Цель работы

Исследование работы однофазного нулевого управляемого выпрямителя с различными типами нагрузок, изучение системы импульсно-фазового управления тиристорами.

1 Общие сведения

Управляемый выпрямитель - это статическое устройство, которое осуществляет преобразование переменного напряжения в постоянное и позволяет регулировать средневыпрямленные значения тока и напряжения в нагрузке. Управляемый выпрямитель можно получить из неуправляемого, заменив в нем диоды тиристорами, как это показано на примере однофазной нулевой схемы (рис. 1.1). В неуправляемом выпрямителе в любой момент времени открыт диод с наибольшим потенциалом анода. Переключение диодов происходит в точках естественной коммутации, в которых потенциалы анодов становятся одинаковыми (рис. 1.1а). Средневыпрямленное напряжение U­­_d определяется действующим значением вторичного напряжения трансформатора U₂ = U_2-1 = U_2-2 .

Необходимым условием отпирания тиристора, как и диода, является высокий потенциал анода, но, в отличие от диода, тиристор открывается лишь в момент прохождения импульса тока через его управляющий электрод (рис. 1.1б). Изменяя фазу импульса , которая отсчитывается от точки естественной коммутации, можно изменять длительность открытого состояния тиристора, а следовательно, и средневыпрямленные значения тока и напряжения в нагрузке. Такое управление называют импульсно-фазовым. К системам импульсно-фазового управления (СИФУ) предъявляются следующие основные требования:

• мощность импульсов тока управления должна быть достаточной для надежного отпирания тиристоров (0,2...20 Вт для выпрямителей средней и большой мощности);

• импульсы тока управления должны иметь высокую крутизну фронта и малую длительность, в течение которой анодный ток успевает достичь значения, превышающего ток удержания;

• фазы импульсов тока управления, подаваемых на тиристоры, должны быть симметричными (одинаковыми) относительно точек естественной коммутации и регулироваться во всем диапазоне, определяемом схемой выпрямления и типом нагрузки (для рассматриваемой схемы при активной нагрузке - 0...180⁰);

• необходимо обеспечить быстродействие, помехоустойчивость и надежность, которые исключали бы сбой импульсов и самопроизвольное изменение их фазы.

Наибольшее распространение на практике получили синхронные СИФУ, в которых фаза импульсов  связана с моментом прохождения сетевым напряжением нуля. При этом начало отсчета фазы может либо совпадать с этим моментом, либо быть сдвинутым относительно него на постоянную величину. Структурные схемы синхронных систем управления показаны на рис. 1.2.

Рис. 1.1. Однофазные нулевые схемы выпрямления

(а - нерегулируемая, б -регулируемая)\

Рис. 1.2. Структурные схемы синхронных СИФУ

(а - одноканальная, б - многоканальная)

В одноканальной СИФУ формирование управляющих импульсов осуществляется одним каналом управления, общим для всех тиристоров. В многоканальной СИФУ количество каналов равно числу тиристоров, и каждый из них имеет собственные ФСУ и формирователь импульсов (рис.1.2б). Симметрия импульсов обеспечивается сдвигом начала отсчета их фазы на постоянный угол. Например, в рассматриваемой однофазной нулевой схеме сдвиг для тиристоров VS1 и VS2 составляет, соответственно, 0^О и 180^О. Отсчет фазового угла  осуществляется в процессе сравнения постоянного уровня напряжения управления U_УПР с текущим значением напряжения синхронизации. В момент, когда их разница, называемая фазонесущим напряжением u_ФН, становится равной нулю, на выходе формирователя появляется импульс тока. Для изменения фазы импульсов используют вертикальный, горизонтальный и тангенциальный способы управления. При вертикальном способе регулируют уровень постоянного управляющего напряжения U_УПР, поэтому фазонесущий сигнал перемещается по оси ординат, чем и достигают изменения фазы формируемых импульсов (рис. 1.3).

При горизонтальном способе управляющее напряжение равно нулю, а фазу синхронизирующего напряжения регулируют с помощью статического фазовращателя. В результате фазонесущий сигнал перемещается вдоль оси абсцисс, соответственно изменяется и фаза формируемых импульсов (рис. 1.4). При тангенциальном способе управления для регулирования фазы импульсов тока изменяют наклон рабочего участка фазонесущего сигнала. При этом бывает удобно использовать синхронизирующее напряжение треугольной или пилообразной формы (рис. 1.5).

Рисунок 1.3 - Вертикальный способ изменения фазы импульсов

Рисунок 1.4 - Горизонтальный способ изменения фазы импульсов

Рисунок 1.5 - Тангенциальный способ регулирования фазы импульсов