3. Теоретические положения. Принцип действия. Характеристики.

Элементом, регулирующим напряжение управляемого выпрямителя является полупроводниковый прибор – тиристор. Тиристор это трехэлектронный прибор (рис.3.4.2) с тремя p-n-переходами, работающий в ключевом режиме: закрыт – открыт.

Рисунок 3.4.2. Структурная схема тиристора (прямое включение).                           А – анод, К – катод, УЭ – управляющий электрод.

Переход из закрытого состояния в открытое (рис 3.4.3) происходит под действием сигнала управления -тока i_у, подаваемого на управляющий электрод УЭ (когда на его аноде А положительный потенциал относительно катода К), или когда U>U_BF. Участок характеристики от точки 1 до точки 2 неустойчив. Режим работы из точки 1 скачком переходит в точку 2. Из открытого состояния в закрытое тиристор переходит при смене полярности напряжения U на аноде и катоде, например, в точке перехода положительного полупериода в отрицательный или при отключении питания.

Рисунок 3.4.3. Вольтамперная характеристика тиристора.

Если в любой схеме выпрямителя заменить диоды тиристорами и в нужные моменты времени подавать на их управляющие электроды сигналы, то получим управляемый выпрямитель. Рассмотрим работу наиболее простого однофазного однополупериодного управляемого выпрямителя. Его схема представлена на рис.3.4.4 при разомкнутом переключателе SA1.

Рисунок 3.4.4

Выпрямитель питается от трансформатора TV напряжением U_2b к которому подключены последовательно соединенные тиристор VS2 и нагрузка R_H. Блок СИФУ позволяет сдвигать управляющий импульс U_у2 по отношению к анодному напряжению на угол α=0…180 эл. град и таким образом регулировать величину анодного тока тиристора от максимального значения до нуля, а, следовательно, и постоянную составляющею напряжения на нагрузке U_dα от максимального значения U_d до нуля. Принцип работы выпрямителя поясняют временн҆ые диаграммы напряжений в зависимости от заданных углов управления (0, 90, и 180) при которых отпираются тиристоры. Диаграммы представлены на рис. 3.4.5.

Рисунок 3.4.5

Включением переключателя SA1 получаем схему однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя с нулевой точкой. В ней СИФУ кроме импульсов U_у2 подает импульсы U_у1, сдвинутые относительно U_у2 на 180 эл.град, на тиристор VS1. В этом случае напряжение на нагрузке будет в два раза больше по сравнению с напряжением однополупериодного выпрямителя.

При плавном изменении угла α будет изменяться время работы (открытия) тиристоров и соответственно величина выпрямленного напряжения, среднее значение которого определяется выражением:

U_dα =U_d* ,

где U_d - напряжение холостого хода выпрямителя при α = 0.

Зависимость среднего значения выпрямленного напряжения в цепи нагрузки от угла управления U_dα=f(α) называется регулировочной характеристикой. На рис. 15.3 приведена регулировочная характеристика рассматриваемой схемы для случая чисто активной нагрузки:

Рисунок 3.4.6

При увеличении тока нагрузки I_dα среднее значение выпрямленного напряжения Udα будет уменьшаться из-за увеличения падения напряжения на активном сопротивлении обмоток трансформатора и открытом тиристоре. Зависимость U_dα=f(I_dα) называется внешней характеристикой управляемого выпрямителя. Вследствие того, что потери напряжения в выпрямителе не зависят от угла управления, внешние характеристики управляемого выпрямителя при различных углах α имеют постоянный наклон (рис. 3.4.7).

Рисунок 3.4.7