9.4 Управляемый выпрямитель

Функции согласования уровня и частоты, а также стабилизации среднего за период значения выходного напряжения могут быть выполнены в одном устройстве. Примером такого устройства являются управляемые (регулируемые) выпрямители с применением тиристоров, транзисторов или других управляющих приборов. Работу тиристорного выпрямителя рассмотрим на примере простейшей однополупериодной схемы (рисунок 9.7, а). Схема управления тиристором VD формирует на его управляющем выводе импульс напряжения, сдвинутый относительно момента u_вх=0 на угол α – угол включения. Этот импульс при условии u_вх>0 включает тиристор.

При активной нагрузке R_H тиристор VD автоматически выключается в тот момент времени, когда его напряжение приближается к нулю. Таким образом, при наличии сигнала управления длительность включенного состояния тиристора определяется выражением

tи = (T / 2)∙(1 – α / π),

(9.1)

где Т – период колебания входного напряжения u_вх.

Тогда, для среднего значения напряжения на нагрузке можно записать

.

(9.2)

Например, при угле включения α = 0 время t_и1 = Т/2 и тиристор VD полностью открыт в течение положительных полуволн питающего напряжения, а при α = π/4 t_и2 = (Т/2)·(3/4) = 3Т/8, что соответствует уменьшению времени t_и1 включения тиристора на 1/4, т. е. на 25 %.

Работа управляемого выпрямителя поясняется временными диаграммами, приведенными на рисунке 9.7, б – г). При наименьшем угле включения тиристора α = 0 среднее напряжение на нагрузке U_н.ср имеет максимальное для однополупериодной схемы значение, равное U_н.ср = U_m/π. При α = π/2 напряжение (U_н.ср)_π/2 = О,5(U_н.ср)₀ = U_m/2π. Если в режиме минимальной нагрузки обеспечить, например, угол α = π, а затем по мере повышения нагрузки уменьшить угол α, то за счет увеличения t_и можно компенсировать падение напряжения на выходном сопротивлении выпрямителя и получить неизменное значение U_н.ср. Такой принцип управления называют фазоимпульсным и используют в тиристорных преобразователях различного назначения.

Рисунок 9.7 – Схема однополупериодного выпрямителя на тиристоре (а) и временные диаграммы различных значениях угла включения (б, в, г)

Схемы управления тиристором должны формировать управляющие импульсы в заданные моменты времени, соответствующие требуемым значениям угла α, при этом для надежной работы тиристора необходимы кратковременные импульсы с большой крутизной фронта.

Схема двухполупериодного тиристорного управляемого выпрямителя, построенная на основе двухполупериодной схемы выпрямителя со средней точкой, приведена на рисунке 9.8, а.

Рисунок 9.8 – Схема однофазного управляемого двухполупериодного выпрямителя на тиристорах с CLC – фильтром (а) и временные диаграммы (б)

Если на управляющие входы тиристоров постоянно подано отпирающее напряжение, то поведение схемы не отличается от работы двухполупериодного выпрямителя со средней точкой, и среднее выходное напряжение будет определяться выражением: U₀=2U_m/π. Если же в каждый из полупериодов управляющее напряжение будет подаваться на соответствующие тиристоры с задержкой на угол α, то к входу фильтра будет прикладываться только часть входного напряжения (рисунок 9.8, б).