В чем отличие управляемого выпрямителя и регулятора мощности

В чем отличие управляемого выпрямителя и регулятора мощности

Выпрямитель( преобразователь) переменного напряжения собирается на диодах или тиристорах; возможно также их совмещение. преобразователь, собранный на диодах – полностью неуправляемый, а изготовленный из тиристоров – наоборот, полностью управляемый. Если применяются тиристоры и диоды, то преобразователь напряжения называется полууправляемым.

Неуправляемый преобразователь

При испозовании диодного моста ток протекает только в одном направлении : от анода диода к его катоду, при этом действующее значение тока, протекающего через диод, никак не регулируется. На входе выпрямителя – переменное синусоидальное напряжение, на выходе – постоянное напряжение с некоторой степенью пульсаций..

Выходное напряжение однофазного диодного преобразователя равно разности напряжений двух диодных групп, а средневыпрямленное значение выходного напряжения постоянного тока равно 0,9 от действующего значения напряжения сети. То есть если напряжение сети 220 В, то выпрямленное напряжение 200 в.

Управляемый преобразователь

В управляемых выпрямителях вместо диодов установлены тиристоры. Тиристор имеет схожее с диодом свойство – ток через него также протекает в одном напрявлении Но в дополнении к диоду у тиристора есть третий вывод, получившим название “управляющий электрод”(УЭ). Чтобы тиристор включился, на управляющий электрод нужно подать импульс напряжения управления.

Тиристор не может быть обесточен путем подачи сигнала по цепи управления. Для его выключения необходимо соблюсти два условия: ток через тиристор снижается до нуля и кратковременно прикладывается напряжение управления.

На управляющий электрод тиристора пприкладывается сигнал управления α, который характеризуется величиной времени задержки отпирания включения, приведенной к электрическим градусам. Эта величина определяет задержку включения тиристора относительно момента перехода через ноль сетевого напряжения.

Управляемый выпрямитель по своей сути не сильно отличается от неуправляемого. Отличие лишь в том, что тиристор включается и только с момента подачи на него импульса управления, за счет чего становится возможным регулирование выходного напряжения и тока

Управляемый выпрямитель( или по другому – тиристорный преобразователь) имеет несколько меньший КПД по сравнению с неуправляемым за счет потерь на переключение тиристоров, а так же вносит в сеть большие импульсные помехи и нелинейные искажения; к тому управляемый преобразователь является источником потребления реактивной мощности даже при чисто активной нагрузке.

Управляемые выпрямители — устройство, схемы, принцип работы

Для регулировки выходного напряжения в цепях переменного тока с выпрямлением применяют управляемые выпрямители. Наряду с другими способами управления выходным напряжением после выпрямителя, такими как ЛАТР или реостат, управляемый выпрямитель позволяет добиться большего КПД при высокой надежности схемы, чего нельзя сказать ни о регулировании при помощи ЛАТРа, ни о реостатном регулировании.

Использование управляемых вентилей более прогрессивно и гораздо менее громоздко. Лучше всего на роль управляемых вентилей подходят тиристоры.

Многие устройства, выполненные на тиристорах, благодаря их свойствам оказываются проще и эффективнее аналогичных устройств на других элементах. Так, применение тиристоров в схемах регулировки напряжения позволяет управлять значительными мощностями в нагрузке при минимальной мощности в цепи управления.

Тиристоры — полупроводниковые приборы, содержащие три р—n — перехода, которые имеют два устойчивых состояния — включенное или выключенное.

В исходном состоянии тиристор заперт, а возможных устойчивых состояний у него два: закрытое и открытое (проводящее). Если напряжение источника выше нижней рабочей точки тиристора, то при подаче на управляющий электрод импульса тока, тиристор перейдет в проводящее состояние, а следующие импульсы, подаваемые на управляющий электрод никак не отразятся на анодном токе, то есть цепь управления отвечает только за открывание тиристора, но не за его запирание. Можно утверждать, что тиристоры обладают значительным коэффициентом усиления по мощности.

Для выключения тиристора необходимо снизить его анодный ток, чтобы он стал меньше тока удержания, что достигается путем понижения напряжения питания или увеличением сопротивления нагрузки.

Тиристоры в открытом состоянии способны проводить токи до нескольких сотен ампер, но при этом тиристоры довольно инерционны. Время включения тиристора составляет от 100 нс до 10 мкс, а время выключения в десять раз больше — от 1 мкс до 100 мкс.

Чтобы тиристор работал надежно, скорость нарастания анодного напряжения не должна превышать 10 — 500 в/мкс, в зависимости от модели компонента, иначе может произойти ложное включение за счет действия емкостного тока через p-n переходы.

Чтобы избежать ложных включений, управляющий электрод тиристора всегда шунтируют резистором, сопротивление которого обычно лежит в диапазоне от 51 до 1500 Ом.

