Неуправляеми и управляеми токоизправители и променливотокови регулатори Ключови думи
Изтегляне 156.39 Kb.
|
- Навигация на страницата:
- Ключови думи
- Информационен блок
- Блок за контрол на знанията
Неуправляеми и управляеми токоизправители и променливотокови регулаториКлючови думиЕднофазен токоизправител, трифазен токоизправител, управляем еднофазен токоизправител, управляем трифазен токоизправител, променливотоков регулатор ЦелЦелта на настоящата тема е да представи и разгледа топологиите, принципа на действие и приложението в областта на ВЕИ на еднофазните и трифазни управляеми и неуправляеми токоизправители както и на еднофазните и трифазни променливотокови регулатори. ВъведениеОт направените в предните теми разглеждания беше представена значимостта и необходимостта от преобразуването и управлението на електрическата енергия произведена от ВЕИ. Беше направено уточнението, че в съвременната практика един от способите да се преобразува и управлява произвежданата електрическа енергия е посредством използването на електронни преобразуватели. В зависимост от типа на преобразованието електронните преобразуватели могат да се разделят на четири основни категории, а именно: преобразуватели на променлива електрическа енергия в постоянна - токоизправители; преобразуватели на променлива електрическа енергия в променлива - променливоткови регулатори; преобразуватели на постоянна електрическа енергия в постоянна - постояннотокови преобразуватели; и преобразуватели на постоянна електрическа енергия в променлива - инвертори. Настоящата тема разглежда електронните преобразуватели извършващи преобразование от входно променливо напрежение.
Токоизправителите могат да бъдат класифицирани в няколко категории. Най-значимите от който и необходими за по-нататъшните разглеждания включват: • Класификация спрямо броят на фазите - съществуват: еднофазни и многофазни (най-често трифазни) токоизправители. • Класификация спрямо изходната мощност - това е условна класификация която разделя токоизправители в три категории: - за малка мощност (до 1kW) - най-често това са токоизправители част от токозахранващо устройство на електронна система. - за средна мощност (от 1kW до 100kW) - най-често това са токоизправители преобразуващи електрическа енергия необходима за захранване на различни индустриални устройства. - за голяма мощност (над 100kW) - най-често това са токоизправители част от система за генериране на електрическа енергия - включително и ВЕИ. • Класификация спрямо работната честота - по този критерии токоизправителите се делят на такива за ниска честота (до 400Hz) и на такива за висока честота (над 400Hz). За токоизправителите честотата е от значение при подбора на компонентите тъй като тя оказва значително влияние върху електрическите загуби свързани с преобразуването на електрическата енергия. • Класификация спрямо броя на изправените полупериоди - при дефиниция за полупериод спрямо Фигура 1 , токоизправителите могат да се групират в две категории, съответно: еднополупериодни и двуполупериодни. Изходното напрежение на еднополупериодните токоизправители се формира само от отрицателната или само от положителната полувълна на входното напрежение, докато при двуполупериодните токоизправители се изправя както положителната така и отрицателната полувълна.
Фигура 1. Дефиниция за положителен и отрицателен полупериод • Класификация спрямо възможността за управление на изходната величина - в тази категория влизат два видя токоизправители: - Неуправляеми токоизправители - този вид токоизправители преобразуват променливата електрическа енергия в постоянна без да дават възможност за нейното управление. Реализират се на база на електронни ключове с естествена комутация (диоди). - Управляеми - този вид токоизправители позволява едновременното преобразуване на променливата електрическа енергия в постоянна и регулацията на средното изправеното изходно напрежение и ток. Управляемите токоизправители се реализират при използване на електронни ключове със смесена или принудителна комутация или при комбиниране на електронни ключове с естествена, смесена и принудителна комутация. Тяхното приложение се свързва с регулиране на ток и напрежение през консуматори на постоянна електрическа енергия. Управляемите токоизправители се използват при произвеждане на енергия от ВЕИ в случаите когато се налага регулирането на големи мощности при които не може да се използват транзистори. В други случай използването на управляемите токоизправители е ограничено.
