Лекция № 23. Управляемые выпрямители на тиристорах

1. Лекция № 23. Управляемые выпрямители на тиристорах

2.

При эксплуатации выпрямителей бывает необходимо плавно изменять
(регулировать) значение выпрямленного напряжения. Это можно осуществлять как на
стороне постоянного, так и на стороне переменного тока.
В настоящее время для регулирования выпрямленного напряжения
применяют тиристоры.
Тиристор представляет собой полупроводниковый прибор четырехслойной
структуры, образующей три р-п перехода. Он имеет три вывода: анод А, катод К и
управляющий электрод У. Принцип его действия упрощенно можно пояснить так. При
подаче на тиристор прямого напряжения — плюс на анод, минус на катод — тиристор
закрыт, и ток через него не протекает. Перевод тиристора из закрытого состояния в
открытое осуществляется подачей на управляющий электрод У положительного
потенциала, под действием которого тиристор открывается и через него протекает
прямой ток. Открытие тиристора происходит очень быстро (15—20 мкс), что
обусловливает появление во внешней цепи большого тока. Для его ограничения
последовательно с тиристором обычно включается катушка индуктивности.
Запирающие свойства тиристора восстанавливаются лишь после уменьшения прямого
тока до нуля на время, достаточное для рассасывания носителей зарядов в области
среднего р-п перехода.
Поэтому тиристор является вентилем, в котором управляется только момент
его включения.
Управление тиристором может быть амплитудным, фазовым и импульснофазовым.

3.

Однополупериодный однофазный управляемый выпрямитель
Рис. 1 Схема однофазного
однополупериодного выпрямителя на
тиристорах
В этой схеме силовой трансформатор имеет
две вторичные обмотки: основную w1
которая служит для питания схемы
выпрямителя, и управляющую w2, с которой
снимается напряжение управления uу,
подаваемое на управляющий электрод
тиристора. Для установления требуемого
момента отпирания тиристора, т. е. угла
открытия
αт,
в
схеме
имеется
фазорегулятор, где L — дроссель насыщения.
Изменяя
индуктивность
дросселя
подмагничивающим током, регулируется
угол открытия αт, т. е. угол сдвига по фазе
между
анодным
и2
и
управляющим иу напряжением.
В
тот
момент,
когда
управляющее
напряжение оказывается положительным,
тиристор отпирается. Запирание тиристора
происходит
в
момент
появления
отрицательного потенциала U2 на аноде
тиристора. Резистор R2 ограничивает
значение тока управления.

4.

Таким образом, изменяя время
появления управляющего импульса,
изменяем угол регулирования, а
следовательно, и среднее значение
выпрямленного напряжения.
В управляемых выпрямителях процесс выпрямления
совмещен с регулированием напряжения. В них в качестве
основного элемента применяют управляемые вентили –
тиристоры.
Условия открытия тиристора :
А (+), К (-);
УЭ (+), К (-).
Тиристор закрывается при подаче обратного напряжения или
уменьшении тока через тиристор величины, близкой к нулю.
После открытия тиристора управляющий электрод теряет
свои функции.
Если к тиристору прикладывается напряжение от вторичной
обмотки (положительный полупериод), то тиристор будет
закрыт до тех пор, пока не будет подан импульс на
управляющий электрод. Как только это произойдёт, тиристор
открывается и работает, как обыкновенный вентиль. Время
от начала полупериода до открывания тиристора называется
углом регулирования α. Если α = 0, то работа выпрямителя
аналогична работе неуправляемого выпрямителя. Чем позже
от начала полупериода будет появляться управляемый
импульс, тем позже откроется тиристор , тем больше угол
регулирования α, тем меньше будет площадь импульса
выпрямленного напряжения, тем меньше будет среднее
значение выпрямленного напряжения.
Среднее значение выпрямленного напряжения может быть
определено по формуле для любого угла регулирования:
Uo = Uoα=Uн • (1 + cosα) / 2

5.

Существует два способа изменения угла регулирования:
Горизонтальный метод управления называется так потому, что с помощью фазосдвигающих
устройств смещаются управляющие импульсы по горизонтали (по оси времени).
Вертикальный метод управления. При этом методе управления, управляющий импульс появляется
тогда, когда линейное возрастающее напряжение (пилообразное) становится равным какому- то
постоянному напряжению (которое можно изменить).
Допустим, что постоянное напряжение Un, тогда в момент времени 1 напряжение пилообразное
станет равным Un1:
Рис 1. Принцип горизонтального регулирования.
Рис 2. Принцип вертикального регулирования.
В этот момент будет сформирован управляющий импульс 1. Угол регулирования равен α1. Если Un
увеличить до значения Un2, то пилообразное напряжение позже достигает этого значения,
следовательно, и позже появится управляющий импульс (в момент 2).. Угол регулирования в этом
случае увеличится.
Второй случай более точный (более стабильный α), но и более сложный. Преимуществом
регулирования напряжения является исключительно малые потери, а недостатком - повышение
пульсации, в особенности при больших углах регулирования