एकल-चरण रेक्टीफायर्स - योजनाएं और संचालन के सिद्धांत

एक रेक्टीफायर एक उपकरण है जिसे इनपुट एसी वोल्टेज को डीसी वोल्टेज में बदलने के लिए डिज़ाइन किया गया है। रेक्टीफायर का मुख्य मॉड्यूल नस आरी का एक सेट है जो सीधे एसी को डीसी वोल्टेज में परिवर्तित करता है।

यदि लोड के मापदंडों के साथ नेटवर्क के मापदंडों का मिलान करना आवश्यक है, तो रेक्टिफायर सेट एक मिलान ट्रांसफार्मर के माध्यम से नेटवर्क से जुड़ा होता है। आपूर्ति नेटवर्क के चरणों की संख्या के अनुसार, रेक्टिफायर एकल-चरण और हैं तीन चरण…अधिक विवरण यहां देखें— सेमीकंडक्टर रेक्टीफायर्स का वर्गीकरण... इस लेख में हम सिंगल फेज रेक्टीफायर्स के संचालन पर विचार करेंगे।

सिंगल-फेज हाफ-वेव रेक्टिफायर

सबसे सरल दिष्टकारी परिपथ एकल-चरण अर्ध-लहर दिष्टकारी (चित्र 1) है।

चावल। 1. सिंगल-फेज नियंत्रित हाफ-वेव रेक्टिफायर का आरेख

आर-लोड रेक्टीफायर के संचालन के योजनाबद्ध चित्र 2 में दिखाए गए हैं।

चावल। 2. आर-लोड के लिए रेक्टीफायर के संचालन की योजनाएं

थाइरिस्टर खोलने के लिए, दो शर्तों को पूरा करना होगा:

1) एनोड की क्षमता कैथोड की क्षमता से अधिक होनी चाहिए;

2) नियंत्रण इलेक्ट्रोड पर एक ओपनिंग पल्स लगाया जाना चाहिए।

इस सर्किट के लिए, आपूर्ति वोल्टेज के सकारात्मक आधे चक्र के दौरान ही इन शर्तों की एक साथ पूर्ति संभव है। एक पल्स फेज कंट्रोल सिस्टम (SIFU) को केवल आपूर्ति वोल्टेज के सकारात्मक NSoluneriods में ओपनिंग पल्स बनाना चाहिए।

के लिए आवेदन करते समय thyristor समय के क्षण में ओपनिंग पल्स का VS1 θ = α थाइरिस्टर VS1 खुलता है और आपूर्ति वोल्टेज U को सकारात्मक आधे चक्र के शेष के दौरान लोड 1 पर लागू किया जाता है (वाल्व में आगे वोल्टेज ड्रॉप ΔUv वोल्टेज U1 (ΔUv) की तुलना में नगण्य = 1 - 2 वी))। चूंकि लोड आर सक्रिय है, लोड में वर्तमान वोल्टेज के आकार को दोहराता है।

सकारात्मक अर्ध-चक्र के अंत में, लोड वर्तमान i और वाल्व VS1 शून्य (θ = nπ) तक घट जाएगा, और वोल्टेज U1 अपना संकेत बदल देगा। इसलिए, थाइरिस्टर वीएस 1 पर एक रिवर्स वोल्टेज लगाया जाता है, जिसकी क्रिया के तहत यह बंद हो जाता है और इसके नियंत्रण गुणों को पुनर्स्थापित करता है।

बिजली स्रोत के वोल्टेज के प्रभाव में वाल्वों का ऐसा स्विचिंग, जो समय-समय पर इसकी ध्रुवीयता को बदलता है, को प्राकृतिक कहा जाता है।

यह आरेखों से देखा जा सकता है कि एक तार में परिवर्तन से सकारात्मक अर्ध-चक्र के हिस्से में परिवर्तन होता है, जिसके दौरान आपूर्ति वोल्टेज को लोड पर लागू किया जाता है, और इसलिए यह बिजली की खपत के नियमन की ओर जाता है। इंजेक्शन α अपने प्राकृतिक उद्घाटन के क्षण की तुलना में थाइरिस्टर के खुलने के क्षण में देरी को दर्शाता है और इसे वाल्व का उद्घाटन (नियंत्रण) कोण कहा जाता है।

