Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторна робота №5
Тема: Малопотужні випрямлячі однофазного струму
Мета роботи:
1) Вивчити принцип роботи керованого випрямляча на тиристорах та його системи керування;
2) Визначити основні параметри та характеристики керованого випрямляча.
Опис лабораторної установки
Структурна електрична схема лабораторної установки показана на рис. 1.1.
Склад лабораторної установки:
Загальні відомості
Керованим називається такий випрямляч, який окрім випрямлення змінної напруги одночасно здійснює регулювання випрямленої напруги.
Керований випрямляч одержують із звичайного випрямляча заміною в ньому некерованих вентилів (діодів) тиристорами. Керований вентиль–тиристор вмикається в момент коли анод (А) має більш високий потенціал чим катод (К), а на керуючий електрод (КЕ) подано імпульс напруги позитивної полярності.
Таким чином, регулювання напруги здійснюється затримкою відкривання чергового тиристора в межах півперіоду напруги мережі.
Відлік кута затримки відкривання тиристора (цей кут називається кутом керування ) проводиться від моменту відкривання тиристору, тобто, коли до анода прикладається додатна (+) напруга. Для випрямлячів, що живляться від однофазної мережі, цей момент співпадає з моментом переходу напруги мережі через нуль.
Рис. 1.1. Схема керування тиристорним регулятором
Надійне відпирання тиристорів в схемах перетворювачів змінного струму буде виконуватися тільки в тому випадку коли струм і напруга керування відповідають вхідним характеристиками використаних вентилів.
Роботу керованого випрямляча розглянемо за функціональною схемою (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Функціональна схема керованого випрямляча
– змінна напруга на первинній обмотці трансформатора Тр1;
В випрямлячах, зібраних по мостовій схемі, використовують як чотири так і два тиристори. На практиці частіше в схемі це два тиристори і два діоди. В таких схемах катоди тиристорів з’єднані. Це спрощує приєднання системи керування (СК) до випрямляча. Часові діаграми роботи керованого випрямляча на активне навантаження показані на рисунку 1.3.
На вхід випрямляча (рис. 1.2) подається змінна напруга мережі . Система керування (СК) виробляє імпульси керування, часове положення яких можливо змінювати в межах півперіоду напруги мережі. На рис. 1.3 цей кут дорівнює .
На навантаженні напруга буде тільки в момент подачі на керуючий електрод тиристору (КЕ) позитивного (+) імпульсу. Змінюючи кут керування тобто, момент подачі імпульсу керування на КЕ є можливість регулювати середнє значення випрямленої напруги . Ця напруга знаходиться за виразом:
, (1.1)
де середня випрямлена напруги для мостової схеми зібраної на діодах. Відомо, що середньо випрямлена напруга в мостовій схемі:
Цей вираз визначає регулювальну характеристику керованого випрямляча. Середнє значення напруги на навантаженні, при зміні кута керування від 00 до , буде плавно зменшуватися від значення до нуля.
Розглянута система керованого випрямляча має і деякі недоліки:
Необхідно враховувати також і характер навантаження: активне, активно–індуктивне, ємнісне. При активному навантаженні тривалість протікання струму через діоди і тиристори:
. (1.2)
Якщо навантаження має активно–індуктивний характер, то тривалість протікання струму через діоди та тиристори збільшується, тому що в момент переходу напруги мережі через нуль навантаження відокремлюється від мережі, а струм в підтримується за рахунок енергії, що накопичується в котушці індуктивності. Цей струм замикається через тиристор (що був відкритий) та суміжний діод.
Рис. 1.3. Часові діаграми роботи керованого випрямляча
При ємнісному характері навантаження, при незначних кутах , можливі пропуски ввімкнення тиристорів, тому що напруга на ємності в цей час буде більшою ніж напруга мережі в момент подачі імпульсу керування. В зв’язку з цим керований випрямляч, як правило, не використовують для навантажень ємнісного характеру.
Незважаючи на деякі недоліки, керовані однофазні випрямлячі знаходять широке використання в різноманітних пристроях, наприклад, для регулювання:
Система керування(СК) тиристорного перетворювача
Система керування (СК) виконує такі завдання:
Для керування тиристорами використовують різноманітні схеми, вимоги до яких залежать від специфіки схем та властивостей тиристорів:
Відомо, що симистори проводять струм як в одному так і в іншому напрямку. Такі прилади використовують, головним чином, в тих пристроях де необхідно зменшити габарити та масу пристрою Це, по–перше, відноситься до побутової техніки.
