1.4 Управляемый однофазный однотактный выпрямитель

Заменим в схеме, приведенной на рисунке 4,а, диод на тиристор и получим управляемый однофазный однотактный выпрямитель, схема которого приведена на рисунке 5,а.

Рассмотрим работу управляемого однотактного выпрямителя на активную нагрузку.

Для открытия тиристора необходимо выполнить два условия:

- первое условие такое же, как и у диода – потенциал его анода должен быть выше потенциала катода;

-второе условие - наличие импульса управления на его управляющем электроде.

Рисунок 5. Схема (а) и временные диаграммы (б), поясняющие работу однофазного однотактного управляемого выпрямителя

Фазовый сдвиг импульса управления по отношению к точке естественного зажигания называется углом регулирования (или управления) α. В рассматриваемой схеме точкой естественного зажигания является точка пересечения синусоиды напряжения вторичной обмотки трансформатора u₂ с осью времени ω₁t. Из рисунка 5,б видно, что регулируя угол α от нуля до 180⁰, можно регулировать напряжение нагрузки в пределах от U_d0=0,45U₂ до 0.

Выведем выражение регулировочной характеристики однофазного однотактного управляемого выпрямителя при активной нагрузке.

(16)

Так же, как и у неуправляемого выпрямителя, среднее значение тока нагрузки равно среднему значению тока вентиля:

.

На интервале закрытого состояния вентиля к нему прикладывается напряжение вторичной обмотки трансформатора в обратном, т.е. запирающем направлении. Максимальная величина этого напряжения равна амплитудному значению u₂, т.е.

.

Вопросы для самоконтроля:

1 Сформулируйте принцип работы управляемого однофазного однотактного выпрямителя.

2 Укажите требуемый диапазон изменения угла α для регулирования среднего значения напряжения нагрузки от максимального значения до нуля.

1.5 Неуправляемый двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора

Рисунок 6. Схема (а) и временная диаграмма (б), поясняющая работу неуправляемого двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора.

Кривая выпрямленного напряжения этого выпрямителя, приведенная на рисунке 6,б, имеет две пульсации на интервале периода напряжения питающей сети. Каждый из диодов этого выпрямителя проводит ток на интервале времени равном половине периода напряжения питающей сети. Причем в любой рассматриваемый момент времени ток будет проводить тот вентиль, напряжение на аноде которого в данный момент времени положительно. Так, на интервале времени 0<ωt<π напряжение u₂₁ положительно, ток проводит вентиль VD1, а на интервале времени π<ωt<2π положительно напряжение u₂₂ и ток проводит вентиль VD2.

Определим среднее значение выпрямленного напряжения этого выпрямителя

(17)

, а . (18)

Сравнивая выпрямители, приведенные на рисунках 4,а и 6,а можно видеть, что среднее значение напряжения выпрямителя, приведенного на рисунке 6,а, при одном и том же напряжении переменного тока , в два раза больше выпрямленного напряжения выпрямителя, приведенного на рисунке 4,а.

Среднее значение тока, протекающего через вентиль, равно половине тока нагрузки

(19)

Обратное напряжение прикладывается к закрытому диоду, когда проводит ток другой диод. При открытом диоде VD2 на интервале времени π ≤ωt≤2π на диоде VD1 в обратном направлении действует суммарное напряжение двух вторичных обмоток, поэтому максимальное напряжение на закрытом вентиле равно удвоенному значению амплитуды напряжения одной вторичной обмотки, т.е.:

Действующее значение тока фазы вторичной обмотки трансформатора

(20)

Ток первичной обмотки трансформаторы имеет синусоидальную форму и с учетом коэффициента трансформации трансформатора k_тр=W₁/W₂, равен

(21)

а напряжение первичной обмотки трансформатора отличается от напряжения вторичной обмотки в k_ТР раз:

(22)

С учетом рассчитанных значений токов и напряжений первичной и вторичной обмоток трансформатора определим расчетные мощности обмоток трансформатора, S₁, S₂ и расчетную мощность трансформатора, S_ТР , в целом.

S₁=U₁I₁= πР_d/8=1,23 Р_d;

S₂=2U₂I₂=1,78P_d;

S_ТР=(S₁+S₂)/2=1,48P_d. (23)

Определим коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения.

Разложение в ряд Фурье переменной составляющей выпрямленного напряжения неуправляемого выпрямителя позволяет определить амплитуду любой высшей гармонической этого напряжения:

(24)

где ν=1,2,3,..-номер гармоники.

Определим коэффициент пульсаций для первой (основной) гармоники.

(25)

Частота пульсаций выпрямленного напряжения в два раза выше частоты питающей сети, т.е.:

f_п=2f_c.

В общем случае для любой схемы выпрямления частота пульсаций выпрямленного напряжения определяется по формуле

f_п= k_тm₂ f_c. (26)

Вопросы для самоконтроля:

1 Сформулируйте принцип работы неуправляемого двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора.

2 Во сколько раз действующее значение напряжения, подаваемого на вход выпрямителя, должно быть больше среднего значения напряжения нагрузки?

3 Во сколько раз расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора больше мощности нагрузки?

4 Во сколько раз расчетная мощность первичной обмотки трансформатора больше мощности нагрузки?

5 Во сколько раз расчетная мощность трансформатора больше мощности нагрузки?

6 Чему равна частота пульсаций выпрямленного напряжения?

7 Чему равен коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения неуправляемого двухполупериодного выпрямителя с выводом нулевой точки вторичной обмотки трансформатора?

8 Во сколько раз максимальное напряжение на закрытом вентиле неуправляемого двухполупериодного выпрямителя с выводом нулевой точки вторичной обмотки трансформатора больше напряжения нагрузки?