На фигура 2 са представени четирите основни топологии за реализация на еднофазни токоизправители. Това са: •Фигура 2. а) еднофазен еднополупериоден (еднопътен) токоизправител - тази топология позволява преобразуването на променливото напрежение в постоянно като се изправя само едната полувълна на входното променливо напрежение. Структурата на този токоизправител е изключително проста и в същността си представлява изправителен диод свързан последователно спрямо източника на променливо напрежение и постояннотоковия изход, който за примерната схемата от фигура 2 е активният товар Тази схема се използва при реализирането на маломощни - най-често безтрансформаторни захранвания, където консумираният ток е не по-голям от няколко стотин милиампера. Прилагането на тази схема за по-мощни устройства трябва да се избягва поради несиметричното натоварване на електрическата мрежа и свързаната с това консумация на голяма постояннотокова съставна. 
Фигура 2. Неуправляеми еднофазни токоизправители; а) еднопътен еднофазен токоизправител; б) еднофазен двуполупериоден токоизправител със средна трансформаторна точка; в) еднофазен двуполупериоден токоизправител - мостова схема; г) еднофазен двуполупериоден токоизправител с умножение на напрежението •Фигура 2. б) еднофазен двуполупериоден (двупътен) токоизправител със средна трансформаторна точка Еднофазният двуполупериоден токоизправител със средна точка позволява изправяне както на положителната така и на отрицателната полувълна на входното променливо напрежение. Структурно този токоизправител може да се разгледа като два еднопътни токоизправителя свързани паралелно и работещи противотактно. Основно предимство на този тип преобразуватели е възможността да се реализира двупътно изправяне на напрежението при използване на минимален брой изправителни диоди. Това предимство е свързано с намаляване на електрическите загуби в изправителя - особено при големи токове протичащи през диодите и при работа при високи честоти. Недотъка на този тип изправители е необходимостта от трансформатор - схемата не може да се свърже директно към електрическата мрежа. Освен това обратното напрежение върху диодите е два пъти по-голямо в сравнение с останалите изправителни схеми. Основно приложение този тип изправители намират в електронни схеми където вече има трансформатор с ниско напрежението и голям ток. Много често изходното стъпало на постояннотоковите трансформаторни преобразуватели е реализирано с тази схема. •Фигура 2. в) еднофазен мостов токоизправител (схема Грец) Еднофазният мостов преобразувател, наричан още схема Грец позволява преобразуване на променливото напрежение в постоянно при двупътно изправяне. Детайлно описание на принципа на работа на мостовия токоизправител е направено в следващата секция. Негово основно предимство е възможността за двупътно изправяне при директно включване към електрическата мрежа. В допълнение при изправянето всеки диод е необходимо да "блокира" обратно напрежение равно на максималната стойност на входното въздействие. За сравнение с по-горе описаната двупътна токоизправителна схема - тази със средната трансформаторна точка - диодите трябва да блокират обратно напрежение със стойност два пъти по висока от максималното входно въздействие. Недостатъците на тази схема са свързани с по-големия брой диоди необходими за нейното реализиране. По големият брой се свързва с по-големи електрически загуби - особено при големи изходни токове и висока работна честота. Мостовата токоизправителна схема намира широко приложение при устройства захранвани от еднофазната електрическа мрежа. Мостовият токоизправител е първият градивен блок на всяка съвременна токозахранваща схема. •Фигура 2. г) еднофазен токоизправител с умножение на напрежението Токоизправителя с умножение на напрежението - често срещан в литературата и под наименованието симетричен умножител на напрежение - е специализирана схема, която позволява двупътното изправяне на променливо напрежение. При тази схема изходното постоянно напрежение в идеалният случай е със стойност два пъти по-висока от максмалната стойност на входното променливо напрежение. Умножението става посредством използването на капацитетен делител на напрежение формиран от кондензаторите C1 и C2. Тази токоизправителна схема се използва само в някой специални случай и нейното приложение е ограничено. Трябва да се отбележи че тъй като умножението става за сметка на заряда на кондензаторите C1 и C2, то използването на схемата при големи изходни токове ще доведе и до значително нарастване на техните капацитети, което не винаги е реализуемо.
На фигура 3 е показана принципната схема на еднофазен мостов токоизправител 1) и еквивалентните заместващите схеми получаващи се при положителна 2) и отрицателна полувълна 3) на захранващо напрежение, както и времедиаграмите описващи неговата работа. Съответно на фигура 3, схема 1) може да бъде разгледана структурата на токоизправителя. Той е изграден от четири изправителни диода номерирани съответно от D1 до D4.
