Тиристорный выпрямитель принцип действия

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.

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

На нагрузке индуктивного хаpaктера 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 потрeбления диоды все время закрыты, а угол включения тиристоров все время 0. Недостаток схемы — потребность в дополнительной обмотке трaнcформатора.

Применение тиристоров. Управляемый выпрямитель

Схема управления тиристором

Схема управления не запираемого тиристора представлена на рис. 15.3.

Рис. 15.3. Схема управления тиристором

Назначение элементов схемы. Импульсный трaнcформатор Т служит для гальванической развязки схемы, формирующей импульс управления, от силовой цепи, в которой установлен тиристор VS. Диод VD предназначен для защиты управляющего электрода тиристора от отрицательного выброса напряжения, который образуется на вторичной обмотке импульсного трaнcформатора Т по срезу импульса управления. Резистор R_огр = 10…100 Ом применяется для выравнивания величины тока управления, так как входное сопротивление управляющего электрода тиристоров сильно различается даже в одной партии. Если этот резистор не установлен, то у тиристоров с низким входным сопротивлением может произойти перегрев и даже выгорание управляющего электрода. Резистор R_ш устанавливается для защиты от помех, наводимых на провода схемы управления, которые могут вызвать открывание тиристора без подачи управляющего импульса.

Если в схеме выпрямителя заменить диоды на тиристоры, можно получить схему управляемого выпрямителя, выпрямленное напряжение на выходе которого можно регулировать, изменяя угол управления тиристором. В главе 3 рассмотрены схемы однофазных выпрямителей на диодах. Любую из этих схем можно превратить в управляемый выпрямитель. Чтобы выяснить, как влияет на хаpaктеристики выпрямителя применение тиристоров вместо диодов, рассмотрим однофазный однополупериодный выпрямитель на тиристоре (рис. 15.4). Схема управления тиристором СУ применена такая же, как на рис. 15.3. Для анализа физических процессов в регулируемом однофазном однополупериодном выпрямителе рассмотрим его временную диаграмму работы (рис. 15.5).

Рис. 15.4. Регулируемый однофазный однополупериодный выпрямитель

На втором графике временной диаграммы изображены импульсы управления тиристором с различным углом управления a, который отсчитывается от момента перехода синусоиды напряжения U₂ через ось времени.

При a = 0 тиристор открывается при минимальном напряжении на аноде (пpaктически как диод), поэтому ток из трaнcформатора в нагрузку поступает в течение времени, равном длительности положительной полуволны синусоиды.

При a = 45 0 тиристор открывается с задержкой на ¼ длительности полуволны синусоиды, поэтому ток из трaнcформатора в нагрузку поступает в течение ¾ длительности полуволны синусоиды.

При a = 90 0 тиристор открывается с задержкой на ½ длительности полуволны синусоиды, и ток из трaнcформатора в нагрузку поступает также в течение ½ длительности полуволны синусоиды.

При a = 180 0 тиристор закрыт всё время действия положительной полуволны синусоиды, и ток из трaнcформатора в нагрузку не поступает.

Следовательно, с увеличением a действующее напряжение в нагрузке будет уменьшаться. Зависимость выходного напряжения выпрямителя от угла регулирования U_d = f(a) называется регулировочной хаpaктеристикой. Она описывается выражением

, (15.1)

где U_{d0(a = 0)} – напряжение холостого хода выпрямителя при a = 0 (как если бы в схеме выпрямителя применялись диоды). В данной схеме U_{d0(a = 0)} = 0,45×U₂.

На пятом графике временной диаграммы изображено напряжение, действующее на тиристор. При a = 0 к тиристору приложено только обратное напряжение U_b.max, которое достигает амплитудного значения напряжения вторичной обмотки и зависит от схемы выпрямителя (см. лекцию 3). Для рассматриваемого выпрямителя

. (15.2)

При a > 0 к тиристору, кроме обратного напряжения U_b.max, прикладывается прямое напряжение U_a,, которое можно определить по формуле

. (15.3)

Максимальной амплитуды U_a.max = U_2m прямое напряжение достигает при a = 90 0 . Для нормальной работы схемы должно выполняться условие U_a.max

188.64.169.166 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Тиристорный выпрямитель принцип действия

При разработке регулируемого источника питания без высокочастотного преобразователя разработчик сталкивается с такой проблемой, что при минимальном выходном напряжении и большом токе нагрузки на регулирующем элементе стабилизатор рассеивается большая мощность. До настоящего времени в большинстве случаев эту проблему решали так: делали несколько отводов у вторичной обмотки силового трaнcформатора и разбивали весь диапазон регулировки выходного напряжения на несколько поддиапазонов. Такой принцип использован во многих серийных источниках питания, например, УИП-2 и более современных. Понятно, что использование источника питания с несколькими поддиапазонами усложняется, усложняется также дистанционное управление таким источником питания, например, от ЭВМ.

