Силовая часть

На рис. 4.3 дана функциональная схема управляемого выпрямителя. В состав выпрямителя входят полупроводниковые вентили, собранные по мостовой схеме, и согласующий трансформатор Т2.

Рис. 4.3. Схема управляемого выпрямителя

Зависимость среднего значения выпрямленного напряжения на нагрузке U_d от угла регулирования U_d = f(α) называется регулировочной характеристикой выпрямителя.

При активной нагрузке вид регулировочной характеристики описывается уравнением U_d = U_d0.

Изменяя угол α отпирания тиристора, можно регулировать величину напряжения на нагрузке U_dα:

U_dα =U₂sinωtdt = (1 + cosα).

Если α = 0, то тиристор эквивалентен диоду:

U_dα = U_d0 = U₂ = 0,9U₂.

При α = π/2 (рис. 4.4, г) напряжение на нагрузке будет составлять половину от максимального:

U_dα = U_d0∙.

При α = π напряжение U_dα = 0.

Рис. 4.4. Диаграммы напряжений:

а – напряжение U₂ вторичной обмотки трансформатора; б – напряжение на нагрузке при α = 0; в – импульсы тока управления, подаваемые на тиристоры при

α = π/2; г – напряжение на нагрузке при α = π/2

Система импульсно-фазового управления (СИФУ)

В состав СИФУ входят: фазосмещающее устройство (ФСУ), формирователь и усилитель импульсов (ФиУИ), источник питания со сглаживающим фильтром C2-R2-C3.

Фазосмещающее устройство

Для изменения фазы управляющего импульса относительно анодного напряжения тиристоров применен статический мостовой фазовращатель RС. В качестве одной пары плеч взяты две вторичные полуобмотки трансформатора Т1, а в качестве дру- гой – активное сопротивление R1 и конденсатор С1 (рис. 4.5). Выходное напряжение фазовращателя U_АВ снимается с диагонали моста (точки «А» и «В»).

а) б)

Рис. 4.5. Фазосмещающее устройство: а – схема;

б – векторная потенциальная диаграмма

Вторичное напряжение U₂ трансформатора Т1 будет уравновешиваться суммой падений напряжений на сопротивлении R1 и конденсаторе С1:

U₂ = U_R1 + U_С1.

При изменении сопротивления R1 изменяется соотношение напряжений U_R1 и U_С1, но их геометрическая сумма остается постоянной и конец вектора напряжения диагонали фазового моста U_АВ будет описывать полуокружность. Фаза между напряжением U₂ вторичной обмотки трансформатора T1 и напряжением диагонали моста U_АВ будет меняться (рис. 4,5, б).

Форма U_УПР снимается с диагонали моста и остаётся синусоидальной.

Из векторной диаграммы определяют угол α:

α = 2 = аrctg(ω·С·R).

Формирователь и усилитель импульсов

Синусоидальная форма и малая мощность сигнала, получаемая с выхода фазосмещающего устройства, не позволяют использовать этот сигнал непосредственно для управления тиристором. Для формирования и усиления импульсов, получаемых с фазовращателя, необходимо промежуточное устройство – формирователь импульсов.

Для работы выпрямителя требуются две группы импульсов, сдвинутые относительно друг друга на π (рис. 4.4, в). Одна группа импульсов управляет тиристором VS9, другая – тиристором VS10.

Транзисторы VT3 и VT4 в формирователе работают в режиме ключа. Переключающим (коммутирующим) напряжением является напряжение U_АВ (рис. 4.6).

а) б)

Рис. 4.6. Формирователь импульсов: а – схема; б – диаграммы напряжений

В полупериод, когда потенциал точки «А» больше потенциала точки «В», открыт транзистор VT4. Через переход эмиттер-база этого транзистора протекает ток. Цепь базового тока (указана пунктиром на рис. 4.6, а) – а-VD1-(Э-Б)VT4-R4-в.

Напряжение «коллектор-эмиттер» U_К4 у транзистора VT4 примерно равно нулю: U_К4 ≈ 0; напряжение на базе U_БЭ отрицательно и составляет десятые доли вольта. В этот полупериод транзистор VT3 закрыт, его переход «эмиттер-база» смещен в обратном направлении падением напряжения на диоде VD1 (+ 0,3  0,5) В. Напряжение на коллекторе U_К3 закрытого транзистора равно напряжению источника питания.

В следующий полупериод транзистор VT3 открывается, VT4 – закрывается. Таким образом, на коллекторах транзисторов получают прямоугольные импульсы, сдвинутые относительно друг друга на 180° (рис. 4.6, б).

Формирователь и усилитель импульсов управления тиристорами состоит из двух каналов. Первый канал, состоящий из транзисторов VT3 и VT7, формирует и усиливает управляющий импульс управления тиристора VS9. Второй канал (VT4, VT8) предназначен для тиристора VS10.

Работа первого канала

Пусть транзистор VT3 закрылся. Сопротивление перехода «эмиттер-коллектор» можно принять равным бесконечности. При этом происходит зарядка конденсатора С4 от выпрямителя В через параллельно соединенные переход «эмиттер-база» транзистора VT7 и резистор R1. Постоянная времени заряда

.

Ток заряда поддерживает транзистор VT7 в открытом состоянии (рис. 4.7, а), т.е. пока заряжается конденсатор С4, транзистор VT7 открыт и через него протекает ток коллектора I_KVT7.

Этот ток является током управляющего электрода тиристора VS9. Цепь тока управления следующая: «+Е_К» источника В – переход «эмиттер-коллектор» транзистора VT7 – резисторы R9 и R11 – управляющий электрод – катод VS9 – «–Е_К» источника В.

а) б)

Рис. 4.7. Усилитель-формирователь: а – схема первого канала;

б – временные диаграммы

Время заряда конденсатора С4 гораздо меньше полупериода и, таким образом, конденсатор С4 дифференцирует (укорачивает) импульс тока управления. Это необходимо для уменьшения мощности, выделяемой на управляющем электроде VS9 (рис. 4.7, б).

В следующий полупериод транзистор VT3 открывается и конденсатор С4 разряжается через резистор R7 и переход «эмиттер-коллектор» VT3 (см. рис. 4.7, а).

Контрольные вопросы и задания

1. Объясните принцип действия тиристора.

2. Чем отличается тиристор от транзистора по своим функциональным возможностям?

3. Какими основными параметрами характеризуется тиристор?

4. Объясните полученные осциллограммы токов и напряжений.

5. Покажите на схеме замкнутый путь тока управления тиристором VS9?

6. Зависит ли длительность тока управления тиристоров VS9 и VS10 от величины каких-либо элементов схемы?

7. Что происходит в схеме при закрытии транзистора VТ3?

8. Нарисуйте векторную диаграмму мостового фазовращателя.

9. В каком режиме работают транзисторы (в режиме усиления или ключа)?

10. Нарисуйте регулировочную характеристику управляемого выпрямителя.

11. Объясните, как работает формирователь двух групп импульсов на транзисторах VT3 и VT4.

12. Для чего в схеме нужен маломощный блок питания В?

13. Покажите цепь тока нагрузки при открытом тиристоре VS9; при открытом VS10.

50