Фигура 3. Принципна схема и времедиаграми описващи работата на еднофазен неуправляем двуполупериоден токоизправител реализиран по мостова схема Диодите D1 и D2 формират така наречената катодна група, докато диодите D3 и D4 образуват анодна група. Тези наименования са свързани с включването на съответно анодите и катодите на упоменатите диоди в обща електрическа точка. Тук трябва да се отбележи, че при нормална работа на схемата, диоди принадлежащи към една и съща група не могат да бъдат едновременно опушени. Друг начин да се разгледа свързването на елементите в схемата е като тя се раздели на силови рамена. Силовото рамо е основен градивен елемент на електронните схеми за преобразуване на електрическа енергия. Често то се състои от два електронни ключа с обща точка, като когато са включени - ключовете провеждат енергия от единия си край към общата точка или обратно. Трябва да се отбележи че при нормална работа на електронните схеми, два ключа от едно силово рамо не могат да бъдат отпушени едновременно. В случая мостовия токоизправител от Фигура 3, схема 1) е изграден от две силови рамена съставени съответно от диодите: D1 и D3; D2 и D4. Така ако спазим по-горе дефинираните условия, се получават две комбинации при които може да протече ток от входа към изхода на токоизправителя, а именно: отпушени D1 и D4, запушени D2 и D3; или отпушени D2 и D3, запушени D1 и D4. Отпушването на съответната двойка става тогава, когато потенциала на катода на диода от катодната група е по-нисък спрямо този на анода на диода от анодната група. За да се опушат диодите тази потенциална разлика трябва да бъде по-голяма от сумата на падовете на напрежението в права посока на двата диода. Може да се приеме че за схемата от фигура две това условие е изпълнено за D1 и D4 при положителна полувълна на входното напрежение - времеинтервал t0 до t1, а за D2 и D3 при отрицателна полувълна - времеинтервал t1 до t2. При така описаният принцип на действие, ако се приеме че t0÷t2 се отнася както φ=0÷2.π, то за мостовата схема могат да се дефинират следните основни параметри (значението на съответните величини е обозначено на времедиаграмата) • Средно изправено изходно напрежение 
• Максималната стойност на обратното напрежение върху диодите 
4. Трифазни неуправляеми токоизправители На фигура 4 са показвани двете фундаментални топологии използвани за построяване на трифазни неуправляеми токоизправители. Фигура 4 а) показва схема на трифазен еднопътен токоизправител - срещана в литературата и под наименованието схема "Миткевич". Тази структура може да се представи като три еднофазни еднопътни токоизпавителя, всеки свързан към една от фазите. При преобразуването на входното напрежение се изправя само едната полувълна от входното напрежение. Използването на тези токоизправители е ограничено поради недостатъците свързани с еднопътното изправяне, а именно: несиметричното натоваряне на електрическата мрежа и консумацията на електрическа енергия с голяма постоянно токова съставна. Фигура 4 б) представя схема на трифазен двупътен токоизправител - срещана в литературата и под наименованието схема "Ларионов". Схема Ларионов е един от най-често използваните трифазни токоизправители. Нейното приложение се свързва с преобразуването на енергия от трифазни елекрически мрежи при управление на енергията от мощни източници или към мощни консуматори на енергия. Принципа на работа на тази схема е описана подробно в следващата секция на настоящата тема.
Фигура 4. Неуправляеми трифазни токоизправители; а) трифазен еднопътен токоизправител; б) трифазен двуполупериоден токоизправител 3. Трифазен неуправляем токоизправител - схема Ларионов Фигура 5. представя принципа на действие на трифазния неуправляем двупътен токоизправител. 