Выходом мне показалось использование управляемого выпрямителя на тиристоре т. к. появляется возможность создания источника питания, управляемого одной ручкой установки выходного напряжения или одним управляющим сигналом с диапазоном регулировки выходного напряжения от нуля (или почти от нуля) до максимального значения. Такой источник питания можно будет изготовить из готовых деталей, имеющихся в продаже.

К настоящему моменту управляемые выпрямители с тиристорами описаны и весьма подробно в книгах по источникам питания, но пpaктически в лабораторных источниках питания применяются редко. В любительских конструкциях они также редко встречаются (кроме, конечно, зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов). Надеюсь, что настоящая работа поможет изменить это положение дел.

В принципе, описанные здесь схемы могут быть применены для стабилизации входного напряжения высокочастотного преобразователя, например, как это сделано в телевизорах “Электроника Ц432”. Приведенные здесь схемы могут также быть использованы для изготовления лабораторных источников питания или зарядных устройств.

Читать еще:  Как подключить вай фай камеру к ноутбуку

Описание своих работ я привожу не в том порядке как я их проводил, а более или менее упорядочено. Сначала рассмотрим общие вопросы, затем “низковольтные” конструкции типа источников питания для транзисторных схем или зарядки аккумуляторов и затем “высоковольтные” выпрямители для питания схем на электронных лампах.

Работа тиристорного выпрямителя на емкостную нагрузку

В литературе описано большое количество тиристорных регуляторов мощности, работающих на переменном или пульсирующем токе с активной (например, лампы накаливания) или индуктивной (например, электродвигатель) нагрузкой. Нагрузкой же выпрямителя обычно является фильтр в котором для сглаживания пульсаций применяются конденсаторы, поэтому нагрузка выпрямителя может иметь емкостный хаpaктер.

Рассмотрим работу выпрямителя с тиристорным регулятором на резистивно-емкостную нагрузку. Схема подобного регулятора приведена на рис. 1.

Здесь для примера показан двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, однако он может быть выполнен и по другой схеме, например, мостовой. Иногда тиристоры кроме регулирования напряжения на нагрузке U _н выполняют также функцию выпрямительных элементов (вентилей), однако такой режим допускается не для всех тиристоров (тиристоры КУ202 с некоторыми литерами допускают работу в качестве вентилей). Для ясности изложения предположим, что тиристоры используются только для регулирования напряжения на нагрузке U _н , а выпрямление производится другими приборами.

Принцип работы тиристорного регулятора напряжения поясняет рис. 2. На выходе выпрямителя (точка соединения катодов диодов на рис. 1) получаются импульсы напряжения (нижняя полуволна синусоиды “вывернута” вверх), обозначенные U _выпр . Частота пульсаций f _п на выходе двухполупериодного выпрямителя равна удвоенной частоте сети, т. е. 100 Hz при питании от сети 50 Hz . Схема управления подает на управляющий электрод тиристора импульсы тока (или света если применен оптотиристор) с определенной задержкой t _з относительно начала периода пульсаций, т. е. того момента, когда напряжение выпрямителя U _выпр становится равным нулю.

Рисунок 2 выполнен для случая, когда задержка t _з превышает половину периода пульсаций. В этом случае схема работает на падающем участке волны синусоиды. Чем больше задержка момента включения тиристора, тем меньше получится выпрямленное напряжение U _н на нагрузке. Пульсации напряжения на нагрузке U _н сглаживаются конденсатором фильтра C _ф . Здесь и далее сделаны некоторые упрощения при рассмотрении работы схем: выходное сопротивление силового трaнcформатора считается равным нулю, падение напряжения на диодах выпрямителя не учитывается, не учитывается время включения тиристора. При этом получается что подзаряд емкости фильтра C _ф происходит как бы мгновенно. В реальности после подачи запускающего импульса на управляющий электрод тиристора заряд конденсатора фильтра занимает некоторое время, которое, однако, обычно намного меньше периода пульсаций Т_п.

Теперь представим, что задержка момента включения тиристора t _з равна половине периода пульсаций (см. рис. 3). Тогда тиристор будет включаться, когда напряжение на выходе выпрямителя проходит через максимум.

В этом случае напряжение на нагрузке U _н также будет наибольшим, примерно таким же, как если бы тиристорного регулятора в схеме не было (пренебрегаем падением напряжения на открытом тиристоре).

