3. ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ НА ОСНОВЕ ТИРИСТОРОВ

Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электрические и электронные аппараты. Учебное пособие.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 119 10 11 > Следующая >>>

3. ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ НА ОСНОВЕ ТИРИСТОРОВ

упр

3.1. УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП РАБОТЫ

И ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИРИСТОРОВ

Тиристором называют кремниевый четырехслойный управляемый вы-

прямитель, в котором чередуются слои с электронной (n) и дырочной (р) проводимостью (рис. 3.1, а) [1, 2, 3].

Рис. 3.1. Структура (а) и вольт-амперные характеристики (б) тиристоров

Переходы П1, П2, П3 имеют различные сопротивления в прямом и обратном направлениях. Сопротивление отдельно взятого перехода в прямом направлении составляет доли ома, а в обратном направлении –

сотни тысяч ом. Переходы П1 и П3 имеют хорошую проводимость при

прямом направлении, а П2 – обратном направлении. Как и все выпрямители, тиристор может пропускать значительный ток I только в одном направлении – от анода к катоду. В обратном направлении тиристор про-

пускает ничтожно малый ток, так как при таком включении его сопротив-

ление велико. При включении тиристора в проводящем направлении внутреннее сопротивление его зависит от величины приложенного анод-

ного напряжения

и напряжения управления

, приложенного между

катодом и управляющим электродом УЭ, или, что то же самое, от тока протекающего через управляющий электрод.

Зависимость рабочего тока

1а

1234уу уу

IIII<<<

1а

I =

1а

от приложенного напряжения

(рис. 3.1, б) называют вольт-амперной характеристикой тиристора. При по-

вышении напряжения

от нуля до

(ток

) сила тока

тиристора

остается ничтожно малой. Сопротивление тиристора велико и определяется

главным образом величиной обратного сопротивления перехода П2, кото-

рый оказывается смещенным в обратном направлении. Два других р–n-пере-

хода (П1 и П3) смещены в прямом направлении и существенного влияния на

величину сопротивления тиристора в целом не оказывают. На участке ОА (рис. 3.1, б) тиристор закрыт. При увеличении анодного напряжения до пре-

дельной величины

, называемой максимальным напряжением переклю-

чения, происходит процесс очень быстрого нарастания тока анодного с од-

новременным резким уменьшением падения напряжения на тиристоре. Поэтому происходит переключение тиристора из закрытого состояния (область I) в открытое (область III).

После переключения сопротивление тиристора имеет тот же порядок,

что и сопротивление обычного диода в прямом направлении. Если увели-

чивать силу тока управления

управления

напряжения, меньших

, то тиристор будет открываться при значениях анодного

. При снятии анодного напряжения или при из-

, повышая напряжение

менении его знака тиристор запирается, и его высокое сопротивление

вновь восстанавливается. Таким образом, тиристор может включиться при

токе

, но при большом напряжении

, что на практике не приме-

няется. Для включения тиристора при значительно меньшем напряжении Ua необходимо на тиристор подавать напряжение

, а для предотвращения

самопроизвольного включения от возможных перенапряжений в прямом направлении в схемах с тиристорами необходимо применять специальные защиты.

Следует отметить, что протекающий ток через включенный тиристор

определяется только величиной напряжения питания и подключенной

нагрузки. Обратная ветвь вольт-амперной характеристики (

обр а

I f (U )= −

1 maxа обр .

maxобр.

уо

тиристора подобна характеристике диода. При

наступает

пробой тиристора, он разрушается и выходит из строя. В схемах с тири-

сторами всегда возникают «рабочие» обратные напряжения, которые при правильном выборе тиристоров должны быть значительно меньше обрат-

ного допустимого паспортного напряжения. Для защиты тиристоров от

возможных опасных перенапряжений (

) необходимо применять

специальные защиты.

Номинальной силой тока

тиристора называется наибольшее сред-

нее значение силы тока, проходящего в прямом направлении, не вызывающее недопустимого перегрева.

Номинальным напряжением

называют наибольшее допустимое

амплитудное напряжение, при котором обеспечивается заданная надежность тиристора.

3.2. КОНСТРУКЦИЯ, ГРАФИК РАБОТЫ ТИРИСТОРОВ

И ФОРМИРОВАНИЕ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ

Тиристор обычно встраивают в пластмассовый корпус 2 (рис. 3.2, а), установленный на металлическом основании 1, снабженном резьбой для

установки тиристора на панели из изолирующего материала. Резьбу в ос-

новании 1 используют для присоединения к положительному полюсу источника анодного напряжения. Тиристор имеет также силовой отрицательный 4 и управляющий 3 выводы.

