Управляемые выпрямители

Принципы построения управляемых однофазных и многофазных выпрямителей такие же, как и одноименных неуправляемых выпрями­телей, но диоды, т. е. неуправляемые вентили, заменяются тиристорами, т. е. управляемыми вентилями. Программа включения последних задается соответствующей последовательностью управляющих импуль­сов напряжения системы управления.

Рассмотим работу однофазного управляемого выпрямителя с нулевым выводом трансформатора (рис. 10.44). Режим работы вы­прямителя в общем случае зависит от значения параметров цепи нагрузки. Наиболее распространены два случая. Схема замещения цепи нагрузки содержит: 1) резистивный элемент с сопротивлением r_н; 2) последовательное соединение резистивного r_н и индуктивного L_н элементов.

Примем для упрощения анализа, что трансформатор с числом вит­ков первичной w ₁ и каждой половины вторичной w ₂ обмоток — иде­альный с напряжениями на половинах вторичной обмотки u ₁ и u₂ (рис. 10.45, а).

Наличие индуктивности цепи нагрузки (рис. 10.46) изменяет ха­рактер процесса в выпрямителе. После открывания тиристора VS₁ или VS₂ ток в нем и в цепи нагрузки плавно увеличивается и в магнит­ном поле индуктивного элемента запасается энергия. За счет этой энер­гии ток в соответствующем тиристоре и в цепи нагрузки не уменьшится до нуля при изменении полярности питающего напряжения. Следова­тельно, интервалы открытого состояния тиристоров VS₁ и VS₂ воз­растут тем больше, чем больше значение индуктивности L_н. При не­котором значении индуктивности ток в цепи нагрузки становится не­прерывным, а при L_н®¥ — постоянным. Переключение тиристоров при принятых допущениях происходит мгновенно.

Рассмотрим работу выпрямителя подробнее, положив, что индук­тивность L_н®¥ и к моменту времени t = 0 тиристор VS₁ был закрыт, а тиристор VS₂ открыт. Первый после момента времени t = 0 импульс управления u_уп1, открывает тиристор VS₁ и напряжение между его анодом и катодом становится равным нулю (u_VS1 = 0). При значении угла управления a < 180° (рис. 10.47, а) напряжение между анодом и катодом ранее проводившего тиристора, как следует из второго за­кона Кирхгофа для контура I цепи (рис. 10.46), будет иметь отрица­тельное значение (u_VS2 = u₂ – u₁ < 0), что приводит к его запиранию. Одновременно положительное напряжение и₁ > 0 (рис. 10.47, а), дей­ствующее в контуре 2 цепи, определяет ток в открытом тиристоре VS₁ и в цепи нагрузки.

Через 1/2 периода после включения тиристора VS₁ и выключения тиристора VS₂ под действием импульса управления и_уп2 (рис. 10.47, б) откроется тиристор VS₂. Напряжение между анодом и катодом тири­стора VS₁ станет отрицательным (u_VS1 = u₁ – u₂ < 0) (рис. 10.47, а) и он запирается. Далее процесс переключения тиристоров периодически повторяется, так что токи в них i₁ и i₂ представляют собой после­довательность прямоугольных импульсов с амплитудой I₀ = U₀/r_н и длительностью Т/2 (рис. 10.47, в), ток нагрузки постоянный (i_н = I₀ = i₁ + i₂) (рис. 10.47, г), а ток в первичной обмотке трансформатора i = w₂/w₁(i₁ – i₂) получается в виде последовательности импульсов разного знака с амплитудой w₂/w₁I₀ (рис. 10.47, д). Его первая гармоника i ₍₁₎ показанная штриховой линией, отстает по фазе от синусоидального напряжения сети u = w₁/(2w₂)(u₁ – u₂) на угол управления a. Это означает, что индуктивная реактивная мощность выпрями­теля Q_L отлична от нулевого значения.

При отсутствии естественной индуктивности цени нагрузки анало­гичный режим работы выпрямителя будет при включении последова­тельно в цепь нагрузки сглаживающего фильтра в виде катушки с ин­дуктивностью L_ф®¥.

Регулировочная характеристика выпрямителя по схеме на рис. 10.44 определяется зависимостью

а выпрямителя но схеме на рис. 10.46 при L_н®¥ — зависимостью

и приведена на рис. 10.48, а. Регулировочные характеристики при L_н = 0 и L_н®¥ ограничивают область расположения регулировочных характеристик для промежуточных значений ¥ > L_н > 0.

На рис. 10.48, б приведены внешние характеристики управляемого однофазного двухполупериодного выпрямителя U₀ (I₀) при различных значениях угла управления a = const с учетом падения напряжения на реальном тиристоре.

Заметим, что вследствие индуктив­ности рассеяния обмоток реального трансформатора и инерционности про­цессов включения и выключения тири­сторов последние переключаются не мгновенно.

Многофазные управляемые выпря­мители имеют, как правило, большую мощность (сотни киловатт и больше) и применяются в электроприводе с машинами постоянного тока, в лини­ях электропередачи постоянного тока, для работы электролитических ванн и т.д.

Однофазные управляемые выпрямители имеют малую и среднюю мощность (от единиц до десятков киловатт) и применяются в свароч­ных устройствах, электровибраторах, для зарядки аккумуляторов. В последнем случае аккумулятор включается в цепь нагрузки после­довательно со сглаживающим фильтром (рис. 10.49, где Е и r_вт — по­стоянные ЭДС и внутреннее сопротивление аккумулятора). Если поло­жить, что индуктивность сглаживающего фильтра L_ф®¥, то процессы в выпрямителе совпадают с представленными на рис. 10.47. Изменяя среднее значение выпрямленного напряжения по регулировочной ха­рактеристике (10.15)

можно управлять током зарядки аккумулятора

Полупроводниковые устройства - усилители