Здесь мы и сталкиваемся с проблемой. Предположим, что мы хотим регулировать напряжение на нагрузке почти от нуля до наибольшего значения, которое можно получить от имеющегося силового трaнcформатора. Для этого с учетом сделанных ранее допущения потребуется подавать на тиристор запускающие импульсы ТОЧНО в момент, когда U _выпр проходит через максимум, т. е. t _з = T _п /2. С учетом того, что тиристор открывается не моментально, а подзарядка конденсатора фильтра C _ф также требует некоторого времени, запускающий импульс нужно подать несколько РАНЬШЕ половины периода пульсаций, т. е. t _з

Продукция

Трехфазный тиристорный выпрямитель предназначен для преобразования трехфазного переменного напряжения сети в постоянное регулируемое. Рассмотрим примеры пpaктического применения управляемого тиристорного преобразователя.

Трехфазный тиристорный выпрямитель тока предназначен для преобразования трехфазного переменного напряжения сети в постоянное регулируемое. Выпрямитель является одним из наиболее распространенным и классическим изделием силовой электроники. Предлагаем читателю ознакомиться с его внутренним устройством и вариантами применения.

Общая структура типовой выпрямительной системы представлена на рисунке 1:

Рисунок 1 Трехфазный управляемый выпрямитель тока ( напряжения)

Трехфазное переменное напряжение подается на первичную обмотку сетевого трaнcформатора TV через сетевой дроссель L. Напряжение со вторичной обмотки поступает на управляемый тиристорный выпрямитель VS, собранный по мостовой схеме Ларионова. Выходное напряжение выпрямителя содержит гармоники и фильтрации, для подавления которых предназначен Г-образный идуктивно-емкостной фильтр Ф. В ряде случаев требуется заземление минусового провода ( провод PE).

Рассмотрим пpaктические примеры применения этого устройства.

Пример 1. Распределение мощности по трем фазам при питании однофазной нагрузки

Довольно часто встречается случай, когда нагревательный элемент электрической печи выполнен однофазным. При большом количестве таких печей на предприятии и питании их однофазным напряжением возникают сильные перекосы фаз, что нeблагоприятно сказывается на других потребителях и снижает пропускную способность электрической сети. Одним из решений может стать применение выпрямителя – при питании нагрузки через управляемый выпрямитель мощность равномерно распределяется по всем трем фазам:

Рисунок 2 Питание однофазной нагрузки от трехфазного выпрямителя

Пример 2 Источник питания постоянного тока

Выпрямитель напряжения может использоваться как регулируемый мощный источник питания постоянного тока. Такой источник может использоваться для различных применений: питания гальванических ванн, зарядки аккумуляторных батарей ( тиристорное зарядное устройство), питания приборов и автоматики подстанций оперативным током ( шкаф оперативного тока ШОТ). В случае необходимости реализации системы питания постоянного тока с защитным заземлением необходима гальваническая развязка через трaнcформатор.

Рисунок 3 Источник питания постоянного тока

Пример 3 Управление двигателем постоянного тока

Классическое применение трехфазного выпрямителя – регулирование частоты вращения двигателя постоянного тока ( ДПТ):

Для этого необходимо два выпрямителя: один питает обмотку возбуждения, второй обмотку якоря. В настоящее время электропривод постоянного тока интенсивно вытесняется частотно регулируемым приводом ( ЧРП) переменного тока; однако по ряду причин и в настоящее время двигателя постоянного тока широко применяются в промышленности и на трaнcпорте.

Российским производителем регулируемых выпрямителей является фирма ООО « Звезда Электроника», которая серийно и под заказ производит трехфазный тиристорный выпрямитель напряжения ТВН. Изделия фирмы отличаются широким набором сервисных функций, наличием комплекса защит, стабильностью, разумными массо-габаритными показателями. Цена тиристорного выпрямителя держится на уровне, доступном для большинства потенциальных заказчиков. При производстве применяются современные материалы и комплектующие, например, тиристорные модули Semikron – ведущего мирового производителя силовых полупроводниковых приборов. Вся продукция проходит тщательный контроль на всех этапах.

Рисунок 5 Трехфазный тиристорный управляемый выпрямитель переменного тока ТВН фирмы « Звезда Электроника»

Основные технические данные:

• номинальный выходной ток 40, 80, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000 А;
• выходное напряжение – регулируемое или стабилизированное ( согласно заказу);
• система управления – микропроцессорная;
• режимы стабилизации выходного напряжение и тока;
• защиты от короткого замыкания, перегрузки, перегрева, потери или « слипания» фаз;
• индикация данных на жидкокристаллическом дисплее;
• программирование параметров с кнопочной панели управления;
• широкий выбор управляющих сигналов;
• степень защищенности IP41 с возможностью усиления до IP54;
• по заказу дополнительное комплектование сглаживающим дросселем, сетевым фильтром, сглаживающими конденсаторами, платой аналогового вывода.

