Симметричный управляемый выпрямитель (однофазный, двухтактный)

На рисунке показана принципиальная схема симметричного управляемого выпрямителя и временные диаграммы токов и напряжений.

На интервале времени [0; ] к тиристорам VS1 и VS4 приложено прямое положительное напряжение. В момент времени 1 на управляющий электрод этих тиристоров подается импульс управления. Тиристоры открываются и напряжение U2 передается в нагрузку. При работе на активную нагрузку в момент  (из-за снижения анодного тока ниже тока удержания) происходит запирание тиристоров VS1 и VS4 . На интервале [; +2] в нагрузке напряжение равно нулю, т.к. происходит задержка подачи управлющего импульса на угол 2.

При работе на индуктивную нагрузку (ключ S разомкнут) на интервале [; +2] отрицательное напряжение U2 передается в нагрузку. Ток в цепи выпрямителя (I_L) имеет положительное значение и тиристоры VS1, VS4 остаются в открытом состоянии; тиристоры VS2, VS3 не открылись, т.к. на них не поступили управляющие импульсы. На этом интервале происходит рекуперация реактивной энергии дросселя в источник U₁. Этот режим называется инверторным режимом работы выпрямителя. Появление отрицательного “выброса” напряжения в составе выпрямленного напряжения снижает его уровень. Для исключения этого явления используют обратный диод, включенный параллельно нагрузке или переходят к несимметричной схеме выпрямления.

Регулировочная характеристика управляемого выпрямителя

Регулировочная харктеристика управляемого выпрямителя - это зависимость средневыпрямленного значения напряжения U_0 от угла регулирования . При возрастании входного напряжения U₁ или уменьшении тока нагрузки увеличивают угол регулирования  для поддержания постоянства напряжения в нагрузке U_0 в заданных пределах.

Диапазон регулирования в управляемых выпрямителях определяется следующими параметрами:

• нестабильностью входного напряжения U₁;

• диапазоном тока нагрузки (I_0min; I_0max);

• характером нагрузки (активная, активно- индуктивная нагрузка);

• допустимым минимальным значением угла регулирования, который зависит от дрейфа фазного напряжения, инерционности системы управления, динамических параметров тиристоров;

• температурной зависимостью параметров полупроводников.

Найдем выражение для средневыпрямленного напряжения при активной нагрузке в зависимости от угла включения тиристора α :

При активно- индуктивной нагрузке:

При индуктивной нагрузке в симметричной схеме выпрямителя диапазон изменения угла регулирования уменьшается в два раза. Графическая зависимость 2 (см. рисунок ниже) соответствует “прерывистому” режиму тока дросселя (из-за малой величины тока нагрузки или малой индуктивности фильтра). Величина энергии, накапливаемой в дросселе равна W_ЭЛ = (LI _L ²)/2. Ток в цепи выпрямителя спадает до нуля раньше, чем приходит управляющий импульс на тиристоры, что уменьшает интервал воздействия отрицательного напряжения на нагрузку. Следовательно, увеличится уровень средневыпрямленного значения напряжения.

Графическая зависимость 1 соответствует непрерывному режиму тока дросселя. Величина индуктивности дросселя должна быть достаточно большой, чтобы во всем диапазоне изменения тока нагрузки обеспечивался непрерывный режим его протекания.

При проектировании управляемого выпрямителя рассчитывается диапазон изменения угла регулирования [max; min].

Максимальный угол регулирования (a_max) определяется для регулировочной характеристики при максимальном отклонении входного напряжения при заданном уровне выходного напряжения. Необходимо учитывать потери напряжения на токораспределительной сети и на внутреннем сопротивлении выпрямителя. Минимальный угол регулирования (a_min) должен учитывать “дрейф” фазы в силовой цепи и системе управления. Он определяется при минимальном уровне входного напряжения.