Пусть анодное напряжение тиристора изменяется по синусоидальному закону (рис. 3.2, б). Тогда каждому положительному значению анодного напряжения Ua тиристора будет соответствовать свое значение напряжения управления (зажигания)

Чем выше анодное напряжение, тем при меньшем значении напряжения управления открывается тиристор.

, при котором тиристор отпирается.

Рис. 3.2. Конструкция (а) и график работы (б) тиристора

уо а

U f(U )=

1у

уо

1у

уо

tα=ω



Характеристика

изображена на рис. 3.2, б штриховой

линией. Ее называют пусковой характеристикой тиристора.

Если приложено постоянное напряжение

ся в момент, когда это напряжение станет больше напряжения

, то тиристор открывает-

при

данном значении анодного напряжения. Это произойдет в момент пересе-

чения горизонтальной прямой постоянного напряжения

кривой

напряжения открывания. Угол (фаза)

и штриховой

, при котором

тиристор открывается, называют углом открывания (зажигания) тиристо-

ра. Открытый тиристор продолжает пропускать ток до конца положитель-

ного полупериода. Во время отрицательного полупериода тиристор, как

всякий выпрямитель, практически не пропускает ток, а в следующий положительный полупериод повторяется тот же процесс открывания тиристора. Количество энергии, пропущенной к потребителю R

, среднее

пот

значение силы тока потребителя и напряжения на его зажимах определяются той частью полупериода, в течение которой тиристор открыт. При уменьшении напряжения управления угол отпирания увеличивается,

а продолжительность пропускания тока за время каждого положительного

полупериода уменьшается. Вместе с тем уменьшается среднее значение

силы тока и напряжения потребителя. Изменяя величину

можно из-

менять угол открывания тиристора в пределах от 0 до 90о. Такой способ

1,у

уо

U f( )= α

1у

уо

имп

управления тиристором называется вертикальным. Следует отметить, что

если напряжение управления

меньше наименьшего напряжения от-

крывания, то в течение всего положительного полупериода тиристор остается закрытым и тока не пропускает.

Для открывания тиристора при углах, превышающих 90о, применяют

переменное напряжение управления ∼

изменяющееся, например, си-

нусоидально. При напряжении, соответствующем точке пересечения синусоидой этого напряжения штриховой кривой

крывается. Смещая синусоиду ∼

можно изменять угол

открывания тиристора. Такое управление углом

по горизонтали вправо или влево,

, тиристор от-

открывания называют горизонтальным. Его осуществляют посредством специальных фазосмещателей. Смещая ту же синусоиду по вертикали вверх или вниз, также можно изменять угол открывания. Такое управление называют вертикальным. В этом случае с переменным напряжением

∼

напряжение

алгебраически складывается постоянное напряжение, например

. Угол открывания регулируют путем изменения величины

этого напряжения.

Для получения более четкого включения тиристора в настоящее вре-

мя используют в основном импульсный способ управления. В нужный

момент времени на управляющий электрод тиристора подают кратковре-

менные импульсы постоянного напряжения, пересекающие штриховую

кривую критического напряжения

в этот момент времени (рис. 3.2, б).

Эти импульсы должны иметь ту же частоту, что и анодное напряжение тиристора. Смещая их вправо или влево относительно синусоиды анодно-

го напряжения, можно изменять угол открывания тиристора от 0 до 180

Для формирования кратковременных положительных импульсов на практике применяют СИФУ – систему импульсно-фазового управления

(рис. 3.3).

Рис. 3.3. Функциональная схема СИФУ

оп

имп

оп

Uу1

Uу2

Uоп1

Uимп

Uа

Uу.о

ГОН – генератор опорного пилообразного напряжения; ВХУ – вход-

ное устройство; ГИ – генератор импульсов напряжения; ∼ ние сети;

напряжение управления; ∑ – сумматор напряжения

– опорное напряжение;

– постоянное регулируемое

пульсное напряжение; VS – тиристор; П – потребитель.

– напряже-

;

– им-

Рис. 3.4. Формирование положительных импульсов

Процесс формирования положительных импульсов

рис. 3.4. При равенстве напряжений пульс напряжения U

. Если изменять по величине напряжение

имп

СИФУ формирует им-

показан на

, то

будет изменяться угол открывания αо тиристора и соответственно его мо-

имп

мент открывания. Смещая положительный импульс напряжения

по

оси абсцисс, можно изменять угол открывания αо тиристора от 0о до 180о.