Управляемые тиристорные выпрямители

Определение, виды и назначение тиристоров. Теоретическое и пpaктическое описание принципа действия полупроводниковых приборов и их основных параметров. Упрощённые типичные схемы силовых частей управляемых выпрямителей, их достоинства и недостатки.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра общей электротехники

Управляемые тиристорные выпрямители

1. Определение, виды тиристоров

2. Принцип действия

3. Параметры тиристоров

4. Управляемые выпрямители

— Однофазный управляемый выпрямитель

— Однофазный управляемый выпрямитель со средней точкой

— Однофазная мостовая схема управляемого выпрямителя

— Трёхфазный управляемый выпрямитель с нулевым выводом

— Мостовой трёхфазный управляемый выпрямитель

Постоянный прогресс в области электроники приводит к непрерывному совершенствованию элементной базы электронных устройств, что дает возможность разpaбатывать новые устройства, которые по сравнению с разработанными ранее устройствами обладают важными преимуществами такими как:

· улучшение основных параметров;

· простотой схемной реализации;

· удобством в эксплуатации устройств;

· более низкой себестоимостью;

С развитием силовой электроники проявляется всё большая потребность в универсальных силовых выпрямителях и особенно в управляемых.

В данной работе приведены теоретическое и пpaктическое описания принципа действия тиристоров и устройств, схемы этих устройств.

Управляемый выпрямитель на тиристорах — элементах, обладающих большим коэффициентом усиления по мощности, позволяет получать большие токи в нагрузке при незначительной мощности, затрачиваемой в цепи управления тиристора.

1. Определение, виды тиристоров

Тиристором называют полупроводниковый прибор, основу которого составляет четырехслойная структура, способная переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот. Тиристоры предназначены для ключевого управления электрическими сигналами в режиме открыт — закрыт (управляемый диод).

Простейшим тиристором является динистор — неуправляемый переключающий диод, представляющий собой четырехслойную структуру типа p-n-p-n (рис. 1.1.2). Здесь, как и у других типов тиристоров, крайние n-p-n-переходы называются эмиттерными, а средний p-n-переход — коллекторным. Внутренние области структуры, лежащие между переходами, называются базами. Электрод, обеспечивающий электрическую связь с внешней n-областью, называется катодом, а с внешней p-областью — анодом.

В отличие от несимметричных тиристоров (динисторов, тринисторов) в симметричных тиристорах обратная ветвь ВАХ имеет вид прямой ветви. Это достигается встречно-параллельным включением двух одинаковых четырехслойных структур или применением пятислойных структур с четырьмя p-n-переходами (симисторы).

Читать еще:  Кто такой плотник для детей

Рис. 1.1.1 Обозначения на схемах: а) симистора б) динистора в) тринистора.

Рис. 1.1.2 Структура динистора.

Рис. 1.1.3 Структура тринистора.

2. Принцип действия

Рис. 1.2.1. Схема включения в цепь неуправляемого тиристора (динистора).

При включении динистора по схеме, приведенной на рис. 1.2.1, коллекторный p-n-переход закрыт, а эмиттерные переходы открыты. Сопротивления открытых переходов малы, поэтому почти все напряжение источника питания приложено к коллекторному переходу, имеющему высокое сопротивление. В этом случае через тиристор протекает малый ток (участок 1 на рис. 1.2.3).

Рис. 1.2.2. Схема включения в цепь управляемого тиристора (тринистора).

Рис.1.2.3. Вольтамперная хаpaктеристика динистора.

Рис.1.2.4. Вольтамперная хаpaктеристика тиристора.

Если увеличивать напряжение источника питания, ток тиристора увеличивается незначительно, пока это напряжение не приблизится к некоторому критическому значению, равному напряжению включения Uвкл. При напряжении Uвкл в динисторе создаются условия для лавинного размножения носителей заряда в области коллекторного перехода. Происходит обратимый электрический пробой коллекторного перехода (участок 2 на рис. 1.2.3). В n-области коллекторного перехода образуется избыточная концентрация электронов, а в p-области — избыточная концентрация дырок. С увеличением этих концентраций снижаются потенциальные барьеры всех переходов динистора. Возрастает инжекция носителей через эмиттерные переходы. Процесс носит лавинообразный хаpaктер и сопровождается переключением коллекторного перехода в открытое состояние. Рост тока происходит одновременно с уменьшением сопротивлений всех областей прибора. Поэтому увеличение тока через прибор сопровождается уменьшением напряжения между анодом и катодом. На ВАХ этот участок обозначен цифрой 3. Здесь прибор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Напряжение на резисторе возрастает и происходит переключение динистора.

После перехода коллекторного перехода в открытое состояние ВАХ имеет вид, соответствующий прямой ветви диода (участок 4). После переключения напряжение на динисторе снижается до 1 В. Если и дальше увеличивать напряжение источника питания или уменьшать сопротивление резистора R, то будет наблюдаться рост выходного тока, как в обычной схеме с диодом при прямом включении.

При уменьшении напряжения источника питания восстанавливается высокое сопротивление коллекторного перехода. Время восстановления сопротивления этого перехода может составлять десятки микросекунд.

