Лабораторна робота №6

Дослідження роботи однофазного тиристорного перетворювача.

Мета роботи: засвоїти роботу однофазної  однопівперіодної  схеми  керування

 тиристорного перетворювача.

Теоретичні пояснення

 

Керуючий випрямляч – статичний апарат для перетворення змінного струму в струм постійного напрямку з широко регульованою середньою випрямленою напругою.

Рисунок  6.1 - Схема включення тиристора. Рисунок 6.2 - Вольт – амперні  характеристики

                                                                                           тиристора  при керуючій  напрузі:

                                                                                                      1 – U_у=0;    2 – U_у>0.

 

Основною частиною такого випрямляча є тиристор чотирьохшаровий кремнієвий керований прилад з двома зовнішніми і одним середнім p-n- переходами.  Крайні шари приладу з дірковою і електронною провідностями є відповідно колектором і емітером з виводами – анодом А і катодом К тиристора, а внутрішній шар з провідністю р – його базою, з’єднаною з керуючим електродом ЕУ.

Якщо тиристор під’єднати до джерела електричної енергії так, щоб позитивний полюс джерела був з’єднаний з анодом А тиристора (рис. 6.1), а негативний полюс – з його катодом К, то при підвищенні напруги U від нуля до критичного значення U_п (рис. 6.2), що називається напругою переключання, виникає невеликий, злегка зростаючий струм І_пр, що пояснюється великим зворотнім опором середнього p-n-переходу, оскільки обидва зовнішніх p - n - переходи виявляться ввімкненими в прямому напрямку. Потім при напрузі U=U_п в напівпровіднику виникає процес іонізації, що супроводжується лавинним пробоєм середнього   p - n - переходу з встановленням на ньому падіння напруги порядку 0,5-1 В. при

15

значному зростанні струму і зменшенні напруги, в результаті чого тиристор відкривається. При зворотній напрузі U, що припадає на обидва зовнішніх p – n - переходи, так як середній p – n - перехід виявляється при цьому ввімкнений в прямому для нього напрямку, тиристор закривається.

Подання  керуючої  напруги U_у (рис. 6.1), при якій керуючий електрод ЕУ опиниться під позитивним потенціалом відносно катода К, супроводжується встановленням струму керування І_у і зменшенням величини напруги переключання до значення U¹_п<U_п (рис. 6.2). Регулювальний  струм керування І_у, можна змінювати величину напруги  перемикання   U¹_п тиристора

 

Рисунок 6.3 - Схема керування однофазним    випрямлячем

Рисунок 6.4 - Графіки зміни напруги у часі: а – що випрямляється; б – керуючої; в – випрямленої.

                                                                           

Ключові властивості тиристора використовуються в керованих випрямлячах де тиристор періодично відкривається і закривається, чим забезпечується регулювання величини середньої випрямленої напруги U₀.

Величина середньої випрямленої напруги U₀ зв’язана в однофазній однопівперіодній схемі випрямлення з діючою напругою U змінного струму при холостому ході установки формулою

,

    де α – кут відкривання тиристора, що визначається моментом подачі відповідної керуючої   напруги U_у на керуючий електрод тиристора.

Найбільша середня випрямлена напруга

    відповідає куту відкривання тиристора α = 0.

Кут відкривання тиристора, що визначає момент під’єднання навантаження r до змінної напруги u=ψ₁(ωt) (рис. 6.4 а), регулюють зміщенням керуючих імпульсів напруги u_у=ψ₂(ωt) (рис. 6.4 б) по осі часу відносно кривої напруги, що випрямляється в результаті чого змінюється час роботи тиристора на навантаження (рис. 6.4 в), а отже, і величина середньої випрямленої напруги U₀.

При активному навантаженні керованого випрямляча з тиристором крива виходить також переривчастою, так як щільність повторює криву випрямленої напруги.

Стійка робота тиристора можлива при формуванні керуючих імпульсів необхідної амплітуди, достатньої тривалості і відповідної фази, що забезпечується керуючим пристроєм з фазозсувним колом, що дозволяє плавно змінювати кут відкривання тиристора.

Закривання тиристора проходить автоматично в кінці кожного позитивного півперіоду кривої змінної напруги, коли вона повинна переходити в область негативних значень напруги u=ψ₁(ωt).

16

Зовнішня характеристика випрямляча U₀=F₁(I₀), що визначає залежність середньої випрямленої напруги від середнього струму навантаження з заданим коефіцієнтом потужності, знімається для встановленого кута відкривання тиристора α при діючій напрузі U=const і частоті f=const.

Економічність роботи керованого однофазного випрямляча з тиристором визначається його коефіцієнтом потужності

                 і ККД

,

        де Р₁ – активна потужність  випрямляючої установки зі сторони мережі змінного струму;

      U i I – діючі напруга і струм;

          k_р – коефіцієнт, що враховує додаткову активну потужність на виході випрямляча, обумовлену вищими гармоніками переривчастого струму;

          U₀ i I₀ – середні випрямлені напруга і струм.

    Коефіцієнт k_р знаходять за формулою

,

   з якої виходить, що для однопівперіодної  схеми  випрямлення  при  куті  відкривання       тиристора α = 0 цей коефіцієнт буде

.

 

Опис установки

 

Перетворення змінного струму в струм постійного напрямку з регульованою середньою випрямленою напругою виконується тиристорами VD1 та VD2 з автоматичною подачею керуючих імпульсів напруги на його керуючі електроди.

Керуючі імпульси напруги формуються керуючим пристроєм, в який входить трансформатор Тр з вторинною обмоткою, що навантажена випрямлячем. Зміною величини опору R₄ можна регулювати фазу імпульсів напруги, які, пройшовши діод і мікросхему, поступають у вигляді напівхвиль напруги на транзистор VТ₁, де підсилюються і в подальшому викликають в колі короткочасні імпульси струму. В результаті цього на транзистор VТ₂ через діод Д₁₁ поступають однополярні керуючі імпульси, на імпульсний трансформатор, а потім через обмежуючі діоди Д₁₂ та Д₁₃ на керуючий електрод тиристора.

В колі із сторони постійного струму передбачений вимірювальний прилад, що визначає діючу напругу. Однопроменевий осцилограф ОЕ з двоканальним комутатором КЕ дозволяє спостерігати на екрані осцилографа криві u₀=ψ₃(ωt) і u_у=ψ₂(ωt), за якими можна визначити величину кута відкривання тиристора.

Навантаження створюється двигуном постійного струму та сигнальною лампочкою HL через резистор R12.