Токоизправители с тиристорен регулатор на напрежението. Схема на тиристорен регулатор на големи ректифицирани токове Регулируем тиристорен токоизправител

Функционална схема тиристорни токоизправителиза електродъгово заваряване в обобщен и опростен вид е показано в ориз. 19.13. Отличителен елемент в горната схема е наличието на тиристорен токоизправител. Това дава възможност да се използва като регулатор на ток на RT. Поради изместването на времето на управляващия импулс ( виж фиг. 19.3, б), сервиран на тиристорен блок, формират ток-напреженовата характеристика на токоизправителя и го конфигурират към даден режим на непрекъснато или пулсова работа. За тези цели веригата на източника осигурява фазово-импулсен контролен блок BFIU. Обратната връзка от дъгата към текущия регулатор също се затваря през същия блок.

Тиристорни токоизправители, като правило, се характеризират с висока стабилизация на напрежението и тока на дъгата с промени в захранващото напрежение, дължината на дъгата и температурата на околната среда.

Ориз. 19.13. Функционална схема на дъгови изправители с тиристорни регулатори на тока

Широко разпространени са токоизправителите от типа VSVU-VSP и VDU-VDG. В момента това са основните токоизправители за електродъгово заваряване.

В токоизправителите от типа VSVU-VSP принципът на фазова настройка се състои в образуването на трионно напрежение U c , сравнявайки го с управляващото напрежение U y и последващо формиране правоъгълни импулси. На ориз. 19.14Показана е картата на напрежението на блока за генериране на управляващи импулси. Ниските стойности на управляващото напрежение U y = min (опция a) осигуряват отварянето на тиристорите в захранващия блок при α = max. В този случай се реализират минималните изходни параметри на източника. Максималните стойности на управляващото напрежение U у = max (вариант b) съответстват на минималните ъгли на отваряне на тиристорите α = min и съответно максималните изходни параметри.

Ориз. 19.14. Карта на напрежението на блока за генериране на импулси: Uc - трионообразно напрежение; Uу - управляващо напрежение; U0 - напрежение ns тиристори

Въз основа на принципа на "вертикалното управление" на тиристорите са разработени широко известни токоизправители за дъгова заварка с рязко падащи (серия VSVU) и леко падащи (серия VSP) волт-амперни характеристики, произведени в големи количества. Единен принцип електрическа схемаот тези източници е реализиран под формата на унифицирани блокове.

Схематична опростена електрическа диаграма на захранващи устройства тип VSVU е показана в ориз. 19.15, а. Трифазен трансформатор Т има такъв първична намотка W 1 и две вторични намотки W 2 и W 2v. Намотката W 2 е свързана към тиристорен токоизправител V (RT), който действа като регулатор на тока и има плоска наклонена характеристика на тока и напрежението. От вторичната намотка W 2v, напрежението се подава към диодния токоизправител V in, който образува спомагателен източник на захранване с рязко падаща характеристика на тока и напрежението, използвайки линейни дросели L B. Допълнителният източник е предназначен за запалване на дъга, заваряване при ниски токове и осигурява сигнали обратна връзкаи т.н. По време на процеса на заваряване дъгата се захранва едновременно от двата източника. Комбинирането на два източника направи възможно значително намаляване на напрежението празен ходосновен източник и форма със стръмно падане външни характеристикив областта на работните токове ( ориз. 19.15 ч).

Ориз. 19.15 ч. Източници от серия VSVU: а - електрическа схема; b - характеристики на тока и напрежението

Източниците на захранване тип VSP са предназначени за механизирано заваряване с консумативи. В тази връзка блокът за генериране на импулси получава сигнали от блока за управление на тока и напрежението. Дадени са типичните характеристики на тока и напрежението на източниците от серията VSP ориз. 19.16. В диапазона 30-60 V напрежението се регулира плавно. За да се подобрят динамичните свойства на характеристиките, ъгълът на неговия наклон се променя.

Ориз. 19.16. Токово-напреженови характеристики на източници от серия VSP

В токоизправителите от типа VDU фазово-импулсният контролен блок за тиристори се състои от три основни елемента ( ориз. 19.17, а):

· Блок за генериране на шестфазно синусоидално напрежение (7);

· блок за генериране на постоянно управляващо напрежение (2);

· блок за генериране и усилване на управляващи сигнали (3).

Ориз. 19.17. Вериги за управление на тиристор: а - електрически; b - формиране на положителен сигнал

Управляващото напрежение Uу е сумата от две насрещно свързани постоянни напрежения: преднапрежение Ucm и регулируемо еталонно напрежение U3.

