Неуправляемые выпрямители
Рис.4. Структурная схема и кривые напряжений выпрямителя
Основным элементом схем выпрямления является диод (вентиль). Диодом называется нелинейный элемент, обладающий весьма малым сопротивлением при протекании тока в прямом направлении по сравнению с сопротивлением при протекании тока в обратном направлении.
Рис.5. Режим работы диода
Диоды позволяют току протекать только в одном направлении: от анода (А) к катоду (К). Как и в случае некоторых других полупроводниковых приборов, величину тока диода регулировать невозможно. Напряжение переменного тока преобразуется диодом в пульсирующее напряжение постоянного тока. Если неуправляемый трехфазный выпрямитель питается трехфазным напряжением переменного тока, то и в этом случае напряжение постоянного тока будет пульсировать. 4
Для режима работы выпрямителей принципиальное значение имеет характер нагрузки, включённой на выходе, т.е. схема сглаживающего фильтра. Питание выпрямителей производится от переменного напряжения синусоидальной или прямоугольной формы.
В устройствах малой (до 300 Вт) и средней до 1 кВт мощности широко используются выпрямители, работающие на фильтрах, начинающихся с ёмкости.
Такие фильтры позволяют получить хорошее сглаживание выпрямленного напряжения при малых размерах фильтра. Выпрямители, работающие на ёмкости, используются в широком диапазоне выпрямленных напряжений (от единиц вольт до десятков кВт).
При выборе вентилей необходимо знать их следующие параметры:
максимально допустимое среднее значение выпрямленного тока Iовд;
максимально допустимое амплитудное значение обратного напряжения Uобр. д;
максимально допустимое амплитудное значение тока через вентиль Iмакс. д;
прямое падение напряжения на вентиле DЕв, измеренное на постоянном токе, или внутренне сопротивление вентиля Ri, определяемое из статических вольт-амперных характеристик вентиля;
максимальное значение обратного тока при максимально допустимом обратном напряжении на вентиле Iобр. макс.;
максимально допустимое значение частоты выпрямляемого переменного напряжения fмакс. д.
Управляемые выпрямители.
Для регулирования выпрямленного напряжения используют управляемые выпрямители, построенные на управляемых вентилях, называемых тиристорами. Такие устройства обычно предназначены для питания потребителей средней и большой мощности, в которых при больших токах нагрузки используют индуктивные фильтры.
Тиристором называют управляемый полупроводниковый прибор с p-n-p-n структурой, способный под действием сигнала управления переходить из закрытого состояния в открытое (проводящее). На рис. 2.1 приведено условное обозначение тиристора и схема его включения. Электроды прибора называются: А – анод; К –катод; УЭ – управляющий электрод. В цепь управляющего электрода включается источник управляющих импульсов uy.
Рисунок
6. - Схема включения тиристора
При
указанной полярности напряжения U
и
отсутствии управляющего импульса
тиристор, в отличие от обычного диода,
будет находиться в непроводящем состоянии
(Ia=0).
Если теперь на управляющий электрод
подать отпирающий импульс Uy,
тиристор включается и через нагрузку
начинает протекать ток
Важнейшим свойством тиристора является то, что после его включения открытое состояние сохраняется вне зависимости от наличия сигнала на управляющем электроде. Выключить тиристор можно только в результате смены полярности прикладываемого к нему напряжения или спада тока до нуля. Управляющая цепь служит только для включения тиристора.
Основные статические параметры тиристора:
Iпр.max – максимально допустимый прямой ток тиристора;
Uпр.ср – среднее значение прямого напряжения на открытом тиристоре;
Uобр.max – максимально допустимое постоянное обратное напряжение тиристора;
Uпр.зак.max - максимально допустимое постоянное прямое напряжение закрытого тиристора.
Рис.7. 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. 8 - Принцип управления выпрямленным напряжением задержкой открывания тиристоров
Управлять тиристором можно, например, с помощью фазовращателя.5