સિંગલ-ફેઝ રેક્ટિફાયર - યોજનાઓ અને કામગીરીના સિદ્ધાંત

રેક્ટિફાયર એ એક ઇનપુટ એસી વોલ્ટેજને ડીસી વોલ્ટેજમાં કન્વર્ટ કરવા માટે રચાયેલ ઉપકરણ છે. રેક્ટિફાયરનું મુખ્ય મોડ્યુલ એ નસ આરીનો સમૂહ છે જે AC ને DC વોલ્ટેજમાં સીધો રૂપાંતરિત કરે છે.

જો નેટવર્કના પરિમાણોને લોડના પરિમાણો સાથે મેચ કરવું જરૂરી હોય, તો રેક્ટિફાયર સેટ મેચિંગ ટ્રાન્સફોર્મર દ્વારા નેટવર્ક સાથે જોડાયેલ છે. સપ્લાય નેટવર્કના તબક્કાઓની સંખ્યા અનુસાર, રેક્ટિફાયર સિંગલ-ફેઝ છે અને ત્રણ તબક્કા… વધુ વિગતો અહીં જુઓ — સેમિકન્ડક્ટર રેક્ટિફાયરનું વર્ગીકરણ… આ લેખમાં આપણે સિંગલ-ફેઝ રેક્ટિફાયર્સની કામગીરી પર વિચાર કરીશું.

સિંગલ-ફેઝ હાફ-વેવ રેક્ટિફાયર

સૌથી સરળ રેક્ટિફાયર સર્કિટ એ સિંગલ-ફેઝ હાફ-વેવ રેક્ટિફાયર છે (ફિગ. 1).

ચોખા. 1. સિંગલ-ફેઝ નિયંત્રિત હાફ-વેવ રેક્ટિફાયરની યોજનાકીય

આર-લોડ રેક્ટિફાયરની કામગીરીની યોજનાઓ આકૃતિ 2 માં બતાવવામાં આવી છે.

ચોખા. 2. આર-લોડ માટે રેક્ટિફાયરની કામગીરીની યોજનાઓ

થાઇરિસ્ટર ખોલવા માટે, બે શરતો પૂરી કરવી આવશ્યક છે:

1) એનોડની સંભવિતતા કેથોડની સંભવિતતા કરતા વધારે હોવી જોઈએ;

2) કંટ્રોલ ઇલેક્ટ્રોડ પર ઓપનિંગ પલ્સ લાગુ કરવી આવશ્યક છે.

આ સર્કિટ માટે, આ શરતોની એક સાથે પરિપૂર્ણતા ફક્ત સપ્લાય વોલ્ટેજના હકારાત્મક અર્ધ-ચક્ર દરમિયાન જ શક્ય છે. પલ્સ ફેઝ કંટ્રોલ સિસ્ટમ (SIFU) એ માત્ર સપ્લાય વોલ્ટેજના હકારાત્મક એનએસોલ્યુનરિયોડ્સમાં ઓપનિંગ પલ્સ બનાવવી જોઈએ.

માટે અરજી કરતી વખતે થાઇરિસ્ટર θ = α થાઇરિસ્ટર VS1 ની ક્ષણે ઓપનિંગ પલ્સનો VS1 ખુલે છે અને સપ્લાય વોલ્ટેજ U એ પોઝિટિવ અર્ધ ચક્રના બાકીના સમયગાળા દરમિયાન લોડ1 પર લાગુ થાય છે (વોલ્ટેજ U1 (ΔUv) ની તુલનામાં વાલ્વ પર આગળનો વોલ્ટેજ ડ્રોપ ΔUv નજીવો = 1 — 2 V)). લોડ આર સક્રિય હોવાથી, લોડમાંનો પ્રવાહ વોલ્ટેજના આકારને પુનરાવર્તિત કરે છે.

સકારાત્મક અર્ધ-ચક્રના અંતે, લોડ કરંટ i અને વાલ્વ VS1 ઘટીને શૂન્ય (θ = nπ) થશે, અને વોલ્ટેજ U1 તેનું ચિહ્ન બદલશે. તેથી, થાઇરિસ્ટર VS1 પર વિપરીત વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, જેની ક્રિયા હેઠળ તે તેના નિયંત્રણ ગુણધર્મોને બંધ કરે છે અને પુનઃસ્થાપિત કરે છે.

