Расчет однофазных управляемых выпрямителей

Тиристоры служат для выпрямления и регулирования выпрямленного напряжения на нагрузке, а СИФУ – для управления моментом отпирания тиристорами. Трансформатор Т1 служит для получения требуемого действующего значения переменного напряжения на вторичной обмотке, определяющего максимальное значение напряжения на обмотке возбуждения LM1, а также для гальванической развязки между сетью и нагрузкой. Нулевой диод VD1 предназначен для увеличения среднего значения выпрямленного напряжения и тока обмотки возбуждения, а также для устранения отрицательных выбросов напряжения на обмотке возбуждения LM1 и катоде тиристора (относительно анода) в момент его запирания.
Фазовый способ регулирования выпрямленного напряжения основан на управлении моментом отпирания тиристоров, включенных последовательно между источником переменного напряжения и нагрузкой. Тиристор служит для выпрямления и регулирования выпрямленного напряжения на нагрузке, а СИФУ – для управления моментом отпирания тиристора. С СИФУ на управляющий электрод тиристора подаются управляющие импульсы uу, угол запаздывания которых относительно начала положительной полуволны напряжения на аноде тиристора (угол регулирования α) определяется величиной входного напряжения uвх СИФУ. Частота импульсов должна быть равной частоте напряжения, прикладываемого к аноду тиристора, а амплитуда и длительность – достаточными для надежного отпирания тиристора.
Интервал 0 ≤ υ < α.
На этом интервале тиристоры закрыты, ток тиристора i(υ) и напряжение на нагрузке ud(υ) практически равны нулю, а напряжение на аноде тиристора равно сетевому напряжению uVS(υ)=uc(υ).
Интервал α ≤ υ < π.
При υ=α на управляющий электрод тиристора VS1 подается управляющий импульс uу и тиристор открывается. При этом ток анода тиристора i1,4(υ=id(υ) практически мгновенно возрастает и оказывается больше тока выключения, поэтому после окончания управляющего импульса тиристор удерживается в открытом состоянии.
На этом интервале тиристор VS1 открыт, падение напряжения на тиристоре uVS(υ) практически равно нулю, напряжение на нагрузке практически равно сетевому напряжению – ud(υ)=u2(υ), а ток нагрузки – id(υ) = ud(υ)/Rн.
При υ ≈ π ток анода тиристора VS1 оказывается меньше тока выключения и тиристоры закрываются.
Интервал π ≤ υ < π + α.
На этом интервале тиристоры закрыты, а состояние схемы будет таким же, как и на интервале 0 < υ < α.
Интервал π + α ≤ υ < 2π.
При υ=π+α на управляющий электрод тиристора VS2 подается управляющий импульс uу и тиристор открывается. При этом ток анода тиристора i2,3(υ)=id(υ) практически мгновенно возрастает и оказывается больше тока выключения, поэтому после окончания управляющего импульса тиристор удерживается в открытом состоянии.
На этом интервале тиристор VS2 открыт, падение напряжения на тиристоре uVS(υ) практически равно нулю, напряжение на нагрузке практически равно сетевому напряжению – ud(υ)=uc(υ), а ток нагрузки – id(υ) = ud(υ)/Rн.
На интервалах 2π ≤ υ < 4π; 4π ≤ υ < 6π; … , 2iπ ≤ υ < 2(i+1)π, где i = 3, 4, 5,…, работа схемы идентична работе на интервале 0 ≤ υ < 2π.
Как видно из рис. 3 напряжение на нагрузке имеет вид положительных импульсов, частота которых равна двойной частоте сетевого напряжения. Мгновенное значение напряжения на нагрузке ud(υ) при открытом тиристоре равно сетевому напряжению uc(υ) и равно нулю при закрытом тиристоре.
Таким образом, фазовый способ регулирования среднего за период значения напряжения и тока нагрузки заключается в изменении угла регулирования α, которое обеспечивается изменением входного напряжения uвх СИФУ.
Из рис. 3 следует, что сетевой ток ic равен току нагрузки iн, несинусоидален, и, следовательно, содержит высшие гармонические составляющие. При этом первая (основная) гармоника сетевого тока отстает от синусоидального сетевого напряжения приблизительно на угол α. Фазовый сдвиг между сетевым напряжением и током (на угол α) свидетельствует о том, что УВ потребляет из сети помимо активной мощности, равной UdId, также реактивную мощность.
Нелинейные искажения сетевого тока ic при отличном от нуля сопротивлении источника сетевого напряжения приводят к появлению нелинейных искажений сетевого напряжения uc, что отрицательно сказывается на работе других потребителей, подключенных к этому же источнику. Потребление реактивной мощности и присутствие в кривой сетевого тока высших гармонических составляющих приводят к увеличению действующего (эффективного) значения тока сети и росту потерь при передаче энергии к УВ.
Для уменьшения отрицательных воздействий УВ на питающую сеть, связанных с искажением формы тока и потреблением реактивной мощности, применяют следующие меры:
— для уменьшения влияния высших гармонических на входе УВ включают фильтры;
— для уменьшения потребляемой реактивной мощности ко входу УВ подключают компенсаторы реактивной мощности, например синхронные компенсаторы или конденсаторы.