبيق جهد الإمداد على الحمل ، وبالتالي يؤدي هذا إلى تنظيم استهلاك الطاقة. يميز الحقن α التأخير في لحظة فتح الثايرستور مقارنة بلحظة فتحه الطبيعي ويسمى بزاوية الفتح (التحكم) للصمام.

تيار emf والمعدل عبارة عن مقاطع متتالية من موجات نصف جيبية موجبة ، ثابتة في الاتجاه ولكنها ليست ثابتة في الحجم ، أي EMF المعدل والتيار لهما طابع نابض دوري. ويمكن توسيع أي دالة دورية في سلسلة فورييه:

ه (ر) = E + en (T) ،

حيث E هو المكون الثابت لـ EMF المصحح ، en (T) - مكون متغير يساوي مجموع جميع المكونات التوافقية.

وبالتالي ، يمكننا أن نفترض أن EMF ثابتًا مشوهًا بواسطة المكون المتغير en (t) يتم تطبيقه على الحمل. المكون الدائم لـ EMF E هو السمة الرئيسية للمجالات الكهرومغناطيسية المصححة.

تسمى عملية تنظيم جهد الحمل عن طريق تغييره التحكم في الطور ... وهذا المخطط له عدة عيوب:

1) نسبة عالية من التوافقيات الأعلى في EMF المصحح ؛

2) تموجات كبيرة من المجالات الكهرومغناطيسية والتيار ؛

3) تشغيل الدائرة المتقطعة ؛

4) استخدام جهد الدائرة المنخفضة (kche = 0.45).

إن الوضع الحالي للمقاطعة لتشغيل المعدل هو الوضع الذي يتم فيه مقاطعة التيار في دائرة تحميل المعدل ، أي يصبح صفر.

مقوم أحادي الطور أحادي الطور عند التشغيل على حمل حثي نشط

يتم عرض المخططات الزمنية لعملية مقوم نصف الموجة لحمولة RL في الشكل. 3.

أرز. 3. مخططات تشغيل مقوم نصف الموجة لحمولة RL

لتحليل العمليات التي تجري في المخطط ، دعونا نخصص ثلاث فترات زمنية.

1. α <θ <δ ... الدائرة المكافئة المقابلة لهذا الفاصل الزمني موضحة في الشكل. 4.

يكرر. 4. دائرة مكافئة لـ α <θ <

وفقًا للمخطط المكافئ:

خلال هذه الفترة الزمنية ، يتم انحياز الفاصل الزمني eL (الحث الذاتي EMF) إلى جهد الشبكة U1 ويمنع الزيادة الحادة في التيار. يتم تحويل الطاقة من الشبكة إلى حرارة عند R وتتراكم في المجال الكهرومغناطيسي مع الحث L.

2. α <θ <. تظهر الدائرة المكافئة المقابلة لهذا الفاصل في الشكل. 5.

تين. 5 ... دارة مكافئة لـ α <θ <

في هذا الفاصل الزمني ، غيرت EMF للحث الذاتي eL علامتها (في هذا الوقت θ = δ).

عند θ δ dL يغير علامته ويميل إلى الحفاظ على التيار في الدائرة. يتم توجيهه وفقًا لـ U1. في هذا الفاصل الزمني ، يتم تحويل الطاقة من الشبكة والمتراكمة في مجال الحث L إلى حرارة في R.

3. π θ α + λ. تظهر الدائرة المكافئة المقابلة لهذا الفاصل في الشكل. 6.

أرز. 6 دائرة مكافئة

في وقت ما θ = π يغير جهد الخط U1 قطبيته ، لكن الثايرستور VS1 يظل ​​في حالة التوصيل لأن egL يتجاوز U1 ويتم الحفاظ على الجهد الأمامي عبر الثايرستور. سوف يتدفق التيار تحت تأثير dL خلال الحمل في نفس الاتجاه ، بينما لن يتم استهلاك الطاقة المخزنة في مجال الحث L بالكامل.

في هذا الفاصل الزمني ، يتم تحويل جزء من الطاقة المتراكمة في المجال الاستقرائي إلى حرارة في المقاومة R ، ويتم نقل جزء منها إلى الشبكة. تسمى عملية نقل الطاقة من دارة تيار مستمر إلى دائرة تيار متردد الانعكاس ... ويتضح ذلك من خلال العلامات المختلفة لـ e و i.

تعتمد مدة التدفق الحالي في القسم ذي القطبية السالبة U1 على النسبة بين الكميات L و R (XL = ωL). كلما زادت النسبة - L / R ، زادت مدة التدفق الحالي λ.

إذا كان هناك محاثة في دائرة الحمل L ، يصبح الشكل الحالي أكثر سلاسة ويتدفق التيار حتى في مناطق القطبية السالبة U1 ... في هذه الحالة ، لا يغلق الثايرستور VS1 أثناء انتقال الجهد U1 إلى 0 وفي الوقت الحالي ينخفض ​​التيار إلى الصفر. إذا كانت L / R → oo ، إذن في α = 0 λ → 2π.

مبدأ تشغيل مقوم الجسر أحادي الطور في الوضع المستمر عند تشغيل الأحمال النشطة والفعالة

تظهر دائرة الطاقة لمعدل الجسر أحادي الطور في الشكل. 7 ، وتظهر المخططات الزمنية لعملها على الحمل النشط في الشكل. ثمانية.

يحتوي جسر الصمام (الشكل 7) على مجموعتين من الصمامات - الكاثود (الصمامات الفردية) والأنود (الصمامات الزوجية). في دائرة الجسر ، يتم نقل التيار في وقت واحد بواسطة صمامين - أحدهما من مجموعة الكاثود والآخر من مجموعة الأنود.

