Retificadores monofásicos - esquemas e princípio de operação

Um retificador é um dispositivo projetado para converter uma tensão CA de entrada em uma tensão CC. O módulo principal do retificador é um conjunto de serras de veias que converte diretamente a tensão CA em CC.

Caso seja necessário casar os parâmetros da rede com os parâmetros da carga, o conjunto retificador é conectado à rede através de um transformador de casamento. De acordo com o número de fases da rede de alimentação, os retificadores são monofásicos e três fases… Veja mais detalhes aqui - Classificação de retificadores de semicondutores… Neste artigo vamos considerar a operação de retificadores monofásicos.

Retificador monofásico de meia onda

O circuito retificador mais simples é um retificador monofásico de meia onda (Fig. 1).

Arroz. 1. Esquema de um retificador de meia onda controlado monofásico

Esquemas de operação do retificador de carga R são mostrados na Figura 2.

Arroz. 2. Esquemas de operação do retificador para carga R

Para abrir o tiristor, duas condições devem ser atendidas:

1) o potencial do ânodo deve ser maior que o potencial do cátodo;

2) um pulso de abertura deve ser aplicado ao eletrodo de controle.

Para este circuito, o cumprimento simultâneo destas condições só é possível durante meios-ciclos positivos da tensão de alimentação. Um sistema de controle de fase de pulso (SIFU) deve formar pulsos de abertura apenas em NSoluneríodos positivos da tensão de alimentação.

Ao solicitar tiristor VS1 do pulso de abertura no momento θ = α tiristor VS1 abre e a tensão de alimentação U é aplicada à carga1 durante o restante do meio ciclo positivo (queda de tensão direta na válvula ΔUv insignificante em comparação com a tensão U1 (ΔUv = 1 — 2 V) ). Como a carga R é ativa, a corrente na carga repete a forma da tensão.

Ao final do semiciclo positivo, a corrente de carga i e a válvula VS1 diminuirão para zero (θ = nπ), e a tensão U1 mudará seu sinal. Portanto, uma tensão reversa é aplicada ao tiristor VS1, sob a ação da qual ele fecha e restaura suas propriedades de controle.

Essa troca de válvulas sob a influência da tensão da fonte de energia, que muda periodicamente sua polaridade, é chamada de natural.

Pode ser visto nos diagramas que uma mudança em um fio leva a uma mudança em parte do semiciclo positivo durante o qual a tensão de alimentação é aplicada à carga e, portanto, isso leva a uma regulação do consumo de energia. A injeção α caracteriza o atraso no momento de abertura do tiristor em relação ao momento de sua abertura natural e é chamado de ângulo de abertura (controle) da válvula.

A fem e a corrente do retificador são segmentos sucessivos de ondas semi-senoidais positivas, constantes em direção, mas não constantes em magnitude, ou seja, o EMF retificado e a corrente têm um caráter pulsante periódico. E qualquer função periódica pode ser expandida em série de Fourier:

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

onde E é a componente constante da EMF corrigida, en(T) — componente variável igual à soma de todas as componentes harmônicas.

Assim, podemos assumir que uma EMF constante distorcida pela componente variável en (t) é aplicada à carga. O componente permanente do EMF E é a principal característica do EMF retificado.

O processo de regular a tensão da carga alterando-a é chamado de controle de fase... Este esquema tem várias desvantagens:

1) alto teor de harmônicos superiores na EMF corrigida;

2) grandes ondulações de EMF e corrente;

3) funcionamento do circuito intermitente;

4) uso de circuito de baixa tensão (kche =0,45).

O modo de operação de corrente de interrupção do retificador é um modo no qual a corrente no circuito de carga do retificador é interrompida, ou seja, torna-se zero.

Retificador monofásico de meia onda ao operar em uma carga indutiva ativa

Os diagramas de tempo da operação do retificador de meia onda para carga RL são mostrados na Fig. 3.

Arroz. 3. Diagramas de operação do retificador de meia onda para carga RL

Para analisar os processos que ocorrem no esquema, vamos alocar três intervalos de tempo.

1. α <θ <δ… O circuito equivalente correspondente a este intervalo é mostrado na fig. 4.

Ré. 4. Circuito equivalente para α <θ <δ

De acordo com o esquema equivalente:

Durante este intervalo de tempo, eL (auto-indução EMF) é polarizado de volta para a tensão da rede U1 e evita um aumento acentuado na corrente. A energia da rede é convertida em calor em R e é acumulada no campo eletromagnético com indutância L.

2. α <θ < π. O circuito equivalente correspondente a este intervalo é mostrado na Fig. 5.

Figo. 5… Circuito equivalente para α <θ < π

Neste intervalo, a EMF da auto-indução eL mudou de sinal (neste momento θ = δ).

Em θ δ dL muda de sinal e tende a manter a corrente no circuito. É dirigido de acordo com U1. Nesse intervalo, a energia proveniente da rede e acumulada no campo de indutância L é convertida em calor em R.

3. π θ α + λ. O circuito equivalente correspondente a este intervalo é mostrado na Fig. 6.

Arroz. 6 circuito equivalente

Em algum momento θ = π a tensão de linha U1 muda sua polaridade, mas o tiristor VS1 permanece no estado de condução porque egL excede U1 e a tensão direta é mantida através do tiristor. A corrente sob a ação de dL fluirá pela carga na mesma direção, enquanto a energia armazenada no campo de indutância L não será totalmente consumida.

Nesse intervalo, parte da energia acumulada no campo indutivo é convertida em calor na resistência R, e parte é transmitida para a rede. O processo de transferência de energia de um circuito CC para um circuito CA é chamado de inversão… Isso é evidenciado pelos diferentes sinais de e e i.