પાવર સ્રોતના વોલ્ટેજના પ્રભાવ હેઠળ વાલ્વનું આવા સ્વિચિંગ, જે સમયાંતરે તેની ધ્રુવીયતાને બદલે છે, તેને કુદરતી કહેવામાં આવે છે.

તે આકૃતિઓમાંથી જોઈ શકાય છે કે એક વાયરમાં ફેરફાર હકારાત્મક અર્ધ-ચક્રના ભાગમાં ફેરફાર તરફ દોરી જાય છે જે દરમિયાન સપ્લાય વોલ્ટેજ લોડ પર લાગુ થાય છે, અને તેથી આ પાવર વપરાશના નિયમન તરફ દોરી જાય છે. ઇન્જેક્શન α તેના કુદરતી ઉદઘાટનની ક્ષણની તુલનામાં થાઇરિસ્ટરના ઉદઘાટનની ક્ષણમાં વિલંબને લાક્ષણિકતા આપે છે અને તેને વાલ્વના ઉદઘાટન (નિયંત્રણ) કોણ કહેવામાં આવે છે.

ઇએમએફ અને રેક્ટિફાયર કરંટ એ સકારાત્મક હાફ-સાઇન તરંગોના ક્રમિક સેગમેન્ટ્સ છે, જે દિશામાં સ્થિર છે પરંતુ તીવ્રતામાં સ્થિર નથી, એટલે કે. સુધારેલ EMF અને વર્તમાન સામયિક ધબકતું પાત્ર ધરાવે છે. અને કોઈપણ સામયિક કાર્યને ફોરિયર શ્રેણીમાં વિસ્તૃત કરી શકાય છે:

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

જ્યાં E એ સુધારેલ EMF નો સ્થિર ઘટક છે, en(T) — બધા હાર્મોનિક ઘટકોના સરવાળા સમાન ચલ ઘટક.

આમ, અમે ધારી શકીએ છીએ કે ચલ ઘટક en(t) દ્વારા વિકૃત સતત EMF લોડ પર લાગુ થાય છે. EMF E નું કાયમી ઘટક સુધારેલ EMF ની મુખ્ય લાક્ષણિકતા છે.

લોડ વોલ્ટેજને બદલીને તેને નિયંત્રિત કરવાની પ્રક્રિયાને ફેઝ કંટ્રોલ કહેવામાં આવે છે... આ સ્કીમમાં ઘણા ગેરફાયદા છે:

1) સુધારેલ EMF માં ઉચ્ચ હાર્મોનિક્સની ઉચ્ચ સામગ્રી;

2) EMF અને વર્તમાનની મોટી લહેર;

3) તૂટક તૂટક સર્કિટ કામગીરી;

4) લો સર્કિટ વોલ્ટેજનો ઉપયોગ (kche = 0.45).

રેક્ટિફાયરના ઑપરેશનનો વિક્ષેપિત વર્તમાન મોડ એ એક એવો મોડ છે જેમાં રેક્ટિફાયરના લોડ સર્કિટમાં વર્તમાન વિક્ષેપિત થાય છે, એટલે કે. શૂન્ય બની જાય છે.

સક્રિય-ઇન્ડક્ટિવ લોડ પર કામ કરતી વખતે સિંગલ-ફેઝ સિંગલ-હાફ-વેવ રેક્ટિફાયર

આરએલ-લોડ માટે હાફ-વેવ રેક્ટિફાયર ઑપરેશનના ટાઇમિંગ ડાયાગ્રામ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યા છે. 3.

ચોખા. 3. આરએલ-લોડ માટે હાફ-વેવ રેક્ટિફાયર ઓપરેશનના આકૃતિઓ

યોજનામાં થતી પ્રક્રિયાઓનું વિશ્લેષણ કરવા માટે, ચાલો ત્રણ સમય અંતરાલ ફાળવીએ.

1. α <θ <δ… આ અંતરાલને અનુરૂપ સમકક્ષ સર્કિટ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યું છે. 4.

રી. 4. α <θ <δ માટે સમાન સર્કિટ

સમકક્ષ યોજના અનુસાર:

આ સમય દરમિયાન અંતરાલ eL (સેલ્ફ-ઇન્ડક્શન EMF) એ ગ્રીડ વોલ્ટેજ U1 પર પાછા ફરે છે અને વર્તમાનમાં તીવ્ર વધારો અટકાવે છે. નેટવર્કમાંથી ઊર્જા R પર ગરમીમાં રૂપાંતરિત થાય છે અને ઇન્ડક્ટન્સ L સાથે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રમાં સંચિત થાય છે.

