Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехника и электроника. Конспект лекций
.pdf
52
mmcp
III 637,02
mmcp
UUU 637,02
m
m
I
I
I 707,02
m
m
U
U
U 707.02
11,122
cp
Ф
I
I
k
и напряжения
Действующие значения, соответственно:
Коэффициент формы
.
;
.
.
Двухполупериодный выпрямитель создает меньшие пульсации выпрямленного напряжения, чем однополупериодный. Однако пульсации напряжения
остаются достаточно заметными, поэтому практическое их применение вызывает необходимость включения сглаживающих фильтров (емкостных, индуктивных, емкостно-индуктивных).
4.4.3. Трехфазные выпрямители
Уменьшить величину пульсации можно путем применения многофазных
схем выпрямителя. Наибольшее применение получили трехфазные выпрямители с выведенной нулевой точкой трансформатора (рис. 4.23) и мостовые
выпрямители (рис. 4.24).
Пульсации напряжения в трехфазных выпрямителях значительно меньше,
чем в однофазных. Также выпрямители могут работать без фильтров.
Ток через любой вентиль трехфазной схемы с нулевой точкой (рис. 4.23)
проходит в течении 1/3 периода, т.е. когда напряжение соответствующей фазы
выше, чем напряжение в двух других фазах. Ток в двух других вентилях в эту
53
часть периода не проходит, так как потенциалы анодов этих вентилей будут
R
TV
VD1 VD2 VD3
+
-
Рис. 4.23. Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом трансформатора:
а - схема включения трехфазного выпрямителя с нулевым выводом транс-
форматора; б - характер выпрямленного напряжения при указанной схеме
включения выпрямителя.
1
2
3
ниже потенциалов их катодов.
Переход тока от одного вентиля к другому происходит в точках пересечения положительных полупериодов напряжения.
При этом U0 = 1,17 U2.
В каждый данный момент времени ток проводит только тот диод, анод
которого соединен с выводом той вторичной обмотки трансформатора, напряжение на которой (ua, ub или uc) положительное и наибольшее (см. рис. 4.23,
б– 1). Для идеального трансформатора токи вторичных обмоток ia , ib и ic представляют собой три последовательности импульсов с периодом повторения
Т = 2π/ω, длительностью Т/3 и амплитудой Im = Um/rн каждая, сдвинутые относительно друг друга на 1/3 периода (см. рис. 4.23 б-2). Ток нагрузки iн = ia + ib + ic
имеет постоянную составляющую I0 (см. рис. 4.23, б-3), а выпрямленное напряжение совпадает с огибающей положительных полуволн напряжений вторичных обмоток uн = rнiн (см. рис. 4.23, б-3).
54
Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова, рис 4.24, а), состоит как
6
2
Рис. 4.24. Трехфазная мостовая схема выпрямителя (мост Ларионова):
а - схема «мост Ларионова»; б - характер выпрямленного напряжения при
указанной схеме включения выпрямителя
а
б
TV
VD1 VD2
VD3
VD5
VD4
VD6
R
+
-
H
бы из трех простых мостовых схем. В первую схему входят вентили VD1, VD2,
VD3, VD4; во вторую – VD1, VD2, VD5, VD6; в третью – VD3, VD4, VD5, VD6.
Все вентили работают попарно-поочередно, причем из нечетных вентилей, потенциалы анодов которых одинаковы, работает тот вентиль, у которого катод наиболее отрицателен, а из четных – тот вентиль, который имеет наиболее положительный потенциал анода.
Прохождение тока через вентили показано на рис. 4.24, б.
Смена пар вентилей происходит через каждые
ских.
, т.е. через 60о электриче-
55
Мгновенные фазные напряжения в схеме Ларионова (см. рис. 4.24, б-1):
ua = Umsinωt;
ub = Umsin(ωt -120 o);
uc = Umsin(ω t-240 o).
Чтобы проследить порядок переключения диодов, разделим один период
Т на шесть равных интервалов времени (см. рис. 4.24,б-1), так как в течение од-
ного периода происходит шесть переключений, т.е. в 2 раза больше числа фаз m = 3.
На временных диаграммах (см. рис. 4.24,б) токи диодов первой группы
i1, i3 и i5 (см. рис. 4.24,б-2), токи диодов второй группы i2,, i4 и i6 (см. рис.
4.24,б-3), токи нагрузки iн = i1 + i3 + i5 = i2,+ i4 + i6 и выпрямленного напряжения uн = rн iн (см. рис. 4.24, б-4) , а также переменные фазные токи трехфазного
источника ia = i1 – i2 , ib = i3 – i4 и ic = i5 – i6 (см. рис. 4.24, б-5). При этом выпрямленное напряжение
Uo =2,34 U2,
где U2 – линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора. Пульсации
выпрямленного напряжения настолько незначительны, что выпрямитель во
многих случаях работает без фильтров.
