Управляемые выпрямители

 

Управлять выпрямленным напряжением можно как в цепи переменного напряжения, что осуществляется с помощью автотрансформаторов, трансформаторов с подмагничиванием сердечника, реостатов или потенциометров, так и в цепи выпрямленного тока, что осуществляется с помощью управляемых выпрямителей.

Управляемые выпрямители – это устройства, которые позволяют плавно изменять значение выпрямленного напряжения.

Схема простейшего однофазного однополупериодного выпрямителя на тиристоре показана на рисунке 1.24.

Рисунок 1.24 – Схема однофазного однополупериодного выпрямителя на тиристоре

Управление напряжением на выходе такой схемы сводится к управлению во времени моментом отпирания тиристора. Это осуществляется за счет сдвига фаз между анодным напряжением и напряжением, подаваемым на управляющий электрод тиристора. Такой сдвиг называют углом управления и обозначают a, а способ управления называют фазовым (рисунок 1.25).

 

Рисунок 1.25 – Временные диаграммы входного напряжения U_вх, напряжения управления U_у и тока на нагрузке i_н

 

Управление величиной a осуществляют с помощью фазовращающей R2 C-цепи. Резистором R1 изменяют напряжение, подаваемое на управляющий электрод тиристора. Диод VD1 обеспечивает подачу на управляющий электрод положительных импульсов.

Оптимальной формой управляющих сигналов является короткий импульс с крутым фронтом, который обеспечивает четкое отпирание тиристора. Для формирования таких импульсов и их сдвига во времени используются импульсно-фазовые системы управления.

Рассмотрим схему однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя с импульсно-фазовым блоком управления (ИФБУ), показанную на рисунке 1.26.

Рисунок 1.26 – Схема однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя на тиристорах с импульсно-фазовым блоком управления

 

Мостовой фазовращатель, состоящий из Rф, C1 и двух вторичных обмоток трансформатора с выводом средней точки, осуществляет сдвиг управляющих импульсов по отношению к анодному напряжению. С его выхода напряжение поступает на вход усилителей – ограничителей на транзисторах VT1 и VT2, причем диоды VD1 и VD2 срезают отрицательную полуволну этого напряжения. Далее выходные напряжения этих усилителей, имеющих трапециидальную форму, дифференцируются RC-цепочками. При этом получаются двуполярные импульсы малой длительности. Диоды VD3 и VD4 делают их однополярными.

Основными характеристиками управляемого выпрямителя являются:

- характеристика управления, которая выражает зависимость выпрямленного напряжения от угла управления U_н = f (a) (рисунок 1.27);

- внешние характеристики, которые определяют зависимость выпрямленного напряжения от выпрямленного тока при фиксированных значениях угла a (рисунок 1.28).

 

 

 

Рисунок 1.28 – Внешние характеристики

Рисунок 1.27 – Характеристика управления

 

Трехфазные управляемые выпрямители являются выпрямителями средней и большой мощности.

Рассмотрим работу таких выпрямителей на примере двух схем:

- схема трехфазного выпрямителя с нулевым (или нейтральным) выводом (рисунок 1.29);

- схема трехфазного мостового выпрямителя (рисунок 1.32).

Такой выпрямитель обычно работает на активно-индуктивную нагрузку. Длительность работы тиристоров определяется углом управления a, значение которого задается импульсно-фазовым блоком управления (ИФБУ).

Изменение угла a приводит к изменению средних значений выпрямленного напряжения U_нср и I_нср тока. Это видно на временных диаграммах при индуктивной нагрузке L_н = 0 (рисунок 1.30).

 

 

Рисунок 1.29 – Схема трехфазного выпрямителя с нулевым (или нейтральным) выводом

Рисунок 1.30 – Временные диаграммы трехфазного выпрямителя с нулевым выводом

 

 

При угле управления a < p / 6 выпрямленный ток i_н имеет непрерывный характер и каждый тиристор открыт в течение времени, соответствующего углу 2 / 3p.

При угле управления a > p / 6 в выпрямленном токе i_н появляются паузы.

Рисунок 1.31 – Характеристика управления трехфазного выпрямителя

Характеристика управления трехфазного выпрямителя показана на рисунке 1.31, откуда видно, что при
L_н = 0 среднее значение выпрямленного напряжения равно нулю при a = 1500. Если трехфазный выпрямитель работает на нагрузочное устройство с индуктивным сопротивлением L_н = ¥, то напряжение на нагрузочном устройстве становится равным нулю при угле управления a = 90°. Характеристики управления при L_н ¹ 0 L_н ¹ ¥ располагаются между этими двумя предельными характеристиками. Нагрузочный ток i_н при L_н = ¥ будет сглаживаться и иметь непрерывный характер при a > p / 6.

Рассмотрим схему трехфазного мостового управляемого выпрямителя. В него входят шесть тиристоров. Тиристоры VS1, VS2, VS3 объединены в катодную группу, а тиристоры VS4, VS5, VS6 – в анодную группу. Также как и в неуправляемом выпрямителе здесь одновременно работают два тиристора: один из анодной группы, другой – из катодной. При этом управляющий сигнал, подаваемый на тиристор катодной группы, опережает на 180° сигнал, поступающий на тиристор анодной группы.

Рисунок 1.32 – Схема трехфазного мостового выпрямителя

Характеристики управления выглядят также, как для выпрямителя с нулевым выводом. Отличие лишь в том, что предельным углом управления, при котором U_нср = 0, является угол a = 120°. Внешние характеристики трехфазных управляемых выпрямителей имеют такой же вид, как внешние характеристики неуправляемых выпрямителей.