Prostowniki sterowane - urządzenie, schematy, zasada działania
Prostowniki sterowane służą do regulacji napięcia wyjściowego w wyprostowanych obwodach prądu przemiennego. Wraz z innymi metodami regulacji napięcia wyjściowego za prostownikiem, takimi jak LATR czy reostat, sterowany prostownik pozwala na osiągnięcie większej sprawności przy wysokiej niezawodności obwodu, czego nie można powiedzieć o regulacji LATR czy reostatowej.
Korzystanie z kontrolowanych zaworów jest bardziej postępowe i znacznie mniej kłopotliwe. Tyrystory najlepiej nadają się do roli zaworów sterowanych.
W stanie początkowym tyrystor jest zablokowany i ma dwa możliwe stany stabilne: zamknięty i otwarty (przewodzący).Jeżeli napięcie źródła jest wyższe niż dolny punkt pracy tyrystora, to po przyłożeniu impulsu prądowego do elektrody sterującej tyrystor przejdzie w stan przewodzenia i kolejne impulsy przyłożone do elektrody sterującej nie będą miały wpływu na prąd anodowy w tak czy siak, czyli obwód sterujący odpowiada tylko za otwarcie tyrystora, ale nie za jego zamknięcie. Można argumentować, że tyrystory mają znaczny wzrost mocy.
Aby wyłączyć tyrystor, konieczne jest zmniejszenie jego prądu anodowego, aby stał się mniejszy niż prąd podtrzymujący, co osiąga się poprzez obniżenie napięcia zasilania lub zwiększenie rezystancji obciążenia.
Tyrystory w stanie otwartym są w stanie przewodzić prądy do kilkuset amperów, ale jednocześnie tyrystory są dość bezwładne. Czas włączenia tyrystora wynosi od 100 ns do 10 μs, a czas wyłączenia jest dziesięciokrotnie dłuższy - od 1 μs do 100 μs.
Aby tyrystor działał niezawodnie, szybkość narastania napięcia anodowego nie powinna przekraczać 10 — 500 V / μs, w zależności od modelu elementu, w przeciwnym razie może wystąpić fałszywe przełączanie z powodu działania prądu pojemnościowego przez złącza pn .
Aby uniknąć fałszywego przełączania, elektroda sterująca tyrystora jest zawsze bocznikowana rezystorem, którego rezystancja zwykle mieści się w zakresie od 51 do 1500 omów.
Oprócz tyrystorów inne służą do regulacji napięcia wyjściowego w prostownikach. przyrządy półprzewodnikowe: triaki, dinistory i tyrystory blokujące. Dynistory są włączane przez napięcie przyłożone do anody i mają dwie elektrody, takie jak diody.
Triaki wyróżniają się zdolnością do włączania impulsów sterujących przynajmniej względem anody, przynajmniej względem katody, ale wszystkie te urządzenia, takie jak tyrystory, są wyłączane poprzez zmniejszenie prądu anodowego do wartości poniżej prądu podtrzymującego. Jeśli chodzi o tyrystory z blokadą, można je zablokować, przykładając prąd o odwrotnej polaryzacji do elektrody sterującej, ale wzmocnienie przy wyłączaniu jest dziesięciokrotnie mniejsze niż przy włączaniu.
Tyrystory, triaki, dinistory, tyrystory sterowane — wszystkie te urządzenia są stosowane w zasilaczach i obwodach automatyki do regulacji i stabilizacji napięcia i mocy, a także do celów ochronnych.
Z reguły tyrystory są stosowane zamiast diod w sterowanych obwodach prostowniczych. W mostkach jednofazowych punkt przełączania diody i punkt przełączania tyrystora są różne, istnieje między nimi różnica faz, którą można odzwierciedlić, biorąc pod uwagę kąt.
Składowa stała napięcia obciążenia jest nieliniowo związana z tym kątem, ponieważ napięcie zasilania jest z natury sinusoidalne. Składową stałą napięcia obciążenia podłączonego za regulowanym prostownikiem można znaleźć według wzoru:
Charakterystyka sterowania prostownika tyrystorowego pokazuje zależność napięcia wyjściowego od obciążenia od fazy (od kąta załączenia) mostka:
Przy obciążeniu indukcyjnym prąd płynący przez tyrystory będzie miał kształt prostokąta, a pod kątem większym od zera prąd będzie pobierany w wyniku działania samoindukowanego pola elektromagnetycznego z indukcyjności obciążenia.
W takim przypadku podstawowa harmoniczna prądu sieciowego zostanie przesunięta względem napięcia o określony kąt. Do usunięcia docisku stosuje się diodę zerową, przez którą można zamknąć prąd i dać przesunięcie mniejsze niż połowa kąta mostka.
Aby zmniejszyć liczbę półprzewodników, uciekają się do asymetrycznego sterowanego obwodu prostownika, w którym para diod zastępuje diodę neutralną, a wynik jest taki sam.
Obwody wzmacniacza pozwalają również na zastosowanie tyrystorów. Takie schematy pozwalają osiągnąć większą wydajność. Minimalne napięcie jest podawane przez diody, a podwyższone napięcie jest dostarczane przez tyrystory. W przypadku największego poboru diody są cały czas zwarte, a kąt przełączania tyrystora zawsze wynosi 0. Wadą układu jest konieczność stosowania dodatkowego uzwojenia transformatora.