Управляемые выпрямители

Управляемые тиристорные выпрямители используют для якорного управления двигателем независимого возбуждения. При включении в цепь переменного тока тиристор может быть открыт в положительный полупериод питающего напряжения при подаче импульса напряжения на управляющий электрод. После исчезновения управляющего напряжения тиристор остается в проводящем состоянии до тех пор, пока анодное напряжение станет равно нулю.

По принципу действия схемы делят на две группы: однополупериодные (схемы с нулевым проводом), в которых используют только одну полуволну напряжения сети, и двухполупериодные (мостовые схемы), где используют обе полуволны переменного напряжения сети.

Рис. 1.

На рис.1 показана работа простейшей однополупериодной схемы. К сети подключены нагрузка R и тиристор Т, который открывается в момент a при подаче на управляющий электрод УЭ короткого импульса с крутым фронтом. В интервал к нагрузке подводится напряжение

.

Так как нагрузка резистивная, то кривая тока повторяет кривую напряжения. В момент времени ток уменьшается до нуля и тиристор закрывается. В отрицательный полупериод тиристор заперт напряжением сети.

Рис. 2. Схемы двухфазного однополупериодного (а) и однофазного мостового (б) управляемых выпрямителей с активно-индуктивной нагрузкой и кривые

(в-е), поясняющие их работу

Процесс сложнее, если нагрузка активно-индуктивная. На рис. 2 показаны процессы для двухфазного однополупериодного и однофазного мостового управляемых выпрямителей. Отпирание тиристоров осуществляют в положительный полупериод напряжения вторичной обмотки трансформатора или путем подачи на управляющие электроды отпирающих импульсов в момент времени a для тиристоров и в момент времени для тиристора . За счет индуктивности нагрузки ток нарастает не скачком, а плавно. Когда напряжение питающей фазы проходит через нуль, ток не прекращается, а продолжает идти еще некоторое время под действием э.д.с. самоиндукции, создаваемой индуктивностью L. Тиристор закрывается в момент b, когда ток, протекающий через него, достигнет нуля. На участке от b до ток в цепи не идет.

Кривая выпрямительного напряжения при активно-индуктивной нагрузке имеет положительные и отрицательные участки, и среднее значение напряжения на нагрузке

. [1]

При уменьшении a угол b увеличивается и интервал проводимости одного тиристора может перекрыть момент отпирания другого тиристора. Наступает режим непрерывного тока, при котором .

Ток в нагрузке будет состоять из постоянной и переменной составляющих. Постоянная составляющая будет определять вращающий момент двигателя, а переменная составляющая тока будет вызывать дополнительный нагрев и потери в нагрузке. Для обеспечения режима непрерывного тока и уменьшения переменной составляющей последовательно с якорем включают дроссель L, который увеличит постоянную времени t, ухудшит динамические свойства привода.

Рис. 3. Зависимость выходного напряжения управляемого выпря­мителя, выполненного по схеме рис. 1, от угла отпирания

На рис. 3 показана зависимость выходного напряжения управляемого выпрямителя от угла отпирания. Режим непрерывного тока сохраняется при изменении a в пределах , где граничный угол является функцией t.

При угол , т.е. при большой индуктивности нагрузки регулирование напряжения эффективно при изменении a в пределах .

Для равномерной нагрузки фаз и уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения используют трехфазные управляемые выпрямители (рис. 4).

Рис. 4. Схема трехфазного однополупериодного (с нулевым проводом) управляемого вы­прямителя (а) и кривые (б – е ), поясняющие его работу

Предположим, что вентили неуправляемые, то есть пропускают ток в течение всего положительного полупериода напряжения своей фазы. Тогда тиристор под действием напряжения был бы открыт в интервале . Но на участке тиристор заперт напряжением , большим напряжения и приложенным в запирающем тиристор направлении через открытый тиристор . Также тиристор окажется запертым и на участке за счет напряжения , приложенного плюсом к катоду тиристора через открытый тиристор . Интервал проводимости тиристора на рис. 4a заштрихован. Таким образом, управлять моментом отпирания тиристора можно с , и с этого значения отсчитывают угол a подачи на УЭ управляющих импульсов. Следовательно рис. 4б соответствует и максимальное напряжение на нагрузке

[2]

Изменяя a, можно управлять средним значением напряжения на нагрузке, которое будет равно

[3]

На рис. 4 в, г показаны кривые напряжения и тока при .

Характеристика управления при активно-индуктивной нагрузке и показана на рис. 5.

Рис. 5. Зависимость выходного напряжения трехфазного управляемого выпрямителя с нулевым проводом от угла отпирания

На участке она совпадает с характеристикой, построенной на рис. 3 при .

Рассмотрим работу управляемого выпрямителя при . При . При меняет знак. Отрицательное напряжение запирает тиристоры и выходная характеристика идет по оси абсцисс.

Если нагрузка имеет собственный источник э.д.с. с полярностью, обозначенной «выпр.», то на участке среднее значение тока нагрузки

,

а на участке ток .

Если э.д.с. имеет полярность, обозначенную «инв.», может наступить инверторный режим работы выпрямителя и на участке ток , то есть ток i протекает под действием э.д.с. нагрузки, преодолевая напряжение U_ср выпрямителя. Вентили открыты, ток в них идет в проводящем направлении, энергия через трансформатор передается от нагрузки в сеть. Такой же ток идет и в схемах рис. 4, если нагрузка имеет источник э.д.с. «инверторной» полярности.