كما يظهر في الشكل. في الشكل 7 ، يتم تشغيل البوابات بحيث خلال الدورات النصف الموجبة للجهد U2 ، يتدفق التيار عبر البوابات VS1 و VS4 ، وأثناء نصف الدورات السلبية عبر البوابات VS2 و VS3. نفترض أن الصمامات والمحول مثاليان ، أي Ltp = Rtp = 0 ، ΔUB = 0.

أرز. 7. مخطط مقوم جسر أحادي الطور

أرز. 8. مخططات تشغيل مقوم أحادي الطور يتم التحكم فيه بجسر على حمولة مقاومة

في هذه الدائرة ، في أي لحظة من الزمن ، يقوم زوج من الثايرستور VS1 و VS4 بتوصيل التيار في نصف دورات موجبة U2 و VS2 و VS3 بشكل سلبي. عندما يتم إغلاق جميع الثايرستور ، يتم تطبيق نصف جهد الإمداد على كل منها.

عند θ = α افتح VS1 و VS4 ويبدأ الحمل في التدفق عبر VS1 و VS4 المفتوحين. يعمل VS2 و VS3 السابقان بجهد رئيسي كامل في الاتجاه العكسي.عندما تكون v = l- ، تتغير علامة U2 وبما أن الحمل نشط ، يصبح التيار صفريًا ويتم تطبيق الجهد العكسي على VS1 و VS4 ويتم إغلاقهما.

عند θ = π + α يفتح الثايرستور VS2 و VS3 ويستمر تيار الحمل في التدفق في نفس الاتجاه. التيار في هذه الدائرة عند L = 0 له طابع متقطع ، وفقط عند α = 0 سيكون التيار مستمرًا بشكل هامشي.

وضع الحد المستمر هو وضع يتناقص فيه التيار في بعض اللحظات إلى الصفر ، ولكن لا يتم مقاطعته.

Upr.max = Uobr.max = √2U2 (مع محول) ،

Upr.max = Uobr.max = √2U1 (بدون محول).

تشغيل الدائرة للحمل الاستقرائي النشط

يعتبر الحمل R-L نموذجيًا لملفات الأجهزة الكهربائية والملفات الميدانية للآلات الكهربائية أو عند تثبيت مرشح حثي عند خرج المقوم. يؤثر تأثير الحث على شكل منحنى الحمل الحالي بالإضافة إلى القيم المتوسطة والفعالة للتيار عبر الصمامات والمحول. كلما زاد محاثة دائرة الحمل ، انخفض مكون التيار المتردد.

لتبسيط العمليات الحسابية ، من المفترض أن تيار الحمل سلس تمامًا (L → oo). هذا قانوني عندما ωNSL> 5R ، حيث ωNS - التردد الدائري لتموج خرج المعدل. إذا تم استيفاء هذا الشرط ، يكون خطأ الحساب غير مهم ويمكن تجاهله.

المخططات الزمنية لتشغيل مقوم الجسر أحادي الطور للحمل الاستقرائي النشط موضحة في الشكل. تسع.

أرز. 9. مخططات تشغيل مقوم جسر أحادي الطور عند التشغيل على حمولة RL

لفحص العمليات التي تجري في المخطط ، سنفصل بين ثلاثة مجالات عمل.

1. أ. تظهر الدائرة المكافئة المقابلة لهذا الفاصل في الشكل.عشرة.

أرز. 10. الدائرة المكافئة للمقوم

في الفترة المدروسة ، يتم تحويل الطاقة من الشبكة إلى حرارة في المقاومة R ويتراكم جزء في المجال الكهرومغناطيسي للمحاثة.

2. α <θ <. تظهر الدائرة المكافئة المقابلة لهذا الفاصل في الشكل. أحد عشر.

أرز. 11. الدائرة المكافئة للمقوم لـ α <θ <

في لحظة من الزمن θ = δ EMF للحث الذاتي eL = 0 لأن التيار يصل إلى قيمته القصوى.

في هذا الفاصل الزمني ، يتم تحويل الطاقة المتراكمة في المحاثة والمستهلكة بواسطة الشبكة إلى حرارة في المقاومة R.

3. π θ α + λ. تظهر الدائرة المكافئة المقابلة لهذا الفاصل في الشكل. 12.

أرز. 12. دارة مكافئة للمقوم عند π θ α + λ

في هذا الفاصل الزمني ، يتم تحويل جزء من الطاقة المتراكمة في المجال الاستقرائي إلى حرارة في المقاومة R ، ويتم إرجاع جزء إلى الشبكة.

يؤدي عمل EMF للحث الذاتي في القسم الثالث إلى ظهور أقسام ذات قطبية سالبة في منحنى EMF المصحح ، وتشير العلامات المختلفة لـ e و i إلى أنه في هذه الفترة هناك عودة للطاقة الكهربائية للشبكة.

إذا لم يتم استهلاك الطاقة المخزنة في المحاثة L بالكامل في الوقت المناسب ، فسيكون التيار أنا مستمرًا. عندما يتم تقديم نبضات فتح = π + α في وقت معين إلى الثايرستور VS2 و VS3 ، حيث يتم توفير جهد أمامي من جانب الشبكة ، يتم فتحهما ومن خلالها يتم تطبيق جهد عكسي على التشغيل VS1 و VS4 من جانب الشبكة ، ونتيجة لذلك يتم إغلاقها ، يسمى هذا النوع من التبديل الطبيعي.