2. α <θ < π. આ અંતરાલને અનુરૂપ સમકક્ષ સર્કિટ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યું છે. 5.

ફિગ. 5… α <θ < π માટે સમાન સર્કિટ

આ અંતરાલ પર, સ્વ-ઇન્ડક્શન eL ના EMF એ તેનું ચિહ્ન બદલ્યું (આ સમયે θ = δ).

θ δ dL પર તેની નિશાની બદલાય છે અને સર્કિટમાં વર્તમાન જાળવવાનું વલણ ધરાવે છે. તે U1 અનુસાર નિર્દેશિત છે. આ અંતરાલમાં, નેટવર્કમાંથી ઉર્જા અને ઇન્ડક્ટન્સ L ના ક્ષેત્રમાં સંચિત R માં ગરમીમાં રૂપાંતરિત થાય છે.

3. π θ α + λ. આ અંતરાલને અનુરૂપ સમકક્ષ સર્કિટ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યું છે. 6.

ચોખા. 6 સમકક્ષ સર્કિટ

અમુક સમયે θ = π રેખા વોલ્ટેજ U1 તેની ધ્રુવીયતામાં ફેરફાર કરે છે, પરંતુ થાઇરિસ્ટર VS1 વાહક સ્થિતિમાં રહે છે કારણ કે egL U1 કરતાં વધી જાય છે અને સમગ્ર થાઇરિસ્ટરમાં ફોરવર્ડ વોલ્ટેજ જાળવવામાં આવે છે. dL ની ક્રિયા હેઠળનો પ્રવાહ એ જ દિશામાં લોડમાંથી વહેશે, જ્યારે ઇન્ડક્ટન્સ Lના ક્ષેત્રમાં સંગ્રહિત ઊર્જા સંપૂર્ણપણે વપરાશમાં આવશે નહીં.

આ અંતરાલમાં, પ્રેરક ક્ષેત્રમાં સંચિત ઊર્જાનો ભાગ પ્રતિકાર R માં ગરમીમાં રૂપાંતરિત થાય છે, અને ભાગ નેટવર્કમાં પ્રસારિત થાય છે. ડીસી સર્કિટમાંથી AC સર્કિટમાં ઉર્જા સ્થાનાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયાને વ્યુત્ક્રમ કહેવામાં આવે છે… આ e અને i ના વિવિધ ચિહ્નો દ્વારા પુરાવા મળે છે.

નકારાત્મક ધ્રુવીયતા U1 સાથે વિભાગમાં વર્તમાન પ્રવાહનો સમયગાળો L અને R (XL=ωL) જથ્થાઓ વચ્ચેના ગુણોત્તર પર આધાર રાખે છે. જેટલો મોટો ગુણોત્તર — ωL/ R, વર્તમાન પ્રવાહની અવધિ λ જેટલી વધારે છે.

જો લોડ સર્કિટ L માં ઇન્ડક્ટન્સ હોય, તો વર્તમાન આકાર સરળ બને છે અને નકારાત્મક ધ્રુવીયતા U1 ના વિસ્તારોમાં પણ પ્રવાહ વહે છે... આ કિસ્સામાં, thyristor VS1 વોલ્ટેજ U1 થી 0 ના સંક્રમણ દરમિયાન બંધ થતું નથી. અને આ ક્ષણે વર્તમાન શૂન્ય થઈ જાય છે. જો ωL/ R→oo, તો α = 0 λ → 2π માં.

સક્રિય અને સક્રિય-ઇન્ડક્ટિવ લોડ્સનું સંચાલન કરતી વખતે સતત મોડમાં સિંગલ-ફેઝ બ્રિજ રેક્ટિફાયરના સંચાલનનો સિદ્ધાંત

સિંગલ-ફેઝ બ્રિજ રેક્ટિફાયરનું પાવર સર્કિટ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યું છે. 7, અને સક્રિય લોડ પર તેના કાર્યના સમય આકૃતિઓ ફિગમાં બતાવવામાં આવે છે. આઠ

વાલ્વ બ્રિજ (ફિગ. 7) માં વાલ્વના બે જૂથો છે - કેથોડ (વિચિત્ર વાલ્વ) અને એનોડ (સામાન્ય વાલ્વ). બ્રિજ સર્કિટમાં, બે વાલ્વ દ્વારા વારાફરતી પ્રવાહ વહન કરવામાં આવે છે - એક કેથોડ જૂથમાંથી અને એક એનોડ જૂથમાંથી.

