1.6 Выпрямители с несимметричным и ступенчатым регулированием выходного напряжения
1.6.1 Выпрямители с нулевым вентилем
Рис. 1.6.1.
В однофазной
мостовой схеме, рисунок 1.6.1, а,
ток через основные вентили VS1,
VS4 проходит
только до момента смены полярности
вторичного напряжения, рисунок 1.6.2.
Во время интервала угла регулирования
α энергия, запасенная в индуктивности
нагрузки, замыкается через нулевой диод
VD0. VD0
шунтирует нагрузку и на некоторое время
разгружает выпрямитель и питающую сеть
от тока нагрузки, при этом уменьшается
действующие значение тока потребляемого
из сети, и уменьшается отставание тока
от приложенного напряжения в два раза,
т. е. на угол
.
Рис. 1.6.2
В трехфазной
схеме, рисунок 1.6.1, б, VD0
работает только при
.
В кривой выпрямленного напряжения Ud,
в отличие от схемы полностью управляемого
выпрямителя, отрицательные участки не
появляются, что расширяет диапазон
регулирования до 120 эл. град. и увеличивает
коэффициент мощности.
Выпрямители с нулевым вентилем делают невозможным изменение направления мгновенной мощности, в связи, с чем применяются только в тех случаях, когда не требуются реверс напряжения на нагрузке и рекуперация энергии в сеть.
1.6.2 Полууправляемые выпрямители
При замене части тиристоров диодами в схемах полностью управляемых мостовых выпрямителей получаются схемы несимметричных полууправляемых выпрямителей, в которых диоды служат только для выпрямления напряжения, а тиристоры для выпрямления и регулирования. Замена части тиристоров диодами удешевляет и упрощает выпрямитель, за счет удешевления вентильного блока и уменьшения количества каналов управления. На рисунке 1.6.3 показаны два варианта схемы однофазного мостового полууправляемого выпрямителя.
Рис. 1.6.3.
В первом варианте, рисунок 1.6.3, а, управляемые вентили катодной группы включаются с углом задержки , а неуправляемые вентили анодной группы – в точках естественной коммутации. В результате этого на интервале, определяемом углом , оказываются проводящими два последовательно включенных вентиля одного плеча (VS1, VD1 или VS2, VD2), что приводит к замыканию через них тока нагрузки и обесточиванию трансформатора аналогично замыканию тока нагрузки через нулевой вентиль в выпрямителе с нулевым вентилем. Соответственно, осциллограммы выпрямленного напряжения и зависимость входного коэффициента мощности от степени регулирования такие же в выпрямителе с нулевым вентилем. Особенностью этой схемы является невозможность отключения выпрямителя путем снятия управляющих импульсов при работе на активно-индуктивную нагрузку. Если снять импульсы управления в момент, проводящего состояния вентиля VS1, то при положительной полуволне вторичного напряжения ток нагрузки будет протекать через вентили VS1 и VD2, а при отрицательной будет замыкаться через VD1 и VS1, выполняющие функции нулевого диода, рисунок 1.6.4. Таким образом, вентиль VS1 постоянно будет проводить ток и не сможет восстановить свои запирающие свойства. Для отключения такой схемы необходимо либо организовать перевод выпрямителя в режим прерывистого тока с помощью увеличения угла управления либо ввести в схему нулевой вентиль.
Рис. 1.6.4.
Указанный недостаток отсутствует во втором варианте однофазного мостового полууправляемого выпрямителя, рисунок 1.6.3, б. Так как одно плечо выполнено на диодах, на интервале работы этого плеча в режиме нулевого вентиля, тиристоры другого плеча успевают восстановить запирающие свойства. Недостатками этой схемы являются: неравномерность загрузки управляемых и неуправляемых вентилей, необходимость двух развязанных каналов управления.
Рис. 1.6.5.
Режим работы схемы трехфазного полууправляемого выпрямителя, рисунок 1.6.5, различен при <60 и >60 градусов.
При <60 схема не дает выигрыша в коэффициенте мощности по сравнению с полностью управляемой схемой, т.к. уменьшение отставания потребляемого тока от питающего напряжения сопровождается ухудшением его формы, рисунок 1.6.6.
При >60 кривая выпрямленного напряжения имеет площадки нулевого напряжения, вследствие того, что во время этих интервалов два последовательных вентиля плеча выполняют функцию нулевого диода, рисунок 1.6.5. Что увеличивает коэффициент мощности даже больше чем в полностью управляемом трехфазном мостовом выпрямителе с нулевым вентилем. Во всем диапазоне изменения α среднее значение выпрямленного напряжения описывается одним выражением:
.
Рис. 1.6.6.
Существенными недостатками несимметричных трехфазных выпрямителей по сравнению с симметричными являются: в два раза меньшая частота пульсаций основной гармоники выпрямленного напряжения, невозможность отключения выпрямителя простым снятием управляющих импульсов, невозможность изменения полярности напряжения на нагрузке и рекуперации энергии.