Випрямлячі з тиристорним регулятором напруги
При розробці регульованого джерела живлення без високочастотного перетворювача розробник стикається з такою проблемою, що при мінімальній вихідній напрузі та великому струмі навантаження на регулюючому елементі стабілізатор розсіюється велика потужність. Дотепер у більшості випадків цю проблему вирішували так: робили кілька відводів у вторинної обмотки силового трансформатора і розбивали весь діапазон регулювання вихідної напруги на кілька піддіапазонів. Такий принцип використаний у багатьох серійних джерелах харчування, наприклад, УІП-2 та сучасніших. Зрозуміло, що використання джерела живлення з декількома піддіапазонами ускладнюється, також ускладнюється дистанційне керування таким джерелом живлення, наприклад, від ЕОМ.
Виходом мені здалося використання керованого випрямляча на тиристорі, тому що з'являється можливість створення джерела живлення, керованого однією ручкою установки вихідної напруги або одним керуючим сигналом з діапазоном регулювання вихідної напруги від нуля (або майже від нуля) до максимального значення. Таке джерело живлення можна буде виготовити з готових деталей у продажу.
На даний момент керовані випрямлячі з тиристорами описані і докладно в книгах по джерелам живлення, але практично в лабораторних джерелах живлення застосовуються рідко. У аматорських конструкціях вони також рідко трапляються (крім, звичайно, зарядних пристроїв для автомобільних акумуляторів). Сподіваюся, що справжня робота допоможе змінити цей стан справ.
В принципі описані тут схеми можуть бути застосовані для стабілізації вхідної напруги високочастотного перетворювача, наприклад, як це зроблено в телевізорах Електроніка Ц432. Наведені тут схеми можуть такожбути використані виготовлення лабораторних джерел живлення чи зарядних пристроїв.
Опис своїх робіт я наводжу не так, як я їх проводив, а більш-менш упорядкований. Спочатку розглянемо загальні питання, потім "низковольтні" конструкції типу джерел живлення для транзисторних схем або заряджання акумуляторів і потім "високовольтні" випрямлячі для живлення схем на електронних лампах.
Робота тиристорного випрямляча на ємнісне навантаження
У літературі описано велику кількість тиристорних регуляторів потужності, що працюють на змінному або пульсуючому струмі з активним (наприклад, лампи розжарювання) або індуктивним (наприклад, електродвигун) навантаженням. Навантаженням випрямляча зазвичай є фільтр в якому для згладжування пульсацій застосовуються конденсатори, тому навантаження випрямляча може мати ємнісний характер.
Розглянемо роботу випрямляча з тиристорним регулятором на резистивно-ємне навантаження. Схема такого регулятора наведена на рис. 1.
Тут для прикладу показаний двонапівперіодний випрямляч із середньою точкою, однак він може бути виконаний і за іншою схемою, наприклад, бруківкою. Іноді тиристори крім регулювання напруги на навантаженні U н виконують також функцію випрямляючих елементів (вентилів), однак такий режим допускається не для всіх тиристорів (тиристори КУ202 з деякими літерами допускають роботу як вентилі). Для ясності викладу припустимо, що тиристори використовуються лише регулювання напруги на навантаженні U н , а випрямлення виробляється іншими приладами.
p align="justify"> Принцип роботи тиристорного регулятора напруги пояснює рис. 2. На виході випрямляча (точка з'єднання катодів діодів на рис. 1) виходять імпульси напруги (нижня напівхвилясинусоїди "вивернута" вгору), позначені U випр . Частота пульсацій f п на виході двонапівперіодного випрямляча дорівнює подвоєній частоті мережі, тобто 100 Hz при живленні від мережі 50 Hz. Схема управління подає на керуючий електрод тиристора імпульси струму (або світла якщо застосований оптотиристор) з певною затримкою t з щодо початку періоду пульсацій, тобто того моменту, коли напруга випрямляча U випр стає рівним нулю.
Малюнок 2 виконаний для випадку, коли затримка t перевищує половину періоду пульсацій. У цьому випадку схема працює на ділянці хвилі синусоїди, що падає. Чим більша затримка моменту включення тиристора, тим менше вийде випрямлену напругу U на навантаженні. Пульсації напруги на навантаженні U згладжуються конденсатором фільтра C ф . Тут і далі зроблено деякі спрощення при розгляді роботи схем: вихідний опір силового трансформатора вважається рівним нулю, падіння напруги на діодах випрямляча не враховується, не враховується час включення тиристора. При цьому виходить, що підзаряд ємності фільтра C ф відбувається як би миттєво. В реальності після подачі імпульсу, що запускає на керуючий електрод тиристора заряд конденсатора фільтра займає деякий час, який, однак, зазвичай набагато менше періоду пульсацій Тп.
Тепер уявімо, що затримка моменту включення тиристора t з дорівнює половині періоду пульсацій (див. рис. 3). Тоді тиристор включатиметься, коли напруга на виході випрямляча проходить через максимум.
У цьому випадку напруга на навантаженні U н також буде найбільшою, приблизно такою ж, як якщо б тиристорного регулятора в схемі не було (нехтуємо падінням напруги на відкритому тиристорі).
Тут ми і стикаємося зпроблемою. Припустимо, що ми хочемо регулювати напругу на навантаженні майже від нуля до найбільшого значення, яке можна отримати від наявного силового трансформатора. Для цього з урахуванням зроблених раніше припущення потрібно подавати на тиристор імпульси, що запускають ТОЧНО в момент, коли U випр проходить через максимум, тобто t з = T п /2. З урахуванням того, що тиристор відкривається не миттєво, а підзарядка конденсатора фільтра C ф також вимагає деякого часу, імпульс, що запускає, потрібно подати кілька РАНШЕ половини періоду пульсацій, тобто t з