અંજીરમાંથી જોઈ શકાય છે. 7, દરવાજા ચાલુ કરવામાં આવે છે જેથી વોલ્ટેજ U2 ના સકારાત્મક અર્ધ-ચક્ર દરમિયાન, વીએસ 1 અને વીએસ 4 દરવાજામાંથી પ્રવાહ વહે છે, અને નકારાત્મક અર્ધ-ચક્ર દરમિયાન દરવાજા VS2 અને VS3 દ્વારા વહે છે. અમે ધારણા કરીએ છીએ કે વાલ્વ અને ટ્રાન્સફોર્મર આદર્શ છે, એટલે કે. Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.

ચોખા. 7. સિંગલ-ફેઝ બ્રિજ રેક્ટિફાયરની યોજના

ચોખા. 8. પ્રતિકારક લોડ પર સિંગલ-ફેઝ બ્રિજ-નિયંત્રિત રેક્ટિફાયરની કામગીરીની યોજનાઓ

આ સર્કિટમાં, કોઈપણ ક્ષણે, થાઈરિસ્ટોર્સ VS1 અને VS4 ની જોડી હકારાત્મક અર્ધ-ચક્ર U2 અને VS2 અને VS3 ને ઋણમાં પ્રવાહનું સંચાલન કરે છે. જ્યારે બધા થાઇરિસ્ટોર્સ બંધ હોય છે, ત્યારે તેમાંના દરેકને અડધા સપ્લાય વોલ્ટેજ લાગુ પડે છે.

θ =α ઓપન VS1 અને VS4 પર અને લોડ ખુલ્લા VS1 અને VS4માંથી વહેવાનું શરૂ કરે છે. અગાઉના VS2 અને VS3 વિપરીત દિશામાં સંપૂર્ણ મુખ્ય વોલ્ટેજ પર કાર્ય કરે છે.જ્યારે v = l-, U2 સાઇન બદલે છે અને લોડ સક્રિય હોવાથી, વર્તમાન શૂન્ય બને છે અને VS1 અને VS4 પર રિવર્સ વોલ્ટેજ લાગુ થાય છે અને તે બંધ થાય છે.

θ =π +α thyristors VS2 અને VS3 પર ખુલે છે અને લોડ પ્રવાહ એ જ દિશામાં વહેતો રહે છે. L = 0 પરના આ સર્કિટમાં વિદ્યુતપ્રવાહ એક તૂટક તૂટક અક્ષર ધરાવે છે, અને માત્ર α= 0 પર વર્તમાન નજીવો સતત રહેશે.

મર્યાદા સતત મોડ એ એક મોડ છે જેમાં સમયની કેટલીક ક્ષણોમાં વર્તમાન શૂન્ય થઈ જાય છે, પરંતુ વિક્ષેપિત થતો નથી.

Upr.max = Uobr.max = √2U2 (ટ્રાન્સફોર્મર સાથે),

Upr.max = Uobr.max = √2U1 (ટ્રાન્સફોર્મર વિના).

સક્રિય-ઇન્ડક્ટિવ લોડ માટે સર્કિટ ઓપરેશન

આર-એલ લોડ એ વિદ્યુત ઉપકરણના વિન્ડિંગ્સ અને ઇલેક્ટ્રિકલ મશીનોના ફીલ્ડ વિન્ડિંગ્સ અથવા જ્યારે રેક્ટિફાયરના આઉટપુટ પર ઇન્ડક્ટિવ ફિલ્ટર ઇન્સ્ટોલ કરવામાં આવે ત્યારે લાક્ષણિક છે. ઇન્ડક્ટન્સનો પ્રભાવ લોડ વર્તમાન વળાંકના આકારને તેમજ વાલ્વ અને ટ્રાન્સફોર્મર દ્વારા પ્રવાહના સરેરાશ અને અસરકારક મૂલ્યોને અસર કરે છે. લોડ સર્કિટનું ઇન્ડક્ટન્સ જેટલું ઊંચું હશે, વૈકલ્પિક વર્તમાન ઘટક ઓછું હશે.

