
ОмГУПС
кафедра «Системы передачи информации»
Лабораторная работа №4
Тиристорные выпрямители
2011 г.
Общая часть
Тиристор – это 3-х электродный элемент с 4-х слойной структурой p-n-p-n, имеющий анод А, катод К и управляющий электрод УЭ (рис.1). Большая часть тиристоров выпускается промышленностью на отпирание при подаче на управляющий электрод с анода (ключ К1) или относительно катода
(UИМП.ВКЛ.) положительного напряжения.
Рис.1Схема коммутации тиристора при постоянном токе источника
Запирание такого элемента происходит при размыкании рабочей цепи (ключ К2) или при уменьшении тока в рабочей цепи до величины, меньшей тока удержания тиристора.
В последнее время большое распространение получили тиристоры с оптической развязкой по цепи управления и особенно – с использованием изолированного затвора (Gate) в этой цепи (тиристоры IGCT).
Рис.2. Графическое обозначение IGCT
Недостаток тиристоров: сравнительно низкая частота коммутации - единицы кГц.
Достоинства:
- при малых токах управления (до 0,1-0,3 А) рабочий ток в силовой цепи А-К может быть до 10кА;
- обратное напряжение – до нескольких кВ (например, 25 класс -2500 В);
- скорость нарастания тока в рабочей цепи – до 103 А/мкс, напряжения – до 103 В/мкс.
Часть I
Однофазный мостовой тиристорный выпрямитель.
Наибольшее применение тиристоры нашли в схемах выпрямления и регулирования выходного напряжения сетевых источников электропитания при изменении напряжения питающей сети и токов нагрузки.
Принцип регулирования заключается в отпирании каждого тиристора при положительном для него полупериоде в определенный момент времени, что приводит к поступлению через него в нагрузку только части напряжения и тока в этот период.
В качестве примера рассмотрим схему однофазного мостового выпрямителя, в котором два диода заменены на тиристоры VS1 и VS2 (рис.3).
Рис.3. Схема однофазного тиристорного выпрямителя
Такая схема помимо выпрямления обеспечивает регулирование выходного напряжения за счет задержки τ = R∙С на поочередное отпирание тиристоров в каждом полупериоде. Изменение действующего напряжения на нагрузке можно выразить также через угол α (рис.4) от начала полупериода до момента отпирания тиристора. Величина α в градусах зависит от значений резистора R и конденсатора С, изменяяcь по данной схеме за счет спаренных переменных резисторов R1, R2 от нескольких градусов примерно до 900 с учетом того, что половина периода выпрямленного напряжения составляет 1800 .
Запирание тиристоров происходит в конце каждого полупериода при переходе напряжения и тока через ноль, когда ток через тиристор становится меньше его тока удержания.
Рис. 4. Графики изменений: а – напряжения с выхода вторичной обмотки трансформатора; б – тока в этой обмотке трансформатора;
в – напряжения и тока на нагрузке
Среднее выпрямленное значение напряжения на нагрузке можно определить через угол регулирования α :
UНср
=( 2/
)U2ВХmax
(1+
cos
α
)/2, (1)
где U2ВXmax – амплитуда напряжения вторичной обмотки трансформатора.
Порядок выполнения 1-й части работы.
Собрать схему однофазного мостового выпрямителя согласно рис.2, подключив к одной диагонали моста выпрямителя выход трансформатора однофазной сети левой платы стенда, а к другой диагонали – нагрузку правой платы стенда.
По осциллографу провести изменение угла α ручкой регулировки переменных резисторов (4 значения) при последующем изменении сопротивления нагрузки (4 значения), записывая при этом показания всех 4-х цифровых приборов.
По полученным данным определить диапазон регулировки выходного напряжения при каждой нагрузке.