Опрацювання результатів дослідів

1. За даними таблиці для трьох об'єктів з оптичною прозорістю D₁, D₂, D₃ накреслити ампер-вольтні характеристики I_ф(U) при Ф₀ = const.

2. Визначити кількість об'єктів кожної оптичної прозорості у відсотках від загального зареєстрованого числа N₃.

, ,

3. Визначити кількість об'єктів n₁, n₂ і n₃ з оптичною прозорістю D₁, D₂, D₃ відповідно, зареєстрованих частотоміром за одиницю часу.

, , ,

де n₁, n₂, n₃ - покази частотоміра за час виміру t. Порівняти їх з кількістю відповідних фільтрів, встановлених у прорізах диска. Збудувати гістограму n(D).

4. Скласти висновок за результатами виконаної роботи.

Запитання для самоперевірки

1. Яке призначення мають фотоперетворювачі? У яких режимах вони працюють?

2. Як улаштований фоторезистор і які його характеристики?

3. Чим відрізняється фотодіод від звичайного напівпровідникового діода?

4. У яких режимах використовують фотодіоди?

5. Як улаштований світлодіод і які його властивості?

6. Як улаштований фототранзистор, фототиристор і чим вони відрізняються від звичайних транзисторів, тиристорів?

7. Як улаштовані оптоелектронні прилади?

8. Які існують типи оптронів?

9. Для чого застосовують оптрони?

10. Які елементи входять в установку фотоелектронного аналізатора?

РОБОТА 7

Електронний регулятор змінної напруги

Мета роботи

1. Ознайомитися з принципами побудови регуляторів змінної напруги.

2. Вивчити особливості використання цифрових систем керування силовими безконтактними ключами.

3. Досліджувати час - імпульсний електронний регулятор змінної напруги.

Основні теоретичні положення

Е лектронні регулятори забезпечують регулювання напруги, струму і потужності установок по заданому закону в однофазних чи трифазних колах (рис. 7.1).

Рис 7.1. Схема вмикання навантаження до мережі тиристорними ключами.

Виконавчими органами таких регуляторів є паралельно з’єднані тиристори VS1 і VS2, що виконують роль електронних ключів (рис. 7.1), якими навантаження Z вмикається до мережі змінної напруги. Функції ключів можуть також виконувати симістори або силові транзистори. Форма струму I залежить від характеру навантаження і від умов подачі керуючих імпульсів на електроди керування тиристорів, що включаються по черзі з фазовим зрушенням 180.

У схемах регуляторів застосовують різні методи керування ключами. Так, імпульсно-фазове керування тиристорами викликає зміну форми кривих струмів і напруг, а амплітудні методи - супроводжуються значними втратами в активних елементах. В установках з великими комутуючими струмами використовують часо-імпульсне або пакетно-імпульсне регулювання струму навантаження, що є найбільш економічним.

При цьому методі зміна числа періодів струму М, забезпечуваних регулятором із заданої кількості N періодів Т в циклі, характеризують коефіцієнтом К_п = М/N, причому 0   М   N. При кінцевому значенні N регулювання потужності буде східчастим з дискретністю 1/N, однак при виборі N така дискретизація буде практично незначною. Цей висновок також справедливий при N = const для технологічних процесів з об'єктами, що володіють значної інерційністю - електричні печі з активними нагрівальними елементами, індукційні котушки, могутні освітлювальні установки й ін. При цьому вплив регуляторів на параметри мережі, включаючи коефіцієнт спотворювання форми кривої струму, коефіцієнт потужності ККД, рівні імпульсних і високочастотних перешкод, несуттєвий. Метод часо-імпульсного регулювання дозволяє застосовувати цифрові системи керування тиристорами, оскільки напруга в мережі являє собою практично ідеальну послідовність гармонійних сигналів незмінної частоти, що спрощує синхронізацію вихідних сигналів. Використання двоїчної системи числення дозволяє вибирати число періодів у циклі N кратні 2ⁿ, де n – будь-яке натуральне число.

