Двухполупериодный тиристорный выпрямитель. Двухпроводная линия связи.

Введение

Производить и распределять удобнее переменный ток, т.к. он обладает существенным преимуществом – простотой трансформации напряжения. Однако около 40 % энергии применяется на постоянном токе. Поэтому необходимо использовать устройства, которые бы преобразовывали переменное напряжение в постоянное. Такие устройства называются выпрямителями [1].
Полупроводниковые выпрямители состоят из двух основных элементов:
– трансформатор;
– вентили.
За счет вентилей образуется одностороннее протекание тока в цепи нагрузки, что приводит к преобразованию переменного напряжения в постоянное пульсирующее. С целью сглаживания пульсаций выпрямленного используют сглаживающий фильтр, который подключается к выходным зажимам выпрямителя. Стабилизацию выпрямленного напряжения и тока потребителя осуществляются с помощью стабилизатора.
В ходе выбора необходимых компонентов проводится расчёт выпрямителя, который зависит от потребителя.
Целью данного реферата является исследование двухполупериодной тиристорной схемы выпрямления и двухпроводной линии связи.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
– рассмотреть классификацию выпрямителей;
– проанализировать двухполупериодные тиристорные выпрямители, выявить их достоинства и недостатки;
– проанализировать структуру линий связи;
– исследовать особенности двухпроводной линии связи.
1 Классификация и структурные схемы выпрямителей

Основная классификация выпрямителей заключается в их разделении на выпрямители тока и напряжения.
Выпрямители тока характеризуются тем, что ток на выходе течет в одном направлении. Мгновенные значения напряжения на выходе могут менять полярность. Используемые вентили – диоды и тиристоры [2].
Выпрямители напряжения характеризуются тем, что напряжение на выходе не меняет полярность. Ток на выходе может менять направление. Используемые вентили – диоды, запираемые тиристоры и транзисторы.
Сегодня наибольшее распространение получили выпрямители тока. Их классификация представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Классификация выпрямителей тока
На рисунке 1.2 представлена приведена обобщенная структурная схема выпрямителя.

Рисунок 1.2 – Обобщенная структурная схема выпрямители
Основные элементы:
– сетевой фильтр СФ;
– трансформатор Т;
– вентильный блок ВБ;
– сглаживающий фильтр СГФ;
– стабилизатор СТ;
– система управления СУ;
– нагрузка Н.
Принцип действия выпрямителя заключается в следующем. Энергия из сети проходит через сетевой фильтр, который позволяет уменьшить отрицательное влияние выпрямителя на питающую сеть. Согласование выпрямленного напряжения и напряжения сети и гальваническая развязка осуществляется с помощью трансформатора. Переменный ток преобразуется в постоянный пульсирующий в вентильном блоке. Сглаживаются пульсации в сглаживающем фильтре. Обеспечение поддержания требуемой величины постоянного напряжения на нагрузке при вариации напряжения питающей сети и тока нагрузки осуществляется с помощью стабилизатора. Управление вентильной группой осуществляется с помощью системы управления [3].
Не все из указанных элементов могут использоваться в выпрямителе. В само простейшем случае он может состоять только из вентильной группы и трансформатора.
2 Двухполупериодные управляемые выпрямители
Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой. На рисунке 2.1 представлены структурная схема двухполупериодного управляемого выпрямителя с выводом от средней точки. Он включает в себя два тиристора. По сути, он представляет собой параллельное соединение двух однополупериодных выпрямителей.
В общем случае нагрузка имеет комплексный характер. Значительная индуктивность, подключаемая параллельно нагрузке, заставляет использовать обратный диод.

Рисунок 2.1 – Схема двухполупериодного управляемого выпрямителя с выводом от средней точки
В течение положительного полупериода входного напряжения тиристор VS1 открыт и проводит ток при значениях угла от α до π. В течение отрицательного полупериода входного напряжения открыт тиристор VS2 и проводит ток при значениях угла от απ+ до π2. На рисунке 2.2 представлены временные диаграммы входного и выходного напряжений.

Рисунок 2.2 – Временные диаграммы входного и выходного напряжений
Среднее значение выпрямленного напряжения вдвое больше, чем у однополупериодного выпрямителя

. В случае резистивной нагрузки:

где Um – амплитуда синусоидального напряжения на входе выпрямителя.
Величину среднего значения выпрямленного напряжения можно регулировать, изменяя угол включения α. При изменении α от 0 до π управляемый выпрямитель регулирует среднее значение выходного напряжения от максимальной величины, равной Um, до нуля.
Мостовой выпрямитель. Схема управляемого мостового выпрямителя показана на рисунке 2.3. В течение положительного полупериода открыты тиристоры V1S и VS4. На отрицательном полупериоде открыты тиристоры VS3 и VS2. При этом ток в нагрузке не изменяет своего направления.

