Управляемые выпрямители для регулирования среднего значения напряжения Ud на нагрузке

Управляемые выпрямители

   В большинстве случаев выпрямительные установки должны обеспечить возможность плавного регулирования среднего значения напряжения Ud на нагрузке.

   Возможные варианты регулировки Ud:

 

Рисунок ?

1) Можно регулировать Ud в ст. напряжении. Регулируя коэффициент деления напряжения ОС.

 

Рисунок ?

Недостатки: низкий КПД – можно использовать только в маломощных БП.

2) - изменяя U2 -> var; n – коэффициент трансформации

 

Рисунок ?

Недостатки:

- гальваническая связь с питающей сетью.

- сложность (не наглядность) автотрансформатора.

- проблематичность автоматического регулирования напряжения.

3) Более широкие возможности дает применение в выпрямителях управляемых вентилей – тиристоров.

 

Рисунок ?

Рассмотрим работу управляемых выпрямителей на примере однофазной двухполупериодной схемы выпрямителя со средней точкой.

    Эту схему иногда называют двухфазной т.к. процесс выпрямления связан с работой двух источников ЭДС U2’ и U2’’ смещенных во времени на 180.

Если бы в схеме использовались неуправляемые вентили, они включались бы в VD1 в момент времени t0, VD2 – t2. Эти моменты времени называют точками естественной коммутации.

 

Рисунок ?

 

Рисунок ?

 

Рисунок ?

В общем случае выпрямленной напряжение определяется интегрированной кривой выпрямленного напряжения:

.

    Применение управляемых вентилей позволяет изменить кривую выпрямленного напряжения.

    Введем задержку на включение и импульс управления подадим соответственно на VS1 в момент времени t1 на VS2 – в момент времени t3.

Время задержки обеспечивается  т.е.к. и представляется в эл. градусах. Его называют углом управления и обозначают .

И тогда среднее значение выпрямленного напряжения определяется по формуле:

.

Для двухполупериодных схем m=2:

Действующее значение тока через вентиль:

;

 где k_ф – коэффициент формы:

.

Действующее значение тока первичной обмотки :

n - коэффициент трансформации.

.

Расчётная мощность трансформатора тоже будет зависеть от угла управления: .

   Как видно из выше изложенных соотношений угол оказывает существенное влияние на условия работы основных элементов: трансформатора, тиристора. Поэтому при проектировании устройства расчет элементов производится из работы схемы с максимальным значением угла .

Рассмотрим работу схемы на активно-индуктивную нагрузку с углом управления .

Наличие индуктивности в цепи нагрузки приводит к тому, что после прохождения напряжения U2 через ноль, через находящийся в проводящем состоянии вентиль будет протекать ток под действием противоЭДС Ld. До момента включения второго тиристора.

 

Рисунок ?

В моменты времени t0 – t1, t2 – t3 при наличии положительного напряжения ток протекает в обратном направлении, осуществляется рекуперация энергии. В результате среднее значение выпрямленного напряжения будет меньше чем при работе на активную нагрузку.

    Определим среднее значение выпрямленного напряжения:

,

.

 Из этого выражения видно, что при : .

    В этом случае площади положительного и отрицательного участков становятся равными, накопленная в индуктивности энергия полностью отдается в сеть. Это возможно при XL>>Rd. Таким образом, дальнейшее увеличение угла  не имеет смысла.

 

Рисунок 12

 

Рисунок 13

Мостовая схема выпрямления с управляемым вентилем.

Таблица ?

 

a – симметричная схема с полным числом управляемых вентилей;

б - симметричная схема с неполным числом управляемых вентилей;

в – несимметричная схема;

г – может быть как симметричная так и не симметричная.

Рисунок ?