1.8. Управляемые выпрямители

Регулирование величины выпрямленного напряжения может быть осу­ществлено различными приемами.

1. На стороне переменного тока: изменением подводимого к первич­ной обмотке трансформатора напряжения; использованием дросселей на­сыщения; включением тиристоров в первичную обмотку трансформатора.

2. На стороне постоянного тока: при помощи реостата или потенци­ометра; широтно-импульсным регулированием постоянного напряжения.

3. Путем управляемого выпрямления т.е. путем изменения парамет­ров вентилей, входящих непосредственно в выпрямитель.

Выпрямители, использующие последний из перечисленных принципов регулирования принято называть управляемыми выпрямителями. Управле­ние выпрямленным напряжением в управляемых выпрямителях сводится к регулированию момента включения тиристоров. Это осуществляется за счет сдвига фаз между анодным напряжением и напряжением, подаваемым на управляющий электрод тиристора. Данный сдвиг фаз называют углом регулирования или управления α.

Схема простейшего однофазного однополупериодного управляемого выпрямителя представлена на рис.1.10,а. Принцип работы схемы ил­люстрируют графики на рис.1.10,б, они соответствуют активной наг­рузке. Напряжение на нагрузке представляет собой кусочно-синусои­дальные однополярные импульсы (заштрихованные участки синусоид). При изменении угла регулирования меняется площадь заштрихованных участков и, следовательно, среднее напряжение на нагрузке. Зависи­мость среднего выпрямленного напряжения от угла регулирования назы­вают характеристикой регулирования

U_ср = U_ср0(1+cosα)/2,

где: U_ср0 - среднее выпрямленное напряжение при угле регулирова­ния равном нулю.

Практическое применение находят однофазные мостовые выпрямители, схемы некоторых из них представлены на рис.1.11,а и рис.1.11,б. Как видно из рисунка выпрямитель может быть симметричным, т.е. исполь­зуется четыре тиристора, или несимметричным - два тиристора, два диода.

Для мощных потребителей регулируемого постоянного тока применяют трехфазные управляемые выпрямители, схемы включения вентилей кото­рых аналогичны тем, что применяются в неуправляемых выпрямителях и рассмотрены ранее. В трехфазных мостовых схемах также возможно сим­метричное (шесть тиристоров) или несимметричное (три тиристора, три диода) исполнение.

На рис.1.12,а представлена схема трехфазного управляемого выпря­мителя с нулевым выводом и активной нагрузкой. На рис.1.12,б изоб­ражены диаграммы, иллюстрирующие принцип действия выпрямители. Гра­фики соответствуют двум различным углам регулирования, первый гра­фик показывает режим непрерывных токов, второй - прерывистых. Гра­ницей раздела этих режимов является угол регулирования равный π/6. При активно-индуктивной нагрузке схема также может работать в двух режимах. Прерывистость тока в цепи нагрузки зависит не только от диапазона изменения угла регулирования, но и от соотношения пара­метров нагрузки R_н и L_н. Для ωL_н/R_н > 10 без больших погрешностей можно считать ток нагрузки идеально сглаженным. Среднее значение напряжения для режима непрерывного тока

U_ср(α) = U_ср0·cosα.

Управление тиристорами в рассматриваемых схемах осуществляется путем подачи управляющего сигнала на управляющий электрод тиристо­ра. Оптимальной формой управляющего сигнала является прямоугольный импульс малой длительности, или импульс с крутым передним фронтом. Такая форма позволяет уменьшить нагрев управляющего электрода в ти­ристоре, а также обеспечить его четкое отпирание. Для создания уп­равляющих импульсов подобной формы, а также для получения необходи­мого фазового сдвига между управляющим сигналом и анодным напряжением тиристора применяют специальные устройства, называемые систе­мами управления.

Система управления в общем случае содержит три функциональных узла:

1 - входное устройство, функция которого состоит в суммировании и усилении входных сигналов, а также в преобразовании сигна­ла в величину, удобную для управления фазосдвигающим уст­ройством;

2 - фазосдвигающее устройство, смещающее во времени импульсы уп­равления на угол α по отношению к положительным значениям анодного напряжения на вентиле;

3 - формирователь, генерирует импульсы, которые поступают в цепь управления вентиля.

Для управляемых выпрямителей закономерность изменения внешней характеристики зависит от величины угла регулирования. Поэтому для таких выпрямителей обычно строят семейство характеристик при раз­личных углах регулирования.

Управляемые выпрямители на тиристорах являются практически бези­нерционными, позволяют регулировать выпрямленное напряжение в широ­ких пределах, дают возможность построить замкнутую систему автома­тического регулирования напряжения и обходиться без специальных стабилизаторов напряжения. Вместе с тем, управляемые выпрямители на тиристорах существенно искажают форму тока и напряжения на нагруз­ке, вентилях и трансформаторе и являются источниками высших гармо­ник напряжения в электрических сетях. Последнее обстоятельство мо­жет приводить к сбоям электронной аппаратуры, работающей в одной сети с тиристорными преобразователями.