6.3 Порядок виконання роботи

1. Розгляньте схему на рис. 6 і виконайте її моделювання.

2. Запустіть Electronics Workbench.

3. Підготуйте новий файл для роботи. Для цього необхідно виконати такі операції з меню: File/New і File/Save as. При виконанні операції Save as буде необхідно вказати ім'я файлу і каталог, у якому буде зберігатися схема.

4. Перенесіть необхідні елементи з заданої схеми на робочу область Electronics Workbench. Для цього необхідно вибрати розділ на панелі інструментів (Sources, Basic, Diodes, Transistors, Analog Ics, Mixed Ics, Digital Ics, Logic Gates, Digital, Indicators, Controls, Miscellaneous, Instruments), у якому знаходиться потрібний вам елемент, потім перенести його на робочу область.

Рисунок 6.3 - Схема для лабораторного дослідження тиристора

5. З'єднайте контакти елементів і розташуйте елементи в робочій області для одержання необхідної вам схеми. Для з'єднання двох контактів необхідно клацнути на один з контактів лівою кнопкою миші і, не відпускаючи клавішу, довести курсор до другого контакту. У разі потреби можна додати додаткові вузли (розгалуження). Натисканням на елементі правою кнопкою миші можна одержати швидкий доступ до найпростіших операцій над положенням елементу, таким як обертання (rotate), розворот (flip), копіювання/вирізання (copy/cut), вставка (paste).

6. Проставте необхідні номінали і властивості кожному елементу. Для цього потрібно двічі виконати подвійне натискування лівою кнопкою миші на зображенні елементу.

7. Коли схема зібрана і готова до запуску, натисніть кнопку ввімкнення живлення на панелі інструментів. У випадку серйозної помилки в схемі (замикання елементу живлення накоротко, відсутність нульового потенціалу в схемі) буде видано попередження.

8. Зробіть аналіз схеми, використовуючи інструменти індикації. Виклик термінала здійснюється подвійним натисканням клавіші миші на елементі. У випадку потреби можна скористатися кнопкою Pause.

9. При необхідності зробіть доступні аналізи в розділі меню Analysis.

10 Тиристори відкриваються при певному значенні струму управляючого електрода і цей ефект використовується для управління моментом їх включення. Найпоширенішим є фазовий (горизонтальний) спосіб управління.

Рисунок 6.4 – Фазовий спосіб управління тиристором

Сигнал на управляючому електроді має фазовий зсув що залежить від постійної часу RC –ланки по відношенню до сигналу на аноді. В результаті момент відкриття тиристора зміщується в часі і залежить від величини резистора. Відсікаючи частину півхвиль напруги на резисторі навантаження  тим самим зменшують струм і потужність на ньому.

11. Занесіть пояснення щодо створення схем у звіт.

12. Зробіть висновки.

6.4 Контрольні запитання

1. Структура тиристора і його модель у вигляді двох транзисторів.

2. ВАХ диністора.

3. Структура тиристора.

4. ВАХ тиристора.

5. Суть фазового способу управління тиристором.

Лабораторна робота № 7 Малопотужні випрямлячі однофазного струму

7.1 Мета: 1. Аналіз процесів у схемах однонапівперіодного і двохнапівперіодного випрямлячів. 2. Дослідження роботи трансформатора в схемі випрямляча. 3. Аналіз процесів в схемі випрямного діодного моста. 4. Порівняння максимальної напруги на діодах в мостовому і двухпо-луперіодном випрямлячах. 5. Порівняння частот вихідної напруги в мостовому і двохнапівперіодному випрямлячах.

7.2 Короткі теоретичні відомості Випрямлячем називають пристрій, призначений для перетворення енергії джерела змінного струму в постійний струм. Схеми з споживаючим навантаженням до кількох сотень ват відносять до класу малопотужних випрямлячів. Такі випрямлячі призначені для живлення постійним струмом різних пристроїв, що вирішують завдання управління, регулювання, переробки і відображення інформації і т.д. При зазначеній потужності навантаження завдання перетворення електричної енергії змінного струму в постійний струм вирішують за допомогою однофазних випрямлячів, що живляться від однофазної мережі змінного струму. Структурна схема системи перетворення електричної енергії з однофазним випрямлячем показана на рисунку 7.1. Ця схема являє собою схему малопотужного джерела живлення.

