Лекции 5-6 - Конспекты, страница 11

Этому же значению соответствует и максимальновозможное прямое напряжение на тиристоре (при   90 ).Рисунок 5.47 – Временны́ е диаграммы напряжений и токов в однофазномуправляемом выпрямителе при индуктивной нагрузке87Электропитание РЭАГлава 5Наличие в кривой напряжения uвых участков отрицательной полярностиобусловливаетотличиерегулировочнойхарактеристикиуправляемоговыпрямителя при L   от случая чисто активной нагрузки (рисунок 5.45б).Регулировочная характеристика, определяемая из выражения1U ср  2U 2 sin td t ,(5.126)описывается соотношениемU ср  U ср 0 cos  .(5.127)При работе управляемого выпрямителя первая гармоника входного тока,как отмечалось ранее, отстаёт от напряжения на входе.

Это приводит кпотреблению выпрямителем от сети реактивной мощности, что неблагоприятносказывается на его энергетических показателях. Указанное явление можнонесколько ослабить, подключив к выходной цепи управляемого выпрямителятак называемый нулевой диод (параллельно нагрузке до фильтра).В настоящее время в электроприводах постоянного тока и в системахвозбуждениясинхронных двигателейосновной элементной базой припостроении управляемых выпрямителей являются тиристоры.Тиристоры – не полностью управляемые полупроводниковые приборы,обладающие двумя устойчивыми состояниями: открытым (проводящим ток) изакрытым (не проводящим тока). Тиристор начинает проводить ток в томслучае, если к анодному выводу (по отношению к катодному выводу) приложенположительный потенциал и одновременно к управляющему электродуподаётся положительный управляющий сигнал.

При приложении к анодномувыводу положительного потенциала сопротивление тиристора будет зависетьот управляющего тока. При отсутствии управляющего сигнала сопротивлениетиристора велико. При появлении управляющего тока тиристор перейдёт воткрытое состояние – и проводимость его будет высокой.Для чёткого момента включения тиристора необходимо:88Электропитание РЭАГлава 5- управляющий импульс должен быть синхронизирован с частотой сети ииметь крутой передний фронт (скорость нарастания 20-30 В/мкс);- амплитуда и длительность управляющего импульса должны бытьдостаточными для надёжного открывания, но амплитуда не должна превышатьмаксимально допустимой.Тиристор отличается от транзистора тем, что ток управления толькооткрывает, но не закрывает его. Закрывается тиристор при приложении канодному выводу отрицательного напряжения.В электроприводах находят применение также сдвоенные тиристоры,называемые симисторами, которые обладают свойствами встречно-параллельносоединённых тиристоров, но имеют лишь один управляющий электрод.Для управления тиристором используют систему импульсно-фазногоуправления (СИФУ), которая формирует управляющий импульс нужной формыи мощности, а также осуществляет сдвиг по фазе импульса относительнонапряжения сети.В трёхфазной мостовой схеме, в которой вместо диодов включенытиристоры (рисунок 5.48), управляющие импульсы, поступающие от СИФУ,должны соответствующимобразомбыть сфазированы с напряжениемтрансформатора (сети), то есть подаваться в нужные моменты времени(рисунок 5.49).

Сдвиг импульсов относительной базовой точки происходит всторону отставания. За базовые необходимо брать точки 1, 2 и 3 естественногоотпирания диодов.Рисунок 5.48 – Трёхфазная мостовая схема управляемого выпрямителя89Электропитание РЭАГлава 5Рисунок 5.49 – Временны́ е диаграммы работы трёхфазной мостовой схемыуправляемого выпрямителяЕсли управляющие импульсы подавать на тиристоры в базовых точках, тополучим наибольшее выпрямленное напряжение Uср. При подаче управляющихимпульсов с отставанием по отношению к точке естественного отпирания на90Электропитание РЭАГлава 5угол α тиристоры открываются позже, а среднее выпрямленное напряжениебудет меньше, чем наибольшее выпрямленное Uср.Поскольку трёхфазная мостовая схема имеет две группы тиристоров, аток в любой момент протекает минимум через два тиристора, СИФУвырабатывает сдвоенные импульсы, сдвинутые относительно друг друга на 60электрических градусов.