Помимо тиристоров для регулирования выходного напряжения в выпрямителях используют и другие полупроводниковые приборы: симисторы, динисторы и запираемые тиристоры. Динисторы включаются по напряжению, приложенному к аноду, и имеют они два электрода, как диоды.

Симисторы отличаются возможностью включения управляющими импульсами хоть относительно анода, хоть — относительно катода, однако все эти приборы, как и тиристоры, выключаются снижением анодного тока до значения ниже тока удержания. Что касается запираемых тиристоров, то они могут запираться подачей на управляющий электрод тока обратной полярности, однако коэффициент усиления при выключении в десять раз ниже, чем при включении.

Тиристоры, симисторы, динисторы, управляемые тиристоры, — все эти приборы используются в источниках питания и в схемах автоматики для регулирования и стабилизации напряжения и мощности, а также для целей защиты.

Как правило, в схемы управляемого выпрямления вместо диодов ставят именно тиристоры. В однофазных мостах точка включения диода и точка включения тиристора отличаются, имеет место разность фаз между ними, которую можно отразить рассмотрев угол.

Постоянная составляющая напряжения на нагрузке нелинейно связана с этим углом, поскольку напряжение питания изначально синусоидальное. Постоянная составляющая напряжения на нагрузке, подключенной после регулируемого выпрямителя может быть найдена по формуле:

Регулировочная характеристика тиристорного управляемого выпрямителя показывает зависимость выходного напряжения на нагрузке от фазы (от угла) включения моста:

На нагрузке индуктивного характера ток через тиристоры будет иметь прямоугольную форму, и при угле больше нуля будет происходить затягивание тока в связи с действием ЭДС самоиндукции от индуктивности нагрузки.

При этом основная гармоника сетевого тока будет сдвинута относительно напряжения на некоторый угол. Чтобы исключить затягивание, применяют нулевой диод, через который ток может замыкаться и давать сдвиг меньше в два раза по отношению к углу включения моста.

Чтобы сократить количество полупроводников, прибегают к схеме несимметричного управляемого выпрямителя, где пара диодов заменяет собой нулевой диод, и результат получается тем же.

Схемы с вольтодобавкой также допускают применение тиристоров. Такие схемы позволяют достичь большего КПД. Минимальное напряжение дают диоды, а повышенное подается через тиристоры. В случае наивысшего потребления диоды все время закрыты, а угол включения тиристоров все время 0. Недостаток схемы — потребность в дополнительной обмотке трансформатора.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ И ТИРИСТОРНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Термином «управляемые выпрямители» будем характеризовать вентильные устройства, у которых открытое и закрытое состояния нелинейных элементов зависят как от полярности приложенного напряжения, так и от момента появления управляющего сигнала на управляющем электроде. Выпрямители этого типа выполняются на основе тиристоров, используемых самостоятельно или в составе схем, содержащих дополнительные диоды.

Принципиальные схемы управляемых выпрямителей переменного напряжения приведены на рис. 10.22-

Так же как выпрямители на диодах, управляемые выпрямители позволяют реализовать схемы однополупериодного и двухполупе- риодного регулируемого выпрямления. От неуправляемых схем выпрямителей управляемые отличаются тем, что для открывания нелинейного элемента, с помощью которого осуществляется выпрямление, необходимо, кроме наличия на нем прямого напряжения, подать на управляющий электрод электрический сигнал U^. Он может быть постоянным или иметь форму импульса. Изменяя момент подачи управляющего сигнала, можно изменить значение средневыпрямленного напряжения (рис. 10.23).

Рис. 10.22. Управляемые выпрямители для однополупериодного (а) и двухполупериодного (б, в) выпрямлений переменного напряжения

Так, если управляющий сигнал приходит на управляющие электроды в момент времени /, (рис. 10.23, б), то сред- невыпрямленное значение напряжения на нагрузке будет иметь одно значение.

Рис. 10.23. Эпюры входного напряжения первичной сети (а) и напряжения на активной нагрузке при регулируемом однополупериодном (б) и двухлолупериодном (в) выпрямлениях

Если момент прихода управляющих импульсов изменится и станет равным t₂, то соответственно изменится значение средневыпрямленного напряжения на сопротивлении нагрузки. Меняя момент прихода управляющих сигналов, можно регулировать средневыпрямлен- ное значение напряжения от достаточно малой величины, когда фазовый сдвиг управляющего сигнала приближается к 180°, до того значения, которое было бы в случае использования вместо тиристоров полупроводниковых диодов (фазовый сдвиг управляющих сигналов и напряжения сети стремятся к нулю).

При работе на индуктивную или емкостную нагрузку вопросы управления тиристорами решаются не так просто, как в случае активной нагрузки. Приходится учитывать, что выпрямительные элементы работают на противо-ЭДС, которую создает заряженный конденсатор фильтра. Резкое изменение тока через индуктивность приводит к появлению ЭДС самоиндукции, препятствующей изменению тока через нее. Поэтому, несмотря на кажущуюся простоту схем управляемых выпрямителей, математический анализ их характеристик и исследование переходных процессов достаточно сложны.