4.5. Управляемые выпрямители на основе тиристоров
4.5.1. Принцип управления тиристором
Тиристор полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями и тремя или более последовательно включенными p - n переходами.
Наиболее распространена структура тиристора с четырьмя чередующимися
слоями полупроводников р- и n-типов.
Основная область применения тиристоров - преобразовательная техника.
Номинальные значения токов у некоторых типов тиристоров в открытом состоянии достигают 5000 А, а номинальные значения напряжений в закрытом
состоянии — до 5000 В.
Различают управляемые, или триодные, и неуправляемые, или диодные,
тиристоры.
56
Диодный тиристор (динистор, рис.4.25) имеет два вывода: анодный А и
Рис. 4.25. Динистор с четырьмя чередующимися слоями полупроводников (а), его
условное обозначение (б) и вольтамперная характеристика (в).
а
б
в
катодный Кат.
Триодный тиристор (типовая конструкция представлена на рис. 4.26)
кроме анодного и катодного выводов имеет еще вывод управляющего электрода УЭ (см. рис. 4.26, 5). Последний подключается либо к ближайшей к катоду
р - области, либо к ближайшей к аноду n - области. В соответствии с этим различают катодное и анодное управление тиристором. Первое подключение более
распространено. Структура тиристора с катодным управлением и его условное
изображение приведены на рис. 4.27.
Для запирания триодного тиристора необходимо уменьшить ток практически до нуля.
Тиристор имеет три вывода. Два из них, анод и катод, образуют силовую
цепь, третий вывод является управляющим электродом (см. рис. 4.26 и 4.27).
Управляющее напряжение подводится между управляющим электродом и катодом. Питающее напряжение UАК подается на тиристор таким образом, что переходы П1 и П3 открыты, а переход П2 закрыт. Сопротивления откры- тых переходов незначительны, поэтому почти все питающее напряжения UАК приложено к закрытому переходу П2, дифференциальное сопротивление которого
57
велико. Следовательно, через прибор протекает небольшой ток. По мере увели-
Рис. 4.27. Структура тиристора с катодным управлением:
а - устройство тиристора: А– анод, К – катод; УЭ – управляющий электрод;
б - обозначение тиристора в электрических схемах.
4
3
2
1
6
Рис. 4.26. Типовая конструкция тиристора штыревого типа большой мощности:
1 – основание из меди; 2 , 3 - вольфрамовые диски; 4 – вывод электрода катода;
5 – вывод управляющего электрода; 6 – четырехслойная структура p-n-p-n.
5
R
R
I
I
U
E+
E
A
K
A
A
A
AK
p1
p2
n1
n2
П1
П2
П3
У
УЭ
А
К
УЭ
б
а
б
чения UАК при разомкнутой цепи управляющего электрода ток вентиля увеличивается незначительно (как у любого запертого диода) до тех пор, пока напряжение UАК не приблизится к некоторому критическому значению равному
напряжению прямого пробоя.
58
Вследствие этого происходит лавинообразное увеличение числа носите-
I
I
I
I
I
I I I I
I
I
I
I
U
U
U
U
0
ПР
ОСТ
ОБР
ОБР
АК
НОМ
О
ВЫКЛ
ПЕР
У1
У1
У2
У2
У3
У3
ПЕР
У=0
Рис. 4.28. Вольтамперная характеристика тиристора
лей заряда за счет лавинного умножения носителей в переходе П2 движущимися электронами и дырками; с увеличением числа носителей ток в переходе быстро нарастает, падение напряжения на резисторе RА увеличивается. Напряжение на вентиле падает. Процесс лавинообразного увеличения числа носителей
заряда завершается пробоем перехода П2. Напряжение на тиристоре резко падает до величины U0 (порядка 0,5…1 В). При увеличении ЭДС источника ЕА
или уменьшении сопротивления резистора RА ток в приборе нарастает в соответствии с вертикальным участком вольтамперной характеристики (см. рис. 4.28).
Для поддержания тиристора в открытом состоянии через него должен
протекать ток не менее I
диода необходимо уменьшить ток через прибор до величины, меньшей I
путем снижения напряжения на нем. При этом восстанавливается высокое сопротивление перехода П2.
питающего напряжения составляет примерно 20…30 мкс.