Преднапрежението служи за стабилизиране на изходните параметри на токоизправителя, когато мрежовото напрежение варира. Регулируемо напрежениеЕталонът е част от стабилизираното напрежение и се променя от резистор. На ориз. 19.17, бпоказва образуването на положителен сигнал, подаден към входа на усилващия блок, и формирането на тиристорен управляващ сигнал при две различни напрежениязадачи U 3l и U 32. Когато U 3 се променя, фазата и продължителността на положителния сигнал на входа на усилващия блок (α 1 и α 2) се променят, което води до промяна в ъгъла на отваряне на тиристорите и регулиране на режима на работа на източника.

Схематичната електрическа схема на токоизправители за дъгова заварка от типа VDU е показана на ориз. 19.18, а. Трансформатор Т има две вторични намотки, свързани в две обратни звезди чрез изравнителен реактор L yp. Във всяка фаза на вторичните намотки са включени тиристори V 1 - V 6. Линейният дросел L изглажда пулсациите на изправения ток и формира динамичните свойства на източника. Като датчик за ток се използва магнитен усилвател MU. Сигналът за обратна връзка, пропорционален на заваръчния ток, се отстранява от резистора R oc. Външните типични характеристики на тока и напрежението на разглежданите токоизправители са показани в ориз. 19.18, б.

Ориз. 19.18. Токоизправители тип VDU: а - електрическа схема; b - характеристики на тока и напрежението.

8. Тиристорни усилватели с фазово-импулсно управление

При този метод на управление импулсите се използват като управляващ сигнал, чиято продължителност по правило не надвишава полупериода на захранващото напрежение. Като се има предвид, че времето за включване на тиристора е кратко, за управлението му обикновено се използват краткотрайни импулси с продължителност от няколко единици до стотици микросекунди. Амплитудата на импулсите на управляващия ток трябва да надвишава управляващия ток на коригиране I U.S.

Чрез промяна на фазата на управляващите импулси в рамките на 0<α<π, регулируют напряжение в нагрузке от максимального значения до нуля. При этом методе управления полностью исключается влияние разброса входных параметров тиристора, температуры окружающей среды и p-n переходов, а также формы питающего напряжения на характеристики вход-выход усилителя. К достоинствам фазового метода управления следует отнести также малые потери в управляющем переходе тиристора благодаря кратковременности управляющего импульса. Этот метод получил наибольшее распространение в тиристорных усилителях любой мощности.

Решението на този проблем е възможно чрез използване на тиристори, които ви позволяват да контролирате както коригираното ефективно напрежение, така и ефективната стойност AC напрежение.

На ориз. 7.8, АИ bпредставени са тиристорно управляван токоизправител и тиристорен регулатор на мощността. Тези вериги се различават една от друга по това, че товарът в случай на тиристорно управляван токоизправител е свързан след токоизправителя, а в случай на тиристорно управляван регулатор на мощността - преди токоизправителя. В първия случай се контролира ефективната стойност на изправеното напрежение, а във втория случай се контролира ефективната стойност на променливото напрежение.

Ъгълът на управление на тиристора се брои от момента, в който напрежението премине през нулевата точка. Колкото по-голям е ъгълът на управление на тиристора, толкова по-дълго той остава затворен, колкото по-късно се отваря тиристорът, толкова по-ниска е ефективната стойност на напрежението при товара. За еднофазна верига ограничителният ъгъл на управление на тиристора е 180. електрически. степени. При този ъгъл моментната стойност на напрежението на тиристора е нула и следователно с подаването на управляващ импулс в този момент ефективната стойност на напрежението при товара е нула.

Тиристорните регулатори на мощността могат да бъдат направени по различни схеми. Една такава диаграма е показана в ориз. 7.10. Отваряне на тиристори СРЕЩУ 1 и СРЕЩУ 2 се случва последователно. В първия полупериод тиристорът се отваря СРЕЩУ 1, а във втория - СРЕЩУ 2. Задействащите управляващи импулси пристигат от импулсния формовчик към тиристора при даден управляващ ъгъл. Нека се изисква да се получи напрежение на изхода на тиристорно управляван токоизправител, равно на половината от входното напрежение, което съответства на ъгъл на управление от 90°, с максимален ъгъл на управление от 180°. Честота на мрежата 50 Hz, което съответства на периода на трептене

или 20 Г-ЦА.

Една полувълна има продължителност 10 Г-ЦА, което съответства на контролен ъгъл от 180o. За да се получи контролен ъгъл от 90 o, е необходимо тиристорът да се стартира след 5 Г-ЦАслед като напрежението достигне нула.