Следует отметить, что пробивное напряжение перехода П3 мало, порядка 2–5 В. Поэтому недопустима подача отрицательного импульса

напряжения на управляющий электрод, так как это может привести к раз-

рушению тиристора. Для защиты от случайного возникновения на управ-

ляющем электроде отрицательного потенциала необходимо в его цепь включить в нужном направлении диод.

Закрывание тиристора, работающего на постоянном напряжении,

необходимо осуществлять разрядным током специально установленного

для этих целей коммутирующего конденсатора. При этом разрядный ток

конденсатора должен быть направлен навстречу прямому току тиристора

с одновременным прикладыванием к его аноду отрицательного напряжения от одной из обкладок конденсатора.

При недостаточной величине номинальных токов и напряжений тиристоров последние в схемах электроприводов могут включаться после-

довательно или параллельно. Так как параметры отдельных тиристоров

могут иметь большой разброс, то обязательно должны быть приняты меры

для обеспечения равномерного распределения токов и напряжений между

отдельными тиристорами. Для этих целей в электрические цепи с тиристорами включают, например, выравнивающие конденсаторы и активные сопротивления.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3.1

ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРИСТОРНОГО РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ (ТРН)

Цель работы: изучить принцип действия тиристорных регуляторов напряжения; исследовать схему управления тиристорного регулятора напряжения; исследовать свойства тиристорного регулятора напряжения как электрического аппарата.

Основные теоретические сведения

Схема тиристорного регулятора напряжения дана на рис. 3.5. Силовая часть представляет собой тиристорную пару, в которой тиристоры включены встречно. Управление величиной напряжения на нагрузке (вольтметр V1), а следовательно, и током нагрузки (амперметр А1) достигается изменением угла отпирания тиристоров.

Рис. 3.5. Схема испытания

тиристорного регулятора напряжения

Вид осциллограммы, снимаемой с нагрузки, представлен на рис. 3.6.

При α = π тиристоры практически закрыты и на нагрузке нет напряжения, а при α = 0 полностью открыты и напряжение на нагрузке имеет

вид полных полуволн и соответствует максимальному значению, получаемому от выпрямителя.

Uн

Umax

2Π

3Π0

гои

Uсе

ти

Uз

Uс

Uн

Рис. 3.6. Осциллограмма выходного напряжения ТРН

Управление углом отпирания тиристоров осуществляет схема управления, формирующая синхронизированные с сетевым напряжением импульсы управления, передаваемые на управляющие электроды тиристоров через импульсные трансформаторы, позволяющие произвести гальваниче-

скую развязку силовых цепей преобразователя от цепей управления. Син-

хронизация импульсов управления с сетевым напряжением достигается

путем формирования в блоке ГОИ из пониженного синусоидального напряжения импульсов пилообразной формы (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Осциллограммы формирования импульсов

Последние поступают в блок сравнения СС, равно как и напряжение задания, снимаемое с потенциометра R4. В результате сравнения этих ве-

личин блок СС формирует прямоугольные импульсы, скважность которых

нз

U f(U )=

нн

U f(I )=

зависит от положения движка потенциометра R4, что показано на рис. 3.7. Последние и управляют углом отпирания тиристоров, преобразуясь в блоке БФИ для передачи через обмотки импульсного трансформатора Т3.

План работы

1. Собрать схему согласно рис. 3.5.

2. Включить сетевой выключатель SA1, проверить наличие напряже- ния в сети по свечению индикаторной лампы. Затем включить напряжение питания ТРН тумблером SА2.

3. Снять осциллограммы сигналов на выходе блоков ГПИ, СС, БФИ и на нагрузке в нескольких положениях потенциометра R4, в том числе при минимальном и максимальном напряжении на нагрузке (точки подключения осциллографа показаны на рис. 3.5, подключение осциллографа к нагрузке следует производить через делитель напряжения). Напряжение на движке R4 измерять тестером либо осциллографом. По осциллограммам определить соответствующие углы отпирания тиристоров.

4. Снять регулировочную характеристику тиристорного регулятора

напряжения

измерять с помощью тестера.

5. Для 2–3 значений Uз по двум точкам снять выходные характери-

стики

6. По окончании опыта отключить тумблер SА2 и сетевой выключатель SA1.

Контрольные вопросы

1. Принцип действия тиристорного регулятора напряжения.

2. Принцип действия системы управления тиристорным регулятором

напряжения.

ляющих цепей?

тевым напряжением?

3. С какой целью применяется гальваническая развязка силовых и управ-

4. Для чего необходима синхронизация управляющих импульсов с се-

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 119 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]