رکتیفایرهای شش پالس و دوازده پالس تریستوری

توضیح جامعی در مورد رکتیفایرهای تریستوری شش پالس و دوازده پالس ارائه می‌دهم.

مقدمه: رکتیفایر تریستوری چیست؟

یک رکتیفایر تریستوری (Thyristor Rectifier) یا یکسوساز کنترل شده با سیلیکون (SCR)، مداری است که از تریستورها (SCRها) برای تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) به صورت کنترل‌شده استفاده می‌کند. برخلاف دیودها که خروجی DC ثابتی دارند، با کنترل زاویه آتش (Firing Angle) تریستورها می‌توان ولتاژ متوسط خروجی DC را تنظیم کرد.

---

1. رکتیفایر شش پالس (6-Pulse Rectifier)

این پیکربندی، پایه‌ای و رایج‌ترین نوع رکتیفایر تریستوری است.

پیکربندی مدار:

• ورودی: یک منبع سه‌فاز (Three-Phase AC Supply).

• مدار پل: از ۶ تریستور (SCR) تشکیل شده است. این پیکربندی به پل تمام‌کنترل‌شده سه‌فاز (Three-Phase Full Bridge) معروف است.

• در هر لحظه، دو تریستور هدایت می‌کنند: یکی از گروه کاتد مشترک (بالایی) و یکی از گروه آند مشترک (پایینی).
  

اصل کار:

• هر تریستور به مدت ۱۲۰ درجه (یک سوم سیکل) هدایت می‌کند.

• تریستورها به ترتیب و با فاصله ۶۰ درجه از یکدیگر آتش می‌شوند.

• در هر ۳۶۰ درجه از ولتاژ ورودی، شش بار "انتقال جریان" بین تریستورها رخ می‌دهد. این به معنای شش "پالس" یا "تپ" در خروجی DC در هر سیکل است. به همین دلیل به آن شش پالس می‌گویند.

• فرکانس ریپل خروجی: 6 × فرکانس ورودی. برای شبکه ۵۰ هرتز، این ریپل ۳۰۰ هرتز خواهد بود.
  

مشخصات خروجی:

• شکل موج ولتاژ خروجی، مجموعه‌ای از قله‌های سینوسی است که هر ۶۰ درجه به یک فاز دیگر منتقل می‌شود.

• با تغییر زاویه آتش (α)، ولتاژ متوسط خروجی از حداکثر مقدار (در α=0) تا صفر (در α=90 درجه) و حتی مقادیر منفی (در حالت اینورتر) تغییر می‌کند.

هارمونیک‌ها:

• این پیکربندی هارمونیک‌های قابل توجهی در جریان ورودی AC ایجاد می‌کند.

• هارمونیک‌های اصلی در جریان خط، هارمونیک‌های ۵ام و ۷ام هستند. همچنین هارمونیک‌های ۱۱ام، ۱۳ام، ۱۷ام، ۱۹ام و ... نیز وجود دارند.

• این هارمونیک‌ها می‌توانند باعث گرمایش، نویز و اختلال در شبکه برق شوند.

کاربردها:

• درایوهای موتور DC با قدرت متوسط

• سیستم‌های الکترولیز

• منابع تغذیه صنعتی

• شارژرهای باتری

---

2. رکتیفایر دوازده پالس (12-Pulse Rectifier)

این پیکربندی یک ارتقاء برای کاهش هارمونیک‌ها و بهبود کیفیت برق است.

پیکربندی مدار:

• ورودی: از یک ترانسفورماتور ویژه استفاده می‌کند که دو مجموعه ولتاژ سه‌فاز با اختلاف فاز ۳۰ درجه نسبت به هم ایجاد می‌کند.

  • یک سیم پیچ اتصال ستاره (Y)

  • یک سیم پیچ اتصال مثلث (Δ)

• این ترانسفورماتور دو مجموعه خروجی سه‌فاز ۳۰ درجه اختلاف فاز دارد.

• هر مجموعه خروجی به یک رکتیفایر شش پالس مجزا تغذیه می‌شود.

• خروجی‌های DC این دو رکتیفایر شش پالس به صورت موازی یا سری (معمولاً با راکتورهای توازن) به هم متصل می‌شوند تا خروجی نهایی DC را تشکیل دهند.

اصل کار:

• هر رکتیفایر شش پالس به طور مستقل عمل می‌کند و یک موج شش پالس تولید می‌کند.

• به دلیل ۳۰ درجه اختلاف فاز بین ورودی‌های آن‌ها، پالس‌های خروجی آن‌ها نیز ۳۰ درجه نسبت به هم جابجا شده‌اند.

• وقتی این دو شش پالس با هم ترکیب می‌شوند، در هر سیکل ولتاژ ورودی، دوازده پالس در خروجی DC ایجاد می‌شود.

• فرکانس ریپل خروجی: 12 × فرکانس ورودی. برای شبکه ۵۰ هرتز، این ریپل ۶۰۰ هرتز خواهد بود.

مشخصات waveform خروجی:

• ولتاژ خروجی بسیار صاف‌تر و نزدیک‌تر به یک DC خالص است. ریپل بسیار کمتری دارد.

هارمونیک‌ها (مزیت اصلی):

• این پیکربندی به طور جادویی بسیاری از هارمونیک‌های مزاحم را حذف می‌کند.

• هارمونیک‌های ۵ام و ۷ام که در رکتیفایر شش پالس بسیار قوی بودند، در اینجا حذف می‌شوند.

• هارمونیک‌های اصلی باقی‌مانده در جریان خط، هارمونیک‌های ۱۱ام و ۱۳ام هستند که دامنه کمتری دارند و فیلتر کردن آن‌ها آسان‌تر است.

• این منجر به کاهش اعوجاج هارمونیک کل (THD) و بهبود ضریب توان می‌شود.

کاربردها:

• سیستم‌های بسیار بزرگ و حساس که نیاز به کیفیت برق بالا دارند.

• درایوهای موتورهای بزرگ (مانند آسیاب‌های نورد در صنعت فولاد)

• سیستم‌های توزیع برق DC (مانند سیستم‌های مخابراتی و مراکز داده)

• لوکوموتیوهای الکتریکی

• سیستم‌های HVDC (انتقال انرژی الکتریکی به صورت DC با ولتاژ بالا)

---

جمع‌بندی مقایسه‌ای

نتیجه‌گیری نهایی

انتخاب بین رکتیفایر شش پالس و دوازده پالس یک مبادله بین هزینه و کیفیت است.

• اگر محدودیت هزینه دارید و هارمونیک‌ها مشکل حادی ایجاد نمی‌کنند، شش پالس گزینه مناسبی است.

• اگر برای پروژه‌ای بزرگ و حساس، کیفیت برق، رعایت استانداردهای هارمونیک و کارایی سیستم در اولویت باشد، سرمایه‌گذاری روی دوازده پالس کاملاً توجیه‌پذیر است.