Однополупериодный управляемый выпрямитель

Простейшая схема однофазного однополупериодного управляемого выпрямителя представлена на рис. 4.1 а. Трансформатор Т играет двойную роль: он служит для подачи на вход выпрямителя напряжения U₂, соответствующего заданной величине выпрямленного напряжения U_d и обеспечивает гальваническую развязку цепи нагрузки и питающей сети.

В качестве силового вентиля в этой схеме выпрямления используется тиристор (вентиль с частичной управляемостью). Принципиально здесь можно использовать полностью управляемый вентиль (транзистор или двухоперационный тиристор), свойства последних позволяют их использовать только в вентильных преобразователях сравнительно небольшой мощности. Преобразователи средней и большой мощности обычно строятся на тиристорах.

Рис. 4.1. Схемы однофазных управляемых выпрямителей. а) б)

Как известно, для перевода тиристора в проводящее состояние необходимо выполнение одновременно двух условий: наличие положительного потенциала на аноде относительно катода U_ак; наличие в цепи управления тока i_у, достаточного для включе­ния тиристора при данной величине U_ак. Формирование тока управления осуществляется специальным устройством (системой управления) (СУ). В дальнейшем во всех схемах управления вентильных преобразователей система управления будет подразумеваться, но на рисунках изображаться не будет.

Благодаря односторонней проводимости тиристора ток в цепи нагрузки будет протекать только в течение одной половины периода напряжения на вторичной обмотке трансформатора, что определяет и название этой схемы.

Соотношения между основными параметрами найдем при следующих допущениях:
1. Активным и индуктивным сопротивлениями обмоток трансформатора пренебрегаем.
2. Нагрузка имеет чисто активный характер.
3. Тиристор VS идеальный.
4. Током намагничивания трансформатора пренебрегаем.
5. Напряжение обмотки трансформатора синусоидально: u₂ = .

Пусть в положительный полупериод напряжения u₂система управления СУ формирует сигнал на включение тиристора со сдвигом по фазе на угол α относительно точки 0. Тогда при допущениях, принятых ранее, ток в нагрузке будет протекать на интервале (α...π) под действием выпрямленного напряжения U_d (рис. 4.2 б).

В точке π тиристор закроется, так как полярность напряжение u₂ изменится на противоположную, и снова тиристор сможет открыться только в точке (2π+α) (рис. 4.2б), когда система управления снова подаст сигнал на его включение.

Рис. 4.2. Временные диаграммы

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения при этом

.

Угол α, на который запаздывает включение тиристора VS относительно точки естественной коммутации, называется углом управления или углом включения тиристора.

Из рис. 4.2 в следует, что в управляемом выпрямителе к тиристору, кроме обратного (запирающего) напряжения, прикладывается еще и прямое напряжение на участке [0...(2π + α)]: U_{а max}= .

В частном случае, при α = 0 все электромагнитные процессы управляемых выпрямителей и основные расчетные соотношения аналогичны для соответствующих схем неуправляемых выпрямителей.