Управляемые выпрямители

В большинстве случаев применения выпрямителей приходится решать задачу регулирования напряжением на нагрузке выпрямителя при помощи управляемых вентилей (УВ) – тиристоров. Структурная схема УВ (рис. 4.6, а) отличается от структурной схемы неуправляемого выпрямителя тем, что блок неуправляемых вентилей заменен на регулируемый вентильный блок РВБ и введена система управления (СУ), синхронизируемая напряжением сети.

Регулирование выпрямленного напряжения U_0,a при помощи тиристоров основано на сдвиге момента включения управляемого вентиля по сравнению
с началом работы неуправляемого вентиля (рис. 4.6, в). Соответствующий этому сдвигу угол называют углом включения a. Очевидно, что a можно регулировать в пределах положительной полуволны напряжения u₁, т. е. 0 ≤ α ≤ p. При этом если тиристор включается при a = 180°, то напряжение U_0,a = 0. Такой способ регулирования называется фазоимпульсным.

Способность УВ изменять выпрямленное напряжение оценивают по его регулировочной характеристике, представляющей собой зависимость среднего значения выпрямленного напряжения U_0,α от угла включения.

Рис. 4.6. Структурная схема выпрямителя (а), схема простейшего УВ (б)
и графики напряжений на его входе и выходе (в) при резисторной нагрузке
без фильтра; U_уи – управляющие импульсы для тиристоров РВБ

Для общности результатов регулировочную характеристику U_0,α = f(α) часто представляют в нормированном виде:

, (4.26)

где – напряжение при угле включения, равном нулю
(m₂ ³ 2).

(4.27)

Уравнение регулировочной характеристики в нормированной форме для схемы (рис. 4.8, а)

при 0 £a £ a_кр. и при a > a_кр. (4.28)

Частота пульсаций f_п(1) основной гармоники выпрямленного напряжения, как и в неуправляемом выпрямителе, равна m₂pf₁ = 6f₁ (рис. 4.8, в). Зависимость (рис. 4.8, г) коэффициента пульсаций К_п(1) от угла регулирования α свидетельствует о быстром росте К_п(1) с увеличением a. Для однофазной двухтактной схемы УВ уравнение регулировочной характеристики

при α_кр = 0. (4.29)

При индуктивной реакции нагрузки (pm₂wL₀ >> R₀) регулировочная характеристика в нормированной форме для симметричных двухтактных выпрямителей описывается уравнением .

Для УВ средней и большой мощности характерен режим, когда потребляемый ими ток i₁ несинусоидален, а его первая (основная) гармоника i_1,1 смещена относительно фазного напряжения сети u₁ на угол j:

j = (a +,5g). (4.30)

Это приводит к наличию в УВ помимо активной (полезной) мощности

Р_С = U₁·I_1,1·cosφ (4.31)

еще и реактивной мощности

Q_С = U₁·I_1,1·sinj, (4.32)

а также так называемой мощности искажений

, (4.33)

создаваемой высшими гармоническими составляющими тока i₁. Их удельный вес характеризуют коэффициентом искажения тока (см. формулу 4.1).

Полная (вольт-амперная) мощность УВ:

. (4.34)

Из трёх составляющих этой мощности лишь активная мощность является полезной. Поэтому отношение Р_С/S_C характеризует УВ как сетевую нагрузку и называется коэффициентом мощности К_М. Воспользовавшись уравнениями (4.31), (4.34), (4.1), получим уравнение

К_М = k_И · cosj, (4.35)

где k_И – коэффициент искажений тока i₁; cosj – коэффициент фазового сдвига тока i₁ относительно напряжения U₁. Низкие значения К_М из-за сильно искаженной формы тока i₁ либо вследствие большого зна­чения угла регулирования a требуют увеличения установленной мощности сети, в том числе трансформаторного оборудования, роста сечения проводов и повышения прочности.

4.2. Лабораторная работа «ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ДВУХТАКТНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ»

Цель работы: исследование электромагнитных процессов, энергетических и нагрузочных характеристик однофазного двухтактного выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку.