Управляемые выпрямители
Управление величиной выходного напряжения выпрямителя можно производить с помощью автотрансформатора в цепи переменного тока, реостата или потенциометра в цепи выпрямленного тока. Однако подобные способы управления имеют существенные недостатки, к которым, в первую очередь, относится низкий КПД вследствие значительного потребления энергии в регулировочных элементах.
Рис.
5.1. Импульсно-фазовое управление
тиристором
Наиболее экономичным способом управления выпрямленным напряжением является управляемое выпрямление. В таких выпрямителях в качестве управляемых вентилей применяются тиристоры.
Управление в выпрямителе сводится к управлению моментом отпирания тиристоров. На отпирающий электрод тиристора периодически подаются импульсы напряжения uу, которые могут сдвигаться во времени по отношению к моменту появления положительной полуволны коллекторного напряжения тиристора uк (рис. 5.1). В результате меняется момент отпирания тиристора, начиная с которого и до конца положительной полуволны коллекторного напряжения тиристор находится в открытом состоянии. Этот сдвиг обозначается и называется углом управления. Такой метод управления называется импульсно-фазовым.
К управляющим импульсам напряжения предъявляются следующие требования:
высокая крутизна фронта;
амплитуда и длительность должны быть достаточными для надежного открывания тиристора.
Напряжение в цепь управления (рис. 5.2) подается через мостовой фазовращатель, состоящий из трансформатора с выводом средней точки вторичной обмотки, конденсатора С и переменного резистора R. При изменении величины сопротивления R, как видно из круговой векторной диаграммы (рис. 5.2, б), угол сдвига фазы выходного напряжения моста по отношению к выходному может изменяться от 0 до 180 градусов. При этом величина выходного напряжения моста остается неизменной.
Рис. 5.2. Схема
однофазного двухполупериодного
управляемого выпрямителя с импульсно-фазовым
управлением (а); схема и векторная
диаграмма фазовращателя (б)
Управляющее напряжение после фазовращателя через диоды VД1 и VД2, которые пропускают только положительные полуволны синусоидального напряжения, поступают на два транзистора VТ1 и VТ2. Питающее коллекторное напряжение подается на транзисторы с отдельного выпрямителя, собранного по мостовой схеме на диодах VД5 VД8. Выходное напряжение, снимаемые с транзисторов, имеют трапецеидальную форму, так как на их входы подаются напряжения довольно значительной величины, выходящие далеко за пределы линейного участка переходной характеристики транзистора. Далее трапецеидальное напряжение дифференцируется, проходя через цепочки R1C1 и R2C2. На управляющие электроды тиристоров VS1 и VS2 поступают только положительные импульсы напряжения (рис. 5.3), так как отрицательные импульсы шунтируются диодами VД3 и VД4.
Рис.5.3. Временные
диаграммы работы двухполупериодного
управляемого выпрямителя: а – напряжения
на вторичной обмотке силового
трансформатора и напряжения управления;
б – нагрузка активная; в – нагрузка
активно-индуктивная (L>>RH)
Среднее значение выпрямленного напряжения при активной нагрузке (без учета потерь)
, (5.1)
где
U2
действующее значение напряжения фазы
вторичной обмотки трансформатора;
постоянное напряжение при =0.
Среднее значение выпрямленного напряжения при активно - индуктивной нагрузке
. (5.2)
Зависимости U0(), выраженные формулами (5.1) и (5.2), называются регулировочными характеристиками.
Максимальное обратное напряжение на тиристоре (при 900)
.
Максимальное прямое напряжение на тиристоре при 900, активной нагрузке
.
при 900, активно-индукционной нагрузке
.
В лабораторном стенде смонтирована двухполупериодная схема выпрямителя на тиристорах с выводом нулевой точки трансформатора. Изменение активного сопротивления нагрузки осуществляется переключением В3. Включение активной и активно-индуктивной нагрузок осуществляется переключателем В2. Величины среднего значения выпрямленного напряжения и выпрямленного тока измеряются приборами, расположенными на передней панели. Для управления тиристорами применена импульсно-фазовая схема.