Полупроводниковые преобразователи переменного тока

Схемы преобразования и регулирования переменного тока весьма разнообразны и различаются в зависимости от количества фаз источника питания и характера электроприемников, поэтому далее мы рассмотрим только некоторые, наиболее характерные однофазные и трехфазные схемы переменного тока. Одна из этих схем состоит из четырех диодов и одного тиристора. В этой схеме переменный по направлению ток регулируется одним тиристором, пропускающим ток только в одном направлении. Это происходит потому, что в ветви, в которую включен тиристор, проходит лишь пульсирующий постоянный ток. Такую схему можно использовать как для фазового, так и для импульсного регулирования. Если снять с тиристора управляющий сигнал, то он закроется в конце очередного полупериода, так как ток при этом падает до нуля. Основным недостатком схемы является необходимость в четырех дополнительных диодах, которые должны быть рассчитаны на полное напряжение источника питания и половину тока нагрузки. Это ограничивает использование такой схемы в силовых установках. Поэтому данную схему обычно используют в маломощных установках, где простота системы управления (в схеме только один тиристор) компенсирует стоимость четырех дополнительных диодов.

В однофазных установках большей мощности выгоднее использовать два параллельно-встречно включенных тиристора или, что еще более выгодно, один симистор. В схеме с двумя параллельно-встречно включенными тиристорами каждый тиристор должен быть рассчитан только на половину величины тока нагрузки.

Все рассмотренные схемы можно использовать как для регулирования фазы (в пределах одного периода), так и для импульсного регулирования, подключая и отключая электроприемники на время, превышающее один период переменного тока. В этом случае такие схемы играют роль статических полупроводниковых контакторов и по сравнению с обычными электромеханическими контакторами имеют ряд ценных преимуществ. Во-первых, эти схемы в противоположность электромеханическим контакторам могут работать длительное время в интенсивном режиме без периодических профилактических осмотров, частых регулировок и очистки контакторов. Во-вторых, при включении и отключении таких статических контакторов отсутствует искрение, шум и механическая вибрация; исключено также отскакивание контактов в результате механического удара при включении. Такого рода статический контактор автоматически отключается, когда ток падает до нуля; кроме того, он действует при малой мощности управления и, наконец, обладает высоким быстродействием. Защита от перегрузки таких статических контакторов весьма проста. Достаточно лишь снять с тиристора управляющий сигнал и он в конце очередного полупериода автоматически закроется. Поэтому такие бесконтактные выключатели в последнее время находят все большее применение, прежде всего в устройствах, где из-за интенсивной работы механические контакторы и реле быстро изнашиваются и требуют частой регулировки.

Если взамен симисторов включать в этой схеме параллельно-встречно по два полупроводниковых элемента, то только три из них должны быть управляемыми тиристорами. Остальные три элемента могут быть неуправляемыми. Если электроприемник в схеме — асинхронный двигатель, у которого в процессе работы необходимо изменять направление вращения, то можно воспользоваться схемой с двумя дополнительными симисторами. В этой схеме направление вращения двигателя изменяют переключением фаз Л и С. Все схемы могут быть использованы как для импульсного, так и для фазового регулирования. В последнем случае можно увеличить коэффициент мощности установки путем принудительного запирания тиристоров. Трехфазный переменный ток в настоящее время имеет наибольшее применение, поэтому схемы преобразования и регулирования могут найти широкое распространение.

Такого рода схемы, по-видимому, найдут применение прежде всего для бесконтактного регулирования и управления активной трехфазной нагрузкой (освещение, электропечи и т. п.), например освещение в больших зрительных залах, на сценах и в телевизионных студиях, где оно регулируется в широких пределах и управляется на расстоянии. Не менее важную роль такие трехфазные преобразователи могут сыграть и при регулировании напряжения трансформаторов и скорости вращения двигателей.

Бирзниек Л., Полупроводниковые преобразователи. — М., «Энергия», 1967