Исследование однофазного однополупериодного управляемого выпрямителя Цель работы

Целью работы является исследование однофазного однополупериодного управляемого выпрямителя при работе на активную нагрузку. В лабораторной работе исследуются напряжение и ток на тиристоре и на нагрузке.

Лабораторная работа позволяет ознакомиться со средой Simulink, блоками библиотеки SimPowerSystems и особенностями построения, настройки и отладки виртуальных моделей устройств силовой электроники на примере рассматриваемой модели.

Теоретические сведения к лабораторной работе

Выпрямители, позволяющие регулировать в заданных пределах величину выпрямленного напряжения, называются управляемыми. Есть два способа регулирования: изменением величины подводимого к выпрямителю напряжения или, что встречается наиболее часто, использованием свойств управляемых вентилей с полной или частичной управляемостью. Простейший управляемый выпрямитель — однофазный однополупериодный, схема которого приведена на рисунке 2, а.

Рисунок 2 – Схема однофазного однополупериодного выпрямителя (а) и диаграммы его работы на активную нагрузку (б, в, г)

В качестве силового вентиля здесь используется тиристор. Система управления (СУ) формирует ток управления вентилем. Чтобы тиристор перешел в проводящее состояние необходимо выполнение одновременно двух условий: наличие положительного потенциала на аноде относительно катода U_ак и наличие в цепи управления тока, достаточного для включения тиристора при данной величине U_ак.

Пусть в положительный полупериод ЭДС e₂ система управления формирует сигнал на включение тиристора со сдвигом по фазе на угол α относительно нуля. Тогда ток в нагрузке на интервале α..π будет протекать под действием выпрямленного напряжения U_d (рис. 2, в). В точке π тиристор закроется, т.к. полярность e₂ сменится на противоположную. Снова открыться тиристор сможет только, когда система снова подаст сигнал на его включение, в точке (2π+α). При этом постоянная составляющая выпрямленного напряжения равна:

.

Из рисунка 2, г, видно, что кроме обратного (запирающего напряжения) , к вентилю прикладывается еще и прямое напряжение на участке 2π..(2π+α):

.

Описание виртуальной лабораторной установки

Виртуальная лабораторная установка для исследования работы однофазного однополупериодного управляемого выпрямителя показана на рисунке 3. Для построения модели выпрямителя необходимы следующие блоки:

• однофазный источник переменного напряжения AC Voltage Source,

• тиристор Thyristor,

• источник импульсного сигнала Pulse Generator, формирующий импульсы управления тиристором (моделирует систему управления СУ), причем величина угла управления тиристором α определяется длительностью фазовой задержки (Phase Delay) генератора по следующей формуле: , или в зависимости от желаемого угла управления α в поле Phase Delay заносится величина (в данной модели при настройке блока Pulse Generator использовано значение , а угол управления тиристором соответственно равен 30˚, см. раздел «Краткое описание используемых блоков и первоначальная настройка параметров моделирования»),

• последовательная RLC цепь Series RLC Branch, моделирующая активную нагрузку выпрямителя,

• измерители мгновенного значения тока и напряжения Current Measurement и Voltage Measurement,

• блок измерения действующего значения напряжения питания RMS E2.

Рисунок 3 – Модель однофазного однополупериодного управляемого выпрямителя