Схемата на най-простия тиристорно управляван токоизправител е показана в ориз. 7.11.

Характеристика на тиристорните регулатори е необходимостта от синхронизиране на работата на формовчика на импулси и мрежовото напрежение. При липса на това, леко изместване на честотата ще доведе до значителна промяна в ъгъла на управление и следователно необходимото напрежение няма да съответства на реалното напрежение.

Тиристорно управляваният токоизправител се състои от захранващ блок и синхронизиран формовчик на импулси. Захранващият блок включва диоден токоизправител VD 1 -VD 4, тиристор СРЕЩУи натоварване. При големи мощности на натоварване тиристорът и диодите трябва да издържат на тока, необходим на потребителя. Изчисляването на тези елементи е дадено в раздела "Полупроводникови диоди".

Формователят на импулси се състои от параметричен стабилизатор на напрежението, който едновременно изпълнява функциите на синхронизатор и блок за генериране на импулси за даден ъгъл на управление.

Параметричният стабилизатор се състои от баластно съпротивление R bи ценеров диод VD 5. Резистори Р 1 и Р 2 - делител на напрежението, който задава режима на работа на тиристорния аналог с анодно управление на транзистори VT 1 и VT 2. Фазовият превключвател или веригата за синхронизиране е изградена върху резистор Р 4 и кондензатор СЪС.

Променливият ток няма да тече през токоизправителните диоди до тиристора СРЕЩУняма да получи задействащ импулс от драйвера. За получаване на задействащ импулс е необходимо тиристорният аналог да се отвори. Когато коригираното напрежение пристигне в параметричния стабилизатор, излишното напрежение, надвишаващо стабилизиращото напрежение, пада през резистора R b, а стабилизиращото напрежение остава на ценеровия диод, в зависимост от параметрите на ценеровия диод. На изхода на параметричния стабилизатор се появяват импулси с трапецовидна форма. В същото време нулевата стойност на входното напрежение съответства на нулевата стойност на напрежението на изхода на стабилизатора, т.е. настъпва синхронизиране на захранващото напрежение и формовчика на импулси.

Когато на изхода на ценеровия диод се появи напрежение, кондензаторът започва да се зарежда СЪСпрез резистор Р 4 . Когато напрежението на кондензатора достигне напрежението на задействане на аналога на тиристора, той ще се отвори. Ще се появи импулс на ток на разреждане на кондензатора СЪСчрез транзистори VT 1, VT 2 и резистор Р 3 на тялото на веригата. На ориз 7.11 токът на разреждане на кондензатора е показан с пунктирана линия. Токов удар през резистор Р 3 ще доведе до скок на напрежението на управляващия електрод на тиристора и последният ще започне. Време за зареждане на кондензатора СЪСспрямо нулевата стойност на напрежението се определя от параметрите на резистора Р 4 и капацитет на кондензатора СЪС. Верига Р 4 -° Сзадава ъгъла на управление на тиристора, съответстващ на времето за забавяне на стартирането на тиристора спрямо нулево напрежение. За разглежданата верига максималният ъгъл на управление за еднофазен тиристорен регулатор при честота 50 Hzе 10 Г-ЦА, което съответства на контролен ъгъл от 180o. За ъгъл на управление от 90 °, забавянето при стартиране на тиристора спрямо нулевата стойност на напрежението е 5 Г-ЦА.Промяна на позицията на копчето на реостата Р 4, можете да зададете произволно време за зареждане на кондензатора, т.е. задайте ъгъла на управление на тиристора. Когато плъзгачът на реостата се движи нагоре, съпротивлението на реостата се увеличава, времето за зареждане на кондензатора до напрежението на включване на тиристора се увеличава и следователно ъгълът на управление на тиристора се увеличава и ефективната стойност на напрежението при товара намалява.

Ефективната стойност на напрежението при натоварване се определя по формулата

Където Ud- ефективна стойност на напрежението при товара; Ти правиш– максимална стойност на напрежението при товара при ъгъла на управление й= 0 0 ; φ - ъгъл на управление на тиристора.

Когато товарът е включен R n 2 към токоизправителя, през него протича променлив ток само ако тиристорът е отворен. Тогава формата на изходното напрежение (т.е. при товара) ще бъде подходяща ориз. 7.12, д. Ефективната част от напрежението върху товара е защрихована. Когато товарът е включен пред токоизправителя, през него протича ток с променлива посока, чиято ефективна стойност се определя от времето, когато тиристорът е отворен, а формата на изходното напрежение има формата ориз. 7.1, и.

