Файл: Богомолов А.М. Судовая полупроводниковая электроника.pdf

целесообразно включать не в анодную цепь тиристора Т2,

анепосредственно в цепь анодного питания.

Вэтом случае при поступлении входного сигнала вна­ чале включается тиристор Тх и возбуждает входную цепь тиристора Т2. Тиристор Т2 при этом удерживается в от­ крытом состоянии входным током и в самостоятельное открытое (зажженное) состояние переходит несколько позже, после нарастания тока нагрузки до некоторого критического значения, соответствующего току удержа­ ния тиристора.

Если тиристорный ключ с индуктивной нагрузкой уп­

равляется емкостной или трансформаторной цепью вклю­ чения, то для перевода тиристора в зажженное состояние на вход тиристора необходимо подавать не одиночный импульс, а серию импульсов, так чтобы ток нагрузки мог возрасти до величины тока удержания тиристора.

Выключают тиристор, отбирая его анодный ток с по­ мощью специальной схемы. Чаще всего для этой цели используется вспомогательный, или гасящий, тиристор, анод которого соединен с анодом основного тиристора через конденсатор (рис. 73, б). Тиристорная схема такой конфигурации известна под названием тиристорного триггера.

Для расчета минимального значения емкости комму­ тирующего конденсатора С в литературе рекомендуются следующие формулы:

для активной нагрузки

где ^выкл — время выключения тиристора, мкс;

I — максимальный ток нагрузки в момент ком­ мутации, А;

Е — минимальное напряжение питания, В. Сопротивление анодного резистора гасящего тири­

стора выбирают такое, чтобы оно обеспечивало действие коммутирующей емкости при малых скважностях

185

Г Л А В А V I

П о л у п р о в о д н и к о в ы е в ы п р я м и т е л и

Выпрямители являются наиболее распро­ страненными полупроводниковыми узлами в современ­ ном судовом электрооборудовании. Они служат для пре­ образования переменного тока в постоянный и широко применяются как в судовых системах преобразования электрической энергии, так и в цепях управления. Вы­ ходная мощность выпрямителей может находиться в пре­ делах от долей ватта до сотен киловатт. В зависимости от назначения и от предъявляемых требований полупро­ водниковые выпрямители выполняются по различным схемам. Ниже дается краткое описание основных типов схем выпрямителей. Их основные количественные харак­ теристики сведены в таблицу (стр. 188).

§ 1. Однополупериодная однофазная схема выпрямления

Однополупериодная однофазная схема выпрямления, представленная на рис. 74, а, включает в себя один диод и является простейшей выпрямительной схемой. Во вре­ мя положительной полуволны напряжения вторичной об­ мотки диод Д оказывается включенным в прямом на­ правлении, т. е. его анод имеет положительный потенци­ ал относительно катода. При этом в соответствии с вольт-амперной характеристикой внутреннее сопротивле­ ние диода весьма мало, и в цепи протекает ток, ограни­ чиваемый только сопротивлением нагрузки. Этот ток, протекая через диод в прямом направлении, не создает на нем заметного падения напряжения, поэтому почти все напряжение вторичной обмотки входного трансфор­ матора оказывается приложенным к нагрузке.

Во время отрицательной полуволны питающего нап­ ряжения (полярность на рисунке указана в скобках)

187

П араметры схем выпрямителей при работе на активную нагрузку

»двухполупериодная

диод оказывается включенным в обратном направлении. Сопротивление диода очень велико, и в цепи нагрузки протекает небольшой ток, равный обратному току диода. Величина этого тока обычно несоизмеримо меньше пря­ мого тока и практически может не учитываться. На рис. 74, б, в, г представлены линейные диаграммы, иллю­ стрирующие электрические процессы в однополупериодной схеме выпрямления.

Величина выпрямленного напряжения Uа определя­ ется как среднее напряжение на нагрузке выпрямителя. В соответствии с рис. 74, в' выпрямленное напряжение в однополупериодной схеме равно:

L

Г2

Ud — — J и (t) dt = -y -J E2msincetd t —

ои

тс тс

где Е2 — действующее значение напряжения вторичной обмотки входного трансформатора.

Средний ток диода / а равен среднему току нагрузки Id. Максимальное обратное напряжение на закрытом диоде Ua.m равно амплитуде напряжения вторичной об­ мотки.

