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.

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 u_у, которые могут сдвигаться во времени по отношению к моменту появления положительной полуволны коллекторного напряжения тиристора u_к (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 a 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.

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.

Среднее значение выпрямленного напряжения при активной нагрузке (без учета потерь)

, (5.1)

где U₂ - действующее значение напряжения фазы вторичной обмотки трансформатора; - постоянное напряжение при a=0.

Среднее значение выпрямленного напряжения при активно - индуктивной нагрузке

. (5.2)

Зависимости U_0a(a), выраженные формулами (5.1) и (5.2), называются регулировочными характеристиками.

Максимальное обратное напряжение на тиристоре (при a £ 90⁰)

.

Максимальное прямое напряжение на тиристоре при a £ 90⁰, активной нагрузке

.

при a £ 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.