単相整流回路

パワーエレクトロニクスでは電力変換方式が重要な要素となります。
整流器(整流装置)は電力変換方式の一つです。
整流器には単相(半波と全波)と三相といくつかの種類がありますが、本項では単相整流器の説明をしていきます。

整流器には整流回路があり、単相には単相半波整流回路と単相全波整流回路の二種類あります。
まず単相半波整流回路から説明しましょう。
下記が単純な単相半波整流回路の図です。

この図ではサイリスタを使用していますが、このように交流電源を負荷で直流電圧に変換するのが整流の基本的な形です。

サイリスタを使用した整流回路では、交流電源と同じ周波数のパルス信号をGに送りサイリスタをターンオンします。そして、下の波形にあるように交流電源が逆方向に流れるπ〜2πの周期の時にはサイリスタがターンオフし負荷電圧は0になります。

この波形図にある交流電源とパルス信号の位相差を制御角αと言い、この大きさを調整することで負荷電圧の平均値も調整することができます。
図は瞬間的な電圧を表していますが、実際には必要なのは出力される直流の平均電圧(Ed)です。その求め方は下記の式となります。

この公式は重要なので是非覚えるようにして下さい。
使用される半導体がサイリスタではなくダイオードの場合は、α=0となり、Ed=0.45Vとなります。

さらに、下の回路図のように出力にリアクトルを設けることがあります。

リアクトルがあることで負荷を流れる電流が平滑化されて、出力される直流が安定します。このために設けられるリアクトルを平滑リアクトルといいます。

次に単相全波整流回路について説明します。
単相全波整流回路の場合は、下記のような回路を組み、負荷の電圧の向きにかかわらず出力できるようになっています。

この回路での波形と公式は以下のようになります。


半波が全波になるので、2倍になると覚えると良いでしょう。

全波整流回路でも平滑リアクトルを設けることによって、波形図でもほぼ一直線になるような安定した直流出力を得ることができます。
この場合の出力される直流の平均電圧(Ed)は下記の式で表せます。

本項では単相整流回路を取り上げました。
半波と全波の違いと公式は必ず覚えるようにしましょう。

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