Напряжение Uвкл при котором начинается лавинообразное нарастание тока, может быть снижено введением не основных носителей заряда в любой из слоев, прилегающих к коллекторному переходу. Дополнительные носители заряда вводятся в тиристоре вспомогательным электродом, питаемым от независимого источника управляющего напряжения (Uупр). Тиристор со вспомогательным управляющим электродом называется триодным, или тринисторным. На пpaктике при использовании термина «тиристор» подразумевается именно элемент. Схема включения такого тиристора показана на рис. 1.2.2. Возможность снижения напряжения U при росте тока управления, показывает семейство ВАХ (рис. 1.2.4).

Если к тиристору приложить напряжение питания, противоположной полярности (рис. 1.2.4), то эмиттерные переходы окажутся закрытыми. В этом случае ВАХ тиристора напоминает обратную ветвь хаpaктеристики обычного диода. При очень больших обратных напряжениях наблюдается необратимый пробой тиристора.

тиристор полупроводниковый выпрямитель

3. Параметры тиристоров

1. Напряжение включения (Uвкл) — это такое напряжение, при котором тиристор переходит в открытое состояние.

2. Повторяющееся импульсное обратное напряжение (Uo6p.max) — это напряжение, при котором наступает электрический пробой. Для большинства тиристоров Uвкл = Uo6p.max.

3. Максимально допустимый прямой, средний за период ток.

4. Прямое падение напряжения на открытом тиристоре (Unp = 0,5?1В).

5. Обратный максимальный ток — это ток, обусловленный движением неосновных носителей при приложении напряжения обратной полярности.

6. Ток удержания — это анодный ток, при котором тиристор закрывается.

7. Время отключения — это время, в течение которого закрывается тиристор.

8. Предельная скорость нарастания анодного тока. Если анодный ток будет быстро нарастать, то p-n переходы будут загружаться током неравномерно, вследствие чего будет происходить местный перегрев и тепловой пробой.

9. Предельная скорость нарастания анодного напряжения. Если предельная скорость нарастания анодного напряжения будет больше паспортной, тиристор может самопроизвольно открыться от электромагнитной помехи.

10. Управляющий ток отпирания — это ток, который необходимо подать, чтобы тиристор открылся без «колена».

11. Управляющее напряжение отпирания — это напряжение, которое необходимо подать, чтобы тиристор открылся без «колена».

4. Управляемые выпрямители

Управляемые выпрямители на тиристорах позволяют:

1) выпрямлять переменное напряжение;

2) регулировать величину среднего значения этого напряжения Ud (постоянную составляющую).

Регулирование ведется за счет задержки момента включения очередного вентиля Среднее значение выпрямленного напряжения Uda , определяемые заштрихованной площадью, будет меньше Ud0. Чем больше угол задержки a, тем меньше Uda.

Приведём упрощённые типичные схемы силовых частей управляемых выпрямителей с описанием каждой достоинств и недостатков.

Однофазный управляемый выпрямитель

Достоинства: минимальное количество, простота реализации, простота системы управления.

Недостатки: низкий КПД, высокая пульсация выпрямленного напряжения.

Однофазный управляемый выпрямитель со средней точкой

Достоинства: разгрузка режима работы тиристоров, высокий КПД, низкая пульсация выпрямленного напряжения

Недостатки: усложнённая система управления, увеличенный размер трaнcформатора

Однофазная мостовая схема управляемого выпрямителя

Достоинства: оптимальное использование возможностей трaнcформатора, высокий КПД,. низкая пульсация выпрямленного напряжения.

Недостатки: усложнённая система управления, большое число элементов схемы выпрямления.

Трёхфазный управляемый выпрямитель с нулевым выводом

Достоинства: возможное создание выпрямителей большой мощности , высокий КПД, низкая пульсация выпрямленного напряжения, простота реализации.

Недостатки: сложная система управления, неэффективное использование возможностей трaнcформатора

Мостовой трёхфазный управляемый выпрямитель

Достоинства: возможное создание выпрямителей большой мощности, высокий КПД, низкая пульсация выпрямленного напряжения, простота реализации, эффективное использование возможностей трaнcформатора

Недостатки: сложная система управления, большое число элементов схемы выпрямления

1. А.А. Каяцкас. Основы радиоэлектроники. — М.: Высшая школа, 1988. — 463с., ил.

2. Полупроводниковые выпрямители/ Под ред. Ф.И. Ковалева и Г.П. Мостковой. М.: Энергия, 1978. 448с.

3. Справочник. «Диоды, тиристоры, транзисторы и микросхемы общего назначения». Воронеж. 1994г.

Подобные документы

Главные достоинства и недостатки схем выпрямителей с умножением напряжения. Параметры работы схемы Миткевича на активную и активно-индуктивную нагрузку. Использование в технике электропитания фильтров, исключающих или сглаживающих остаточную пульсацию.

