Однотактные управляемые и неуправляемые выпрямители. Общие сведения

В ряде практических случаев устройства выпрямления должны обеспечивать кроме выпрямления еще и регулирование выходного напряжения. Функции выпрямления и регулирования электрической энергии, поступающей от источника первичного питания в цепь нагрузки, могут быть совмещены при использовании управляемых вентилей – тиристоров.

Специфика тиристора заключается в его частичной управляемости. Для перевода тиристора из закрытого (непроводящего) состояния в открытое (проводящее) достаточно подать напряжение на его управляющий электрод. После снятия напряжения управления тиристор продолжает находиться в открытом состоянии. Для выключения тиристора (перевода в непроводящее состояние) необходимо либо уменьшить величину анодного тока практически до нуля (его величина должна быть меньше тока выключения) или обеспечить отрицательную полярность напряжения на его аноде.

Регулирование выходного напряжения выпрямителя можно осуществить, управляя моментом включения тиристора. Это происходит при подаче управляющего сигнала с запаздыванием на угол α относительно начала положительной полуволны напряжения на аноде тиристора.

Напряжение на нагрузке увеличивается при уменьшении угла α и уменьшается при увеличении α. Регулирование выпрямленного напряжения достигается изменением фазы управляющих импульсов. При этом тиристор работает в ключевом режиме с малыми энергетическими потерями.

Тиристоры являются силовыми полупроводниковыми приборами, отличаются высокими значениями коэффициентов усиления по току управления (более 1000), а также большими значениями рабочих токов и напряжений. Принципы построения управляемых выпрямителей аналогичны принципам построения неуправляемых.

Все известные схемы неуправляемых выпрямителей могут быть наделены функциями регулирования, если в качестве электрических вентилей использовать управляемые – тиристоры. Схемы выпрямления с использованием тиристоров не отличаются от аналогичных схем с использованием неуправляемых вентилей – диодов.

При использовании управляемых выпрямителей в стабилизаторах целесообразно обеспечивать их функционирование при достаточно малом диапазоне изменения угла регулирования. При увеличении угла регулирования увеличивается коэффициент пульсаций. Это приводит к увеличению объема и массы выходного сглаживающего фильтра. Двухтактные мостовые выпрямители с половинным числом управляемых вентилей характеризуются большей габаритной мощностью трансформатора и увеличенным коэффициентом пульсаций выходного выпрямленного напряжения. Использование таких схем по сравнению с полностью управляемыми оправданно только при малых диапазонах изменения угла регулирования и некритичности к увеличению пульсаций напряжения в цепи нагрузки.

Однотактные – однофазные (рис. 1.6, а, б) и трехфазные (рис. 1.6, в, г) схемы тиристорных выпрямителей приведены с нагрузками активного и индуктивного характера.

а)
б)
в)
г)
Рисунок 1.6 – Схемы однотактных тиристорных управляемых выпрямителей: однофазных (а и б) и трехфазных (в и г)

Трехфазную однотактную схему выпрямления можно рассматривать как сочетание трех однофазных однотактных выпрямителей, работающих на общую нагрузку, на входные цепи которых воздействует совокупность трех однофазных э. д. с. с одинаковой частотой со сдвигом относительно друг друга на одну треть периода (угол 120º). При этом вместо трехфазного трансформатора TV1, как показано на рис. 1.6, в, г, может быть использована трансформаторная группа, состоящая из трех одинаковых однофазных трансформаторов. Каждая из схем содержит блок выпрямления БВ, состоящий из тиристора VS1для однофазных схем (см. рис. 1.6, а, б) или VS1 …VS3 – для трехфазных схем. Аноды тиристоров трехфазных выпрямителей подключены к соответствующим началам a, b, с обмоток низшего напряжения, а катоды объединены в единую точку (рис. 1.6, в, г).