Как было показано в § 13.1, функции согласования уровня и частоты, а также стабилизации среднего за период значения выходного напряжения могут быть выполнены в одном устройстве. Примером такого устройства являются управляемые (регулируемые) выпрямители с применением тиристоров, транзисторов или других управляющих приборов.
Однополупериодный тиристорный управляемый выпрямитель. Сущность работы тиристорного управляемого выпрямителя рассмотрим на примере простейшей однополупериодной схемы (рис. 13.24, а). Схема управления тиристором VD формирует на его управляющем выводе импульс напряжения, сдвинутый относительно момента Uвх=0 на некоторый угол а, называемый углом включения. Этот импульс при условии Uвх больше 0 включает тиристор.
При активной нагрузке Rn тиристор VD автоматически выключается в тот момент времени, когда его напряжение приближается к нулю. Таким образом, при наличии сигнала управления длительность включенного состояния тиристора определяется выражением
(13.42)
где Т- период колебания входного напряжения Uвх.
С учетом сказанного, для среднего значения напряжения на нагрузке можно записать
(13.43)
Например, при a=0 время tи1=Т/2 и тиристор VD полностью открыт в течение положительных полуволн питающего напряжения.
Рис. 13.24. Схема управляемого однофазного однополупериодного выпрямителя на тиристоре (а) и временные диаграммы поясняющие ее работу при различных значениях угла включения a (б, в, г)
Рис. 13.25. Схема управления тирнстором (a) и временные диаграммы, поясняющие ее работу (б)
При а=л/4 tи2=(Т/2)(3/4)=3T/8, что соответствует уменьшению времени tи1 включения тиристора на 1/4, т. е. на 25% и т.д.
Работа управляемого выпрямителя поясняется временными диаграммами, приведенными на рис. 13.24,б-г. При наименьшем угле включения тиристора а=0 (рис. 13.24,б) среднее напряжение на нагрузке Uн,ср имеет максимальное для однополупериодной схемы значение, равное Uн,сро=Um/л. При а=л/2 (рис. 13.24, г) напряжение (Uн,ср)л/2=0,5(Uн,ср)о=Um/2л, Если в режиме минимальной нагрузки обеспечить, например, угол а=л (рис, 13.24, г), а затем по мере повышения нагрузки уменьшить угол а (рис. 13.24,в), то за счет увеличения tи можно компенсировать падение напряжения на выходном сопротивлении выпрямителя и получить неизменное значение Uн,ср. Такой принцип управления тиристорным выпрямителем называют фазоимпульсным (вертикальным) и широко используют в тиристорных преобразователях различного назначения.
Схемы управления тиристором должны формировать управляющие импульсы в заданные моменты времени, соответствующие требуемым значениям угла а. При этом для надежной работы тиристора необходимы кратковременные импульсы с большой крутизной фронта. Наиболее просто эта задача решается, например, с использованием пик-генераторов на динисторе.
Простейшая схема пик-генераторного управления тиристором приведена на рис. 13.25, а. Она состоит из динисторного автогенератора релаксационных колебаний (параллельно включенные конденсатор Су и динистор VD2), служащего одновременно и формирователем кратковременных импульсов управления тиристором VD1.
В момент положительных полуволн питающего напряжения Uвх под действием тока управления iyпp начинается заряд конденсатора Су. Этот процесс продолжается до тех пор, пока напряжение Uс на конденсаторе не достигнет значения Uvd2,вкл, достаточного для переключения динистора VD2. С этого момента t=t1 (рис. 13.25,б) динистор .переходит в проводящее состояние, характеризующееся чрезвычайно низким выходным сопротивлением. В результате этого конденсатор Су разряжается через динистор VD2 на резистор Rу и управляющий переход тиристора VD1 (рис. 13.25,6). Окончание времени разряда обусловливается снижением тока динистора до величины Iвыкл. В этот момент происходит обратное переключение диистора в состояние отсечки. Конденса тор Су вновь получает возможность заряжаться током iyпp.
При изменении тока iупр (рис. 13.25,б) изменяется время заряда конденсатора Су до напряжения Uvd2,вкл и потому наблюдается сдвиг импульсов управления по времени (рис, 13.25 б). Это позволяет менять угол включения а тиристора, обеспечивая фазоимпульсный способ управления выходным напряжением.
Рассмотренный принцип управления тнристором можно использовать как для однофазных, так и многофазных выпрямительных устройств.
Рис. 13.26. Схема однофазного управляемого двухполупериодного выпрямителя на тиристорах с CLC-фильтром (а) и временные диаграммы, поясняющие ее работу (б)
Двухполупериодный тиристорный управляемый выпрямитель. Схема двухполупериодного тиристорного выпрямителя, построенная на основе двухполупериодной схемы выпрямителя со средней точкой, приведена на рис. 13.26, а. Суть регулирования в данной схеме заключается в следующем. Если на управляющие входы тиристоров постоянно подано отпирающее напряжение, то поведение схемы ничем не отличается от работы обычного двухполупериодного выпрямителя со средней точкой и среднее выходное напряжение будет определяться полученным ранее выражением (13.12): Uo=Um/л.
Если же в каждый из полупериодов управляющее напряжение будет подаваться на соответствующие тиристоры с задержкой на угол а, ко входу фильтра будет прикладываться только часть входного напряжения (рис. 13.26,6). Определим для данного случая зависимость Uи,сp=F(a):
(13.44)
Очевидно, что при изменении а от 0 до л среднее значение выходного напряжения такого выпрямителя будет соответственно изменяться от Uср,макс=2Um/л до Uср,мин=0.
В выпрямителях с трансформаторами на входе регулирование напряжения на нагрузке можно осуществлять, как показано на рис. 13.27, тиристорами, включенными в цепь переменного тока. Такие схемы весьма перспективны для выпрямителей, использующих понижающие трансформаторы, поскольку при U1 больше U2 имеем I1 меньше I2, а потому тиристорное управляющее звено VD1, рассчитанное на пониженные токи I1, получается малогабаритным, а неуправляемое диодное звено VD2 легко реализуется на практике с использованием диодов Шотки. Такое решение позволяет упростить схему и повысить КПД ИВП.
Рис. 13.27. Схема однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя с тиристорным ключом в первичной обмотке трансформатора
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
