ЛР № 2 -- 2.1 Основные положения

Для регулирования выпрямленного напряжения используют управляемые выпрямители, построенные на управляемых вентилях, называемых тиристорами. Такие устройства обычно предназначены для питания потребителей средней и большой мощности, в которых при больших токах нагрузки используют индуктивные фильтры. В данной работе рассматривается простейшая схема однофазного управляемого выпрямителя, которая позволяет выявить характерные черты данного класса устройств.

2.1.1 Работа управляемого выпрямителя при активной нагрузке

Перед рассмотрением работы управляемого выпрямителя кратко рассмотрим принцип работы и основные свойства тиристора.

Тиристором называют управляемый полупроводниковый прибор с p-n-p-n структурой, способный под действием сигнала управления переходить из закрытого состояния в открытое (проводящее). На рис. 2.1 приведено условное обозначение тиристора и схема его включения. Электроды прибора называются: А – анод; К –катод; УЭ – управляющий электрод. В цепь управляющего электрода включается источник управляющих импульсов u_y.

П

Рисунок 2.1 - Схема включения тиристора

ри указанной полярности напряжения U и отсутствии управляющего импульса тиристор, в отличие от обычного диода, будет находиться в непроводящем состоянии (I_a=0). Если теперь на управляющий электрод подать отпирающий импульс U_y, тиристор включается и через нагрузку начинает протекать ток .

Важнейшим свойством тиристора является то, что после его включения открытое состояние сохраняется вне зависимости от наличия сигнала на управляющем электроде. Выключить тиристор можно только в результате смены полярности прикладываемого к нему напряжения или спада тока до нуля. Управляющая цепь служит только для включения тиристора.

Основные статические параметры тиристора:

I_пр.max – максимально допустимый прямой ток тиристора;

U_пр.ср – среднее значение прямого напряжения на открытом тиристоре;

U_обр.max – максимально допустимое постоянное обратное напряжение тиристора;

U_{пр.зак.max} - максимально допустимое постоянное прямое напряжение закрытого тиристора.

Цепь управления тиристора характеризуется импульсным отпирающим током Iу.От и напряжением Uу.От, которые обеспечивают надежное включение тиристора.

На рис.2.2 приведена схема однофазного управляемого выпрямителя с выводом средней точки трансформатора и временные диаграммы токов и напряжений. При активной нагрузке ключ S замкнут. Рассмотрим работу схемы, полагая, трансформатор и вентили идеальными.

Рисунок 2.2 - Схема однофазного управляемого выпрямителя с выводом средней

точки трансформатора (а) и временные диаграммы токов и напряжений (б)

В отличие от схемы выпрямителя на диодах, рассмотренной в лабораторной работе №1 (п.1.1.2), в данной схеме происходит задержка момента включения тиристоров. Так, при указанной на рис.2.2,а полярности напряжения на обмотках трансформатора (без скобок) может пропускать ток тиристор VS1 при условии, что на его управляющий электрод поступит управляющий импульс u_y1. Управляющий импульс подается со сдвигом по фазе по отношению к моменту естественного отпирания, совпадающего с моментом появления положительного напряжения на аноде тиристора. Такой сдвиг фаз называют углом управления . Для однофазного выпрямителя момент естественного отпирания тиристора совпадает с моментом перехода напряжения сети через нуль.

На рис.2.2,б приведены временные диаграммы управляющих импульсов U_y1 и U_y2, поступающих поочередно через каждые полпериода с углом управления  на тиристоры VS1 и VS2. В интервале 0- тиристор VS1 закрыт и напряжение на нагрузке U_н=0. В момент t= тиристор включается и напряжение u_н скачком возрастает до значение U_н=U₂’ . При этом ток протекает через верхнюю полуобмотку трансформатора, тиристор VS1 и нагрузку R_н: і_н= і_а1. При активной нагрузке ток повторяет форму напряжения (рис.2.2,б).

При  t= ток нагрузки становится равным нулю и тиристор VS1 запирается. В следующем полупериоде в момент прихода управляющего импульса U_y2 открывается тиристор VS2 и ток протекает через нижнюю полуобмотку трансформатора, тиристор VS2 и нагрузку R_н. В момент  t=2 происходит запирание тиристора VS2 и т.д. В процессе работы схемы ток первичной обмотки трансформатора і₁ на каждом полупериоде повторяет форму тока вторичной полуобмотки. В данной схеме, аналогичной схеме выпрямителя на диодах, к закрытому тиристору прикладывается обратное напряжение, равное сумме U₂’+U₂’’ , т.е. амплитуда обратного напряжения в 2 раза превышает амплитуду выпрямленного напряжения.