ईएमएफ और रेक्टिफायर करंट सकारात्मक अर्ध-साइन तरंगों के क्रमिक खंड हैं, जो दिशा में स्थिर हैं लेकिन परिमाण में स्थिर नहीं हैं, अर्थात। संशोधित ईएमएफ और करंट में आवधिक स्पंदन चरित्र होता है। और फूरियर श्रृंखला में किसी आवधिक कार्य का विस्तार किया जा सकता है:

ई (टी) = ई + एन (टी),

जहां ई सही ईएमएफ का निरंतर घटक है, एन (टी) - चर घटक सभी हार्मोनिक घटकों के योग के बराबर है।

इस प्रकार, हम मान सकते हैं कि चर घटक एन (टी) द्वारा विकृत एक निरंतर ईएमएफ लोड पर लागू होता है। ईएमएफ ई का स्थायी घटक संशोधित ईएमएफ की मुख्य विशेषता है।

इसे बदलकर लोड वोल्टेज को विनियमित करने की प्रक्रिया कहलाती है चरण नियंत्रण... इस योजना के कई नुकसान हैं:

1) संशोधित ईएमएफ में उच्च हार्मोनिक्स की उच्च सामग्री;

2) ईएमएफ और करंट के बड़े तरंग;

3) आंतरायिक सर्किट ऑपरेशन;

4) लो सर्किट वोल्टेज का उपयोग (kche =0.45)।

रेक्टिफायर के संचालन का दखल देने वाला वर्तमान मोड एक ऐसा मोड है जिसमें रेक्टिफायर के लोड सर्किट में करंट बाधित होता है, अर्थात। शून्य हो जाता है।

एक सक्रिय आगमनात्मक लोड पर काम करते समय सिंगल-फेज सिंगल-हाफ-वेव रेक्टीफायर

आरएल-लोड के लिए हाफ-वेव रेक्टीफायर ऑपरेशन के टाइमिंग आरेख चित्र में दिखाए गए हैं। 3.

चावल। 3. आरएल-लोड के लिए हाफ-वेव रेक्टीफायर ऑपरेशन के आरेख

योजना में होने वाली प्रक्रियाओं का विश्लेषण करने के लिए, हम तीन समय अंतराल आवंटित करते हैं।

1. α <θ <δ... इस अंतराल के संगत समतुल्य परिपथ को चित्र में दिखाया गया है। 4.

दोबारा। 4. α <θ <δ के लिए समतुल्य सर्किट

समतुल्य योजना के अनुसार:

इस समय अंतराल के दौरान eL (सेल्फ-इंडक्शन EMF) ग्रिड वोल्टेज U1 पर वापस बायस्ड हो जाता है और करंट में तेज वृद्धि को रोकता है। नेटवर्क से ऊर्जा आर पर गर्मी में परिवर्तित हो जाती है और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में अधिष्ठापन एल के साथ जमा हो जाती है।

2. α <θ <π। इस अंतराल के अनुरूप समतुल्य परिपथ चित्र में दिखाया गया है। 5.

अंजीर। 5… α <θ < π के लिए समतुल्य सर्किट

इस अंतराल पर, आत्म-प्रेरण ईएल के ईएमएफ ने अपना संकेत बदल दिया (इस समय θ = δ)।

θ δ dL पर अपना चिन्ह बदलता है और सर्किट में करंट को बनाए रखता है। यह U1 के अनुसार निर्देशित है। इस अंतराल में, नेटवर्क से ऊर्जा और अधिष्ठापन L के क्षेत्र में संचित R में ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है।

3. π θ α + λ। इस अंतराल के अनुरूप समतुल्य परिपथ चित्र में दिखाया गया है। 6.

चावल। 6 समतुल्य सर्किट

किसी समय θ = π लाइन वोल्टेज U1 अपनी ध्रुवीयता को बदलता है, लेकिन थाइरिस्टर VS1 संचालन अवस्था में रहता है क्योंकि egL U1 से अधिक हो जाता है और थाइरिस्टर में आगे वोल्टेज बनाए रखा जाता है। dL की क्रिया के तहत करंट उसी दिशा में लोड के माध्यम से प्रवाहित होगा, जबकि अधिष्ठापन L के क्षेत्र में संग्रहीत ऊर्जा पूरी तरह से खपत नहीं होगी।

