Токоизправители с тиристорен регулатор на напрежението
При разработването на регулирано захранване без високочестотен преобразувател, разработчикът е изправен пред такъв проблем, че при минимално изходно напрежение и висок ток на натоварване на регулиращия елемент, стабилизаторът разсейва много мощност. Досега в повечето случаи този проблем беше решен по следния начин: направиха няколко крана на вторичната намотка на силовия трансформатор и разделиха целия диапазон на регулиране на изходното напрежение на няколко поддиапазона. Този принцип се използва в много серийни захранвания, например UIP-2 и по-модерни. Ясно е, че използването на захранване с множество поддиапазони става по-сложно и дистанционното управление на такова захранване, например от компютър, също става по-сложно.
Решението ми се струваше използването на контролиран токоизправител на тиристор, тъй като става възможно да се създаде източник на захранване, управляван от едно копче за настройка на изходното напрежение или един управляващ сигнал с диапазон на регулиране на изходното напрежение от нула (или почти нула) до максималната стойност. Такова захранване може да бъде направено от налични в търговската мрежа части.
Към днешна дата управляваните токоизправители с тиристори са описани много подробно в книги за захранвания, но рядко се използват на практика в лабораторни захранвания. В аматьорските дизайни те също са рядкост (освен, разбира се, за зарядни устройства за автомобилни батерии). Надявам се, че тази работа ще помогне да се промени това състояние на нещата.
По принцип описаните тук схеми могат да се използват за стабилизиране на входното напрежение на високочестотен преобразувател, например, както се прави в телевизорите Elektronika Ts432. Показаните тук диаграми също могатда се използва за производство на лабораторни захранвания или зарядни устройства.
Давам описание на моите работи не в реда, в който съм ги извършил, а повече или по-малко подредени. Нека първо да разгледаме общите проблеми, след това конструкциите с „ниско напрежение“, като захранващи устройства за транзисторни вериги или зареждане на батерии, и след това токоизправители с „високо напрежение“ за захранване на вериги с вакуумни тръби.
Работа на тиристорен токоизправител за капацитивен товар
Литературата описва голям брой тиристорни регулатори на мощността, работещи на променлив или пулсиращ ток с активен (например лампи с нажежаема жичка) или индуктивен (например електродвигател) товар. Товарът на токоизправителя обикновено е филтър, в който се използват кондензатори за изглаждане на вълните, така че товарът на токоизправителя може да бъде капацитивен по природа.
Помислете за работата на токоизправител с тиристорен контролер за резистивно-капацитивен товар. Диаграма на такъв регулатор е показана на фиг. 1.
Тук например е показан токоизправител с пълна вълна със средна точка, но може да бъде направен и по друга схема, например мост. Понякога тиристорите, в допълнение към регулирането на напрежението при натоварване U n, също изпълняват функцията на токоизправителни елементи (клапани), но този режим не е разрешен за всички тиристори (тиристорите KU202 с някои букви позволяват работа като вентили). За по-голяма яснота нека приемем, че тиристорите се използват само за регулиране на напрежението при натоварване U n, а коригирането се извършва от други устройства.
Принципът на работа на тиристорния регулатор на напрежението е илюстриран на фиг. 2. На изхода на токоизправителя (точката на свързване на катодите на диодите на фиг. 1) се получават импулси на напрежение (долна полувълнасинусоида „обърната“ нагоре), означена с U rect . Честотата на пулсации f p на изхода на пълновълнов токоизправител е равна на удвоената честота на мрежата, т.е. 100 Hz, когато се захранва от 50 Hz мрежа. Контролната верига доставя токови импулси (или светлина, ако се използва оптотиристор) към управляващия електрод на тиристора с известно забавяне t c спрямо началото на периода на пулсация, т.е. момента, когато напрежението на токоизправителя U rect стане нула.
Фигура 2 е направена за случая, когато забавянето t s надвишава половината от периода на пулсации. В този случай веригата работи върху падащата част на синусоидалната вълна. Колкото по-голямо е забавянето при включване на тиристора, толкова по-ниско е коригираното напрежение U n при товара. Пулсациите на напрежението при товара U n се изглаждат от филтърния кондензатор C f . Тук и по-долу са направени някои опростявания при разглеждане на работата на веригите: изходният импеданс на силовия трансформатор се приема за нула, спадът на напрежението върху токоизправителните диоди не се взема предвид и времето за включване на тиристора не се взема предвид. В този случай се оказва, че презареждането на филтърния капацитет C f става сякаш мигновено. В действителност, след подаване на задействащ импулс към управляващия електрод на тиристора, филтърният кондензатор се зарежда известно време, което обаче обикновено е много по-малко от периода на пулсация Tp.
Сега си представете, че закъснението при включване на тиристора tc е равно на половината от периода на пулсация (виж фиг. 3). Тогава тиристорът ще се включи, когато напрежението на изхода на токоизправителя премине през максимума.
В този случай напрежението при товара U n също ще бъде най-голямо, приблизително същото, както ако нямаше тиристорен регулатор във веригата (ние пренебрегваме спада на напрежението върху отворения тиристор).
Тук сме изправени предпроблем. Да предположим, че искаме да регулираме напрежението на товара от почти нула до най-високата стойност, която може да се получи от наличния силов трансформатор. За да направите това, като вземете предвид предположенията, направени по-рано, ще бъде необходимо да приложите задействащи импулси към тиристора ТОЧНО в момента, когато Urect преминава през максимума, т.е. t c = T p /2. Като се има предвид факта, че тиристорът не се отваря мигновено и презареждането на филтърния кондензатор C f също отнема известно време, задействащият импулс трябва да се даде малко ПРЕДИ половината от периода на пулсации, т.е. t s