4.6.2. Схема выпрямителя с обратным диодом
Улучшить показатели схемы тиристорного выпрямителя можно, включив в нее обратный (разрядный) диод (рис. 4.18, а, в). С ним может работать даже однофазная схема выпрямления. Роль обратного диода Д1 заключается в том, что при достижении угла ωτ = π ток дросселя L, уменьшаясь, создает на нем такую ЭДС, которая равна по величине постоянному напряжению на выходе и приложена «минусом» к катодам тиристора и обратного диода. При ωτ > π эта наведенная ЭДС становится больше, чем напряжение E0, и обратный диод открывается. Дроссель разряжается через него, а тиристор, будучи обесточенным, закрывается.
Таким образом, угол закрывания тиристоров в схеме с обратным диодом всегда равен π. Ток дросселя в двухфазной схеме на интервале α <ωτ< π протекает через тиристор и одну из вторичных полуобмоток, а на интервале π <ωτ< π+ α — через обратный диод (рис.4.17,г). В однофазной схеме время разряда дросселя через диод значительно больше и равно π+ α (рис.4.18,б). В схеме с обратным диодом переменные составляющие выпрямленного напряжения и фазовый сдвиг первой гармоники тока первичной обмотки заметно меньше, чем в схеме без обратного диода. Однако регулировочная характеристика выпрямителя с обратным диодом мягче. Для сведения выпрямленного напряжения к нулю необходимо угол регулирования сделать равным π, а не 0,5 π, как в схеме без обратного диода. При тех же предположениях, что были сделаны для схемы без обратного диода, постоянная составляющая выпрямленного напряжения в однофазной схеме:
E01 = [Em/(2 π)](1 + cos α) (4.33)
И в двухфазной схеме:
E02 = (Em/ π)(1 + cos α). (4.34)
Рис. 4.18. Схема выпрямителя с обратным диодом
Сравнение показателей схемы с обратным диодом и схемы без обратного диода показывает преимущества первой схемы. Чтобы проиллюстрировать эти преимущества в цифрах, подсчитаем показатели двух схем при диапазоне регулировки выходного напряжения, равном трем. Начальный угол регулировки αmin выберем в начале крутого участка регулировочной характеристики, что соответствует примерно 30о и 20о для схемы с обратным диодом и без обратного диода соответственно. Выпрямленное напряжение, в три раза меньшее начального, получится для схемы с обратным диодом при αmax = 112о и для схемы без диода при αmin = 71,5о. Угол запаздывания первой гармоники тока, потребляемого из первичной цепи, меняется при регулировке от 15о до 56о для схемы с обратным диодом и от 20о до 71,5о для схемы без диода. Критическая величина индуктивности, определенная для αmax, будет для схемы с обратным диодом равной 1,9R/ω, а для схемы без диода 3R/ω. При меньшем диапазоне регулировки выходного напряжения показатели двух схем сближаются.
4.6.3. Мостовые схемы с тиристорами
У мостовой схемы (рис. 4.19, а) выходное напряжение получается точно таким, как у обычной двухфазной схемы. Совпадают для этих схем все остальные показатели, за исключением формы и величины тока во вторичной обмотке трансформатора.
Можно построить мостовую схему выпрямителя с меньшим числом управляемых диодов, так как для управления достаточно включить один из двух последовательно соединенных диодов. В схеме рис.4.19,б катоды управляемых диодов соединены вместе, схема управления двумя тиристорами может иметь один общий выходной зажим. В схеме рис. 4.19,в катоды тиристоров имеют разные потенциалы, поэтому схема управления должна выдавать два самостоятельных противофазных переключающих импульса, гальванически не связанных между собой, что значительно ее усложняет.
Рис. 4.19. Мостовая схема тиристорного выпрямителя
Показатели схемы (Рис.4.19,б) такие же, как и у схемы (Рис.4.19,в), за исключением меньшего диапазона регулирования, ибо первая схема без обратного диода не обеспечивает полного сброса тока нагрузки. Отключение открывающих тиристоры импульсов приведет в схеме, изображенной на рис. 4.18,б, к запиранию лишь одного из тиристоров. Другой тиристор и два неуправляемых диода образуют схему однофазного выпрямителя, в котором из-за ЭДС, возникающей на дросселе фильтра, тиристор все время открыт. Среднее напряжение на нагрузке в этом случае будет равно Em/ π, как в однофазной схеме при α = 0.
В схеме (Рис. 4.18,в) диоды Д1 и Д2 выполняют роль обратного диода, поэтому в ней тиристоры разгружены от обратного тока и отключаются в конце каждого полупериода.
Когда управляемый выпрямитель является элементом стабилизированного источника питания, от него не требуется такой широкий диапазон регулировки и форсировки сброса нагрузки, как в других схемах автоматического регулирования. Поэтому в стабилизаторах часто можно встретить и схему, изображённую на рисунке 4.18,б.