इस अंतराल में, आगमनात्मक क्षेत्र में संचित ऊर्जा का हिस्सा प्रतिरोध आर में ऊष्मा में परिवर्तित हो जाता है, और भाग नेटवर्क में प्रेषित हो जाता है। डीसी सर्किट से एसी सर्किट में ऊर्जा स्थानांतरित करने की प्रक्रिया को उलटा कहा जाता है ... यह ई और आई के विभिन्न संकेतों से प्रमाणित है।

ऋणात्मक ध्रुवता U1 वाले खंड में धारा प्रवाह की अवधि मात्रा L और R (XL=ωL) के बीच के अनुपात पर निर्भर करती है। जितना अधिक अनुपात — ωL/ R, वर्तमान प्रवाह λ की अवधि उतनी ही अधिक होगी।

यदि लोड सर्किट L में एक अधिष्ठापन है, तो वर्तमान आकार चिकना हो जाता है और नकारात्मक ध्रुवीयता वाले क्षेत्रों में भी धारा प्रवाहित होती है U1... इस मामले में, थाइरिस्टर VS1 वोल्टेज U1 से 0 के संक्रमण के दौरान बंद नहीं होता है और फिलहाल करंट शून्य हो जाता है। अगर ωL/ R→oo, तो α = 0 λ → 2π में।

सक्रिय और सक्रिय-आगमनात्मक भार के संचालन के दौरान निरंतर मोड में एकल-चरण पुल सुधारक के संचालन का सिद्धांत

सिंगल-फेज ब्रिज रेक्टिफायर का पावर सर्किट अंजीर में दिखाया गया है। 7, और सक्रिय भार पर इसके काम का समय आरेख अंजीर में दिखाया गया है। आठ।

वाल्व ब्रिज (चित्र 7) में वाल्वों के दो समूह होते हैं - कैथोड (विषम वाल्व) और एनोड (यहां तक ​​​​कि वाल्व)। ब्रिज सर्किट में, करंट को एक साथ दो वाल्वों द्वारा ले जाया जाता है - एक कैथोड समूह से और दूसरा एनोड समूह से।

जैसे कि चित्र से देखा जा सकता है। 7, गेट्स को चालू किया जाता है ताकि वोल्टेज U2 के सकारात्मक आधे चक्रों के दौरान, फाटकों VS1 और VS4 के माध्यम से प्रवाहित हो, और फाटकों VS2 और VS3 के माध्यम से नकारात्मक आधे चक्रों के दौरान। हम यह मानकर चलते हैं कि वाल्व और ट्रांसफार्मर आदर्श हैं, अर्थात एलटीपी = आरटीपी = 0, ΔUB = 0।

चावल। 7. एकल-चरण पुल सुधारक की योजना

चावल। 8. प्रतिरोधक भार पर एकल-चरण पुल-नियंत्रित रेक्टिफायर के संचालन की योजनाएँ

इस परिपथ में किसी भी समय, थायरिस्टर्स VS1 और VS4 की एक जोड़ी सकारात्मक अर्ध-चक्र U2 और VS2 और VS3 में ऋणात्मक में विद्युत प्रवाहित करती है। जब सभी थायरिस्टर्स बंद हो जाते हैं, तो उनमें से प्रत्येक पर आधा आपूर्ति वोल्टेज लगाया जाता है।

θ = α पर VS1 और VS4 खोलें और लोड खुले VS1 और VS4 से प्रवाहित होना शुरू हो जाता है। पिछले VS2 और VS3 विपरीत दिशा में पूर्ण साधन वोल्टेज पर काम करते हैं।जब v = l-, U2 साइन बदलता है और चूंकि लोड सक्रिय होता है, करंट शून्य हो जाता है और VS1 और VS4 पर रिवर्स वोल्टेज लगाया जाता है और वे बंद हो जाते हैं।

θ =π +α पर थायरिस्टर्स VS2 और VS3 खुलते हैं और लोड करंट उसी दिशा में प्रवाहित होता रहता है। एल = 0 पर इस सर्किट में वर्तमान में एक आंतरायिक चरित्र है, और केवल α = 0 पर ही वर्तमान मामूली रूप से निरंतर होगा।

सीमा निरंतर मोड एक ऐसी विधा है जिसमें समय के कुछ क्षणों में धारा घटकर शून्य हो जाती है, लेकिन बाधित नहीं होती है।

