Однофазні керовані випрямлячі
Найпростішою схемою випрямляча є однофазна однонапівперіодна схема. Випрямлячі, що дозволяють регулювати величину випрямленої напруги в заданих межах, називаються керованими. Регулювати величину випрямленої напруги можна двома принципово різними способами:
1. Змінювати якимось способом величину напруги, що підводиться до випрямляча (наприклад, за допомогою автотрансформатора, ступінчасто регульованих трансформаторів, дроселів насичення та ін.).
2. Використовувати у випрямлячах властивості керованих вентилів (з повною або частковою керованістю).
Найбільшого поширення техніки отримали керовані випрямлячі, які стосуються другої групі. Їхньому розгляду і буде присвячений цей розділ.
2.1.Однонапівперіодний керований випрямляч
Найпростіша схема однофазного однополуперіодного керованого випрямляча представлена на рис. 4.1а. Трансформатор Т грає подвійну роль: він служить для подачі на вхід випрямляча напругиU2, що відповідає заданій величині випрямленої напруги Ud і забезпечує гальванічну розв'язку ланцюга навантаження та мережі живлення.
Як силовий вентиль у цій схемі випрямлення використовується тиристор (вентиль з частковою керованістю). Принципово тут можна використовувати повністю керований вентиль (транзистор або двоопераційний тиристор), властивості останніх дозволяють їх використовувати тільки вентильні перетворювачі порівняно невеликої потужності. Перетворювачі середньої та великої потужності зазвичай будуються на тиристорах.
Мал. 4.1. Схеми однофазних керованих випрямлячів
Як відомо, для переведення тиристора у провідний стан необхідно виконання одночасно двох умов: наявністьпозитивного потенціалу на аноді щодо катодаUак; наявність у ланцюзі управління струмуiу, достатнього для включення тиристора при даній величиніUак. Формування струму керування здійснюється спеціальним пристроєм (системою керування) (СУ). Надалі у всіх схемах управління вентильних перетворювачів система управління матиме на увазі, але на малюнках не зображуватиметься.
Завдяки односторонній провідності тиристора струм у ланцюзі навантаження протікатиме лише протягом однієї половини періоду напруги на вторинній обмотці трансформатора, що визначає і назву цієї схеми. Співвідношення між основними параметрами знайдемо за таких припущень:
1. Активним та індуктивним опорами обмоток трансформатора нехтуємо.
2. Навантаження має суто активний характер.
3. ТиристорVSідеальний.
4. Током намагнічування трансформатора нехтуємо.
5. Напруга обмотки трансформатора синусоїдально:
u2= .
Нехай у позитивний напівперіод напругиu2система управління СУ формує сигнал на включення тиристора зі зсувом по фазі на кут α щодо точки 0. Тоді при припущеннях, прийнятих раніше, струм у навантаженні протікатиме на інтервалі (α. π) під дією випрямленої напругиUd(рис. 4.2б).
У точці π тиристор закриється, оскільки полярність напругаu2 зміниться на протилежну, і знову тиристор зможе відкритися тільки в точці (2π+α) (рис. 4.2б),коли система керування знову подасть сигнал на його включення.
Мал. 4.2. Тимчасові діаграми
Постійна складова випрямленого н при цьому
.
Кут α,на який запізнюється включення тиристораVSщодо точки природної комутації називається кутом управління або кутом включення тиристора.
З рис. 4.2 слід, що у керованому випрямлячі до тиристору, крім зворотного (запирающего) напруги, прикладається ще й пряма напруга на ділянці [0. (2π + α)]:
Uаmax=.
В окремому випадку, при α = 0 всі електромагнітні процеси керованих випрямлячів та основні розрахункові співвідношення аналогічні для відповідних схем некерованих випрямлячів.
2.2.Двонапівперіодний керований випрямляч із середньою точкою
Найпростіша схема однофазного двонапівперіодного керованого випрямляча з нульовим висновком (з середньою точкою) представлена на рис. 4.1б.
На рис. 4.3 наведено часові діаграми напруги, що пояснюють роботу однофазного керованого випрямляча з середньою точкою при чисто активному навантаженні та вугіллі управління a = 45 0 .
uda – випрямлена напруга на навантаженні;
При зміні кута a змінюватиметься час роботи тиристорів і відповідно величина випрямленої напруги, середнє значення якого визначатиметься виразом
,
деUd0 – напруга холостого ходу при a=0.
ЗалежністьUda=ƒ(a) називається регулювальною характеристикою. Регулювальна характеристика схеми для випадку суто активного навантаження представлена на рис. 4.4.
При збільшенні струму навантаженняIdвихідна напругаUda випрямляча зменшуватиметься внаслідок падіння напруги на активному опорі обмоток трансформатора та відкритому тиристорі.
ЗалежністьUda=ƒ(Ida) називається зовнішньою характеристикою керованого випрямляча. Наприклад, на рис. 4.5 наведено зовнішні характеристики при різних значеннях a,нахил яких залишається незмінним, т.к. втрати напруги у випрямлячі не залежать від кута управління α.