Тиристорът остава на същото място във веригата, а драйверът остава същият. В зависимост от това в коя част на веригата е монтиран товарният резистор, токът протича през него в постоянна или променлива посока. Ако постоянен, контролиран ток протича през товара, веригата се нарича „тиристорно управляван токоизправител“. Когато товарът е включен пред токоизправителя, през него протича променлив ток и веригата се нарича „Тиристорен регулатор на мощността“.

Регулаторът на мощността може да бъде изграден и на триак ( ориз. 7.13).

В серия с триак. За да отворите триак, са необходими управляващи импулси, чийто драйвер е изграден върху двойки транзистори VT 1 -VT 2 и VT 3 -VT 4 . Всеки па

ra на транзистори, които са аналози на тиристори: VT 1 -VT 2 – с катодно управление, и VT 3 и VT 4 - с анодно управление. Баластоустойчивост R bи ценерови диоди VD 1 и VD 2образуват стабилизатор на променливо напрежение. Ъгълът на управление на триака се задава от съпротивлението на резистора ( РО +Р 1) и капацитет на кондензатора СЪС. При положителна полувълна горната плоча на кондензатора се зарежда положително и когато напрежението върху него достигне напрежението на превключване на тиристорния аналог, тиристорният аналог се отваря и триакът започва СРЕЩУ.

Импулсът на разрядния ток на кондензатора преминава през резистора Р 6 и отваря триака.

С отрицателен полупериод се отваря аналог на тиристор, изграден върху транзистори VT 3 - VT 4 и стартира триака отново.

Когато тиристорно управляваните токоизправители работят на индуктивен товар (възбуждащи намотки и котва на постояннотокови двигатели), възникват проблеми при изключването на тиристорите поради изоставане на тока от напрежението. За да изключите тиристора, е необходимо принудително превключване, тъй като токът на самоиндукция на намотките на полето или арматурата на двигателя продължава да тече, след като напрежението достигне нулево ниво. Този проблем не се обсъжда в урока.

За регулиране на изходното напрежение във вериги за променлив ток с коригиране се използват управлявани токоизправители. Заедно с други методи за управление на изходното напрежение след токоизправителя, като LATR или реостат, контролираният токоизправител ви позволява да постигнете по-голяма ефективност с висока надеждност на веригата, което не може да се каже нито за регулиране с помощта на LATR, нито за регулиране на реостат.

Използването на контролирани клапани е по-прогресивно и много по-малко тромаво. Тиристорите са най-подходящи за ролята на управлявани вентили.

В първоначалното състояние тиристорът е заключен и има две възможни стабилни състояния: затворено и отворено (проводящо). Ако напрежението на източника е по-високо от долната работна точка на тиристора, тогава, когато към управляващия електрод се приложи токов импулс, тиристорът ще премине в проводящо състояние и следващите импулси, подавани към управляващия електрод, няма да повлияят на анода ток по какъвто и да е начин, тоест управляващата верига е отговорна само за отварянето на тиристора, но не и за неговото заключване. Може да се твърди, че тиристорите имат значително увеличение на мощността.

За да изключите тиристора, е необходимо да намалите анодния му ток, така че да стане по-малък от задържащия ток, което се постига чрез намаляване на захранващото напрежение или увеличаване на съпротивлението на натоварване.

Тиристорите в отворено състояние са способни да провеждат токове до няколкостотин ампера, но в същото време тиристорите са доста инерционни. Времето за включване на тиристора е от 100 ns до 10 μs, а времето за изключване е десет пъти по-дълго - от 1 μs до 100 μs.

За надеждна работа на тиристора скоростта на нарастване на анодното напрежение не трябва да надвишава 10 - 500 V/μs, в зависимост от модела на компонента, в противен случай може да възникне фалшиво превключване поради действието на капацитивен ток през p-n преходите.

За да се избегне фалшиво превключване, управляващият електрод на тиристора винаги е шунтиран с резистор, чието съпротивление обикновено варира от 51 до 1500 ома.

В допълнение към тиристорите, за регулиране на изходното напрежение в токоизправителите се използват и други: триаци, динистори и заключващи се тиристори. Динисторите се включват от напрежението, приложено към анода, и имат два електрода, като диоди.

Триаците се отличават с възможността да включват управляващи импулси или по отношение на анода, или по отношение на катода, но всички тези устройства, като тиристори, се изключват чрез намаляване на анодния ток до стойност под задържащия ток. Що се отнася до изключващите тиристори, те могат да бъдат изключени чрез прилагане на ток с обратна полярност към управляващия електрод, но печалбата при изключване е десет пъти по-ниска, отколкото при включване.