Симистор – це два тиристори в одному корпусі ввімкнених зустрічно–паралельно. Для керування симистором необхідне одне коло, немає потреби розділяти потенціали та ізоляцію. Це підвищує надійність, зменшує габарити та собівартість регулятора на симисторі в порівнянні з подібним на тиристорах.
Основні методи регулювання напруги
Метод широтно–імпульсного регулювання напруги на навантаженні
Метод полягає в тому, що при сталому надходженні імпульсів керування змінюють їх тривалість . Тоді маємо:
, (1.3)
де напруга на навантаженні;
е.р.с. джерела живлення;
тривалість імпульсу керування;
період надходження імпульсів;
коефіцієнт заповнення .
. (1.4)
Змінюючи коефіцієнт заповнення, можливо регулювати напругу на навантаженні Rн від нуля до величини е.р.с. джерела живлення – Е.
Метод фазоімпульсного регулювання напруги на навантаженні
Принцип дії такого регулятора полягає в тому, що за допомогою спеціальної схеми керування забезпечується регульована в часі затримка вмикання тиристорів (симистора) відносно переходу через нуль змінної синусоїдної напруги, тобто, фаза послідовності імпульсів керування змінюється відносно фази синусоїдної напруги.
Як правило, такі системи керування складаються з таких вузлів:
фазозсувного пристрою;
проміжного підсилювача;
формувача імпульсів.
Фазозсувний пристрій, або система імпульсного керування СІФК регулює фазу керуючого сигналу. Регулювання фази може бути побудовано по “горизонтальному” або по “вертикальному” принципу.
“Горизонтальний принцип” регулювання фази передбачає зсув в часі (горизонтально) сигналу, який формує і зсув керуючого імпульсу (тиристорів або симистора).
Схема керування за “горизонтальним” принципом складається з фазозсувного елементу (ФЕ) та формувача імпульсів (ФІ), рис 1.4.
Рис. 1.4. Схема керування за «горизонтальним» принципом
Як ФЕ частіше використовують мостову схему, що складається з трансформатора Т з нульовою точкою на вторинній обмотці з активним опором R1 та реактивним – Х (конденсатор С, або індуктивність L).
При зміні значення опору одного з цих елементів, змінюється фаза вихідної напруги відносно вхідної. В залежності від фази вхідної напруги змінюється також положення переднього фронту керуючого імпульсу (рис 4.5).
Рис. 1.5. Зміна положення переднього фронту керуючого імпульсу
При “вертикальному” принципі керування порівнюється дві напруги: опорна (незмінна) та регульована по величині (по вертикалі). В момент їх рівності формується керуючий імпульс який поступає на КЕ тиристорів (симистора).
Форма опорної напруги може бути пилкоподібна, трикутна, синусоїдна.
Вертикальний принцип регулювання фази керуючих імпульсів використаний в даній роботі.
Опис схеми установки по керуванню тиристорним регулятором
Дана лабораторна робота має фазо – імпульсну систему керування, виконану на операційних підсилювачах. Використання цієї елементної бази дозволяє створити малогабаритну, економічну і високонадійну систему керування.
Для кращого розуміння роботи системи керування і випрямляча розіб'ємо схему на ряд функціонально закінчених вузлів, об'єднаних у загальну схему: вузол синхронізації, виконаний на вторинній обмотці трансформатора Т2 і діодах VD1–VD4; граничний пристрій або нуль–орган (НО), виконаний на операційному підсилювачі D1; генератор пилкоподібної напруги (ГПН), зібраний на транзисторі VТ5 і тиристорі VS6; вузол керування (ВК), виконаний на операційному підсилювачі D2; вузол формування напруги (ФН), зібраний на транзисторах VТ8 і Т1; силовий вузол VD9–VD13, VS11 і VS12.