188

и а . 1

Л

+ ( - )

____ k J ____

о—

6

в

г

Рис. 74. Однополупериодная схема выпрямления:

а — схема выпрямителя; б — форма входного напряжения; о — форма выпрямленного напряжения н тока; г — форма напря­ жения на диоде

При подключении емкостного сглаживающего фильт­ ра обратное напряжение на диоде увеличивается и мо­ жет достичь величины, равной 2£ 2т.

Важным параметром выпрямительной схемы являет­ ся так называемая типовая или установленная мощность трансформатора 5Т, определяемая как полусумма про­ изведений действующих значений токов и напряжений всех обмоток трансформатора. В данном случае

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора определяется из выражения:

(174)

Действующее значение тока в первичной обмотке на­ ходят по формуле:

/т

Si = к l / - L j ( / 2msln<ot-Zdy d t ^ K . l , 2 1 / d, (175)

'о

Ео

где к — коэффициент трансформации, равный — •

Е\

Таким образом, установленная мощность трансфор­ матора в однополупериодной схеме выпрямления будет равна: ST?«3,1 pd.

В данном выражении не учитывается возрастание намагничивающего тока трансформатора вследствие подмагничивания его сердечника постоянной составляющей тока вторичной обмотки. С учетом этого явления получа­ ем приближенно: ST~ (3,4-У3,5)/?d.

К недостаткам однополупериодной схемы кроме за­ вышенной мощности трансформатора следует отнести значительную пульсацию выпрямленного напряжения. В

190

силу этих недостатков такая схема находит лишь ограни­ ченное применение, в основном в маломощных цепях управления.

§ 2. Двухполупериодная однофазная схема выпрямления

Двухполупериодная схема выпрямления однофазного тока изображена на рис. 75, а. Она состоит из двух однополупериодных схем, работающих на общую нагрузку. Во время положительной полуволны напряжения вто­ ричной обмотки (полярность напряжения соответствует указанной на рис. 75, а) проводит ток диод Д и диод Д 2 при этом находится в запертом состоянии. Во время от­ рицательной полуволны напряжения (полярность указа­ на в скобках) проводит ток диод Д 2, диод Д\ при этом заперт. В обоих случаях к нагрузке приложено напря­ жение, равное напряжению одной из вторичных обмоток трансформатора, причем полярность напряжения, при­ ложенного к нагрузке, одинакова в оба полупериода.

Существенной особенностью данной схемы является то, что напряжение на запертом диоде равно сумме нап­ ряжений обеих вторичных обмоток. В этом можно убе­ диться, рассматривая контур схемы выпрямителя, вклю­ чающий в себя две вторичные обмотки трансформатора и два включенных диода. В любой из полупериодов пер­ вичного напряжения один из диодов будет открыт и к за­ крытому диоду будет приложена сумма всех ЭДС, со­ держащихся в рассматриваемом контуре.

Графики электрических процессов в схеме приведены на рис. 75, б, в, г, д, е, ж.

Анализируя представленные графики, можно полу­ чить расчетные соотношения для данной схемы. Постоян­ ная составляющая выпрямленного напряжения в соот­ ветствии с рис. 75, в определяется как

(176)

191

Сравнивая кривые рис. 75, виг , можно убедиться, что

Установленная мощность трансформатора

Несмотря на то что по сравнению с однополупериодной схемой схема выпрямителя со средней точкой имеет несколько улучшенные параметры (меньшая пульсация выходного напряжения, лучшее использование трансфор­ матора), в полупроводниковой технике она используется редко, в основном из-за повышенного обратного напря­ жения на диодах.

§ 3. Мостовая однофазная схема выпрямления

Мостовая однофазная схема выпрямления приведена на рис. 76, а. Из четырех диодов, составляющих схему, каждый полупериод напряжения вторичной обмотки трансформатора два диода открыты и два закрыты. В положительный полупериод открыты диоды и Д 3, дио­ ды Д2 и Д а заперты. В цепи протекает ток в направле­ нии, указанном сплошной стрелкой. В отрицательный полупериод открыты диоды Д 2 и Д а, диоды Д ги Д3 за­ крыты. Ток в цепи протекает в направлении, указанном пунктирной стрелкой. Таким образом, в цепи нагрузки ток течет в одном направлении во время обоих полупериодов питающего напряжения.