Фигура 5. Принципна схема и времедиаграми описващи работата на трифазен неуправляем двуполупериоден токоизправител реализиран по мостова схема Схема "Ларионов" може да се представи като еднофазна мостова схема към която е прибавено едно допълнително силово рамо. Така схемата може да се разгледа като построена от три силови рамена, съответно: D1 и D3, D2 и D4, D5 и D6; или като съставена от една катодна група формирана от диодите D1,D2 и D5 и една анодна група формирана от диодите D3, D4 и D6. Тук също са в сила по-рано направените разсъждения при разглеждане на еднофазната схема, а именно че: винаги може да бъде отпушен само по един диод от катодна и анодна група; и винаги може да бъде отпушен само един диод от едно силово рамо. От тук в схемата ще бъде отпушен този диод от анодната група чийто анод е най-положителен и този диод от катодната група чийто катод е най-отрицателен. Заместващите схеми 2) и 3) на фигура 5 демонстрират работата на токоизправителя за време интервала от t1 до t3 от времедиаграмата. За този времеинтервал най-положително е напрежението на фаза A, а най-отрицателно това на фаза B за интервала t1,t2 и на фаза C за интервала t2,t3. Това ще означава че за времето затворено от t1÷t2 ще провеждат диодите D1 и D4, а за промеждутъка t2÷t3 съответно диодите D1 и D6. Поради периодичността на входното захранващо напрежение схемата ще продължи да работи по така описания начин като диодите ще изменят състоянието спрямо изменението на входното напрежение. При така описаният принцип на действие, ако се приеме че t0÷t1 се отнася както φ=0÷π/3, то за мостовата схема могат да се дефинират следните основни параметри (значението на съответните величини е обозначено на времедиаграмата) • Средно изправено изходно напрежение
• Среден ток през диодите 
• Максималната стойност на обратното напрежение върху диодите 
5. Еднофазни управляеми токоизправители На фигура 6 е представена принципната схема и времедиаграми на еднофазен мостов управляем токоизправител. В разглежданата схема диодите от неуправляемият токоизправител са заменени с електронни ключове със смесена комутация, а именно тиристори. Така отпушването на ключовете и съответното провеждане на електрическа енергия към изхода ще зависи не само от параметрите на самата електрическа верига, а и от управляващите импулси подавани към ключовете. На времедиаграмата от фигура 6 управляващите импулси са зададени със номерацията на съответните ключове, респективно S1, S4 и S2, S3. Подаване на управляващ импулс с определена фаза спрямо съответният полупериод ще подаде към изхода "изрязаното" входно напрежение. Това ще доведе до намаляване на средната изправена стойност на напрежението в изхода. Така регулирайки този фазов ъгъл може да се управлява и изходното напрежение. Фазовият ъгъл между преминаването на нулата на входното напрежение и подаването на управляващият импулс се нарича ъгъл на отпушване и на времедиаграмата е отбелязан с гръцката буква α. 
Фигура 6. Принципна схема и времедиаграми описващи работата на еднофазен управляем двуполупериоден токоизправител реализиран по мостова схема При така описаният принцип на действие, ако се приеме че t0÷t2 се отнася както φ=0÷2.π, то за мостовата схема могат да се дефинират следните основни параметри (значението на съответните величини е обозначено на времедиаграмата) • Средно изправено изходно напрежение 
• Среден ток през диодите
• Максималната стойност на обратното върху диодите (разглежда се "най-лошия случай" - при α=0)
5. Трифазни управляеми токоизправители Управляеми могат да бъдат всички видове конвенционални токоизправители при замяна на диодите с електронни ключове със смесена и принудителна комутация, включително и трифазните. На фигура 7 е представен управляем трифазен двуполупериоден токоизправител (схема "Ларионов"). Неговия принцип на работа е сходен с този вече описан за мостовия еднофазен токоизправител. Разликата тук е, че поради трифазното напрежение ще се формират три основни режима на работа в зависимост от това дали изправените полувълни на входното напрежение се застъпват или не, а именно: 1) непрекъснат режим на работа, където ъгъла на отпушване на тиристорите е 
Фигура 7. Принципна схема и времедиаграми описващи работата на трифазен управляем двуполупериоден токоизправител реализиран по мостова схема При така описаният принцип на действие, ако се приеме че t0÷t2 се отнася както φ=0÷2.π/3, то за мостовата схема могат да се дефинират следните основни параметри (значението на съответните величини е обозначено на времедиаграмата) • Средно изправено изходно напрежение - за - за 
• Среден ток през диодите (разглежда се "най-лошия случай" - при α=0)
• Максималната стойност на обратното напрежение върху диодите
7. Регулатори на променливо напрежение Регулаторите на променливо напрежение са електронни схеми които преобразуват, променливо напрежение с една стойност в променливо напрежение с друга стойност - при запазване на работната честота. За този тип устройства може да бъде приложена същата класификацията направена по-рано за токоизправителите. 