Пристрій працює таким чином:
Синхронізуюча напруга з трансформатора Т2 поступає на випрямляючий міст, зібраний на діодах VD1–VD4, з метою одержання пульсуючої напруги частотою 100 Гц, необхідної для синхронізації часових режимів роботи пристрою керування і силових вузлів (рис. 1.3 а). Далі синхронізуюча напруга через R2 подається на мікросхему D1, що виконує роль нуль–органа. У момент рівності амплітуд пульсуючої напруги, що надходить на вхід 2, і постійної напруги, що поступає на вхід 3, мікросхема виробляє прямокутний імпульс (рис. 4.3 б), що свідчить про перехід синусоїдної напруги через нуль. Цей прямокутний імпульс подається на керуючий електрод тиристора VS6 генератора пилкоподібної напруги (ГПН), що зібраний на транзисторі VТ5. 3а рахунок стабілізованого зсуву, поданого на базу VT5 від дільника напруги (стабілітрон VD7 і резистор R5), транзистор VT5 відкритий і конденсатор С1 заряджається через цей транзистор по експоненціальному закону. В момент подачі на нуль–орrан (мікросхема D1) прямокутного імпульсу тиристор VS6 відкривається і конденсатор С1 через внутрішній опір VS6 розряджається. Пилкоподібна напруга з конденсатора С1 (рис. 1.3 в) через резистор R6 подається на вхід мікросхеми D2. (вхід 3). На другий вхід мікросхеми подається постійна регульована напруга з потенціометра R7 через резистор R8. Дана мікросхема виконує роль компаратора таким чином, що в момент рівності пилкоподібної напруги на вході 3 (D2) і напруги на вході 2 (D2), на виході мікросхеми D2 виникають імпульси (рис. 1.3 г).
Таким чином, регулюючи потенціометром R7 напругу на вході 2 мікросхеми D2, можна зміщувати в часі імпульс керування відносно опорної силової змінної напруги, що подається на тиристор. Тим самим досягається вмикання тиристора в будь–якій точці фази силової напруги, а отже, і регулювання вихідної напруги. Імпульс з виходу мікросхеми D2 через ланцюг, що диференціює, С2, R9 (рис, 1.3, д) подається на базу VT8 для подальшого підсилення. Диференціювання імпульсу необхідно для зменшення тривалості імпульсу керування, що приводить до зменшення енергетичних втрат (за рахунок меншого нагрівання). Транзистор VT8, у момент подачі на його базу позитивного імпульсу з ланцюга, що диференціює (C2, R9), відкривається, і по первинній обмотці трансформатора Т1 протікає струм. В обмотках а, б, та а, б наводиться ЕРС, що подається на несиметричний (VS11) або симетричний (VS14) тиристорний регулятори, на які в залежності від положення перемикача S1 подається напруга з трансформатора Т2 .
Тиристор VS11 живиться від мостового випрямляча, зібраного на діодах VD9, VD10, VD12, VD13, в одну діагональ якого подана змінна напруга . В другу діагональ через резистор R11 ввімкнено тиристор VS11. У момент співпадання імпульсів з обмоток а–б трансформатора Т1, що поступають на керуючий електрод VS11, і пульсуючої напруги (рис. 1.3, е) у діагоналі моста, тиристор відкривається на весь півперіод, що залишився, подано на анод–катод пульсуючої напруги. Коли перемикач S1 знаходиться в іншім положенні, працює симетричний тиристор. У кожен півперіод напруги, що подається на анод–катод одного або другого тиристора, через них буде протікати струм.
Величина середнього струму залежить від положення потенціометра R7, тобто від моменту рівності пилкоподібної напруги і напруги зсуву, що поступає з потенціометра R7 (див. рис. 1.3 в). Чим менше зсув, тим раніше відкривається тиристор, тим більше струм, що тече через тиристор, і навпаки.
Порядок виконання лабораторної роботи
Звіт виконання лабораторної роботи
Контрольні запитання:
Буквені позиційні позначення елементів:
конденсатор – С ;
логічний елемент, мікросхема – D;
резистор – R;
потенціометр – RP;
трансформатор, автотрансформатор – Т;
діод, стабілітрон – VD;
транзистор – VT;
тиристор – VS.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, ОЭП. Справочник под редакцией Горюнова Н. Н. – М.: «Энергоиздат», 1987. – 744 с.
2. Новаченко И. В. Микросхемы для бытовой аппаратуры. Справочник / Новаченко И. В. и др. – М.: «Радио и связь», 1989. – 384_с.
3. Замятин В. Я. Тиристоры. Справочник / Замятин В. Я и др. – М.: Радио и связь, 1987. – 576 с.
4. Терещук Р. М. Справочник радиолюбителя / Терещук Р. М. – Киев.: Наукова думка, 1981. – 671 с.
5. Андреев Ю. Н. Резисторы. Справочник / Андреев Ю. Н. – М.: Энергоиздат, 1981. – 352 с.
6. Нефедов А. В. Отечественные полупроводниковые приборы и их зарубежные аналоги. Справочник / Нефедов А. В., Гордеева В. И. – М.: Радио и связь, 1990. – 401 с.
7. Забродин Ю. С. Промышленная электроника, учебник для ВУЗов. / Забродин Ю. С. – М.: Высшая школа, 1982.
8. Транзисторы. Справочник под общей редакцией И. Ф. Николаевского. – М.: Связь, 1969. – 624 с.