Управляемые выпрямители позволяют реализовать высокоэффективные стабилизаторы напряжения и тем самым совместить процессы выпрямления и регулирования значения выпрямленного сигнала. Однако из-за существенной нелинейности контура регулирования и необходимости создавать сложную систему управления управляемые выпрямители, в основном, применяют при создании ИВЭП достаточно большой мощности.

Включив тиристоры в цепь переменного тока (рис. 10.24, а, б), можно регулировать значение переменного напряжения, подаваемого на сопротивления нагрузки.

Так, изменяя моменты подачи управляющих сигналов на соответствующие управляющие электроды тиристоров, можно из сигнала, имеющего определенное действующее значение напряжения, получить сигналы с любым меньшим значением действующего напряжения. Это осуществляется за счет изменения моментов подачи напряжения на управляющие электроды тиристоров. В схеме рис. 10.24, а управляющие сигналы U_yjipi_f ^уп_Р2 сдвинуты между собой по фазе на 180°. Этот сдвиг сохраняется при изменении их фазы относительно напряжения первичного электропитания ?/_ип. Если условие 180-градусного фазового сдвига напряжений 6^,_рЬ U_yпр2 будет нарушено, то в составе тока первичной обмотки трансформатора появится постоянная составляющая. Она будет подмагни- чивать ферромагнитный магнитопровод, что для подобных устройств является нежелательным явлением.

В схеме регулятора переменного напряжения рис. 10.24, 6 использован один тиристор VD5. Благодаря мостовому выпрямителю, собранному на диодах VD1— VD4, при разных полярностях напряжения первичной цепи тдк через тиристор VD5 протекает в одном направлении. При этом частота управляющих сигналов, подаваемых на управляющие электроды тиристора, должна быть в два раза больше частоты источника первичного электропитания. Эта схема, как правило, является предпочтительней, чем схема рис. 10.24, а, так как цепи питания трансформатора ИВЭП имеют одинаковые параметры в течение обоих полупериодов входного напряжения.

При использовании тиристорных регуляторов сигнал на нагрузке существенно отличается от синусоидального (рис. 10.25) и его спектральные характеристики зависят от момента включения

Рис. 10.25. Эпюра напряжений на нагрузке регулятора

Рис. 10.24. Принципиальные схемы регуляторов переменного электрического

тиристоров. Характер переходных процессов существенно зависит от вида нагрузки.

Регулирование переменного напряжения обычно используется в достаточно мощных ИВЭП из-за сложностей организации их высокоэффективного управления.

Принцип работы и устройство неуправляемых выпрямителей

Для преобразования переменного тока в постоянный используются выпрямители. Данные устройства делятся на два типа: управляемые и неуправляемые.

Принцип работы выпрямителя

Сначала расскажем, как работает типичный неуправляемый выпрямитель. Он содержит следующие узлы: трансформатор, диодный мост, сглаживающий фильтр. При необходимости могут быть добавлены другие элементы.

Трансформатор предназначен для преобразования переменного тока в такой, который соответствует нужным параметрам. Диодный мост отсекает отрицательные импульсы. Так происходит потому, что диоды имеют свойство однонаправленности, то есть, ток через них может проходить только в одном направлении. В зависимости от используемой схемы на выходе выпрямителя может быть однополупериодный или двухполупериодный сигнал. Во втором случае качество преобразования получается выше.

Далее используется сглаживающий фильтр. Особенности его работы зависят от используемой схемы. Принцип сглаживания состоит в том, что время разрядки превосходит период колебаний входного тока. Заряд, стекающий с обкладок конденсатора, даёт на выходе ток, параметры которого соответствуют требованиям нагрузки.

Различия между управляемыми и неуправляемыми выпрямителями

Оба типа устройств предназначены для получения постоянного тока из переменного. Поэтому принцип работы управляемых и неуправляемых выпрямителей аналогичен. Но в схемах управляемых вместо диодов используются тиристоры, что обеспечивает более высокое качество выпрямления электротока. Тиристоры осуществляют дополнительную регулировку напряжения. Она осуществляется при помощи задержки отпирания тиристора на нужную величину в пределах полупериода колебаний.

Распространённые виды неуправляемых выпрямителей

Наиболее простым является неуправляемый однополупериодный выпрямитель. Здесь непосредственно для выпрямления используется один диод. Недостатком является относительно высокий коэффициент пульсации.

В схемах двухполупериодных устройств используются диодные мосты. Они позволяют получить более высокое качество выходного сигнала.

При использовании трёхфазного неуправляемого выпрямителя качество работы будет еще выше. Здесь применяется следующая схема:

В приведённых схемах параллельно нагрузке может быть подключён конденсатор, который осуществляет сглаживание получаемого напряжения.