Upr.max = Uobr.max = √2U2 (ट्रांसफार्मर के साथ),

Upr.max = Uobr.max = √2U1 (ट्रांसफॉर्मर के बिना)।

एक सक्रिय आगमनात्मक लोड के लिए सर्किट ऑपरेशन

आर-एल लोड विद्युत उपकरण की वाइंडिंग और विद्युत मशीनों की फील्ड वाइंडिंग या जब रेक्टिफायर के आउटपुट पर एक इंडक्टिव फिल्टर स्थापित किया जाता है। अधिष्ठापन का प्रभाव लोड वर्तमान वक्र के आकार के साथ-साथ वाल्व और ट्रांसफॉर्मर के माध्यम से वर्तमान के औसत और प्रभावी मूल्यों को प्रभावित करता है। लोड सर्किट का अधिष्ठापन जितना अधिक होगा, प्रत्यावर्ती धारा घटक उतना ही कम होगा।

गणनाओं को सरल बनाने के लिए, यह माना जाता है कि लोड करंट पूरी तरह से चिकना है (L→oo)। यह कानूनी है जब ωNSL> 5R, जहां ωNS — रेक्टिफायर आउटपुट रिपल की सर्कुलर फ्रीक्वेंसी है। यदि यह स्थिति पूरी होती है, तो गणना त्रुटि नगण्य है और इसे अनदेखा किया जा सकता है।

एक सक्रिय-आगमनात्मक भार के लिए एकल-चरण पुल सुधारक के संचालन का समय आरेख अंजीर में दिखाया गया है। नौ।

चावल। 9. आरएल लोड पर काम करते समय सिंगल-फेज ब्रिज रेक्टिफायर के संचालन की योजनाएं

योजना में होने वाली प्रक्रियाओं की जांच करने के लिए, हम कार्य के तीन क्षेत्रों को अलग करेंगे।

1. ए। इस अंतराल के अनुरूप समतुल्य परिपथ चित्र में दिखाया गया है।दस।

चावल। 10. एक दिष्टकारी का समतुल्य परिपथ

माना अंतराल में, नेटवर्क से ऊर्जा प्रतिरोध आर में गर्मी में परिवर्तित हो जाती है और एक हिस्सा अधिष्ठापन के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में जमा हो जाता है।

2. α <θ <π। इस अंतराल के अनुरूप समतुल्य परिपथ चित्र में दिखाया गया है। ग्यारह।

चावल। 11. α <θ < π के लिए दिष्टकारी का समतुल्य परिपथ

समय में एक पल में θ = δ आत्म-प्रेरण ईएल = 0 का ईएमएफ क्योंकि वर्तमान अपने अधिकतम मूल्य तक पहुंचता है।

इस अंतराल में, अधिष्ठापन में संचित ऊर्जा और नेटवर्क द्वारा खपत प्रतिरोध आर में गर्मी में परिवर्तित हो जाती है।

3. π θ α + λ। इस अंतराल के अनुरूप समतुल्य परिपथ चित्र में दिखाया गया है। 12.

चावल। 12. π θ α + λ पर दिष्टकारी का समतुल्य परिपथ

इस अंतराल में, आगमनात्मक क्षेत्र में संचित ऊर्जा का हिस्सा प्रतिरोध आर में गर्मी में परिवर्तित हो जाता है, और भाग नेटवर्क में वापस आ जाता है।

तीसरे खंड में स्व-प्रेरण के EMF की कार्रवाई से सही EMF के वक्र में नकारात्मक ध्रुवता वाले वर्गों की उपस्थिति होती है, और e और i के विभिन्न संकेत इंगित करते हैं कि इस अंतराल में विद्युत ऊर्जा की वापसी होती है नेटवर्क के लिए।

अगर समय पर θ = π + α अधिष्ठापन एल में संग्रहीत ऊर्जा पूरी तरह से खपत नहीं होती है, तो वर्तमान i निरंतर होगा। जब एक निश्चित समय पर θ = π + α ओपनिंग पल्स थायरिस्टर्स VS2 और VS3 को दी जाती है, जिसके लिए नेटवर्क की ओर से एक फॉरवर्ड वोल्टेज की आपूर्ति की जाती है, तो वे खुलते हैं और उनके माध्यम से ऑपरेटिंग VS1 और VS4 से एक रिवर्स वोल्टेज लागू होता है। नेटवर्क पक्ष, जिसके परिणामस्वरूप वे बंद हो जाते हैं, इस प्रकार के स्विचिंग को प्राकृतिक कहा जाता है।