Фигура 8. Променливотокови регулатори Предимство на тези устройства е възможността за управление и регулиране на променливотокови вериги при минимален набор електронни компоненти. Съществен недостатък при използването им за регулиране на напрежението са големите нелинейни изкривявания в изходното напрежение, както и консумацията на мощност с несинусоидална форма и съответно влошаването на фактора на мощността. Основните приложения на променливтоковите регулатори във ВЕИ включват реализиране на: безконтактни релета и превключватели; електронни устройства за мек старт на електрически машини; електронни защити при използване на променливо напрежение. На фигура 8 са представени четири популярни топологии позволяващи построяването на еднофазни променливотокови регулатори. Структурно тези устройсва представляват електронен ключ за променливо напрежение - характеризират се с възможност за двупосочна управляема проводимост. Така например: Схемата от фигура 8 а) е изградена от два тиристора. Принципа на работа на тази схема е демонстриран на фигура 9. Спазвайки условията необходими да се отпуши кой да е от тиристорите, то при подходящи управляващи импулси S1 ще позволява пропускането на положителната полувълна от входното променливо напрежение а S2 на отрицателната. Така схемата може да работи като обикновен ключ или при използване на фазова регулация - подобно на тази разгледана за управляемите токоизправители - като регулатор на напрежение.
Фигура 9. Принципна схема и времедиаграми описващи работата на еднофазен променливотоков регулатор Схемата от фигура 8 б) е изградена при използването на един симистор. Семисторите са електронно полупроводникови елементи които могат да се разглеждат като обединение на два анти-паралелно свързани тиристора. В същността си тази схема е идентична със схемата от фигура 8 а). Схемата от фигура 8 в) използва два анти-сериино свързани MOSFET. При нея при подходящи управляващи импулсни през положителният полупериод на входното променливо напрежение провежда транзистора S1 и диода D2 а по време на отрицателният полупериод диода D1 и транзистора S2. При посочената схема е необходимо използването само на два MOSFET - диодите D1 и D2 са паразитните диоди включени в структурата на транзисторите. Схемата от фигура 8 г) позволява управление при използването само на един ключ с принудителна комутация. При тази схема при подходящи управляващи импулси при положителна полувълна ще провежда елементите D1, S и D4, а при отрицателна елементите D3, S и D2. Недостатък на тази схема е големия брой компоненти които провеждат в рамките на един полупериод - общо три компонента. Реализирането на трифазни схеми на променливотокови регулатори може да стане като примерните еднофазни схеми от фигура 8 се приложат към всяка една от трите фази на входното променливо напрежение. Речник
РезюмеНастоящата тема представя неуправляеми и управляеми токоизправители и променливотокови регулатори. Разглеждат се различните структури, принципа им на действие и тяхното приложение специфично към ВЕИ. Литература
Блок за контрол на знаниятаПримери:
Решени задачи:Текст Задачи за решаване:Текст ТестВъпрос тип 1 - ДА/НЕ: Текст
Въпрос тип 2- „един верен от много” Текст
Въпрос тип 3- „подреждане на отговори”: Текст
Въпрос тип 4 - „Изображение – въпрос”: Текст
Каталог: wp-content -> uploads -> 2015 2015 -> Висше военноморско училище „Н. Й. Вапцаров“ 2015 -> Правила за изменение и допълнение на Правила за търговия с електрическа енергия Съществуващ текст 2015 -> 120 Основно училище “Георги С. Раковски” София 2015 -> Премиерният сериал Изкушение от 12 октомври по бтв lady 2015 -> Агнешко месо седмична справка: средни цени за периода 7 – 14 януари 2015 г 2015 -> Пилешко месо седмична справка: средни цени за периода 7 14 януари 2015 г 2015 -> Бяла кристална захар седмична справка: средни цени за периода 7 – 14 януари 2015 Г Изтегляне 156.39 Kb. Сподели с приятели:
|
. Така ток от източника към товара ще протича само когато диода е свързан в права посока. За разглежданата схема (активен товар) това условие може да бъде изпълнено само за единният полупериод на входното променливо напрежение. В зависимост от начина на свързване това събитие може да настъпи при положителната или при отрицателната полувълна. От тук съответно в изхода ще се получи само едната полувълна на изходно напрежение - другата ще е "блокирана" от запушеният диод.
- изходното напрежение няма нулеви стойности; 2) междинен режим на работа където ъгъла на отпушване на тиристорите е 
и изходното напрежение достига нулата но не прекъсва; 3) прекъснат режим на работа където ъгъла на отпушване на тиристорите е 
- напрежението достига нула и прекъсва. 
