Лабораторная работа управляемые тиристорные выпрямители

Цель работы

1. Ознакомиться со схемой и принципом действия однофазного регулируемого тиристорного выпрямителя.

2. Снять характеристики выпрямителя для различных режимов работы.

Общие сведения

От выпрямителей часто требуется не только преобразовать переменное напряжение в постоянное, но и плавно изменять значение выпрямленного напряжения. Управлять выпрямленным напряжением можно как в цепи переменного напряжения, так и в цепи выпрямленного. Наиболее экономичный и удобный способ, который получил широкое распространение, является способ управления выпрямленным напряжением в процессе выпрямления.

16

Выпрямители, которые совмещают выпрямление переменного напряжения с управлением выпрямленным напряжением, называются управляемыми выпрямителями.

Основным элементом таких выпрямителей является тиристор или симистор. Тиристор это трехэлектронный прибор (рис. 1) с тремя или более p-n-переходами, работающий в ключевом режиме: закрыт – открыт.

П ереход из закрытого состояния в открытое происходит под действием сигнала управления, подаваемого на управляющий электрод УЭ (когда на его аноде А положительный потенциал относительно катода К), а из открытого в закрытое – при смене полярности напряжения на аноде и катоде, например, в точке перехода положительного полупериода в отрицательный или при отключении питания.

а)

б)

в)

Рис 1. а) – обозначение тиристора на схемах,

б) обозначение симистора на схемах,

в) структурная схема тиристора (прямое включение) –

А – анод, К – катод, УЭ – управляющий электрод

Недостатком тиристора является то, что он может использоваться только в однополупериодном режиме. Этот недостаток устраняется в симметричных тиристорах – симисторах. Симистор в отличие от тиристора может проводить ток в обоих направлениях

Симистор можно представить как два тиристора, включенные встречно-параллельно (рис. 1б), что позволяет использовать обе полуволны переменного напряжения, поэтому понятие анода и катода здесь условное.

Включение тиристора. Основным условием включения тиристора является то, что отпирающие сигналы должны подаваться только тогда, когда напряжение на аноде положительное относительно катода.

Для управления выходным напряжением управляющий сигнал может подаваться на управляющий электрод с некоторым фазовым сдвигом по отношению к анодному напряжению. Чем больше фазовый сдвиг, тем позднее открывается тиристор и тем меньше действующее значение напряжения на выходе выпрямителя. Такое управление называется фазовым,

17

а угол сдвига – углом фазового сдвига или углом управления α. Для четкого отпирания тиристора управляющий сигнал должен быть с крутым фронтом, например, прямоугольный импульс. Для получения управляющего импульса применяют специальные схемы – формирователи импульсов.

Если сигнал управления формируется питающим напряжением, то такой способ управления называется амплитудно-фазовым.

При необходимости иметь лучшую стабильность выходного сигнала применяются схемы, где специальным генератором формируется прямоугольный управляющий импульс. Такое управление называется импульсно-фазовым.

Н а рисунке 2а показана схема подключения тиристора для однополупериодного выпрямления, на рис. 2б показаны осциллограммы напряжений – 1) входного напряжения, 2) – форма импульсного сигнала управления, 3) – напряжения на нагрузке. Для двухполупериодного выпрямления напряжения используются тиристорные схемы, аналогичные схемам выпрямителей, рассмотренных в работе «Выпрямители переменного тока».

ωt

1)

2)

α

3)

а) б)

Рис. 2 а) схема однополупериодного тиристорного выпрямителя,

б) осциллограммы сигналов – 1) входное напряжение; 2) импульсный сигнал управления; 3) напряжение на нагрузке

Для регулирования действующего напряжения и тока на нагрузке угол фазового сдвига (угол управления) может устанавливаться в пределах от 0º до 180º (от 0 до π) и задается с помощью переменного резистора R_УПР. Например, при α = 0º напряжение и ток на нагрузке максимальны, а при

α = 180º – равны 0.

18

В данной работе снимаются две характеристики тиристорного выпрямителя.

1. Характеристика управления. Зависимость U=f(α) называется характеристикой управления выпрямителя, где U – выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя, а α – угол управления. Эта зависимость представлена на рис. 3.

2. Внешняя характеристика U_н = f (I_Н), (I_Н – ток нагрузки), представлена на рис.4. Внешние характеристики представляют собой семейство, каждая кривая которого снимается при определенном, фиксированном значении угла α. Эти кривые близки к внешним характеристикам обычного неуправляемого выпрямителя.

α₁ < α₂ < α₃ < α₄

₁= 0⁰

₂ = 20⁰

₃ = 40⁰

₄= 60⁰

ωt

I_Н

Рис.3 Характеристика управления Рис.4 Семейство внешних характеристик

Как следует из характера кривой управления, рис.3, изменяя угол управления от 0 до 180º, можно плавно регулировать выходное напряжение от максимального U_НО до нуля (при угле =180º). Основным достоинством тиристорных выпрямителей, наряду с возможностью плавного регулирования выходного напряжения, является высокий к.п.д. Это объясняется тем, что тиристор, фактически работает в ключевом режиме, открыт - закрыт, при этом меняется только соотношение времени отпирания и запирания тиристора, и почти отсутствуют тепловые потери.

19

План работы

1. Снять характеристику управления тиристорного выпрямителя:

– установить переключатель S1 в положение R_Н ;

– подключить осциллограф к точкам 12 и 14;

– изменяя угол α переключателем R_Ф, по показаниям приборов PV и РА

снять регулировочную характеристику, при различных значениях

активной нагрузки R_Н;

– по осциллографу проследить форму выходного сигнала в зависимости

от изменения угла α;

– полученные данные занести в таблицу 1.

Таблица 1

	RН = 25 Ом			RН = 100 Ом
№	α	U, B	I, A	α	U, B	I, A
0	0			0
1	20			20
2	40			40
3	60			60
4	80			80
5	100			100
6	120			120
7	140			140

По полученным данным построить регулировочные характеристики.

2. Снять внешнюю характеристику, зависимость выходного напряжения от тока нагрузки при постоянном угле α (α = 60º) .

Полученные данные записать в таблицу и построить график.

Таблица 2

RH, Ом	UH, B	IH, A
20
40
60
80
100
120

20

Контрольные вопросы

1. Что такое управляемые выпрямители?

2. Что такое тиристор?

3. Объяснить принцип работы тиристорного выпрямителя?

4. Характер управляющих импульсов и способы их формирования?

5. Что такое угол управления?

6. Объяснить характеристику управления выпрямителя?

7. Объяснить внешнюю характеристику выпрямителя?

8. За счет чего обеспечивается высокий кпд тиристорного выпрямителя?

Лабораторная работа

ОПЕРАЦИОННЫЙ ИНВЕРТИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ

Цель работы

1. Освоить основные понятия об операционных усилителях, характеристиках, режимах работы усилителей.

2. Снять амплитудную и амплитудно-частотную характеристику усилителя.