1 Описание схемы двухполупериодного управляемого

ВЫПРЯМИТЕЛЯ И РЕГУЛЯТОРА ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ НА ТИРИСТОРЕ

Если в схеме используется постоянное напряжение, необходимостью становится выпрямление переменного напряжения в сети. В этом случае используется выпрямитель переменного напряжения. Одной из схем, использующейся для этого является схема диодного моста.

Для регулирования уровня подачи напряжения на нагрузку используется переменное сопротивление под управлением ключа, роль которого играет тиристор – управляемые диоды, обладающие высокими эксплуатационными свойствами: малыми габаритами и массой, высоким КПД и быстродействием.

При совокупности этих двух элементов возможным становится составление схемы регулятора переменного напряжения

Устройство, изображённое на рисунке 1.1, является выпрямителем переменного тока, которое можно использовать для регулировки напряжения на нагрузке активного и индуктивного характера.

Рисунок 5. – Выпрямитель переменного тока с регулировкой напряжения

Тиристор Д5, включенный в диагональ моста, составленного из диодов Д1—Д4 играет роль управляемого ключа, который открывается при разряде конденсатора С1 через ограничительный резистор R2 и управляющий переход тиристора при включении переключающего диода Д6. Напряжение, при котором тиристор включается, можно регулировать переменным сопротивлением.

На рисунке 6 изображена диаграмма работы выпрямителя переменного тока с регулировкой напряжения.

Рисунок 6 – Диаграмма выпрямителя переменного тока с регулировкой напряжения

Принцип работы тиристорного регулятора напряжения при t₃ >Т_n/2 поясняет рис. 7. На выходе выпрямителя получаются импульсы напряжения (нижняя полуволна синусоиды “вывернута” вверх), обозначенные Uвыпр. Частота пульсаций fп на выходе двухполупериодного выпрямителя равна удвоенной частоте сети, т. е. 100Hz при питании от сети 50Hz. Схема управления подает на управляющий электрод тиристора импульсы тока (или света если применен оптотиристор) с определенной задержкой tз относительно начала периода пульсаций, т. е. того момента, когда напряжение выпрямителя Uвыпр становится равным нулю.

Рисунок 7 – Принцип работы тиристорного регулятора напряжения t₃ >Т_n/2

Если задержка момента включения тиристора tз равна половине периода пульсаций (рис. 8). Тогда тиристор будет включаться, когда напряжение на выходе выпрямителя проходит через максимум.

Рисунок 8 – Принцип работы тиристорного регулятора напряжения t₃ =Т_n/2

В этом случае напряжение на нагрузке Uн также будет наибольшим, примерно таким же, как если бы схеме не было тиристора (падение напряжения на открытом тиристоре пренебрегается).

Предположим, что необходимо регулировать напряжение на нагрузке почти от нуля до наибольшего значения, которое можно получить от имеющегося силового трансформатора. Для этого потребуется подавать на тиристор запускающие импульсы точно в момент, когда Uвыпр проходит через максимум, т. е. tз=Tп/2. С учетом того, что тиристор открывается не моментально, а подзарядка конденсатора фильтра C1 также требует некоторого времени, запускающий импульс нужно подать несколько раньше половины периода пульсаций, т. е. tз<Tп/2. Проблема в том, что во-первых сложно сказать насколько раньше, т. к. это зависит от таких причин, которые при расчете точно учесть сложно, например, времени включения данного экземпляра тиристора или полного (с учетом индуктивностей) выходного сопротивления силового трансформатора. Во-вторых, даже если произвести расчет и регулировку схемы абсолютно точно, время задержки включения tз, частота сети, а значит, частота и период Tп пульсаций, время включения тиристора и другие параметры со временем могут измениться. Поэтому для того чтобы получить наибольшее напряжение на нагрузке Uн возникает желание включать тиристор намного раньше половины периода пульсаций.

Предположим, что установили время задержки tз намного меньшее Тп/2. График, характеризующий работу схемы в этом случае приведён на рис. 9. Если тиристор откроется раньше половины полупериода, он будет оставаться в открытом состоянии пока не закончится процесс заряда конденсатора C1.

При малом времени задержки tз возможно возникновение колебаний выходного напряжения регулятора. Они возникают в том случае, если в момент подачи на тиристор запускающего импульса напряжение на нагрузке Uн оказывается больше напряжения на выходе выпрямителя Uвыпр. В этом случае тиристор оказывается под обратным напряжением и не может открыться под действием запускающего импульса. Один или несколько запускающих импульсов могут быть пропущены (второй импульс на рис.9).

Рисунок 9 – Принцип работы тиристорного регулятора напряжения t₃<<Т_n/2