реферат [151,9 K], добавлен 10.02.2009

Описание принципа действия принципиальной электрической схемы устройства. Расчет параметров теплового режима блока и выбор радиаторов для охлаждения полупроводниковых приборов. Монтаж аппаратуры на печатных платах. Порядок сборки и эксплуатации.

курсовая работа [135,4 K], добавлен 16.05.2017

Хаpaктеристика свойств и параметров полупроводниковых приборов: диодов, транзисторов и стабилитронов. Расчет стабилизаторов напряжения, выпрямителей с емкостным фильтром. Выбор стандартного трaнcформатора. Определение коэффициента полезного действия.

курсовая работа [2,3 M], добавлен 19.02.2013

Назначение и классификация полупроводниковых приборов, особенности их применения в преобразователях энергии и передаче информации. Система обозначений диодов и тиристоров, их исследование на стенде. Способы охлаждения расчет нагрузочной способности.

дипломная работа [3,9 M], добавлен 28.09.2014

Эксплуатация полупроводниковых преобразователей и устройств: недостатки полупроводниковых приборов, виды защит. Статические преобразователи электроэнергии: трaнcформаторы. Назначение, классификация, виды, конструкция. Работа трaнcформатора под нагрузкой.

лекция [190,2 K], добавлен 20.01.2010

Рассмотрение принципов работы полупроводников, биполярных и полевых транзисторов, полупроводниковых и туннельных диодов, стабилитронов, варикапов, варисторов, оптронов, тиристоров, фототиристоров, терморезисторов, полупроводниковых светодиодов.

реферат [72,5 K], добавлен 14.03.2010

Хаpaктеристика электромеханических приборов для измерения постоянного, переменного тока и напряжения. Их конструкция, принцип действия, область применения, достоинства и недостатки. Определение и классификация электронных вольтметров, схемы приборов.

курсовая работа [1,1 M], добавлен 26.03.2010

Негативный хаpaктер явления перекрытия фаз: уменьшение среднего значения выходного сопротивления, раздробление и увеличение коэффициента пульсации. Достоинства и недостатки электрических схем выпрямителей, хаpaктерные параметры работы и применение.

реферат [182,5 K], добавлен 10.02.2009

Технологический маршрут производства полупроводниковых компонентов. Изготовление полупроводниковых пластин. Установка кристаллов в кристаллодержатели. Сборка и герметизация полупроводниковых приборов. Проверка качества и электрических хаpaктеристик.

курсовая работа [3,0 M], добавлен 24.11.2013

Конструктивные особенности и параметры полупроводниковых приборов для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Классификация диодов, транзисторов, тиристоров по основному рабочему материалу, принципу действия, частоте и мощности.

презентация [1,7 M], добавлен 03.05.2011

Управляемые выпрямители на тиристорах

Широкое применение тиристоров при регулировании напря­жения объясняется следующими их преимуществами по сравне­нию с рассмотренными ранее схемами:

• большая экономичность вследствие малого падения напряжения в проводящем состоянии (около 2 В);

• высокая скорость регулирования, позволяющая обеспечить стабилизацию выпрямленного напряжения и осуществить защиту выпрямителя от перегрузок и коротких замыканий;

• меньшая необходимая мощность управления;

• меньшие габаритные размеры и масса.

Управляемые вентили — тиристоры — могут находиться в двух крайних состояниях (рис. 122, а): открытом (участок ВС) и закры­том (участок 0А). Момент включения тиристора можно регулиро­вать, подавая управляющий импульс тока на р-п-переход, приле­гающий к катоду (рис. 122, б). Ток нагрузки, проходя через от крытый тиристор, смещает все три

Рис. 122. Вольтамперная хаpaктеристика тиристора (а), его структура, (б) и условное графическое обозначение (в): Iу — ток управления; А — анод; К — катод: УЭ — управляющий электрод/

Рис. 123. Структурная схема управляемого выпрямителя (и), принципи­альная схема простейшего РВБ (б) и диаграммы напряжений на его входе и выходе (в)

eго р-п-перехода в прямом направлении, и управляющий электрод (УЭ) теряет влияние на процессы, происходящие в тиристоре. При падении прямого тока до нуля после рассасывания заряда неосновных носителей в базо­вых областях тиристор запирается и его управляющие свойства восстанавливаются. Условное графическое обозначение тиристо­ра приведено на рис. 122, в.

Читать еще:  Электрика и электроника отличие

На рис. 123,а приведена структурная схема управляемого вы­прямителя на управляемых вентилях.

