3.2. Керовані однофазні випростувачі

У керованих однофазних випростувачах використовуються керо­вані напівпровідникові елементи — тиристори. Як уже відзначалось, у них є керувальний електрод, а перехід від закритого до відкрито­го стану здійснюється за умови додатного потенціалу на аноді та наявності імпульсу керування на електроді керування. Схеми керова­них випростувачів такі ж самі, як і в некерованих. Для формування імпульсів керування, зміни моменту їх подання використовуються відповідні системи керування (СК). В більшості СК імпульси керу­вання формуються відносно анодної напруги випростувача.

Часові діаграми (рис. 26) ілюструють роботу керованих випросту­вачів на прикладі двопівперіодної схеми. Імпульси керування u_kl, u_k2 подаються па відповідні електроди керування тиристорів із зсувом за фазою на кут α відносно переходу через нуль додатної півсинусоїди напруги між анодом і катодом кожного з тиристорів. Цей кут α нази­вають кутом керування тиристора. Після подання імпульсу керуван­ня на тиристор він переходить у відкритий стан і закривається тільки тоді, коли струм через нього стає менший, ніж струм утримання тирис­тора (практично, коли струм тиристора дорівнює нулеві). Вимоги до імпульсів керування такі: достатня для надійного відкривання тирис­тора амплітуда напруги і струму імпульсу (U_кер - 10÷20 В, I_кер = 20÷2000 мА); крутий передній фронт імпульсу (10⁵ А/с); певна шири­на імпульсу (10°÷15°). Зміною кута керування тиристора α регулюють середнє значення випростаної напруги Ud керованого випростувача.

Рис. 26 Схема двопівперіодного керованого випростувала (а) і часові діаграми напруг (б)

Важливою характеристикою керованих випростувачів є їх регулю­вальна характеристика U_d =f(α). Для зображеної двопівперіодної схеми випростувача ця залежність визначається як Udα = U d0 * 1+cons α / 2, де U_d0 — середнє значення випростаної напруги при а = 0 .

3.3. Трифазні випростувачі

Трифазні випростувачі використовуються як джерела постійної напруги живлення середньої та великої потужності. Особливість їх роботи визначається тим, що робочим діодом (відкритий стан) є той, у якого в цей момент є більший потенціал на аноді. Це забезпечує тривалість відкритого стану діода протягом 60 град, ел., внаслідок чо­го значно зменшуються пульсації випростаної напруги.

Переважно використовуються дві схеми трифазних випростувачів: трифазна з нульовим виводом (схема Міткевича) і трифазна мостова (схема Ларіонова).

Рис. 27. Схема трифазного випростувача з нульовим виводом (а) і часові діаграми (б)

Трифазний випростувач з нульовим виводом (рис. 27,а) складається з трифазного трансформатора, фази вторинної обвитка якого з'єднані зіркою, та трьох діодів, увімкнених в кожну фазу. Роботу випростува­ча зручно аналізувати за допомогою часових діаграм (рис. 27,6). В пе­ріод часу t1 ÷ t2 найбільший додатний потенціал прикладено до анода VD1, тому він знаходиться у відкритому стані. Струм проходить че­рез діод (обвитку фази «а» — VD1—R_d) протягом π/3, тобто до мо­менту часу t₂, коли у відкритий стан переходить VD2, оскільки в цей момент часу до його анода прикладено найбільший додатний потен­ціал фази «b». Через VD2 струм проходить в проміжок часу від t₂ до tз. Відповідно через VD3 струм проходить в період часу tз÷t4 .

Середнє значення випростаної напруги трифазного випростувача з нульовим виводом дорівнює

В період часу, коли діод закритий, до нього прикладається зворотна напруга, максимальне значення якої

Коефіцієнт пульсацій для такої схеми Кn= 0,25, що набагато мен­ше порівняно з однофазними випростувачами.

Випростувач за такою схемою використовується для навантажень зі струмами понад 100 А. Вадою схеми є підмагнічування осердя трансформатора постійною складовою струму, що понижує ККД випростувача.

