(Fr: redresseur contrôlé; Du.: gesteuerter Stromrichter; Eng.: controlled rectifier), omzetter die wisselstroom omzet in gelijkstroom door gebruik te maken van een of meer gestuurde, unipolaire schakelaars.
Deze schakelaars, die slechts in één richting stroom kunnen geleiden, moeten voor die richting een geringe weerstand vertonen zodat de zgn. spanningsval beperkt blijft, terwijl de weerstand voor de richting, waarin zij niet kunnen geleiden, groot moet zijn, en ze een hoge spanning moeten kunnen weerstaan. Het inschakelen van deze schakelaars vindt plaats door middel van het aanleggen van een signaal aan een daarvoor bestemde aansluiting op de schakelaars.
Voor grote elektrische vermogens worden voor deze schakelaars nagenoeg uitsluitend thyristoren gebruikt. Door middel van het signaal, waarmee het inschakelen van de thyristoren wordt ingeleid, is het mogelijk de grootte van de gelijkspanning aan de uitgang te variëren. De richting van de energiestroom door een gestuurde gelijkrichter is van de wisselspanningszijde naar de gelijkspanningszijde. In het algemeen kan men de richting van de energiestroom veranderen door aan de uitgang van het circuit dat de gelijkrichting verzorgt, de polariteit van de spanning te wijzigen, terwijl door de eigenschappen van de unipolaire schakelaars de richting van de stroom onveranderd blijft. De richting van de energiestroom is dan van de gelijkspannings- naar de wisselspanningszijde (zie Inverter). Het systeem moet aan het wisselspanningsnet aangesloten blijven.
De gelijkspanning aan de uitgang kan worden gevarieerd door gebruik te maken van faseaansnijding, waardoor harmonische spanningen en stromen in het wisselspanningsnet worden geïnjecteerd die met omvangrijke filters verwijderd moeten worden. Bovendien zal de arbeidsfactor van de gestuurde gelijkrichter vooral bij een relatief lage waarde van de gelijkspanning aan de uitgang, bijzonder ongunstig zijn. Door thyristoren in serie en/of parallel te schakelen kunnen de bedrijfsspanning en -stroom van de gestuurde gelijkrichterinstallatie worden vergroot.
Toepassingen.
Eenfasige gestuurde gelijkrichters vinden door hun grote eenvoud op uitgebreide schaal toepassing in systemen die uit een (eenfase)wisselspanningsnet worden gevoed, waarbij het vermogen beperkt is tot ca. 10 kW. Deze circuits worden gebruikt om het toerental van kleine gelijkstroommotoren in bijv. elektrische boormachines te sturen of te regelen, en in bijv. laadapparatuur voor batterijen. In wisselstroomtractiesystemen (zie Elektrische tractie) worden soms eenfasige gestuurde gelijkrichters voor grote vermogens (1...5 MW) toegepast. Voor deze toepassing wordt het noodzakelijk bijzondere maatregelen te nemen om de arbeidsfactor te verbeteren en de harmonische spanningen en stromen in het wisselspanningsnet te verkleinen.
Voor grote tot zeer grote vermogens worden meerfasige (meestal driefasige) gestuurde gelijkrichters, al of niet in bijzondere configuraties, toegepast zoals in aandrijfsystemen met gelijkstroommachines in walserijen, en in elektriciteitsvoorzieningssystemen, waarin elektrische energie via een gelijkspanningssysteem met een hoge spanning wordt getransporteerd.
Werking.
In afb. 1 is het circuit van een eenfasige dubbelzijdige gestuurde gelijkrichter afgebeeld. De netspanning un(t) = unm sin ωt wordt al of niet via een transformator T aan de gestuurde gelijkrichter toegevoerd. Voor de eenvoud van presentatie wordt het aantal windingen van de primaire en secundaire wikkeling van de transformator gelijkgesteld, terwijl de magnetiseringsstroom en de spreidingsretantie van de transformator verwaarloosd worden. De belasting wordt gevormd door bijv. een gelijkstroommachine GM waarvan de klemspanning betrekkelijk weinig varieert en die zowel vermogen op kan nemen (motorbedrijf), als af kan geven (generatorbedrijf). De waarde van de zelfinductie van de spoel L wordt zeer groot verondersteld zodat de rimpel in de stroom i te verwaarlozen is. De thyristor Th1 kan worden ingeschakeld als de potentiaal van de anode ten opzichte van kathode u1 positief wordt, hetgeen het geval is bij de nuldoorgang van de netspanning.
Het inschakelen kan ten opzichte van dit tijdstip worden vertraagd door een bepaalde tijd, uitgedrukt met behulp van de hoek ⍺ (waarbij de duur van een periode op 2𝜋 radialen wordt gesteld), na dit tijdstip een positieve stroom aan de poort van deze thyristor toe te voeren. Gelijktijdig met thyristor Th1 wordt thyristor Th4 ingeschakeld. Met deze methode van faseaansnijding kan de gemiddelde waarde van de uitgangsspanning u0,gem worden geregeld:
u0,gem = u0d,gemcos⍺ waarin u0d,gem de gemiddelde waarde van de uitgangsspanning van een éénfasige dubbelzijdige (ongestuurde) gelijkrichter voorstelt, zodat u0d,gem = (2/𝜋)unm.
In afb. 1 is het verloop van de belangrijkste grootheden voor een bepaalde waarde van de aansnijhoek ⍺ afgebeeld. Het momentele vermogen
pn(t) = un(t)in(t) dat door het wisselspanningsnet wordt geleverd, heeft een pulserend karakter. In het tijdinterval waarin pn< 0 is, wordt er vermogen aan het wisselspanningsnet geleverd.
In afb. 2 is het verloop van de uitgangsspanning u0 van de gelijkrichter voor verschillende waarden van de aansnijhoek ⍺ weergegeven. Indien ⍺ = ½𝜋 is, zal de gemiddelde waarde van de uitgangsspanning nul zijn; voor ½𝜋 < ⍺ < 𝜋 keert de polariteit van de uitgangsspanning om en kan er vermogen uit de belasting terug worden geleverd aan het wisselspanningsnet.
De arbeidsfactor is, indien geen andere belastingen worden verondersteld, voor gestuurde gelijkrichters zeer ongunstig. In het beschreven systeem is voor een aansnijhoek ⍺ = ½𝜋, doordat het gemiddelde vermogen dat uit het net wordt opgenomen dan nul is, de arbeidsfactor zelfs nul. Voordat het volgende paar thyristoren Th2 en Th3 wordt ingeschakeld dienen de thyristoren Th 1 en Th4 te worden afgeschakeld (gedoofd), hetgeen wordt gerealiseerd door gedurende een bepaalde tijd T0 (afb. 1) een negatieve spanning over de af te schakelen thyristor aan te leggen. Dit betekent dat de maximale waarde van de aansnijhoek gelijk is aan ⍺max = 𝜋 − ωT0. Teneinde vooral voor grotere vermogens de arbeidsfactor en de vormfactor van de stroom te verbeteren, worden meerfasensystemen of bijzondere schakelingen toegepast. De circuits van gestuurde gelijkrichters hebben veel gemeen met de circuits van ongestuurde gelijkrichters. Voor een aansnijhoek ⍺ = 0 zijn de eigenschappen van beide systemen gelijk (zie Gelijkrichter).