Содержание курса лекций по дисциплине: “Основы преобразовательной техники”, страница 14

Литература: [1], с. 331 – 337;  [3], с. 375 – 383.

Лекция № 9

Регулируемые преобразователи постоянного напряжения

1. На базе неуправляемых вентилей.
2. На базе тиристоров (управляемые вентили).

Способы регулирования напряжения:

1. Без применения управляемых вентилей

Применяется регулируемое напряжение на стороне постоянного тока (реостат, потенциометр в цепи нагрузки).

Достоинства: простота.

Недостатки: применяется только в маломощных схемах выпрямления.

2. Регулирование на стороне переменного тока

Рис.  64 - Схема применения регулирующего элемента на стороне переменного тока

Принцип действия: регулируемый элемент (РЭ) преобразует переменное напряжение сети в необходимое переменное напряжение U₂ (рис. 64). В качестве РЭ может использоваться  трансформатор с отпайками на первичной обмотке, трансформатор с короткозамкнутым витком, электромагнитные элементы. Неуправляемый выпрямитель (В) может быть выполнен по любой известной схеме выпрямления.

Недостатки:

1. Установленная мощность каждого блока равна номинальной мощности нагрузки.

3. Широтно-импульсные модуляторы ШИМ (на транзисторах)

3.1 Длительность импульса постоянная

Регулирование за счёт изменения периода следования импульсов (T-var), при этом время импульса t_и = const (рис. 65)

 

t_иT₁ßU_H1                            t_иT₂ßU_H2

Рис. 65 - Регулирование за счёт изменения периода

3.2  Длительность импульсов переменная

Регулирование за счёт изменения длительности импульсов (t_и-var), при этом период следования импульсов T = const (рис. 66).

t_и1TàU_H1                   t_и2TàU_H2

Рис.  66 - Регулирование за счёт изменения длительности импульсов

4. С применением управляемых вентилей

4.1 Принцип импульсно-фазового управления тиристорами

Рис.  67 - Структурная схема и временная диаграмма импульсно-фазового управления тиристорами

Принцип действия: предположим, что управляющие импульсы начинают поступать в моменты, когда ~u₁ положительно, тогда в нагрузку будут выдаваться положительные полуволны u₁ (рис. 67).

Угол зажигания (регулирования) a изменяется в пределах  0< a<180°.

U_Ha = U_H0 ® a = 0; U_Ha = 0 ® a = 180°.  Т.о. выпрямленное напряжение: 0 <U_H < U_H0.

4.2 Включение управляемого вентиля в цепи нагрузки

Рис.  68 - Структурная схема и временная диаграмма при включении управляемого вентиля в цепи нагрузки

Устройство схемы: управляемый вентиль VS1 включается последовательно с нагрузкой R_н. Для выпрямления переменного тока можно использовать любую схему однофазного неуправляемого выпрямителя (рис. 68).

Принцип действия: процесс регулирования выходного напряжения сводится к задержке во времени момента включения тиристора VS1 по отношению к моменту его естественного включения на угол a. Тиристор включается положительным фронтом каждого импульса и остаётся в проводящем состоянии, пока выходное напряжение не упадёт до нуля.

Диапазон применения:

1. В схемах, где напряжение пересекает ноль.
2. При работе только на активную нагрузку.

4.3 Управляемый вентиль в цепи переменного тока.

Более эффективный способ: применение управляемых вентилей на стороне переменного тока (рис. 69).

Устройство схемы: в каждую фазу включают блок, состоящий из двух соединённых встречно-параллельно обычных тиристоров или один симметричный тиристор. Для выпрямления переменного тока можно использовать любую схему трёхфазного управляемого выпрямителя.

Принцип действия: данный способ регулирования базируется на управлении действующим значением входного переменного напряжения путём изменения длительности  открытого состояния одного из включенных встречно-параллельно тиристоров в каждой фазе. Отпирание тиристоров производится с углом задержки отпирания a (рис. 70), а запирание – за счёт изменения полярности переменного напряжения питания по окончании каждого полупериода (естественная коммутация).