Исследование однофазного управляемого выпрямителя

Цель работы:

1. Изучить устройство и принцип работы однофазных управляемых выпрямителей.

2. Изучить внешние и регулировочные характеристики однофазного мостового управляемого выпрямителя.

3. Экспериментально исследовать работу однофазного управляемого выпрямителя на активную, активно-индуктивную и двигательную нагрузку на универсальном лабораторном стенде "Основы электропривода и

преобразовательной техники».

Краткие теоретические сведения [2].

Рассмотрим принцип работы и характеристики однофазной двухполупериодной схемы, именуемой мостовой двухтактной (рис. 3.1, а).

Рис. 3.1 - Однофазная мостовая схема управляемого выпрямителя (а) и временные диаграммы, поясняющие принцип работы схемы (б, в, г)

Тиристоры управляемого выпрямителя соединены так, что тиристоры

VS1 и VS3 имеют общий анод, а тиристоры VS2 и VS4 – общий катод, образовывая мостовую схему.

На вход выпрямителя подается переменное синусоидальное напряжение:

u₁=U_1msinωt= √2 U₁sinωt,

где U₁ – действующее значение напряжения питающей сети,

ω – угловая частота напряжения питающей сети.

Рассмотрим работу однофазного управляемого выпрямителя на активную нагрузку (рис.3.1, а ключ S замкнут).

При чисто активной нагрузке ток повторяет по форме напряжение (рис.3.1). В первом полупериоде ток нагрузки i_d протекает через вентили VS1 и VS2, а во втором полупериоде - через вентили VS3 и VS4.

При угле управления тиристорами α = 0 на резисторе нагрузки будет пульсирующее напряжение u_d и только одной полярности, или, иначе говоря, выпрямленное напряжение (см. рис.3.1, б).

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения или его среднее

значение U_d равняется интегралу функции изменения этого напряжения во времени в течение интервала времени равном π, деленному на этот интервал времени. Для данной схемы выпрямления (см. рис. 3.1, б) U_d равно:

(3.1)

где U_d0 – среднее значение выпрямленного напряжения на выходе

схемы при угле управления α = 0.

Для открытия тиристоров управляемого выпрямителя необходимо выполнение двух условий – потенциал анода тиристора должен быть выше потенциала катода и наличие на управляющих электродах импульса управления. Регулирование выходного напряжения в управляемом выпрямителе осуществляется путем введения фазового сдвига импульса управления по отношению к точке естественного зажигания вентиля, который принято называть углом регулирования α. На рис.3.1, г приведены графики выходного напряжения и тока нагрузки при чисто активной нагрузке управляемого выпрямителя и угле управления α >0.

Выведем выражение для среднего значения выпрямленного напряжения однофазного управляемого выпрямителя при работе на чисто активную нагрузку.

(3.2)

Нетрудно установить, что предельный угол регулирования, при котором напряжение на нагрузки становится равным нулю, α _зап=180⁰. Формула (3.2) по сути является регулировочной характеристикой однофазного управляемого выпрямителя, выполненного по мостовой схеме, при работе на чисто активную нагрузку.

На рис.3.2, а приведена регулировочная характеристика однофазного

двухполупериодного (мостового) выпрямителя при его работе на активную нагрузку.

Максимальное значение обратного напряжения на тиристорах, как и в случае работы схемы на неуправляемых вентилях, равно амплитуде напряжения вторичной обмотки трансформатора. Максимальное значение прямого напряжения на тиристоре зависит от угла регулирования

(3.3)

Отметим, что при активной нагрузке на интервале времени 0<ωt<α не открыт ни один тиристор силовой схемы выпрямителя и напряжение вторичной обмотки трансформатора прикладывается к двум последовательно соединенным тиристорам. Таким образом, к каждому из тиристоров прикладывается только половина напряжения вторичной обмотки трансформатора, что и учтено в формуле (3.3). Величина действующего значения тока первичной обмотки трансформатора определяется по той же формуле, что и для случая работы неуправляемого выпрямителя на активную нагрузку:

(3.4)