Описания лабораторной установки

В основе любого из устройств регулирование мощности путем использования ключевых режимов, лежит синхронизация работы силовой части и устройства управления (рис.). Современные устройства в качестве БУ используют микропроцессорные структуры. В лабораторной установке БУ состоит из ФСУ, ИПН, ФУИ, ЭК.

Рис. 2. Структурная схема управляемого выпрямителя

ФСУ включает на комбинацию двух обмоток трансформатора (3-4 и 5-6) и последовательного соединения резистора R1 и С1. Такое решение позволяет менять изменять угол управления  от нуля до 180. Напряжение U_OD между узлами OD будет появляться с определенным запаздыванием по фазе. Полярность U_OD будет определять порядок открытия диодов VD6 и VD7 и транзисторов VT1 и VT2. Если потенциал D больше О, то открывается диод VD6 и транзистор VT2. Ток управления I_VT2 будет течь по контуру 3-R1-D-VD6-E-F-VT2-R13-O-4-3. В противном случае по конуру 4-О-VD7-E-F-VT1-R12-D-R1-3-4.

Транзисторы в устройстве работают в ключевом режиме: насыщение и осечки (режим насыщения ). Если появляется достаточное напряжение на базе транзистора (U_BE > 0,7 В), эмиттерный переход (база-эмиттер) смещается в прямом направлении, транзистор открывается и переходит из режима отсечки в режим насыщения. При этом сопротивление между эмиттером и коллектором становится минимальным. Когда управляющее напряжение (ток) уменьшается, транзистор возвращается в режим отсечки и сопротивление между коллектором и эмиттером становится большим.

При открытии транзистора VT1 заряд накопленный конденсатором С4 формирует управляющий импульс I_VD10 для тринистора VD10. Разряд конденсатора происходит очень быстро так, как сопротивление коллектор-эмиттером R_EC открытого транзистора и сопротивление управляющий электрод-катод тринистора R_VT невелико. Постоянная времени процесса будет примерно T = C4(R_EC + R_EC).

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема управляемого выпремителя

После появления управляющего импульса тока на тринисторе VD10 и совпадении полярности на катоде и аноде, тринистор пребывает в открытом состоянии до тех пор, пока через тринистор течет ток больше чем ток удержания, который характерен для данного тринистора. В другой полупериод сетевого напряжения открывается с помощью C5 и VT2 открывается тринистор VD11.

После окончания разряда конденсаторов С4 или С5 начинается их заряд от источника постоянного напряжения. Источник состоит из вторичной обмотки IV (6-7), диодного моста на VD2-VD5 и П-образный RC-фильтра второго порядка, который обеспечивает снижение пульсаций. Заряд С5 происходит по контуру диодный мост-R11-R17+DV9-C5-R15-диодный мост. Заряжается конденсатор медленно так, как ток ограничен резисторами R11, R17 и R15. Это позволяет ограничить влияние процесса зарядки на формирование управляющего импульса.

Открытие тринисторов c задержкой на угол управления позволяет регулировать действующее значение напряжения и мощность, которую отдают вторичные обмотки V (8-9) и IV (9-10), через выпрямитель VD10-VD11 нагрузке.

В качестве нагрузки выступают резисторы R18, R19. Потенциометр R18 позволяет регулировать ток нагрузки. R19 не допускает появление токов, которые могут вывести тринисторы из строя. Переключатель SA1 позволяет менять режимы работы: холостой ход, активная нагрузка, активно-индуктивная нагрузка.

Рис. Схема и векторная диаграмма ФСУ

Наблюдение за работой схемы осуществляется с помощью вольтметра PV1 и амперметра PA2. Для возможности наблюдения осциллограммы тока последовательно с нагрузкой подключено небольшое сопротивление R20, которое осуществляет преобразование тока в напряжение. Общую синхронизацию работы БУ и силовой части обеспечивается за счет единого магнитопровода и правильной фазировки обмоток трансформатора.

Первичная обмотка подключается к цепи 220 В. Для индикации работы схемы параллельно первичной обмотке подключен световой индикатор. Общий ток установки наблюдают с помощью амперметра PA1.