Тиристори, триаци, динистори, управлявани тиристори - всички тези устройства се използват в захранващи устройства и в автоматизирани вериги за регулиране и стабилизиране на напрежение и мощност, както и за защитни цели.

По правило тиристорите се използват вместо диоди в контролирани токоизправителни вериги. При еднофазните мостове точката на превключване на диода и точката на превключване на тиристора са различни; между тях има фазова разлика, която може да се отрази чрез отчитане на ъгъла.

DC компонентът на напрежението на натоварване е нелинейно свързан с този ъгъл, тъй като захранващото напрежение първоначално е синусоидално. Компонентът на постоянното напрежение при товара, свързан след регулируемия токоизправител, може да се намери по формулата:

Регулиращата характеристика на тиристорно управляван токоизправител показва зависимостта на изходното напрежение върху товара от фазата (ъгъла) на включване на моста:

При индуктивен товар токът през тиристорите ще има правоъгълна форма и при ъгъл, по-голям от нула, токът ще бъде изтеглен поради действието на самоиндуктивната ЕДС от индуктивността на товара.

В този случай основният хармоник на мрежовия ток ще бъде изместен спрямо напрежението под определен ъгъл. За да се елиминира затягането, се използва нулев диод, през който токът може да бъде затворен и да даде изместване, по-малко от половината от ъгъла на превключване на моста.

Схема за управление на тиристор

Петата графика на времедиаграмата показва напрежението, действащо върху тиристора. При a = 0 към тиристора се прилага само обратно напрежение U b. max, който достига стойността на амплитудата на напрежението на вторичната намотка и зависи от схемата на токоизправителя (виж лекция 3). За въпросния токоизправител

. (15.2)

Когато a > 0 към тиристора, с изключение на обратното напрежение U b. max, прилага се напрежение в посока напред U a, което може да се определи по формулата

Максимална амплитуда Uа. макс = UПредното напрежение достига 2 m при a = 90 0. За нормална работа на веригата трябва да е изпълнено следното условие: Uа. макс< Uвключен, така че тиристорът да не може спонтанно (без подаване на управляващ импулс) да се отвори.

Когато отрицателна полувълна от синусоида пристигне в тиристора, той автоматично се затваря и остава затворен до пристигането на следващия управляващ импулс.

Нека сега разгледаме енергийните характеристики на управляван токоизправител. Изчислителните мощности на намотките S1, S2 и типичната мощност на трансформатора S T се определят при a = 0 въз основа на параметрите на неконтролирания режим.

Поради факта, че при промяна на ъгъла на управление a възниква времево изместване в първия хармоник на тока, консумиран от мрежата аз 1(1) спрямо захранващото напрежение, управляваният токоизправител консумира реактивна мощност от мрежата дори при чисто резистивен товар. Ъгъл на изместване на първия хармоник на захранващия ток аз 1(1) спрямо захранващото напрежение

, (15.4)

където е амплитудата на косинусовата компонента на първия хармоник от разширението на тока в ред на Фурие аз 1 ;

Амплитуда на синусовата компонента на първия хармоник от разширението на тока в редица на Фурие аз 1 .

Ефективна стойност на първия хармоничен ток в първичната намотка на трансформатора

Коефициент на изкривяване на текущата форма на вълната

. (15.6)

Фактор на мощността на токоизправителя

, (15.7)

тоест, когато ъгълът на управление се увеличава, факторът на мощността намалява.

Управляваните токоизправители могат да бъдат направени, като се използват както пълновълнови, така и мостови вериги. В тези схеми изходното напрежение в зависимост от a също се определя само от израз (15.1). U d0(a = 0) = 0,9 × U 2 .

Контролиран токоизправител, използващ тиристори, се свежда до контролиране на момента, в който устройството е включено. Най-често срещаният метод за управление на тиристорите е импулсно-фазовият. С този метод на управление импулси на напрежение U y периодично се прилагат към управляващия електрод на тиристора, отваряйки тиристора. Те могат да се изместват във времето спрямо момента, в който положителното полувълново напрежение се появи на вторичната намотка на трансформатора Tr.1 (фиг. 74) и по този начин да повлияят на момента, в който тиристорът е включен. Фигура 3 показва положителната полувълна на това напрежение - кривата U(t) и импулсът на управляващото напрежение U y. Ъгълът α се нарича контролен ъгъл. Започвайки от момента t=α и до края на положителното полувълново напрежение, тиристорът е в отворено (включено) състояние. Съпротивлението на включения тиристор и съответно напрежението на анода (колектора) е практически нула. На фиг. 75 пунктираната линия (- - -) показва кривата на напрежението в колектора на тиристора по време на положителната полувълна на напрежението U, а напрежението при товара Rn е обозначено с пунктирана линия (¾ × ¾ ).