Трифазний мостовий випростувач (схема Ларіонова, рис. 28) міс­тить дві групи діодів: анодну — VD1, VD3, VD5 і катодну — VD2, VD4, VD6. Робота випростувача, тобто почережність роботи діодів, визначається як додатними півсинусоїдами (анодна група), так і від'ємними (катодна група). Тривалість роботи кожного діода стано­вить 60 град. ел. В інтервалі часу t₁ – t₂ струм проходить по шляху: обвитка фази «а»—VD1—R_d—VD4 — обвитка фази «b». В інтерва-іі часу t2—t3 відбувається комутація діодів VD4 і VD6 і шлях проходження струму є такий; обвитка фази «а»— VD1—Rd—VD6 — обвитка фази «с». Таким чином, через навантаження струм проходить завжди в одному напрямку, а можливість використання від'ємних півсинусоїд забезпечує в схемі випростувача коефіцієнт пульсацій К_п = 0,057, що забезпечує широке використання такої схеми.

Рис. 28. Схема трифазного мостового випростувача (а) та його часові діаграми (б)

Середнє значення випростаної напруги мостового випростувача

що у 2 рази більше, ніж у випростувачів за схемою Міткевича. Мак­симальне значення зворотної напруги діода дорівнює, як і у випрос­тувачі з нульовим виводом, амплітудному значенню лінійної напруги і визначається

Вибір діодів для трифазних випростувачів здійснюється за тих са­мих умов, що й для однофазних випростувачів.

Вхідними величинами випростувача є напруга U₂ і струм І₂ вто­ринної обвитки трансформатора, а вихідними — Ud, Id.

Співвідношення між вхідними та вихідними величинами випросту­вача залежать від схеми та характеру навантаження. В табл. 4 подано ос­новні співвідношення між цими величинами для некерованих випросту­вачів при резистивному навантаженні

Таблиця 4

Основні співвідношення параметрів схем випростувачів (резистивне навантаження)
№ схеми	Назви схеми випростувача	I2/Id	U2/ Ud	Iv / Id	Uзв.макс/ Ud	St / Pd	Kn
І	Однопівперіодна	1.57	2,22	I	3.14	3.5	1,57
2	Двопівперіодна з нульовим виводом	0,785	1,11	0,5	3,14	1,48	0,667
3	Мостова	1,11	1,11	^0.5	1,57	1.23	0,667
4	Трифазна з нульовим виводом (схема Міткевича)	0,583	0,855	0,33	2,09	1.35	0.25
5	Трифазна мостова (схема Ларіонова)	0.82	0,425	0.33	1,045	1,05	0,057

ПРИКЛАДИ ДО РОЗДІЛУ

Задача 3.1. Визначити коефіцієнт пульсацій випростаної напруги мостового випростувача, якщо ця напруга виражається таким рів­нянням (U_dm - 50 В)

Розв’язок:

Коефіцієнт пульсацій визначається за виразом максимальне значення основної гармоніки випростаної напруги; Ud - середнє значення випростаної напруги.

З рівняння випростаної напруги видно, що основою є друга гармоніка і її максимальне значення дорівнює З цього ж рівняння – середнє значення випростаної напруги

Тоді коефіцієнт пульсацій дорівнює

Задача 3.2. Визначити струм діода двопівперіодного випростува­ча з нульовим виводом, якщо потужність та напруга навантаження Р =1000Вт, U_H = 100В.

Розв'язок: Для схеми двопівперіодного випростувача з нульовим виводом струм, який проходить через кожний діод дорівнює I_v = 0,5/_d . За даними навантаження визначаємо значення випроста­ного струму І_Л = Ін = Pн/U_H = 10 А Отже, струм діода I_v =5A.

Задача 3.3. Визначити зворотну максимальну напругу, що прикла­дається до діода в схемі трифазного мостового випростувача, якщо напруга на навантаженні U_Н — 160 В.

Розв'язок; Для трифазного мостового випростувача зворотна максимальна напруга яка, може бути прикладена до діода дорівнює

U зк мак-с = 1,045Ud = 1,045 * 160 = 167,2 В.