Управляемый выпрямитель

При создании управляемых выпрямителей широкое применение нашли тиристоры.

Тиристор – четырехслойный полупроводниковый прибор, в котором чередуются слои с электронной (n) и дырочной (p) проводимостью, образуя три p-n перехода П₁, П₂ и П₃. Он имеет три вывода: А - анод, К - катод, УЭ – управляющий электрод (рис.4.11 а,б). Рассмотрим свойства тиристора при отсутствии тока управления .

При подведении к тиристору напряжения в прямом направлении (на аноде – плюс, на катоде - минус) (рис.4.11 в) переходы П₁ и П₃ открыты, а переход П₂ закрыт.

Сопротивление закрытого перехода велико, поэтому ток в тиристоре мал (участок 0 – а на ВАХ рис.4.12.), и тиристор остается в закрытом состоянии. Участок 0 – а ВАХ представляет собой обратную ветвь ВАХ закрытого p-n перехода П₂.

При напряжении U_пр = U_пер (точка б на рис.4.12) происходит переключение тиристора, т.е. переход тиристора из закрытого (непроводящего) состояния в открытое (проводящее) состояние.

На участке б-в ВАХ происходит скачкообразное уменьшение прямого напряжения на тиристоре от напряжения переключения U_пер до значений 0,5…2В, так как все три p-n перехода открыты и их сопротивления малы. При дальнейшем увеличении напряжения U источника или уменьшении сопротивления R_н (рис.4.11 в) ток в тиристоре возрастает в соответствии с участком в-г ВАХ.

При уменьшении прямого тока до величины тока удержания I_уд происходит выключение тиристора, т.е. переход из открытого состояния в закрытое. При этом восстанавливается высокое сопротивление перехода П₂.

Влияние тока управления I_у на величину напряжения переключения тиристора показывает семейство кривых на рис.4.12. При достаточно большом токе управления I_у.спр ВАХ тиристора приближается к ВАХ диода с одним p-n переходом.

При подаче на тиристор обратного напряжения (на аноде – «минус», на катоде – «плюс») переходы П₁ и П₃ закрыты, а П₂ открыт. Тиристор закрыт. Обратная ветвь ВАХ тиристора аналогична обратной ветви ВАХ полупроводникового диода. Во избежание пробоя тиристора в обратном направлении необходимо, чтобы обратное напряжение было меньше .

Таким образом, тиристор имеет два устойчивых состояния: закрытое и открытое. Переход тиристора из закрытого состояния в открытое с помощью тока управления называется включением тиристора. На практике чаще всего применяется импульсный способ включения тиристора. При этом в цепь управления подается кратковременный импульс тока необходимой амплитуды и длительности.

В цепи переменного тока тиристор можно включить в любой момент положительной полуволны прямого напряжения путем подачи импульса на управляющий электрод. Выключение тиристора здесь происходит при прохождении тока через нуль. Прямой ток можно прервать размыканием анодно-катодной цепи либо кратковременным замыканием накоротко анода и катода.

Рассмотрим процессы в цепи управляемого однополупериодного тиристорного выпрямителя, диодный аналог которого приведен на рис.4.2. В управляемых выпрямителях используются, как правило, тиристоры с фазным управлением. Принципиальная схема такого выпрямителя приведена на рис.4.13 а.

На входе выпрямителя напряжение изменяется по закону (рис.4.13 б). В интервале 0 - положительной полуволны напряжения источника питания, пока не подан управляющий сигнал U_уп с блока управления БУ тиристор VD закрыт, ток в нагрузке R_н отсутствует и напряжение U_н на нем равно нулю. В момент времени t₁ (рис.4.13 б), определяемый углом управления , от блока БУ поступает импульс напряжения U_уп на управляющий электрод тиристора, он включается, и появляются ток и напряжение в нагрузкеR_н. Кривая напряжения U_н на

напряжение на нагрузочном резисторе и т.д.

Среднее за период значение выпрямленного напряжения

Изменяя величину угла от 0 до 180 , можно осуществить регулирование среднего значения выпрямленного напряжения от максимального значения, равного , до нуля.