Ориз. 74 Схема на управляван токоизправител Фиг. 75 Графика на напрежението за

на тиристори натоварване, колектор и

контролен електрод

Когато α=0, тиристорът е отворен по време на положителното полувълново напрежение, съпротивлението му е ниско. При α=180° тиристорът е затворен, съпротивлението му е високо.

Фигура 76а показва напрежението върху товара U n на пълновълнов токоизправител при α=0, а Фигура 76b при α=π/2.

а) б)

За управляващите импулси се прилагат следните изисквания:

1) амплитудата и продължителността на управляващите токови импулси I ymax трябва да са достатъчни за надеждно отваряне на тиристорите, но амплитудата на тока не трябва да надвишава допустимата стойност I yad;

2) наклонът на импулсите на управляващото напрежение трябва да е висок, така че тиристорите да се отварят почти моментално.

Въз основа на тези изисквания се проектира импулсно-фазово управляващо устройство (блок). Фиг. 77 показва схема на управляван пълновълнов токоизправител (с изход от средната точка на вторичната намотка на трансформатора) с импулсно-фазов контрол.

Ориз. 77 Електрическа схема на управляван токоизправител (a), кръгова векторна диаграма (b)

Напрежението се подава към управляващата верига на токоизправителя от мостов фазов превключвател, състоящ се от трансформатор с изхода на средната точка на вторичната намотка, кондензатор С и променлив резистор R. когато стойността на съпротивлението R се промени, както може както се вижда от кръговата векторна диаграма (фиг. 77b), ъгълът на фазово изместване на моста на изходното напрежение U dc по отношение на входното напрежение U ab може да варира от 0 до 180°. В този случай стойността на напрежението U dc остава непроменена.

Напрежението U dc се подава към входовете на транзисторите VT1 и VT2 под формата на напрежение Uin 1 и Uin 2, отваряйки единия транзистор и затваряйки другия. изходните напрежения, взети от колекторите на транзисторите Uk 1 и Uk 2 (фиг. 78e, f), съдържат променливи компоненти Uk 12 и Uk 22 с трапецовидна форма (фиг. 78g, h), тъй като напрежения със значителна величина са приложен към входовете на транзисторите. След това трапецовидните напрежения се диференцират (фиг. 78 i, j) с помощта на вериги R 1 C 1 и R 2 C 2 и под формата на правоъгълни импулси Y vs3, Y vs4 (фиг. 78 l, m) се подават към управлението електроди на тиристори VS3 и VS4 ; отрицателните импулси на напрежение се шунтират от диоди VD3 и VD4.

По този начин чрез промяна на съпротивлението R те влияят върху стойността на ъгъла α и времето на пристигане на импулсите на управляващите електроди на тиристорите.

Ориз. 78 Графики на напрежението

Характерист

При извършване на тази лабораторна работа е необходимо да се премахне характеристиката ток-напрежение на тиристора. За целта се използва устройство, с което върху екрана на електроннолъчева тръба (CRT) се получава ток-напрежение характеристика или група от тези характеристики. Специален

Устройство, предназначено за тази цел, се нарича проследяване на криви. В този случай се използва осцилоскоп S1-68 и специална приставка като трасиращ крива (фиг. 79а).

а) б)

Фиг. 79 Диаграма на свързване на тиристор към крива (a), характеристика на напрежението на тиристора (b)

На фиг. 79a показва диаграма на свързване на тиристор към индикатор на кривата за четене на фамилията характеристики ток-напрежение I a =f(U a) при I y 1, I y 2,….

За да се наблюдават характеристиките на напрежението на тиристора на CRT екран, е необходимо:

1) хоризонталното изместване на CRT лъча е пропорционално на анодното напрежение U a на тиристора;

2) вертикално изместване на CRT лъча - стойността на анодния ток.

