Тиристорные выпрямители

2011 г.

Общая часть

Тиристор – это 3-х электродный элемент с 4-х слойной структурой p-n-p-n, имеющий анод А, катод К и управляющий электрод УЭ (рис.1). Большая часть тиристоров выпускается промышленностью на отпирание при подаче на управляющий электрод с анода (ключ К1) или относительно катода

(U_{ИМП.ВКЛ}.) положительного напряжения.

Рис.1Схема коммутации тиристора при постоянном токе источника

Запирание такого элемента происходит при размыкании рабочей цепи (ключ К2) или при уменьшении тока в рабочей цепи до величины, меньшей тока удержания тиристора.

В последнее время большое распространение получили тиристоры с оптической развязкой по цепи управления и особенно – с использованием изолированного затвора (Gate) в этой цепи (тиристоры IGCT).

Рис.2. Графическое обозначение IGCT

Недостаток тиристоров: сравнительно низкая частота коммутации - единицы кГц.

Достоинства:

- при малых токах управления (до 0,1-0,3 А) рабочий ток в силовой цепи А-К может быть до 10кА;

- обратное напряжение – до нескольких кВ (например, 25 класс -2500 В);

- скорость нарастания тока в рабочей цепи – до 10³ А/мкс, напряжения – до 10³ В/мкс.

Часть I

Однофазный мостовой тиристорный выпрямитель.

Наибольшее применение тиристоры нашли в схемах выпрямления и регулирования выходного напряжения сетевых источников электропитания при изменении напряжения питающей сети и токов нагрузки.

Принцип регулирования заключается в отпирании каждого тиристора при положительном для него полупериоде в определенный момент времени, что приводит к поступлению через него в нагрузку только части напряжения и тока в этот период.

В качестве примера рассмотрим схему однофазного мостового выпрямителя, в котором два диода заменены на тиристоры VS1 и VS2 (рис.3).

Рис.3. Схема однофазного тиристорного выпрямителя

Такая схема помимо выпрямления обеспечивает регулирование выходного напряжения за счет задержки τ =R∙С на поочередное отпирание тиристоров в каждом полупериоде. Изменение действующего напряжения на нагрузке можно выразить также через угол α (рис.4)от началаполупериода до моментаотпирания тиристора. Величина αв градусах зависит от значенийрезистора R и конденсатора С, изменяяcь по данной схеме за счет спаренных переменных резисторов R1, R2 от нескольких градусов примерно до 90⁰ с учетом того, что половина периода выпрямленного напряжения составляет 180⁰ .

Запирание тиристоров происходит в конце каждого полупериода при переходе напряжения и тока через ноль, когда ток через тиристор становится меньше его тока удержания.

Рис. 4. Графики изменений: а – напряжения с выхода вторичной обмотки трансформатора; б – тока в этой обмотке трансформатора;

в – напряжения и тока на нагрузке

Среднее выпрямленное значение напряжения на нагрузке можно определить через угол регулирования α:

U_Нср =( 2/ )U_2ВХmax (1+ cos α )/2, (1)

где U_2ВXmax – амплитуда напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Порядок выполнения 1-й части работы.

1. Собрать схему однофазного мостового выпрямителя согласно рис.2, подключив к одной диагонали моста выпрямителя выход трансформатора однофазной сети левой платы стенда, а к другой диагонали – нагрузку правой платы стенда.

2. По осциллографу определить изменение угла αручкой регулировки переменных резисторов (4 значения) в зависимости от изменения сопротивления нагрузки (4 значения), записывая при этом показания всех 4-х цифровых приборов.

3. По полученным данным определить диапазон регулировки выходного напряжения при каждой нагрузке.

Часть II