Рисунок7.1 - Структурна схема системи перетворення електричної енергії з однофазним випрямлячем.

Основою такої схеми є випрямляч на одному або декількох діодах, з'єднаних за певною схемою. Функція трансформатора зводиться до підвищення або зниження вторинної напруги U2 при заданій первинній напрузі U2 з метою отримання необхідної величини постійної напруги на виході. Принцип випрямлення грунтується на отриманні за допомогою діодної схеми з двополярної синусоїдальної кривої напруги U2 однополярних півхвиль напруги Ud. Напруга Ud характеризує криву випрямленої напруги випрямляча. Її постійна складова визначає середнє значення випрямленої напруги. Найпростішим випрямлячем є схема однофазного однонапівперіодного випрямляча (рисунок 7.2).

Рисунок 7.2 - Схема однофазного однонапівперіодного діодного випрямляча

Розглянемо її роботу в припущенні, що вхідна напруга вимірюється за законом . На інтервалі часу напівпровідників діод D1 зміщений у прямому напрямку і напруга, а, відповідно, і струм на загрузочному резисторі повторюють форму вхідного сигналу (рисунок 3.3). На інтервалі діод D1 зміщений у зворотньому напрямку, тому напруга і струм навантаження дорівнюють нулю. При заданій вхідній напрузі для його непарних напівперіодів випрямлений струм у навантажувальному резисторі буде створювати на ньому падіннянапруги, середнє значення якого рівне .

Рисунок 7.3-Тимчасові діаграми однонапівперіодного випрямляча

Аналізуючи часові діаграми на рисунку7.3, можна зробити висновок, що параметри вихідної напруги випрямляча поліпшуються, якщо струм навантаження буде протікати в обидва напівперіоди дії вхідної напруги. Для цього використовують два однонапівперіодні випрямлячі, що працюють синхронно і протифазно на одне навантаження. Така схема називається однофазною двохнапівперіодною схемою випрямляча з середньою точкою (рисунок 7.4).

  Рисунок 7.4 – двохнапівперіодна схема випрямляча з середньою точкою

Неважко помітити, що в даному випадку середні значення напруги навантаження будуть у два рази перевищувати напругу однофазної однонапівперіодної схеми

(7.1)

Тимчасові діаграми двохнапівперіодного випрямляча показані на рисунку7.5.

  Рисунок 7.5 - Часові діаграми двохнапівперіодного випрямляча.

Частота вихідного сигналу f для схеми з однонапівперіодним або двохнапівперіодним випрямлячем обчислюється як величина, зворотна періоду вихідного сигналу

(7.2)

При цьому період сигналу на виході з однонапівперіодного випрямляча в два рази більший, ніж у двохнапівперіодного.

Максимальна зворотня напруга на діоді однонапівперіодного випрямляча рівна максимуму вхідної напруги. Максимальна зворотня напруга Umax на кожному діоді двохнапівперіодного випрямляча з виводом від середньої точки трансформатора дорівнює різниці подвоєного максимального значення напруги на вторинній обмотці трансформатора

і прямого падіння напруги на діоді : . Схема мостового випрямляча наведена на рисунку 7.6.

  Рисунок 7.6 - Схема мостового випрямляча

Середнє значення вихідної напруги Ud (постійна складова) мостового випрямляча обчислюється за формулою:

(7.3) де максимум вторинної напруги на повній обмотці трансформатора обчислюється за формулою:

(7.4)

- максимальне значення напруги на первинній обмотці трансформатора. Максимальна зворотня напруга на кожному діоді для схеми з випрямним мостом дорівнює напрузі на вторинній обмотці . Частота вихідної напруги F для схеми з двохнапівперіодним мостовим випрямлячем обчислюється за формулою:

(7.5)

де Т - період напруження на виході випрямляча.