За тази цел тиристорът е свързан към полувълнова изправителна верига с диод VD1; Анодното напрежение се прилага към жака "X" на осцилоскопа (хоризонтално отклонение) с помощта на проводник. Резистор R2 регулира стойностите на анодния ток и напрежение. Резистор R 3 ограничава количеството на анодния ток, когато резистор R 2 е напълно изтеглен. За да се получи напрежение, пропорционално на анодния ток на тиристора, в анодната верига е включен резистор R 1. Създаденото върху него напрежение се подава по кабел към гнездото “®) 1 mW 50pF на осцилоскопа (вход на усилвателя за вертикално отклонение на лъча). Съпротивлението на резистора R 1 трябва да бъде малко, така че практически да не влияе на стойността на анодния ток на тиристора (R 1 ~ 100 Om).

При скициране на осцилограми от екрана на осцилоскопа е необходимо да се гарантира, че началото на координатите на екрана на CRT и на графиката I a = f (U a) съвпадат.

А. Мащабът по текущата ос (ос Y) се определя с помощта на осцилоскоп. За да направите това, първо приложете напрежението, взето от резистора R 1 към входа на осцилоскопа "®) 1 mW 50 pF", след това поставете копчето "Усилване" на осцилоскопа в крайна лява позиция. Чрез манипулиране на превключвателя „V/cm, mV/cm” задайте максималния вертикален размер на изображението на поне 2 cm. мащабни деления на CRT екрана и пребройте размера на изображението вертикално.

Скалата на напрежението по оста Y m u е равна на произведението на цифровата маркировка, върху която е поставен превключвателят „V/cm, mV/cm“ и маркировката на превключвателя „´10, ´1“.

По този начин амплитудата на напрежението през резистора R1, подадена към входа на осцилоскопа, е равна на произведението на скалата m U и размера y max [cm] на изображението по оста y (фиг. 79b):

UmR 1 = m U y макс. .

Текущият мащаб по оста y m I е равен на:

m I = m U /R 1 .

б. Скалата на напрежението по оста X може да се определи, както следва: измерва се размерът x max (фиг. 79b) на една от получените характеристики на тока и напрежението на тиристора. След това свържете входа “®) 1 mW 50pF на осцилоскопа към гнездата “®) X” и “^” на инструмента за проследяване на кривата; позициите на превключвателите на осцилоскопа са както следва:

Превключете “X, ´1, ´0.2” на знака “X1”;

Превключете “Time/cm” – на “2ms”;

Превключете “V/cm, mV/cm” – на “1V/cm”;

Превключете превключвателя „´10, ´1“ - на „10“.

Получете осцилограма на напрежението на тиристора, без да променяте стойността на управляващия ток I y (фиг. 80):

Намерете стойността на U max във волтове:

U max =l max [cm] ∙m U,

Тук m U =1 ∙10=10

Това напрежение съответства на абсцисата x max (фиг. 79b), следователно скалата на напрежението по оста X е равна на m Ux =U m arr /x макс .

ОПИСАНИЕ НА ИНСТАЛАЦИЯТА

Тестовото табло на лабораторната инсталация показва схема (фиг. 79) за запис на ток-напрежение на тиристор, наречена трасираща крива. Копчето за управление “Reg.I y” плавно променя стойността на управляващия ток на тиристора Iy.

Осцилоскопът е свързан към инструмента за проследяване на крива с помощта на проводник и кабел, които свързват същите гнезда и конектори „®) 1X“ и „®) 1 mW 50pF“ на тестовия панел и осцилоскопа.

Освен това панелът показва схема на управляван токоизправител, използващ тиристори (фиг. 81) с импулсно-фазов контролен блок. С помощта на променлив резистор R се регулира времето на пристигане на импулси на напрежение към управляващите електроди на тиристорите. Управляваният токоизправител съдържа тиристори от типа KU-101B с параметрите

Аз например добавям =75mA,

U обр. max =50V, P kmax =150mW, I y pr =15mA.

Ориз. 81 Изображение на панела на стойката на управлявания токоизправител

Външният вид на стойката е показан на фиг. 82.

Фиг.82 Преден панел на стойката

ЗАВЪРШВАНЕ НА РАБОТАТА

1 С помощта на трасираща крива (фиг. 79) получете няколко (2-3) характеристики на токовото напрежение на тиристора при различни произволни стойности на управляващия ток:

I a =f(U a) за I y1 =0, I y2, I y3 >I y2, ….

За да направите това ви трябва:

Включете инсталацията, като затворите бутона „Вкл.“ (на панела вдясно);

Свържете осцилоскопа S1-68 към инструмента за проследяване на кривата:

а) свържете с кабел гнездата “®) 1 mW 50Рf” и “^” на кривомаркера към входа “®) 1 mW 50рF” на осцилоскопа;

б) свържете гнездото “X” на кривата с проводник към гнездото “X” на осцилоскопа;

в) поставете превключвателя “X, ´1, ´0.2” на осцилоскопа в положение “X” (крайно ляво положение);

d) задайте превключвателя „V/cm, mV/cm“ на „2 mV/cm“, а превключвателя „´10, ´1“ на „´10“;

д) включете осцилоскопа с помощта на превключвателя „Мрежа“.

