Řízené usměrňovače - zařízení, schémata, princip činnosti
Řízené usměrňovače slouží k regulaci výstupního napětí v usměrněných střídavých obvodech. Spolu s dalšími způsoby řízení výstupního napětí za usměrňovačem, jako je LATR nebo reostat, umožňuje řízený usměrňovač dosáhnout vyšší účinnosti při vysoké spolehlivosti obvodu, což nelze říci o regulaci pomocí LATR nebo regulace reostatu.
Použití řízených ventilů je progresivnější a mnohem méně těžkopádné. Tyristory se nejlépe hodí pro roli řízených ventilů.
Ve výchozím stavu je tyristor uzamčen a má dva možné stabilní stavy: uzavřený a otevřený (vodivý).Pokud je napětí zdroje vyšší než spodní pracovní bod tyristoru, pak při přivedení proudového impulsu na řídicí elektrodu přejde tyristor do vodivého stavu a následné impulsy přivedené na řídicí elektrodu neovlivní anodový proud v jakýmkoli způsobem, to znamená, že řídicí obvod je zodpovědný pouze za otevření tyristoru, ale ne za jeho uzavření. Lze tvrdit, že tyristory mají výrazný nárůst výkonu.
Pro vypnutí tyristoru je nutné snížit jeho anodový proud tak, aby byl menší než přídržný proud, čehož se dosáhne snížením napájecího napětí nebo zvýšením zatěžovacího odporu.
Tyristory v otevřeném stavu jsou schopny vést proudy až několik stovek ampér, ale zároveň jsou tyristory zcela inerciální. Doba zapnutí tyristoru je od 100 ns do 10 μs a doba vypnutí je desetkrát delší - od 1 μs do 100 μs.
Aby tyristor pracoval spolehlivě, rychlost nárůstu anodového napětí by neměla překročit 10 — 500 V / μs, v závislosti na modelu součásti, jinak může dojít k falešnému spínání v důsledku působení kapacitního proudu přes pn přechody .
Aby nedocházelo k falešnému spínání, je řídicí elektroda tyristoru vždy bočníkována rezistorem, jehož odpor je obvykle v rozsahu 51 až 1500 ohmů.
Kromě tyristorů se pro regulaci výstupního napětí v usměrňovačích používají další. polovodičová zařízení: triaky, dinistory a lock-in tyristory. Dynistory se zapínají napětím přivedeným na anodu a mají dvě elektrody, jako diody.
Triaky se vyznačují schopností zahrnout řídicí impulsy alespoň relativně k anodě, alespoň relativně ke katodě, ale všechna tato zařízení, jako tyristory, se vypínají snížením anodového proudu na hodnotu pod přídržný proud. Pokud jde o uzamykatelné tyristory, lze je uzamknout přivedením proudu s obrácenou polaritou na řídicí elektrodu, ale zesílení při vypnutí je desetkrát nižší než při zapnutí.
Tyristory, triaky, dinistory, řiditelné tyristory — všechna tato zařízení se používají v napájecích zdrojích a v automatizačních obvodech k regulaci a stabilizaci napětí a výkonu, jakož i pro účely ochrany.
V řízených usměrňovacích obvodech se místo diod zpravidla používají tyristory. U jednofázových můstků je spínací bod diody a spínací bod tyristoru rozdílný, je mezi nimi fázový rozdíl, který se může projevit zohledněním úhlu.
Stejnosměrná složka zátěžového napětí je nelineárně úměrná tomuto úhlu, protože napájecí napětí je ze své podstaty sinusové. Stejnosměrnou složku zátěžového napětí připojenou za regulovaný usměrňovač lze zjistit podle vzorce:
Řídicí charakteristika tyristorově řízeného usměrňovače ukazuje závislost výstupního napětí na zátěži od fáze (na úhlu sepnutí) můstku:
Při indukční zátěži bude mít proud přes tyristory obdélníkový tvar a pod úhlem větším než nula bude proud odebírán působením samoindukovaného EMF z indukčnosti zátěže.
V tomto případě bude základní harmonická síťového proudu posunuta vzhledem k napětí o určitý úhel. K odstranění sevření se používá nulová dioda, kterou lze uzavřít proud a poskytnout posun menší než polovina úhlu můstku.
Pro snížení počtu polovodičů se uchýlí k asymetrickému řiditelnému usměrňovacímu obvodu, kde dvojice diod nahrazuje neutrální diodu a výsledek je stejný.
Zesilovací obvody také umožňují použití tyristorů. Taková schémata vám umožní dosáhnout větší efektivity. Minimální napětí je dáno diodami a zvýšené napětí je přiváděno přes tyristory. V případě největšího odběru jsou diody stále sepnuté a úhel sepnutí tyristoru je vždy 0. Nevýhodou zapojení je nutnost přídavného vinutí transformátoru.