ગણતરીઓને સરળ બનાવવા માટે, એવું માનવામાં આવે છે કે લોડ પ્રવાહ સંપૂર્ણપણે સુંવાળો છે (L→oo). આ કાયદેસર છે જ્યારે ωNSL> 5R, જ્યાં ωNS — રેક્ટિફાયર આઉટપુટ રિપલની ગોળાકાર આવર્તન. જો આ શરત પૂરી થાય છે, તો ગણતરીની ભૂલ નજીવી છે અને તેને અવગણી શકાય છે.

સક્રિય-ઇન્ડક્ટિવ લોડ માટે સિંગલ-ફેઝ બ્રિજ રેક્ટિફાયરની કામગીરીના સમયના આકૃતિઓ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યા છે. નવ

ચોખા. 9. આરએલ લોડ પર કામ કરતી વખતે સિંગલ-ફેઝ બ્રિજ રેક્ટિફાયરની કામગીરીની યોજનાઓ

યોજનામાં થતી પ્રક્રિયાઓની તપાસ કરવા માટે, અમે કાર્યના ત્રણ ક્ષેત્રોને અલગ કરીશું.

1. એ. આ અંતરાલને અનુરૂપ સમકક્ષ સર્કિટ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યું છે.દસ

ચોખા. 10. રેક્ટિફાયરનું સમકક્ષ સર્કિટ

માનવામાં આવેલા અંતરાલમાં, નેટવર્કમાંથી ઊર્જા પ્રતિકાર R માં ગરમીમાં રૂપાંતરિત થાય છે અને એક ભાગ ઇન્ડક્ટન્સના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રમાં એકઠા થાય છે.

2. α <θ < π. આ અંતરાલને અનુરૂપ સમકક્ષ સર્કિટ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યું છે. અગિયાર

ચોખા. 11. α <θ < π માટે રેક્ટિફાયરનું સમકક્ષ સર્કિટ

સમયની એક ક્ષણે θ = δ સ્વ-ઇન્ડક્શન eL = 0 નું EMF કારણ કે વર્તમાન તેના મહત્તમ મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે.

આ અંતરાલમાં, ઇન્ડક્ટન્સમાં સંચિત અને નેટવર્ક દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતી ઊર્જા પ્રતિકાર R માં ગરમીમાં રૂપાંતરિત થાય છે.

3. π θ α + λ. આ અંતરાલને અનુરૂપ સમકક્ષ સર્કિટ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યું છે. 12.

ચોખા. 12. π θ α + λ પર રેક્ટિફાયરનું સમકક્ષ સર્કિટ

આ અંતરાલમાં, પ્રેરક ક્ષેત્રમાં સંચિત ઊર્જાનો ભાગ પ્રતિકાર R માં ગરમીમાં રૂપાંતરિત થાય છે, અને ભાગ નેટવર્ક પર પાછો આવે છે.

3 જી વિભાગમાં સ્વ-ઇન્ડક્શનના EMF ની ક્રિયા સુધારેલ EMF ના વળાંકમાં નકારાત્મક ધ્રુવીયતાવાળા વિભાગોના દેખાવ તરફ દોરી જાય છે, અને e અને i ના વિવિધ ચિહ્નો સૂચવે છે કે આ અંતરાલમાં વિદ્યુત ઊર્જાનું વળતર છે. નેટવર્ક માટે.

જો સમયે θ = π + α ઇન્ડક્ટન્સ L માં સંગ્રહિત ઊર્જા સંપૂર્ણપણે વપરાશમાં ન આવે, તો વર્તમાન i સતત રહેશે. જ્યારે ચોક્કસ સમયે θ = π + α ઓપનિંગ પલ્સ થાઇરિસ્ટોર્સ VS2 અને VS3ને આપવામાં આવે છે, જેમાં નેટવર્ક બાજુથી ફોરવર્ડ વોલ્ટેજ પૂરો પાડવામાં આવે છે, ત્યારે તે ખુલે છે અને તેના દ્વારા ઓપરેટિંગ VS1 અને VS4 પર રિવર્સ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે. નેટવર્ક બાજુ, જેના પરિણામે તેઓ બંધ થાય છે, આ પ્રકારના સ્વિચિંગને કુદરતી કહેવામાં આવે છે.