Разработка однофазной мостовой схемы управляемого выпрямления

Тема: Разработка однофазной мостовой схемы управляемого выпрямления

Расчет элементов управления тиристорами

Взяв в качестве основы схему из рисунка 1, в программе Multisim был создан однофазный мостовой управляемый выпрямитель. В качестве элементов управления тиристорами был использован источник импульсного тока Pulse current. Схема выпрямителя показана на рисунке 2.

[pic 1]

Рисунок 2 — Однофазная мостовая схема выпрямления на тиристорах

Вентильный мост (рисунок 2) содержит две группы вентилей — катодную (нечетные вентили) и анодную (четные вентили). В мостовой схеме ток проводят одновременно два вентиля - один из катодной группы и один из анодной. Исходя из рисунка 2, можно утверждать, что в первом полупериоде, когда переменное напряжение имеет положительную полуволну, работают тиристоры VS1 и VS2, а когда напряжение имеет отрицательную полуволну – работают тиристоры VS3 и VS4. Поэтому источники тока были сгруппированы попарно: I1 с I2 и I3 вместе с I4. Далее приведено описание настройки импульсных источников тока.

В качестве источника питания используется сеть общего назначения, то есть с напряжением питания 220В и частотой 50Гц. Из этого определяется период:

[pic 2]

Для фазового регулирования напряжения необходимо задать угол открытия тиристоров a = 30º. Для этого вычисляется время задержки включения тиристора (Delay time) для двух пар источников импульсного тока. Для первой пары, которая включает тиристоры при положительной полуволне синусоидального сигнала, вычисляется по следующей формуле [4]:

[pic 3]

Вторая пара источников тока должна включать тиристоры при отрицательной полуволне.

[pic 4]

Взяв значения из формул 2 – 4 и таблицы 1, была произведена настройка двух пар импульсных источников тока, которые показаны на рисунке 3. На данном рисунке слева параметры соответствуют источникам тока I1 и I2, а справа для источников тока I3 и I4.

[pic 5][pic 6]

Рисунок 3 — Импульсный источник тока для положительной (слева) и отрицательной (справа) полуволн

Работа на активную, активно-индуктивную и активно-емкостную нагрузки

В качестве примера была взята величина нагрузки равная 1 кОм. Исходя из этого, можно определить предельный ток нагрузки ILM, который вычисляется по закону Ома:

[pic 7]

При чисто активной нагрузке (рисунок 2) ток повторяет по форме напряжение (рисунок 5). В первом полупериоде предельный ток нагрузки ILM протекает через вентили VS1 и VS2, а во втором полупериоде через вентили VS3 и VS4 [7]. Диаграммы переменного амплитудного напряжения, выпрямленного выходного тока и напряжения показаны на рисунке 4 и 5.

[pic 8]

Рисунок 4 — Амплитудное значение переменного напряжения

[pic 9]

Рисунок 5 — Выходное напряжение (сверху) и выходной ток (снизу)

На рисунке 5 также отчетливо виден угол открытия тиристоров a = 30º. Данный метод (фазовое регулирование) активно применяется для плавного пуска двигателей постоянного тока, управления током зарядки аккумуляторных батарей, регулирования яркости электрических источников света [5].

Индуктивный фильтр характерен для выпрямителей, рассчитанных на большие токи нагрузки. Такой фильтр представляет собой катушку индуктивности (обычно с ферромагнитным сердечником), включенную последовательно с нагрузкой. Сделав активно-индуктивную нагрузку, среднее значение напряжения на нагрузке оказывается меньшим, чем в случае отсутствия индуктивности, уменьшаются также пульсации выходного напряжения [8]. Схема выпрямления и выходные диаграммы при разных величинах индуктивности показаны на рисунках 6, 7 и 8 соответственно.