На вхід формувателя Ф схеми електронного регулятора (рис. 7.2, а, б) подається змінна напруга U_с, що перетвориться в прямокутні синхроімпульси U_ф з частотою проходження 50 Гц.

Синхроімпульси керують роботою багаторозрядного двоїчного лічильника СТ2 і формують на його виходах Q₁…Q₄ різні кодові комбінації. Вони разом із двоїчними кодами, установлюваними задатчиком, подаються в блок порівняння БП, що при їхньому збігу формує дозволяючий сигнал u_, що переключає RS-тригер у стан логічної одиниці “1”. Повернення RS-тригера у вихідний стан “0” здійснюється сигналом U₀ після закінчення циклу.

Час перебування RS-тригера в стані “1” визначає той інтервал, протягом якого існує струм навантаження, збуджений напругою живильної мережі U_с, що складається з «пакетів» періодів М (рис. 7.2, б). Отже, коди, що задаються, змінюють час перебування RS-тригера в стані “1” і визначають кількість періодів М змінного струму – тобто струм навантаження I (рис. 7.2).

a

б

Рис. 7.2. Електронний регулятор змінного струму:

а – структурна схема; б – часові діаграми.

Схема керування СК електронного регулятора виконана за допомогою двоїчного лічильника з модулем рахунку N = 16 на чотирьох JК-тригерах DD1 і DD2, логічних елементах DD3…DD6 і ручних задатчиків кодів – вимикачів SА1…SА4 (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Схема системи керування силовим безконтактним ключем.

Вимикачами SА1…SА4 здійснюють ручну установку кодової комбінації, що відповідає необхідному струму навантаження I = I_mах К_п, де I_mах – струм при M = N.

Інші логічні елементи забезпечують нормальну роботу СК, виконуючи функції схем збігу (DD7.1 і DD7.2) формувателя коротких імпульсів – «голок» u_ (DD8.1 і DD8.2), RS-тригера (DD9.1 і DD9.2) і вихідного буферного каскаду (DD10.1 і DD10.2), формувателя Ф, виконаного за схемою компаратора DA1, що перетворить синусоїдальну напругу U_с у тактові синхроімпульси прямокутної форми U_ф (рис. 7.2, б).

При вмиканні синусоїдальної напруги U_с на вхід формувателя Ф кожний з чотирьох JК-тригерів працює в рахунковому режимі і переключається задніми фронтами тактових імпульсів U_ф з розподілом їх частоти на два u_S1(t)…u_S4(t)–Q₁…Q₄ (рис. 7.2, б).

Наприклад, за допомогою вимикачів SА4…SА1 набираємо код 1000, тоді після закінчення сьомого імпульсу на виходах цих тригерів з'явиться комбінація Q₁…Q₄ – 0111, а на виході схеми збігу DD7.1 - один чи декілька позитивних імпульсів. Формуватель «голок» фронтом першого з цих імпульсів u_ переключає RS‑тригер (DD9.1, DD9.2) у стан “1”, що відповідає формуванню сигналу U_p. Наявність сигналу U_p на входах логічних елементів DD10.1, DD10.2 дозволяє імпульсами U_ф і змінно по каналах I, II керувати силовими тиристорами VS, що вмикають навантаження Z до мережі.

Вимикання навантаження відбувається після проходження 15 періодів мережі. У цьому випадку на виходах усіх тригерів установляться високі логічні рівні, схема збігу DD7.2 формує короткий негативний імпульс U₀, повертає RS-тригер у стан “0”, при якому відсутній сигнал U_p (рис. 7.2, б).

Взаємний вплив силових кіл та кіл керування СK виключається гальванічною розв'язкою, виконаної на оптотранзисторних парах VU₁ (VU₂). При цьому їх світлодіоди є навантаженнями логічних елементів DD10.1 (DD10.2) вихідного каскаду (рис. 7.4), а світлочутливі органи – фототранзистори – керують безпосередньо силовими тиристорними ключами VS1 і VS2. Живлення допоміжних кіл здійснюється від окремих стабілізованих джерел живлення.

Рис. 7.4. Схема оптотранзисторної розв'язки ланцюгів керування і силових тиристорних ключів.