В этом случае имеет место одновременная подачаимпульсов в тиристоры двух различных групп (VS1 и VS6, VS1 и VS2, VS3 и VS2и т. д.). Наличие двух групп тиристоров обеспечивает шестифазноевыпрямление.Коммутационные процессы в управляемых выпрямителях, также как и внеуправляемых, оказывают существенное влияние на работу, показатели ихарактеристики выпрямителя. Влияние индуктивностей рассеяния обмотоктрансформатора Ls1, Ls2, а при более точных расчётах – и индуктивностипитающейсетиLC,учитываетсясуммарнойиндуктивностью2W La  Ls 2  ( Ls1  LC )  1  , приведённой ко вторичной обмотке трансформатора. W2 Отметим, что основным недостатком тиристоров являются большиепотери по сравнению с диодами (приблизительно в 2 раза больше).

Поэтомупри низких выходных напряжениях (менее 10 В) и больших токах тиристоры настороне постоянного тока применять нежелательно. Их переносят на сторонупеременного тока, в первичную цепь трансформатора.Также следует иметь в виду, что введение управления в выпрямительведёт к значительному увеличению потребления реактивной мощности иснижению коэффициента мощности выпрямителя.

При задержке включениядросселя на величину α токи сдвигаются по фазе относительно напряжения.Учитывая, что коммутация вентилей происходит не мгновенно, а в течение углакоммутации γ, при учёте конечности сдвига фазы в расчётных формулах угол αдолжен быть заменён на    .91Электропитание РЭАГлава 5Следует заметить, что разнообразие тиристорных схем не исчерпываетсярассмотренными.Синхронныйтранзисторныйвыпрямитель–этоустройство,выполненное на транзисторах, которые переключаются синхронно со сменойполярности напряжения сети.

Схема простейшего синхронного выпрямителяприведена на рисунке 5.50.Рисунок 5.50 – Схема простейшего синхронного выпрямителяФазировки вторичных обмоток трансформатора TV1 помечены точками.Амплитуды напряжений на обмотках, с которых снимаютсясигналыпереключения затвор-исток, должны быть одинаковыми и могут составлять 712 В.Обмотки, с которых снимают напряжение между истоками и нагрузкой,должны быть взаимно симметричны, а также рассчитаны на одно и то жепеременное напряжение.При частоте 10-50 кГц, напряжении на нагрузке 2 В и силе тока через неё1,5 А КПД синхронного выпрямителя достигает 97%, что превышает примернона 35% КПД диодного выпрямителя. Однако при напряжении нагрузки 5В КПДсинхронноготранзисторноговыпрямителявыпрямителя, примерно на 30%.92меньше,чемудиодногоЭлектропитание РЭАГлава 5Рассмотренный синхронный выпрямитель не имеет защиты от перегрузкипо току нагрузки, и транзисторы выйдут из строя, если в нагрузке случитсякороткоезамыкание.Длязащитытакоговыпрямителянеобходимоиспользовать быстродействующую электронную систему защиты.Достоинства синхронного выпрямителя:- высокий КПД при низком напряжении сети в несколько вольт;- ме́ ньшие потери по сравнению с диодными выпрямителями, что частопозволяет обойтись небольшими дешёвыми радиаторами (или вовсе их неиспользовать).К недостаткам следует отнести:- более высокая стоимость транзисторов по сравнению с диодами;- наличие дополнительных обмоток управления транзисторами.5.5 Основы и порядок проектирования выпрямительных устройствПроектирование выпрямительного устройства включает в себя несколькоэтапов, среди которых:- выбор схемы выпрямления напряжения и схемысглаживающегофильтра;- выбор типа вентилей и элементов сглаживающего фильтра;- расчёт режима работы выпрямителя и определение параметровтрансформатора (при его наличии) для выдачи задания на его конструирование;- расчёт энергетических показателей выпрямителя;- конструктивный расчёт элементов схемы устройства, а такжеконструктивное оформление всего устройства.В общем случае разные формы потребляемых из сети токов и ихпродолжительность при различном характере нагрузки выпрямителя приводитк тому, что методы расчётов выпрямителей существенно различаются.Различаются они и в зависимости от требуемой точности расчёта.93Электропитание РЭАГлава 5Выбор схемы выпрямления напряжения зависит от ряда факторов,которые должны учитываться в зависимости от требований, предъявляемых квыпрямительному устройству.

К ним, как правило, относят:- величины выпрямленного напряжения и мощности;- частота и величина пульсации выпрямленного напряжения;- число диодов и величина обратного напряжения на них;- КПД, коэффициент мощности и другие энергетические показатели.Чаще всего задание на проектирование выпрямителя даётся в таком виде:спроектировать выпрямитель на ток Iср и напряжение Uср. При этомдополнительно могут указываться вид и особенности нагрузки, максимальныйдопустимый коэффициент пульсации и параметры питающего напряжения(обычно действующее значение напряжения и частота), которое в общем случаеможет иметь пределы изменения, а также условия эксплуатации (температура,влажность, радиация и т.