1.4 Однофазный управляемый выпрямитель с нулевым выводом трансформатора

Регулирование величины выходного напряжения выпрямителей может осуществляться трансформатором с отпайками на вторичной стороне или автотрансформатором. Или, например, введением подмагничиваемых постоянным током дросселей насыщения в первичной или вторичной обмотке трансформатора. Такие регуляторы напряжения при своей простоте имеют недостатки: низкий к.п.д., большую массу, габариты и стоимость.

Значительно более широкое применение для регулирования напряжения на нагрузке получил фазовый способ, основанный на управлении во времени моментом отпирания тиристоров. Если во всех схемах выпрямления рассмотренных раньше выпрямительные диоды заменить на тиристоры и подавать на их управляющий электрод сигнал управления то получим схемы управляемых выпрямителей. Управляемые выпрямители выполняют сразу две функции:

1) преобразуют энергию переменного тока в энергию постоянного тока;

2) регулируют среднее значение выпрямленного напряжения от U_d0 до 0 при увеличении угла регулирования α.

U_d0 ‑ значение выпрямленного напряжения при угле регулирования α=0, т.е. среднее значение выпрямленного напряжения неуправляемого выпрямителя.

α – угол регулирования, соответствует моменту подачи отпирающего импульса на управляющий электрод тиристора. Откладывается от точки естественной коммутации, т.е. от того момента, в который открылся бы диод в неуправляемой схеме.

1.4.1 Работа однофазного управляемого выпрямителя на активную нагрузку

Принципиальная схема однофазного управляемого выпрямителя с нулевым выводом трансформатора приведена на рисунке 1.4.1.

Рис. 1.4.1

Пусть на входе выпрямителя действует положительная полуволна напряжения сети, полярность напряжения указана на рисунке. На интервале 0 – t₁ тиристоры VS₁, VS₂ закрыты, напряжение на выходе выпрямителя U_d = 0, рисунок 1.4.2. К тиристорам прикладывается суммарное напряжение двух вторичных обмоток трансформатора (к VS₁ – в прямом направлении, к VS₂ – в обратном). Если сопротивления тиристоров в непроводящем состоянии считать одинаковыми, то на интервале 0 – t₁ напряжение на тиристоре будет определятся величиной (U₂₁ + U₂₂)/2=U₂. В момент времени t₁ на управляющий электрод тиристора VS₁ поступает отпирающий импульс. В результате к нагрузке подключается напряжение U₂₁. На интервале t₁ – t₂ через нагрузку протекает ток. В момент времени t₂=π ток тиристора VS₁ становится равным нулю и он закрывается. На интервале t₂ – t₃ оба тиристора закрыты. В момент t₃ подается отпирающий импульс на тиристор VS₂. Отпирание этого тиристора подключает к нагрузке вторичное напряжение U₂₂, при этом к тиристору VS₁ подключается напряжение двух обмоток трансформатора равное 2U₂. Максимальное обратное напряжение равно . В момент времени t4 в результате изменения полярности напряжения U₂₂ закрывается тиристор VS2, в дальнейшем процессы повторяются.

Рис. 1.4.2

Ток первичной обмотки трансформатора связан со вторичными токами коэффициентом трансформации трансформатора и имеет паузы на интервалах α. Его первая гармоника имеет фазовый сдвиг в сторону отставания относительно напряжения питания.

Рис. 1.4.3

При увеличении угла α среднее значение выпрямленного напряжения уменьшается, рисунок 1.4.3. Зависимость напряжения U_d от угла α называется регулировочной характеристикой, рисунок 1.4.4. Регулировочная характеристика при чисто активной нагрузке ( ) определяется выражением:

.

Рис. 1.4.4

Диапазон регулирования при чисто активной нагрузке для однофазных схем составляет .