Принципиальным отличием схемы управляемого выпрямите­ля (УВ) от неуправляемого является наличие в ней регулируемого вентильного блока (РВБ) и устройства управления (УУ), регули­рующего напряжение сети. Простейшая схема РВБ на одном ти­ристоре VS приведена на рис. 123, б. Следует напомнить, что для включения тиристора необходимо выполнение следующих усло­вий: напряжение на его аноде должно быть положительным, но меньшеU_ПР.ВКЛ., а к управляющему электроду (УЭ) должно быть приложено положительное напряжение, соответствующее отпи­рающему току. Первое условие выполняется для положительных полуволн напряжения U₂, а для выполнения второго условия к управляющему электроду тиристора подводится отпирающий (уп­равляющий) положительный импульс напряжения U_y.

В момент прихода управляющего импульса, соответствующего углу отпирания а, тиристор теряет управляющие свойства, поэто­му, когда напряжение на аноде станет равным нулю, произойдет его выключение. Форма напряжения на резистивной нагрузке R_Hбез фильтра показана на рис. 123, в. Момент включения тиристора

можно регулировать в пределах положительной полуволны вы­ходного напряжения U₂ трaнcформатора, т.е. в диапазоне 0 ≤α≤π. При этом если тиристор включается при α = 0, то среднее выпрямленное напряжение нагрузки U_Н.С.В.=0. Такой способ уп­равления тиристором называется фазоимпульсным.

В рассмотренной схеме управляемого выпрямителя пульсации напряжения нагрузки довольно большие, поэтому для их умень­шения необходимо включить сглаживающий фильтр. Следует от­метить, что в тиристорных управляемых выпрямителях использу­ют фильтры, начинающиеся с дросселя, так как при подключе­нии сразу емкостного фильтра заряд конденсатора через открыв­шийся тиристор может сопровождаться большим током, который может вывести тиристор из строя.

Рассмотрим работу схемы двухфазного управляемого выпря­мителя (рис.124, а) с индуктивно-емкостным фильтром. В этой схеме возможны два режима работы: без блокировочного диода (VD) и с блокировочным диодом. Различие этих режимов заклю­чается в способе выключения тиристоров.

Рис. 124. Схема двухфазного управляемого выпрямителя (а), временные диаграммы напряжений на входе и выходе (б) и регулировочные кри­вые (в): 1 — без диода VD; 2 — при наличии диода VD.

Работа выпрямителя без блокировочного диода происходит следующим образом. С поступлением управляющего импульса тиристор VS1 включается с углом отпирания α. На выход выпря­мителя передается напряжение первой фазы вторичной обмотки U’₂. При t ≥ п напряжение U’₂ изменяет полярность на отрицатель­ную, но тиристор VS1 не закрывается, так как через него прохо­дит ток дросселя фильтра L_ф, и напряжение самоиндукции обес­печивает его открытое состояние.

При t = α + п включается тиристор VS2, который передает на выход напряжение U»₂ второй фазы вторичной обмотки, В этом случае ток дросселя фильтра L_фпереключается на вторую фазу, а тиристор VS1закрывается. Напряжения на выходе выпрямителя U_o и нагрузке U_H показано на рис. 124, б (заштрихованные обла­сти).

При достаточно большом значении L_ф = R_H/ωугол включения тиристоров можно регулировать от нуля до π/2, как показано на рис. 124, в (кривая 1при L =∞).

Напряжение нагрузки растет с уменьшением угла α и умень­шается при его увеличении.

При работе выпрямителя с блокировочным диодом VD тири­сторы VS1и VS2выключаются, когда напряжение на его аноде становится равным нулю. При этом протекание тока в дросселе фильтра не прерывается из-за включения диода VD.

В результате часть периода от πдо π+ α ток в дросселе (а зна­чит, и в нагрузке) проходит через диод VD, и напряжение на вы­ходе выпрямителя не изменяет полярности, как показано на рис. 124, б.

Угол α отпирания тиристора в схеме с диодом VD можно ре­гулировать от нуля до π, как показано на рис. 124, в (кривая 2 при L = 0).

При одинаковом угле отпирания тиристоров в схеме без бло­кировочного диода напряжение на нагрузке меньше, чем в схеме с блокировочным диодом, так как в течение части периода повто­рения входного напряжения на его выход передается отрицатель­ное напряжение.

Мостовой управляемый выпрямитель.Мостовой выпрямитель можно построить с меньшим (чем четыре) числом тиристоров, так как для обеспечения управления достаточно включить в каж­дую из двух последовательных цепей, состоящих из двух диодов, один диод управляемый, а другой — неуправляемый (рис. 125, а), Применение двух управляемых диодов вместо четырех (см. рис. 124) позволяет упростить схему управления и удешевить стоимость вен­тильной группы.

Рассмотрим работу схемы мостового выпрямителя, в которой одновременно работают тиристор VS1 и вентиль VD2 или тирис­тор VS2 и вентиль VD1. Временные диаграммы напряжений и то-

Рис. 125. Мостовая схема управляемого выпрямителя (а) и временные диаграммы напряжений и токов в этой схеме (б)

ков при работе такой схемы на индуктивную нагрузку показаны на рис. 125, 6.

