Лекция 14 Управляемые выпрямители

Вентильные преобразователи широко применяются для преобразования электрической энергии, вырабатываемой и передаваемой в виде переменного напряжения стандартной частоты f_c=50 Гц в электрическую энергию другого вида – в постоянный ток Для питания потребителей постоянного тока ток промышленной частоты преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямителей.

В большинстве случаев применения выпрямителей средней и большой мощности приходится решать задачу управления средним значением выпрямленного напряжения . Это обусловлено необходимостью стабилизации напряжения на нагрузке в условиях изменения напряжения питающей сети или тока нагрузки, а также регулирования напряжения на нагрузке с целью обеспечения требуемого режима ее работы.

Широкое применение для регулирования напряжения на нагрузке получил фазовый способ, основанный на управлении во времени моментом отпирания вентилей выпрямителя. Он базируется на использовании в схеме выпрямителя управляемых вентилей (тиристоров и силовых транзисторных ключей), в связи с чем выпрямитель называют управляемым.

По числу фаз выпрямители подразделяются на однофазные, трехфазные и многофазные. По схематике управляемые выпрямители подразделяются на выпрямители со средней (нулевой) точкой и мостовые.

14.1 Однофазный управляемый выпрямитель со средней точкой

Рассмотрим схему однофазного управляемого выпрямителя со средней точкой изображенную на рисунке 14.1.

Рисунок 14.1 - Схема однофазного управляемого выпрямителя

со средней точкой

Схема состоит из трансформатора, вторичная обмотка которого имеет среднюю точку; двух тиристоров, момент открытия которых определяется управляющими импульсами, поступающими со схемы управления СУ. Момент поступления управляющих импульсов может быть сдвинут относительно начала синусоиды напряжения на некоторый угол , который называют углом управления.

14.1.1 Работа схемы на активную нагрузку

На схеме (рисунок 14.1) ключ замкнут, а разомкнут, выпрямитель работает на активную нагрузку . Работа схемы иллюстрируется временной диаграммой (рисунок 14.2).

Рисунок 14.2 - Временная диаграмма работы однофазного выпрямителя со средней точкой и активной нагрузкой при >0

От источника питания к каждому тиристору приложено напряжение питания: в интервале 0 -  положительное напряжение приложено к тиристору VT1, а к вентилю VT2 - отрицательное напряжение. Но тиристор VT1 закрыт, так как с системы управления не поступает импульс на управляющий электрод (интервал 0-1). В момент времени 0<t<, то есть >0 (с задержкой на угол  относительно момента перехода напряжения источника питания через нуль) на управляющий электрод вентиля VT1 подается управляющий импульс (точка 2) и тиристор VT1 открывается, через тиристор и нагрузку начинает протекать ток , равный току тиристора (интервал 1-2).

Тиристор VT1 будет находиться в проводящем состоянии до тех пор, пока напряжение, приложенное к нему, не пройдет через нуль и не изменит свою полярность, то есть тиристор VT1 выключится в момент времени равное t=, в закрытом состоянии к нему прикладывается обратное напряжение, равное отрицательному напряжению источника питания.

Начиная с момента времени t= (точка 2), оба тиристора находятся в закрытом состоянии и напряжение u_d=0. В момент времени t=+ (точка 3) управляющий импульс поступает на управляющий электрод тиристора VT2 и открывает его, тогда через нагрузку течет ток, равный току тиристора VT2.

Обратим особое внимание на характер изменения анодного напряжения на одном из тиристоров (рис.2). На интервале 0-1 к тиристору VT1 приложено напряжение , на интервале 1-2 тиристор открыт, напряжение на нем близко к нулю, а затем приложено напряжение , которое на интервале 2-3 становится отрицательным. На интервале 3-4, когда открывается тиристор VT2, к аноду тиристора VT1 будет приложена сумма напряжений и . Обратное напряжение, приложенное к тиристору, достигает значения , что следует учитывать при расчете схемы.

Из временной диаграммы на рисунке 14.2 видно, что между значениями тока и напряжения существует сдвиг фаз. На этот сдвиг стоит обратить внимание в виду того, что сдвиг фаз осуществляется даже при чисто активной нагрузке.

Указанные процессы повторяются в каждом периоде. Возможность осуществлять задержку по фазе моментов включения вентилей на определенный угол  позволяет изменять среднее значение выходного напряжения.

Зависимость напряжения от угла  называется регулировочной характеристикой управляемого выпрямителя. Эта зависимость выражается следующей формулой: