Основные понятия и определения электроники. Компонентная база электроники, страница 30

          Ud     U_d

                                 a                                                                    a = 90º                                    

Рис. 8.10. Диаграмма выходного напряжения управляемого двухполупериодного выпрямителя при активной нагрузке

Углом управления тиристора a называется электрический угол запаздывания подачи управляющего импульса от начала появления на тиристоре прямого напряжения. Изменяя угол a, изменяется среднее выпрямленное напряжение U_d . При активной нагрузке эта зависимость выражается формулой

                                                Ud = Ud0 1+ cosa ,                               (8.5)

2

где U_d0 – среднее выпрямленное напряжение при a= 0.

Угол a в однофазных выпрямителях может изменяться в пределах от 0 до 180º. При a =180º выходное напряжение U_d = 0.

Для трехфазных управляемых выпрямителей процессы коммутации тиристоров протекают аналогично, но, в отличие от однофазных выпрямителей, у них угол a изменяется в пределах 120º. Причем в мостовых схемах выпрямления каждый тиристор за период открывается два раза по 60º. Например, тиристор в фазе А сначала открывается в паре с тиристором в фазе В, а затем с тиристором в фазе С.

Если нагрузка на выпрямитель имеет большую индуктивность, например электродвигатели, то момент закрытия тиристора не совпадает с моментом перехода через нуль напряжения U_d . На рис 8.11 приведена диаграмма коммутации тиристора при индуктивной нагрузке.

Рис. 8.11. Структурная схема управляемого выпрямителя и его диаграмма выходного напряжения при индуктивной нагрузке

После момента открытия тиристора ток в нагрузке плавно нарастает, что соответствует накоплению энергии в индуктивности. При спаде тока эта энергия отдается обратно. В этом режиме на индуктивности появляется ЭДС самоиндукции с обратной полярностью, которая создает прямой ток  в открытом тиристоре, и индуктивность становится источником питания. Открытый тиристор не закрывается, в результате чего ток продолжает протекать через нагрузку и после перехода напряжения сети через нуль. Однако в момент подачи управляющего импульса на следующий тиристор к первому тиристору будет приложено обратное напряжение и он закроется. По этой причине в кривой напряжения U_d появляются участки отрицательной полярности и, следовательно, среднее напряжение уменьшается значительно быстрее, чем при чисто активной нагрузке. Зависимость U_d = f (a) при индуктивной нагрузке следующая:

                                                   U_d = U_d0 cosa.                                   (8.6)

При a =90º напряжение U_d = 0 (рис. 8.11).

Мощные управляемые выпрямители применяются для питания электродвигателей постоянного тока, а также в линиях электропередачи. Характерной особенностью электропередач постоянного тока является практически мгновенное отключение коротких замыканий в сети за счет прекращения подачи управляющих импульсов на тиристоры.

8.5. Инверторы

В инверторе используется свойство обратимости преобразования энергии в управляемых выпрямителях. На рис. 8.12 изображена структурная схема инвертора, питающего трехфазный электродвигатель переменного тока М от источника постоянного напряжения Е_п.

Источник постоянного напряжения Е_п подключен к тиристорному мосту с полярностью, соответствующей прямому напряжению на тиристорах. С помощью блока управления (на схеме не показан) на управляющие электроды тиристоров подаются импульсы в последовательности, соответствующей трехфазному выпрямителю (табл. 8.1). В результате коммутации тиристоров постоянное напряжение Е_п преобразуется в переменное. Дроссели L, показанные на схеме, необходимы для сглаживания тока нагрузки при коммутации тиристоров.