Задайте управляващия ток I y равен на нула (I y =0); за да направите това, поставете копчето на потенциометъра R reg в крайна лява позиция; скицирайте получената крива I a =f(U a);

Задайте управляващия ток I y на малка стойност, за което трябва да завъртите копчето на потенциометъра R reg на малък ъгъл (по часовниковата стрелка) и отново да начертаете кривата I a = f (U a) и т.н.

2 В управляваната токоизправителна верига (фиг. 81)

А.Вземете осцилограми на коригираното напрежение върху товара - съпротивление R n - при различни стойности на ъгъла на управление α;

б.Получаване на контролни характеристики експериментално и чрез изчисление

токоизправител

U o α =f(α),

където U o α е средната стойност на изправеното напрежение при товара;

α - контролен ъгъл.

За да изпълните параграф 2А от задачата, трябва:

Свържете товара към токоизправителя, като затворите ключа в клона с резистор R n;

Свържете осцилоскопа към товара Rн:

а) свържете кабела на входа “®)1 mW 50рF” на осцилоскопа паралелно на резистора Rн;

б) преместете превключвателя “X, ´1, ´0.2” на осцилоскопа в позиция “´1”;

в) превключвател “Време/см” в позиция “2mS/cm”;

г) превключвател “V/cm, mV/cm” в положение “2V/cm”;

д) превключвател “´10, ´1” - на “´10”.

Получете на екрана осцилограми на напрежението върху товара при различни стойности на ъгъла α:

α=α min , α=π/2, α=3/4π;

Ъгълът α се регулира с помощта на потенциометър R във веригата на импулсно-фазовия контролен блок (PCU); в ляво крайно положение на дръжката на потенциометъра R ъгълът α е минимален и равен на α min ~0,4π, в дясно крайно положение е максимален и равен на ~ π.

Начертайте осцилограми на напрежението при натоварване върху милиметрова хартия, като посочите скалите за напрежение m u (позиции на копчето „V/cm, mV/cm“ и превключвател „´10, ´1“) и за време m t (позиции на превключвателя „X , ´1, ´ 0,2" и "Време/cm"): m u, m t.

Определете амплитудата на напрежението при товара U m от осцилограмата при α=α min.

За да завършите стъпка 2B от задачата, е необходимо да измерите константата

компонент на напрежението върху товара при различни стойности на ъгъла α:

α=α min – ляво крайно положение на ръкохватката на потенциометъра R;

α=π/2, α=3/4π, α~π – дясно крайно положение на R.

За да направите това, трябва:

Задайте определения ъгъл α с помощта на осцилоскоп, както е посочено в стъпка 2A;

Свържете волтметъра V3-41 паралелно с резистора Rн, като изключите осцилоскопа; използвайте волтметър, за да измерите DC компонента на изправеното напрежение върху товара Rн:

а) вход за волтметър – гнезда “®)” и “^”;

б) превключвател на обхвата на напрежението (горна скала) “30”;

в) включете устройството с превключвателя „Мрежа“.

Измерете DC компонента на напрежението върху товара при различни стойности на ъгъла α; запишете резултатите от измерването в таблица 1;

Изчислете средната стойност на ректифицираното напрежение при натоварване (фиг. 81) (без да се вземат предвид загубите в елементите на веригата) при посочените стойности на ъгъла α, като се използва формулата

Ориз. 83

Стойността на U m се взема от експеримент 2А, като се използва осцилограмата u(t), с α = α min (фиг. 83), а резултатите от изчислението се въвеждат в таблица 1;

Съгласно таблица 1 построете зависимостите U o α =f(α);

Сравнете експерименталните и изчислените резултати.

Таблица 19

КОНТРОЛНИ ВЪПРОСИ

1 Принципът на работа на тиристор. Какво означава напрежение при включване? Покажете семейството на характеристиките на ток-напрежение на тиристор.

2 Обяснете работата на схемата за четене на характеристиките на тока и напрежението на тиристор.

3 Начертайте схема за пълновълново изправяне на променливо напрежение върху тиристори; обясни работата му.

4 Каква е формата на изправеното напрежение върху товара в пълновълнова токоизправителна верига, използваща тиристори, ако ъгълът α=π/3?

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА № 6

Свързана информация.