Управляемые (регулируемые) выпрямители

В последние годы в источниках вторичного питания применяют управ­ляемые (регулируемые) выпрямители, содержащие управляемые вентили и позволяющие регулировать в широких пределах выпрямленное напряжение или ток. Как правило, управляемые выпрямители относятся к мощным пре­образователям электрической энергии, и в них чаще всего используются тринисторы (тиристоры).

На рис. 9.8 представлены соответственно схема включения (отметим, что потенциал питания — Е_а, как и в транзисторных схемах, обозначают корпусом — землей) и ВАХ тринистора.

Не вдаваясь в подробности описания этих активных элементов, кратко на­помним, что тринистор — полупроводниковый прибор, имеющий два ус­тойчивых электронных состояния — включено — выключено. Тринистор со­держит три вывода: катод, анод и управляющий электрод.

Регулировку тока, протекающего через тринистор и нагрузку, осущест­вляют с помощью цепи управления. Если ток в цепи управления I_у0 = 0 (рис. 9.8, а и б), то включение тринистора происходит при анодном на­пряжении U_a > U_вкл, называемом напряжением включения. Это напряжение достаточно велико (десятки вольт), и его можно снизить путем подачи в цепь управления импульса тока управления I_у > I_у0, влияние величины которого на работу тринистора видно из его вольт-амперной характеристики на рис. 9.8, б.

Рис 9.8. Тринистор: а — схема включения; б — ВАХ

Величина падения напряжения на открытом и насыщенном тринисторе ΔU_а = 0,5... 1,5 В; ток насыщения при этом I_а = I_ан. Выключается тринистор пу­тем снижения анодного тока I_а до величины, меньшей тока удержания I_уд, или подачей на него обратного напряжения.

На рис. 9.9 показаны схема управляемого выпрямителя с активной нагрузкой R_н и временные диаграммы токов и напряжений, поясняющие принцип его дей­ствия.

Тринисторы VS1 и VS2 в схеме (см. рис. 9.9, а) открываются поочередно при поступлении на их управляющие электроды импульсов управления с блока управления (БУ). Временное положение импульсов управления U_y1 и U_у2 по от­ношению к фазным напряжениям е_a и е_b определяется углом управления (регули­рования) α (см. рис. 9.9, б, в). Угол управления а соответствует задержке по фа­зе момента включения тринистора относительно естественного момента откры­вания выпрямительного диода, если он включен в схему вместо тринистора. При угле α = 0 управляемый выпрямитель становится неуправляемым. Тринистор VS1 включается в момент времени, когда фазовый угол v = α, и в момент време­ни, соответствующий углу v = π, выключается. На этом интервале к нагрузке R_н практически напрямую подключается фазное напряжение е_а, и через нее про­текает ток i₁. Тринистор VS2 проводит ток на интервале (π + α)...2π, под­ключая к нагрузке R_н фазное напряжение e_b. Выпрямленный ток i_н на актив­ной нагрузке R_н имеет ту же форму, что и напряжение u_н (см. рис. 9.9, г).

Рис. 9.9. Однофазный управляемый выпрямитель:

а — схема, б-г — временное диаграммы

Управляемые выпрямители характеризуются рядом специфических показа­телей. Зависимость среднего значения выпрямленного напряжения U_Нα от угла управления α называется регулировочной характеристикой и описывается формулой:

где — среднее значение выпрямленного напряжения при угле управления α = 0.

Итак, изменяя угол управления α от 0° до 180°, можно регулировать ам­плитуду напряжения на входе выпрямителя от номинального U_Hα до нулевого.

Литература: В.И. Нефедов, “Основы радиоэлектроники и связи”, Издательство «Высшая школа», Москва, 2002.