В момент времени t1на управляющий электрод тиристора VS1подается импульс управления, открывающий его. В интервале вре­мени от t1 до t2ток протекает через тиристор VS1и вентиль VD,. и напряжение на выходе выпрямителя повторяет входное напря­жение U2. В момент времени t3 напряжение U2изменяет свою полярность, и вентиль VD2запирается, а вентиль VD1открывает­ся. Переключения тиристоров в этот момент времени произойти не может, так как на управляющий электрод тиристора VS2не поступает импульс управления. В итоге в течение периода време­ни от t2до t3 открыты тиристор VS1и вентиль VD2 и через них протекает ток нагрузки I.

Выпрямленное напряжение U в этом интервале времени рав­но нулю (так как выход выпрямителя закорочен), а ток нагрузки поддерживается за счет энергии, запасенной в дросселе L. В мо­мент времени t3за счет управляющего импульса открывается ти­ристор VS2, а тиристор VS1 запирается, так как на него при этом подается обратное напряжение.

В интервале времени от t3до t4ток проводят и тиристор VS2, и вентиль VD1, а напряжение на выходе выпрямителя U анало­гично входному напряжению U2, но с противоположным зна­ком,

В момент времени U вновь происходит коммутация тока в группе неуправляемых вентилей: запирается вентиль VD1 и открывается вентиль VD2.

В интервале времени от t4 до t5 тиристор VS2 и вентиль VD1 открыты, напряжение на выходе выпрямителя U0 = 0, а ток на­грузки Iо поддерживается неизменным за счет энергии, запасен­ной в дросселе. В интервале времени от t5 до t6 процессы идентич­ны процессам в интервале от t1 до t2.

Как видно из рис. 125, б, временная диаграмма выпрямленного напряжения U0 в этой схеме такая же, как и в схеме выпрямителя с активной нагрузкой.

УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕГРУЗОК

Вторичные источники питания часто снабжают устройствами электронной защиты (УЗ) от перегрузоки короткого замыкания. Такие устройства включают в себя следующие элементы: датчик контролируемой величины (тока, напряжения или температуры); пороговое устройство (ПУ) или схему сравнения; исполнительное устройство (ИУ). Чаще всего требуется защита источников пита­ния от перегрузки. В этом случае, когда значение тока превысит допустимое, включается пороговое устройство и приводит испол­нительный механизм в состояние отключения нагрузки.

Устройства зашиты выполняются с автоматическим повторным включением питании после некоторого времени или с ограниче­нием мощности, отдаваемой нагрузке.

Схема устройства защиты от перегрузок по току (и потрeбля­емой мощности) показана на рис. 126. Устройство работает следу­ющим образом. Напряжение с вторичной обмотки трaнcформато­ра тока ТА, используемого в качестве преобразователя тока, вып­рямляется диодом VD1 и сглаживается фильтром R 7, С1. Перемен­ный резистор R1 используется для регулировки порога сpaбатыва­ния. В качестве порогового устройства используется логический элемент DD1.1, выполненный по КМОП-технологии. Уровни сра­батывания таких элементов стабильны и близки к половине на­пряжения питания микросхемы. При повышенном токе нагрузки после сpaбатывания элемента DDL ] запускается ждущий мульти­вибратор на основе логических элементов DD1.2 и DD1.3 (одно-вибратор), который формирует отрицательное выходное напря­жение, отключающее (или запирающее) цепь питания нагрузки. Через некоторое время, определяемое временем разряда конден­сатора С2 через резистор R3, одновибратор переключается в ис­ходное (ждущее) состояние с формированием на выходе скачка положительного напряжения. Это напряжение соответствует сиг­налу включения питания нагрузки или восстановлению нормаль­ного рабочего состояния источника питания.

Рис. 126. Электрическая схема устройства защиты от перегрузок по току с автоматическим восстановлением рабочего состояния источника питания

Аналогично работают устройства защиты от повышения на­пряжения и температуры, т.е. при скачке температуры или напря­жения соответствующий сигнал подается на логический элемент DD1.1, который запускает одновибратор, отключающий питание на определенное время.

В заключение необходимо отметить, что выбор схемы вторично­го источника питания и параметров

ее элементов определяется уров­нем требований к коэффициенту стабилизации напряжения и мощ­ностью, необходимой для питания электронной аппаратуры. Для очень мощной аппаратуры (1. 100 кВт — звуковая аппаратура кон­цертных залов, радиостанции и т. п.), а также на трaнcпортных сред­ствах с управляемым приводом требования к стабильности напряже­ния ниже. В них используются мощные выпрямительные установки для трехфазного напряжения с использованием тиристоров.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2019 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.004 с) .