27. Випрямлячі на тиристорах (керуємі). Фазочутливі випрямлячі і перетворювачі електричних сигналів (модулятори і демодулятори). Особливості експлуатації та область застосування на суднах.

Очень часто необходимо, чтобы выпрямитель не только преобразовывал переменное напряжение, но и был способен изменять его значение. Выпрямители, которые совмещают выпрямление переменного напряжения (тока) с управлением выпрямленным напряжением (током), называются управляемыми выпрямителями. Основным элементом управляемых выпрямителей является тиристор.

Рис. 27.1 - Управляемый однополупериодный выпрямитель

Управление выходным выпрямленным напряжением сводится к управлению во времени моментом отпирания тиристора. Это делается короткими импульсами с крутым фронтом (иголка). Если тиристор открыт в течении всего полупериода, то на выходе получается пульсирующее напряжение, аналогично неуправляемому выпрямителю. При изменении времени задержки отпирания тиристоров меняется выпрямленное напряжение в сторону уменьшения. Это видно из графиков ниже. Для каждой задержки соответствует определенный угол сдвига по фазе между напряжением на тиристоре и сигналом управления. Этот угол называется углом управления или регулирования и определяется как α=ωtз. tз - то самое время задержки, ω - угловая частота (ω=2πf).

Рис. 27.2 - Принцип управления выпрямленным напряжением задержкой открывания тиристоров

Управлять тиристором можно, например, с помощью вот такого фазовращателя:

<

Рис. 27.3. - Фазовращатель

Ниже на рисунке показана схема однофазного двуполупериодного управляемого выпрямителя импульсно-фазовым управлением.

Рис. 27.4 - Однофазный двуполупериодный управляемый выпрямитель.

Напряжение с выхода фазовращателя R1C1 поступает на вход усилителей-ограничителей (VT1, VT2). Диоды VD5, VD6 срезают положительные полуволны этого напряжения. Напряжение трапециидальной формы с выхода усилителей ограничителей поступает на дифференцирующие цепи R4C2, R5C3, а затем на управляющие входы тиристоров VS1, VS2. Диоды VD7, VD8 предотвращают попадание отрицательных импульсов на управляющие электроды тиристоров. Усилители ограничители питаются от отдельного выпрямителя VD1-VD4.

Фазочувствительными называют реверсивные статические преобразова­тели переменно-постоянного тока. Эти преобразователи выполняются одно- и двухполупериодными.

Модуляторы — это фазочувствительные преобразователи постоянного напряжения в переменное, амплитуда и начальная фаза которого зависит от величины и полярности постоянного входного напря­жения. Модуляторы, выпол­ненные на управляемых нелинейных элементах, назы­вают усилителями-модулято­рами. На рис. 27.5, а изобра­жена схема однополупериодного диодного модулятора. Опорный трансформатор Τ создает опорные напряжения U₀ и которые в течение полупериода при отсутствии входного напряжения U₁ вы­зывают одинаковые токи через диоды VD1 и VD2. При этом ток через сопротивления нагрузки не протекает, т. е. U₂ = 0. При U′₁ « U'₀ = U"₀, с учетом полярности, указан­ной на схеме, в течение того же полупериода через диоды потекут токи I₁= (U′₀ + U₁)/ R_Η и I₂= (U′′₀ + U₁)/ R_Η, а на выходе появится напряжение U₂ = (I₁ – I₂)R_H = 2U₁, начальная фаза которого изменяется на 180° при изменении поляр­ности U₁. Из-за наложения постоянного напряжения на переменное форма U₂ приближается к трапецеидальной, поэтому на выходе модулятора могут устанавливаться фильтры, выделяющие основную гармонику выходного напряжения.

Рис.27.5. Однополупериодный диодный модулятор (а) и однополупериодный выпрямитель – демодулятор (б).

Принцип действия двухполупериодных модуляторов аналогичен рассмот­ренному, но ток по сопротивлению нагрузки течет в оба полупериода. Такие модуляторы называют кольцевыми, так как в них последовательно включен­ные диоды образуют схему кольца.

Демодуляторы — это фазочувствительные преобразователи напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, величина и полярность которого зависят от величины и начальной фазы входного напряжения. Демодуляторы, выполненные на неуправляемых нелинейных элементах, на­зывают выпрямителями-демодуляторами, а выполненные на управляемых нелинейных элементах — усилителями-демодуляторами. На рис. 27.1, б приведена схема однополупериодного выпрямителя-демодулятора. При от­сутствии U1 на схему через опорный трансформатор Т0 подается переменное опорное напряжение U0 и вызывает в течение полупериода через диоды VD1 и VD2 равные токи. При этом ток в нагрузке отсутствует, т. е. U2 = 0. При наличии U1 = U′′1<U0, совпадающего по фазе с U0, через диоды потекут токи I1 = [U0 + U′l)/Rl и I2 = (U0— U'1)/R2, а на выходе появится напря­жение U2 = I1R1—I2R2= 2U1, полярность которого изменяется на про­тивоположную при изменении начальной фазы U1 на 180°. Конденсаторы С1 и С2 выполняют роль сглаживающих фильтров.

Принцип действия двухполупериодных выпрямителей-демодуляторов аналогичен рассмотренному, но ток по сопротивлению нагрузки будет про­текать в оба полупериода. Наибольшее применение имеет двухполупериодный кольцевой демодулятор, схема которого аналогична схеме кольцевого модулятора.