Лекция 15. Применение динисторов и не запираемых тиристоров. Генератор пилообразного напряжения. Регулируемый выпрямитель. Закрывание тиристора в цепи постоянного тока
15.1. Генератор пилообразного напряжения (гпн)
Динистор можно использовать для получения линейно возрастающего напряжения, например, в генераторе развёртки осциллографа. Схема генератора пилообразного напряжения представлена на рис. 15.1.
Рис. 15.1. Схема генератора пилообразного напряжения
Схема представляет собой интегрирующую RC-цепочку, в которой параллельно конденсатору подключён динисторVD. Принцип работы схемы рассмотрим по её временной диаграмме, представленной на рис. 15.2.
Рис. 15.2. Временная диаграмма работы генератора пилообразного напряжения
На вход схемы подают напряжение Uвх, которое значительно (не менее чем в три раза) превышает напряжение включения динистораUвкл. Это делается для того, чтобы напряжение на конденсаторе С на рабочем участке кривой заряда увеличивалось линейно. Штрих пунктирной линией показано изменение напряжения на конденсаторе, когда оно приближается по величине кUвх.
Номинал резистора Rвыбирается таким образом, чтобы ток
получился меньше, чем ток удержания
динистора.
Как только на вход схемы будет подано напряжение, конденсатор С начнёт заряжаться, и напряжение на нём будет возрастать. Когда напряжение на конденсаторе достигнет Uвклдинистора, динистор откроется, конденсатор С быстро (практически мгновенно) разрядится. Ток через динистор уменьшится до величины, меньшей тока удержания, динистор закроется, и процесс повторится снова. Если вместо постоянного резистораRвключить переменный, то можно будет изменять частоту ГПН.
15.2. Схема управления тиристором
Схема управления не запираемого тиристора представлена на рис. 15.3.
Рис. 15.3. Схема управления тиристором
Назначение элементов схемы. Импульсный трансформатор Т служит для гальванической развязки схемы, формирующей импульс управления, от силовой цепи, в которой установлен тиристор VS. ДиодVDпредназначен для защиты управляющего электрода тиристора от отрицательного выброса напряжения, который образуется на вторичной обмотке импульсного трансформатора Т по срезу импульса управления. РезисторRогр= 10…100 Ом применяется для выравнивания величины тока управления, так как входное сопротивление управляющего электрода тиристоров сильно различается даже в одной партии. Если этот резистор не установлен, то у тиристоров с низким входным сопротивлением может произойти перегрев и даже выгорание управляющего электрода. РезисторRшустанавливается для защиты от помех, наводимых на провода схемы управления, которые могут вызвать открывание тиристора без подачи управляющего импульса.
15.3. Применение тиристоров. Управляемый выпрямитель
Если в схеме выпрямителя заменить диоды на тиристоры, можно получить схему управляемого выпрямителя, выпрямленное напряжение на выходе которого можно регулировать, изменяя угол управления тиристором. В главе 3 рассмотрены схемы однофазных выпрямителей на диодах. Любую из этих схем можно превратить в управляемый выпрямитель. Чтобы выяснить, как влияет на характеристики выпрямителя применение тиристоров вместо диодов, рассмотрим однофазный однополупериодный выпрямитель на тиристоре (рис. 15.4). Схема управления тиристором СУ применена такая же, как на рис. 15.3. Для анализа физических процессов в регулируемом однофазном однополупериодном выпрямителе рассмотрим его временную диаграмму работы (рис. 15.5).
Рис. 15.4. Регулируемый однофазный однополупериодный выпрямитель
На втором графике временной диаграммы изображены импульсы управления тиристором с различным углом управления , который отсчитывается от момента перехода синусоиды напряженияU2через ось времени.
При = 0 тиристор открывается при минимальном напряжении на аноде (практически как диод), поэтому ток из трансформатора в нагрузку поступает в течение времени, равном длительности положительной полуволны синусоиды.
При = 450тиристор открывается с задержкой на ¼ длительности полуволны синусоиды, поэтому ток из трансформатора в нагрузку поступает в течение ¾ длительности полуволны синусоиды.
При = 900тиристор открывается с задержкой на ½ длительности полуволны синусоиды, и ток из трансформатора в нагрузку поступает также в течение ½ длительности полуволны синусоиды.
При = 1800тиристор закрыт всё время действия положительной полуволны синусоиды, и ток из трансформатора в нагрузку не поступает.
Следовательно, с увеличением действующее напряжение в нагрузке будет уменьшаться. Зависимость выходного напряжения выпрямителя от угла регулированияUd = f() называется регулировочной характеристикой. Она описывается выражением
,
(15.1)
где Ud0( = 0)– напряжение холостого хода выпрямителя при= 0 (как если бы в схеме выпрямителя применялись диоды). В данной схемеUd0( = 0)= 0,45U2.
Рис. 15.5. Временная диаграмма управляемого однофазного однополупериодного выпрямителя
На пятом графике временной диаграммы изображено напряжение, действующее на тиристор. При = 0 к тиристору приложено только обратное напряжениеUb.max, которое достигает амплитудного значения напряжения вторичной обмотки и зависит от схемы выпрямителя (см. лекцию 3). Для рассматриваемого выпрямителя
.
(15.2)
При 0 к тиристору, кроме обратного напряженияUb.max, прикладывается прямое напряжениеUa,, которое можно определить по формуле
.
(15.3)
Максимальной амплитуды Ua.max=U2mпрямое напряжение достигает при= 900. Для нормальной работы схемы должно выполняться условиеUa.max<Uвкл, чтобы тиристор не смог самопроизвольно (без подачи импульса управления) открыться.
При поступлении на тиристор отрицательной полуволны синусоиды он автоматически закрывается, и остаётся закрытым до поступления очередного импульса управления.
Рассмотрим теперь энергетические характеристики управляемого выпрямителя. Расчетные мощности обмоток S1, S2 и типовую мощность трансформатора ST определяют при = 0, исходя из параметров неуправляемого режима.
В связи с тем, что при изменении угла регулирования происходит сдвиг во времени первой гармоники потребляемого из сети токаi1(1)относительно питающего напряжения, управляемый выпрямитель потребляет из сети реактивную мощность даже при чисто активной нагрузке. Угол сдвига первой гармоники тока питающей сетиi1(1)относительно питающего напряжения
,
(15.4)
где
- амплитуда косинусной составляющей
первой гармоники разложения в ряд Фурье
токаi1;
- амплитуда синусной составляющей первой
гармоники разложения в ряд Фурье токаi1.
Действующее значение первой гармоники тока в первичной обмотке трансформатора
.
(15.5)
Коэффициент искажения формы тока
.
(15.6)
Коэффициент мощности выпрямителя
,
(15.7)
то есть с ростом угла регулирования коэффициент мощности снижается.
Управляемые выпрямители можно выполнить и по двухполупериодной, и по мостовой схемам. В этих схемах выходное напряжение в зависимости от также определяется выражением (15.1), толькоUd0( = 0)= 0,9U2.