Простейшей схемой выпрямителя является однофазная однополупериодная схема. Выпрямители, позволяющие регулировать величину выпрямленного напряжения в заданных пределах, называются управляемыми. Регулировать величину выпрямленного напряжения можно двумя принципиально различными способами:
1. Изменять каким-либо способом величину подводимого к выпрямителю напряжения (например, с помощью автотрансформатора, ступенчато регулируемых трансформаторов, дросселей насыщения и др.).
2. Использовать в выпрямителях свойства управляемых вентилей (с полной или частичной управляемостью).
Наибольшее распространение в технике получили управляемые выпрямители, относящиеся ко второй группе. Их рассмотрению и будет посвящен данный раздел.
2.1. Однополупериодный управляемый выпрямитель
Простейшая схема однофазного однополупериодного управляемого выпрямителя представлена на рис. 4.1 а. Трансформатор Т играет двойную роль: он служит для подачи на вход выпрямителя напряжения U2, соответствующего заданной величине выпрямленного напряжения Ud и обеспечивает гальваническую развязку цепи нагрузки и питающей сети.
В качестве силового вентиля в этой схеме выпрямления используется тиристор (вентиль с частичной управляемостью). Принципиально здесь можно использовать полностью управляемый вентиль (транзистор или двухоперационный тиристор), свойства последних позволяют их использовать только в вентильных преобразователях сравнительно небольшой мощности. Преобразователи средней и большой мощности обычно строятся на тиристорах.
а) б)
Рис. 4.1. Схемы однофазных управляемых выпрямителей
Как известно, для перевода тиристора в проводящее состояние необходимо выполнение одновременно двух условий: наличие положительного потенциала на аноде относительно катода U ак; наличие в цепи управления тока i у, достаточного для включения тиристора при данной величине U ак. Формирование тока управления осуществляется специальным устройством (системой управления) (СУ). В дальнейшем во всех схемах управления вентильных преобразователей система управления будет подразумеваться, но на рисунках изображаться не будет.
Благодаря односторонней проводимости тиристора ток в цепи нагрузки будет протекать только в течение одной половины периода напряжения на вторичной обмотке трансформатора, что определяет и название этой схемы. Соотношения между основными параметрами найдем при следующих допущениях:
1. Активным и индуктивным сопротивлениями обмоток трансформатора пренебрегаем.
2. Нагрузка имеет чисто активный характер.
3. Тиристор VS идеальный.
4. Током намагничивания трансформатора пренебрегаем.
5. Напряжение обмотки трансформатора синусоидально:
u2 = 
.
Пусть в положительный полупериод напряжения u 2система управления СУ формирует сигнал на включение тиристора со сдвигом по фазе на угол α относительно точки 0. Тогда при допущениях, принятых ранее, ток в нагрузке будет протекать на интервале (α...π) под действием выпрямленного напряжения Ud (рис. 4.2б ).
В точке π тиристор закроется, так как полярность напряжение u 2 изменится на противоположную, и снова тиристор сможет открыться только в точке (2π+α) (рис. 4.2б), когда система управления снова подаст сигнал на его включение.
Рис. 4.2. Временные диаграммы
Постоянная составляющая выпрямленного н 
при этом 
.
Угол α, на который запаздывает включение тиристора VS относительно точки естественной коммутации, называется углом управления или углом включения тиристора.
Из рис. 4.2вследует, что в управляемом выпрямителе к тиристору, кроме обратного (запирающего) напряжения, прикладывается еще и прямое напряжение на участке [0...(2π + α)]:
Uа max= 
.
В частном случае, при α = 0 все электромагнитные процессы управляемых выпрямителей и основные расчетные соотношения аналогичны для соответствующих схем неуправляемых выпрямителей.
2.2. Двухполупериодный управляемый выпрямитель со средней точкой
Простейшая схема однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя с нулевым выводом (со средней точкой) представлена на рис. 4.1б.
На рис. 4.3 приведены временные диаграммы напряжений, поясняющие работу однофазного управляемого выпрямителя со средней точкой при чисто активной нагрузке и угле управления a=450.
Здесь u 2 a, u 2 b, − напряжения на вторичной стороне трансформатора;
u y1, u y2 − напряжения на управляющих электродах тиристоров VS 1 и VS 2;
ud a − выпрямленное напряжение на нагрузке;
uv 1 − напряжение на тиристоре VS 1.
При изменении угла a будет изменяться время работы тиристоров и соответственно величина выпрямленного напряжения, среднее значение которого будет определяться выражением
,
где Ud 0 − напряжение холостого хода при a=0.
Зависимость Ud a=ƒ(a) называется регулировочной характеристикой. Регулировочная характеристика рассматриваемой схемы для случая чисто активной нагрузки представлена на рис. 4.4.
При увеличении тока нагрузки Id выходное напряжение Ud a выпрямителя будет уменьшаться вследствие падения напряжения на активном сопротивлении обмоток трансформатора и открытом тиристоре.
Зависимость Ud a=ƒ(Id a) называется внешней характеристикой управляемого выпрямителя. Например, на рис. 4.5 приведены внешние характеристики при разных значениях a, наклон которых остается постоянным, т.к. потери напряжения в выпрямителе не зависят от угла управления α.
Рис. 4.3. Временные диаграммы
| Рис.4.4. Регулировочная характеристика | Рис. 4.5. Внешние характеристики |
