1.5. Деякі визначення

Розглядатимемо електромагнітні процеси в перетворювачі в кутових координатах

Кут, при якому вмикається некерований вентиль, називається точкою природного включення.

Кут вмикання керованого вентиля відносно точки природного ввімкнення називається кутом керування (включення, регулювання, запалення).

Середнє значення, або постійна складова струму (напруги) – це площа між кривою струму (напруги) і віссю абсцис, усереднена на період повторюваності

Діюче значення змінного струму – це таке значення постійного струму, який, протікаючи протягом періоду частоти по даній ділянці ланцюга, виділяє таку ж кількість тепла, що і шуканий змінний струм.

Кількість теплоти, що виділяється постійним струмом

Кількість теплоти, що виділяється змінним струмом

Має виконуватися умоваQ== Q~ .

Звідки

Так як U=IR, тоді

Приймемо також, що некерований випрямляч є окремим випадком керованого випрямляча при α = 0.

1.6. Тиристор у якості логічного ключа

Тиристор - це напівпровідниковий прилад з трьома і більш р-n переходами, вольт-амперна характеристика якого має ділянку з негативним диференціальним опором і який використовується для перемикання.

Схема діодного тиристора:

А) структура діодного тиристора; б) зонна діаграма

Вольт-амперна характеристика діодного тиристора, приведена на рисунку, має декілька різних ділянок. Прямий зсув тиристора відповідає позитивній напрузі VG, що подається на перший p1-эмиттер тиристора.

Ділянка характеристики між точками 1 і 2 відповідає закритому стану з високим опором. В цьому випадку основна частина напруги VG падає на колекторному переході П2, який зміщений у зворотному напрямі. Емітерні переходи П1 і П2 включені в прямому напрямі. Перша ділянка ВАХ тиристора аналогічний зворотній гілці ВАХ p-n переходу.

Досягши напруги VG, званого напругою включення Uвкл, або струму I, званого струмом включення Iвкл, ВАХ тиристора переходить на ділянку між крапками 3 і 4, відповідний відкритому стану (низький опір). Між крапками 2 і 3 знаходиться перехідна ділянка характеристики з негативним диференціальним опором, не спостережувана на статичних ВАХ тиристора.

VG - напруга між анодом і катодом; Iу, Vу - мінімальний утримуючий струм і напруга; Iв, Vв - струм і напруга включення

Умовне позначення та схема заміщення тиристора

Тиристор відкривається (ключ замикається) за наступних умов:

- u_D()≥0 – напруга на тиристорі більше нуля;

- до керуючого контакту підведений сигнал керування.

Тиристор вимикається (ключ розмикається), коли:

- i_T()0 – струм аноду тиристора переходить через нуль в негативному напрямі.

1.7. Однофазний однонапівперіодний випрямляч

1.7.1. Робота однофазного однонапівперіодного випрямляча на активне навантаження.

Режим: L_a= 0, L_d= 0,=0

- максимальне значення випрямленого струму і струму вентиля.

- напруга навантаження

Середнє значення випрямленої напруги

Середнє значення випрямленого струму та струму вентиля

.

Діюче значення струму вентиля дорівнює діючому значенню струму вторинної обмотки трансформатора

Максимальна зворотна напруга

.

Визначимо 1-шу гармоніку U_d и i_d

Це парна функція.

Тоді

Діюче значення випрямленої напруги:

Коефіцієнт пульсацій u_d по 1-шій гармоніці.

Коефіцієнт пульсацій u_d

.

Діюче значення ЭРС вторинної обмотки

Миттєве значення i₁ визначимо з умови магнітної рівноваги трансформатора по змінній складовій за умови, що постійна складова в первинну обмотку не передається.

Тоді

Визначимо діюче значення i₁

Визначимо потужності обмоток трансформатора.

Для вторинної обмотки повна потужність

де P_d – потужність постійних складових випрямленої напруги U_d та випрямленого струму I_d.

Для первинної обмотки:

Типова потужність

Активна потужність випрямленого струму

т.ч.P_ad > P_dприблизно у 2,5 рази, що єпричиною збільшення трансформатора. У сердечнику трансформатора за рахунок постійної складової струму вторинної обмотки створюється додатковий постійний магнітний потік, який пронизує сердечник. Це явище називається вимушеним намагніченням трансформатора. В результаті насичення струм, що намагнічує, зростає у декілька разів, із-за чого необхідно збільшити перетин дроту первинної обмотки і розміри трансформатора. До збільшення розмірів трансформатора приводить і те, що K_p<1 за рахунок коефіцієнта спотворень, який менше 1 з-за вищих гармонійних складових кривої струму i₁.