Время восстановления τ
(ток выключения). Для закрывания управляемого
ВЫКЛ
сопротивления этого перехода после снятия
ВЫКЛ
ВЫКЛ
59
Напряжение переключения U
U
R
U
+U
-U
2
1
U
U
I
п
п
п
н
у
обр
мах
пер
АК
=0
Рис. 4.29. К принципу открытия тиристора
может быть снижено введением доба-
ПЕР
вочных носителей в любой из слоев, прилегающих к переходу П2. Это вызывает увеличение числа актов ионизации атомов в переходе, в связи с чем U
ПЕР
уменьшается. Таким образом, прямая ветвь вольтамперной характеристики тиристора определяется током управления IУ. При больших токах IУ она вырождается в прямую ветвь вольтамперной характеристики диода. Важной характеристикой управляемого диода является зависимость напряжения переключения
от тока управляющего электрода (рис. 4.29). В качестве параметра, характеризующего управляющие свойства прибора, обычно пользуются значением тока
управления, соответствующим спрямлению вольтамперной характеристики или
снижению U
током включения I
до установленного уровня. Этот параметр принято называть
ПЕР
.
ВКЛ
Участок вольтамперной характеристики (см. рис. 4.28), соответствующий
открытому состоянию прибора, характеризуется остаточным напряжением
U
, которое определяется как падение напряжения на управляемом диоде при
ОСТ
пропускании через него номинального тока I
. После того, как тиристор пе-
НОМ
реключился в проводящее состояние, управляющий электрод теряет свое
управляющее действие. Поэтому появляется возможность управлять включением тока в нагрузке тиристора путем подачи в необходимый момент импульса
тока управления при напряжении питания UП обязательно меньшем U
ПЕР
, соот-
ветствующим IУ = 0.
Исходное состояние схемы при IУ = 0 соответствует точке 1 (рис. 4.29).
60
При подаче импульса тока управления IУ рабочая точка за несколько
микросекунд перемещается в положение 2, и тиристор оказывается в открытом
состоянии. После этого ток управления может быть снова равным 0, или даже
обратного направления, но тиристор остается открытым. При отрицательной
полярности напряжения анод-катод UАК выходная цепь заперта, так как в этом
случае закрыты переходы П1 и П2. В этой цепи при напряжениях, меньших
пробивного, протекает небольшой ток, подобный току утечки запертого диода.
Возможность использования тиристора в схемах с сигналом обеих полярностей
UАК определяются величиной допустимого обратного напряжения U
превышение которого ведет к тепловому пробою перехода и выводит вентиль из строя.
Амплитуда импульса IУ может быть в десятки и сотни раз меньше амплитуды тока в нагрузке тиристора. Ток управления действует только в течение нескольких мкс. Поэтому мощность в цепи нагрузки тиристора в тысячи раз превышает среднюю мощность в цепи управления.
Односторонняя управляемость тиристора (входную цепь нельзя запереть
сигналом по цепи управления) предопределяет его применение при питании
выходной цепи от источника переменного напряжения.
ОБР МАХ.
,
61
4.5.2. Управляемые полупроводниковые выпрямители
Рис. 4.30. Схема управления выпрямителем:
УВ – управляемый выпрямитель; СУ – синхронизирующее устройство; ГПН – генератор пилообразного напряжения; СС – схема сравнения; ФИ – формирователь им-
пульсов управления; UC - напряжение питания (сеть); UСУ - напряжение на выходе
СУ ; UОП - импульсы опорного напряжения; UУ - напряжение управления; UCC - импульсы напряжения, поступающие на ФИ; UФИ - импульсы, поступающие на управ-
ляющий электрод
U
U
СУ
СС
ГПН
ФИ
Нагрузка
с
су
сс
у
н
U
U
U
U
U
оп
УВ
Весьма важным устройством, в котором применяются тиристоры, является управляемый выпрямитель. Это устройство может быть использовано не
только как регулируемый или стабилизированный источник питания, но и как
устройство для регулирования скорости электродвигателей.
Принцип работы однофазного управляемого выпрямителя поясняется рисунками 4.30 и 4.31.
Синхронизирующее устройство СУ управляет генератором пилообразного напряжения ГПН, который формирует импульсы опорного напряжения UОП
продолжительностью 180о электрических, синхронизированные по фазе с напряжением питания управляемого выпрямителя УВ (напряжением сети UС).
В схеме сравнения СС сравниваются разнополярные напряжения управления
UУ и UОП (см. рис. 4.30 и 4.31). При UОП = UУ схема сравнения СС формирует импульсы напряжения UСС длительностью λ = 180о – α. Угол α называют уг-
лом регулирования, или углом открытия (отпирания) тиристора, угол λ – уг-
лом проводимости тиристора (см. рис. 4.31). Для чисто активной нагрузки
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]