Рисунок 2.3 – Мостовой тиристорный выпрямитель
Режим работы выпрямителя зависит от характера нагрузки и угла управления α. При 0=α схема на рисунке 2.3 работает так же, как и неуправляемый мостовой выпрямитель на диодах. При ненулевом угле управления анализ процессов в выпрямителе усложняется, т.к. на определенных интервалах времени все тиристоры закрыты. Будем считать, что сопротивления закрытых тиристоров одинаковы и не зависят от полярности приложенного напряжения. В этом случае напряжение на каждом тиристоре равно половине входного напряжения. Рассмотрим случай, когда угол управления 2πα=, а нагрузка имеет активный характер. При αω=t включаются тиристоры VS1 и VS4. В этот момент обратное напряжение на тиристорах VS2 и VS3 увеличивается в двараза. При πω=t входное напряжение уменьшается до нуля, и тиристорыVS1 и VS4 выключаются. Далее процесс повторяется. При απω+=t включаются тиристоры VS2 и VS3. Напряжение на закрытых тиристорахVS1 и VS4 равно входному. При πω2=t тиристоры VS2 и VS3 выключаются. Форма напряжения на выходе управляемого выпрямителя представлена в форме импульсов. Как следствие, необходимо полученные импульсы "сгладить". Это достигается за счёт использования фильтров [3].
Ключевая особенность управляемых выпрямителей заключается в их способности регулировать среднее значение выпрямленного напряжения за счет вариации угла включения α.
Трехфазная мостовая схема. Трехфазная мостовая схема выпрямления, называемая схемой Ларионова, представлена на рисунке 2.4 [4].


Рисунок 2.4 – Трехфазная мостовая схема выпрямления неуправляемого выпрямителя.

Несмотря на то, что на схеме представлены диоды в качестве вентилей, её временные диаграммы будут полностью идентичны случаю, в котором в качестве вентилей будут использоваться транзисторы. Угол управления при этом должен быть равен нулю. На рисунке 2.5 представлены диаграммы токов и напряжений при работе схемы Ларионова.


Рисунок 2.5 – Диаграммы токов и напряжений при Ld = ∞

Данная схема состоит из анодной тройки вентилей: V2, V6, V4. Группа вентилей V1, V3, V5 называется катодной. У катодной тройки сигнал проходит через тот вентиль, который имеет самый положительный анод. У вентилей V2, V6, V4 сигнал проходит через тот вентиль, который имеет самый отрицательный катод. Наример, если в текущий момент фаза a самая положительная, а c – самая отрицательная, то ток будет проходить от фазы а через V1 в нагрузку, через V2 на фазу с. Вентили пронумерованы в соответсвии с порядком их работы. Наличие индуктивности приводит к тому, что выпрямленный ток id сглажен. Напряжение на выходе ud фобразуется из верхушек линейных напряжений [5].
Токи через вентили ia1 … ia6 представлены в виде прямоугольников, которые соответствуют участкам проводимости. Вторичный ток i2a переменный, а первичный i1A имеет такую же форму.

3 Двухпроводная линия связи

В состав кабельных линий включают:
– узлы связи;
– необслуживаемые регенерационные (усилительные) пункты.
Первые представляют собой сооружения, в которых располагается оборудование систем передачи. Необслуживаемые регенерационные (усилительные) пункты предназначены для передачи или усиления сигнала.
В ходе прокладки кабельных линий непосредственно в земле должны использоваться кабели с броней, выполненной из стальной ленты. На рисунке 3.1 представлены основные требования, необходимые для выполнения при прокладке кабельных линий по земле [6].


Рисунок 3.1 – Основные требования, необходимые для выполнения при прокладке кабельных линий по земле.
Все работы, которые выполняются в ходе устранения кабельных повреждений и аварий (прокладка строительных длин кабелей, монтаж и демонтаж муфт и оконечных устройств), необходимо проводить согласно действующим техническим условиям, инструкциям по строительству, монтажу, правилам техники безопасности.
Основные виды работ, которые выполняются в ходе профилактического обслуживания кабельных линий, представлены на рисунке 3.2.


Рисунок 3.2 – Основные виды работ, которые выполняются в ходе профилактического обслуживания кабельных линий
Кабельные линии связи – линии связи, которые включают в себя направленные среды передачи (кабели), используемые совместно с проводными системами передач для организации связи [7].
Работоспособность линий и сооружений связи невозможно представить без правильной технической эксплуатации, проведении профилактических осмотров, текущих и капитальных ремонтов