A duração do fluxo de corrente na seção com polaridade negativa U1 depende da relação entre as grandezas L e R (XL=ωL). Quanto maior a relação — ωL/R, maior a duração do fluxo de corrente λ.

Se houver uma indutância no circuito de carga L, a forma da corrente se torna mais suave e a corrente flui mesmo em áreas de polaridade negativa U1... Nesse caso, o tiristor VS1 não fecha durante a transição da tensão U1 para 0 e no momento a corrente cai para zero. Se ωL/ R→oo, então em α = 0 λ → 2π.

O princípio de operação de um retificador de ponte monofásico em modo contínuo ao operar cargas ativas e indutivas ativas

O circuito de potência de uma ponte retificadora monofásica é mostrado na Fig. 7, e os diagramas de tempo de seu trabalho na carga ativa são mostrados na fig. oito.

A ponte da válvula (Fig. 7) contém dois grupos de válvulas — cátodo (válvulas ímpares) e ânodo (válvulas pares). No circuito de ponte, a corrente é transportada simultaneamente por duas válvulas - uma do grupo do cátodo e outra do grupo do ânodo.

Como pode ser visto a partir da fig. 7, as portas são ligadas de forma que durante os semiciclos positivos da tensão U2, a corrente flua pelas portas VS1 e VS4, e durante os semiciclos negativos pelas portas VS2 e VS3. Assumimos que as válvulas e o transformador são ideais, ou seja, Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.

Arroz. 7. Esquema de uma ponte retificadora monofásica

Arroz. 8. Esquemas de operação de um retificador monofásico controlado por ponte em uma carga resistiva

Neste circuito, em qualquer instante de tempo, um par de tiristores VS1 e VS4 conduz corrente em semiciclos positivos U2 e VS2 e VS3 em negativos. Quando todos os tiristores estão fechados, metade da tensão de alimentação é aplicada a cada um deles.

Em θ =α abre VS1 e VS4 e a carga começa a fluir através de VS1 e VS4 abertos. O VS2 e o VS3 anteriores operam em tensão de rede total na direção reversa.Quando v = l-, U2 muda de sinal e como a carga está ativa, a corrente torna-se zero e a tensão reversa é aplicada a VS1 e VS4 e elas fecham.

Em θ =π +α os tiristores VS2 e VS3 abrem e a corrente de carga continua a fluir na mesma direção. A corrente neste circuito em L = 0 tem caráter intermitente, e somente em α= 0 a corrente será marginalmente contínua.

O modo contínuo de limite é um modo no qual a corrente em alguns momentos diminui para zero, mas não é interrompida.

Upr.max = Uobr.max = √2U2(com transformador),

Upr.max = Uobr.max = √2U1(sem transformador).

Funcionamento do circuito para uma carga ativo-indutiva

A carga R-L é típica de enrolamentos de aparelhos elétricos e enrolamentos de campo de máquinas elétricas ou quando um filtro indutivo é instalado na saída do retificador. A influência da indutância afeta a forma da curva de corrente de carga, bem como os valores médios e efetivos da corrente através das válvulas e do transformador. Quanto maior a indutância do circuito de carga, menor o componente de corrente alternada.

Para simplificar os cálculos, assume-se que a corrente de carga é perfeitamente suavizada (L→oo). Isso é legal quando ωNSL> 5R, onde ωNS — a frequência circular da ondulação de saída do retificador. Se essa condição for atendida, o erro de cálculo é insignificante e pode ser ignorado.

Os diagramas de temporização da operação de uma ponte retificadora monofásica para uma carga ativo-indutiva são mostrados na Fig. nove.

Arroz. 9. Esquemas de operação de um retificador de ponte monofásico ao operar em uma carga RL

Para examinar os processos que ocorrem no esquema, vamos separar três áreas de trabalho.

1. a. O circuito equivalente correspondente a este intervalo é mostrado na Fig.dez.

Arroz. 10. Circuito equivalente de um retificador

No intervalo considerado, a energia da rede é convertida em calor na resistência R e uma parte se acumula no campo eletromagnético da indutância.

2. α <θ < π. O circuito equivalente correspondente a este intervalo é mostrado na Fig. onze.

Arroz. 11. Circuito equivalente do retificador para α <θ < π

Em um momento no tempo θ = δ a EMF da auto-indução eL = 0 porque a corrente atinge seu valor máximo.

Nesse intervalo, a energia acumulada na indutância e consumida pela rede é convertida em calor na resistência R.

3. π θ α + λ. O circuito equivalente correspondente a este intervalo é mostrado na Fig. 12.

Arroz. 12. Circuito equivalente do retificador em π θ α + λ

Nesse intervalo, parte da energia acumulada no campo indutivo é convertida em calor na resistência R, e parte é devolvida à rede.

A ação da EMF de auto-indução na 3ª seção leva ao aparecimento de seções com polaridade negativa na curva da EMF corrigida, e os diferentes sinais de e e i indicam que neste intervalo há um retorno de energia elétrica à rede.

Se no tempo θ = π + α a energia armazenada na indutância L não for totalmente consumida, então a corrente i será contínua. Quando em um determinado momento θ = π + α pulsos de abertura são servidos aos tiristores VS2 e VS3, aos quais uma tensão direta é fornecida do lado da rede, eles se abrem e através deles uma tensão reversa é aplicada aos VS1 e VS4 operacionais do lado da rede, pelo que fecham, este tipo de comutação é denominado natural.