Тиристорные регуляторы напряжения реферат: Реферат — Тиристоры. Регуляторы мощности и управляемые выпрямители на тиристорах – Реферат: Регуляторы напряжения

Содержание

Реферат — Тиристоры. Регуляторы мощности и управляемые выпрямители на тиристорах

Введение

В данной работе рассмотрены нескольковариантов устройств, где используются элементы тиристоры в качестве регуляторовнапряжения и в качестве выпрямителей. Приведены теоретическое и практическоеописания принципа действия тиристоров и устройств, схемы этих устройств.

Управляемыйвыпрямитель на тиристорах — элементах, обладающих большим коэффициентомусиления по мощности, позволяет получать большие токи в нагрузке принезначительной мощности, затрачиваемой в цепи управления тиристора.

В данной работерассмотрены два варианта таких выпрямителей, которые обеспечиваютмаксимальный ток в нагрузке до 6 А с пределом регулировки напряжения от 0 до 15В и от 0,5 до 15 В и устройство для регулировки напряжения на нагрузкеактивного и индуктивного характера, питаемой от сети переменного токанапряжением 127 и 220 В с пределами регулировки от 0 до номинального напряжениясети.

Глава 1. Понятие отиристоре. Виды тиристоров. Принцип действия1.1. Определение, виды тиристоров

Тиристоромназываютполупроводниковый прибор, основу которого составляет четырехслойная структура,способная переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот. Тиристорыпредназначены для ключевого управления электрическими сигналами в режиме открыт-закрыт(управляемый диод).

Простейшимтиристором является динистор – неуправляемый переключающий диод, представляющийсобой четырехслойную структуру типа p-n-p-n(рис. 1.1.2). Здесь, как и у других типовтиристоров, крайние n-p-n-переходы называются эмиттерными, а среднийp-n-переход – коллекторным. Внутренние области структуры, лежащие междупереходами, называются базами. Электрод, обеспечивающийэлектрическую связь с внешней n-областью, называется катодом, а с внешнейp-областью – анодом.

В отличие отнесимметричных тиристоров (динисторов, тринисторов) в симметричных тиристорахобратная ветвь ВАХ имеет вид прямой ветви. Это достигаетсявстречно-параллельным включением двух одинаковых четырехслойных структур илиприменением пятислойных структур с четырьмя p-n-переходами (симисторы).

Рис. 1.1.1. Обозначения на схемах: а) симистора б)динистора в) тринистора.

Рис. 1.1.2. Структура динистора.

Рис. 1.1.3. Структура тринистора.

1.2. Принципдействия

При включениидинистора по схеме, приведенной на рис. 1.2.1, коллекторный p-n-переход закрыт,а эмиттерные переходы открыты. Сопротивления открытых переходов малы, поэтомупочти все напряжение источника питания приложено к коллекторному переходу,имеющему высокое сопротивление. В этом случае через тиристор протекает малыйток (участок 1 на рис. 1.2.3).

Рис. 1.2.1. Схема включения в цепь неуправляемоготиристора (динистора).

Рис. 1.2.2. Схема включения в цепь управляемоготиристора (тринистора).

Рис.1.2.3. Вольтамперная характеристика динистора.

Рис.1.2.4. Вольтамперная характеристика тиристора.

Если увеличиватьнапряжение источника питания, ток тиристора увеличивается незначительно, покаэто напряжение не приблизится к некоторому критическому значению, равномунапряжению включения Uвкл. При напряженииUвклв динисторесоздаются условия для лавинного размножения носителей заряда в областиколлекторного перехода. Происходит обратимый электрический пробой коллекторногоперехода (участок 2 на рис. 1.2.3). В n-области коллекторного переходаобразуется избыточная концентрация электронов, а в p-области — избыточнаяконцентрация дырок. С увеличением этих концентраций снижаются потенциальныебарьеры всех переходов динистора. Возрастает инжекция носителей черезэмиттерные переходы. Процесс носит лавинообразный характер и сопровождаетсяпереключением коллекторного перехода в открытое состояние. Рост тока происходитодновременно с уменьшением сопротивлений всех областей прибора. Поэтомуувеличение тока через прибор сопровождается уменьшением напряжения между анодоми катодом. На ВАХ этот участок обозначен цифрой 3. Здесь прибор обладаетотрицательным дифференциальным сопротивлением. Напряжение на резисторевозрастает и происходит переключение динистора.

После переходаколлекторного перехода в открытое состояние ВАХ имеет вид, соответствующийпрямой ветви диода (участок 4). После переключения напряжение на динистореснижается до 1 В. Если и дальше увеличивать напряжение источника питания илиуменьшать сопротивление резистора R, то будет наблюдаться рост выходного тока,как в обычной схеме с диодом при прямом включении.

При уменьшениинапряжения источника питания восстанавливается высокое сопротивлениеколлекторного перехода. Время восстановления сопротивления этого перехода можетсоставлять десятки микросекунд.

Напряжение Uвкл при котором начинаетсялавинообразное нарастание тока, может быть снижено введением не основныхносителей заряда в любой из слоев, прилегающих к коллекторному переходу.Дополнительные носители заряда вводятся в тиристоре вспомогательным электродом,питаемым от независимого источника управляющего напряжения (Uупр). Тиристор совспомогательным управляющим электродом называется триодным, или тринисторным.На практике при использовании термина «тиристор» подразумевается именноэлемент. Схема включения такого тиристора показана на рис. 1.2.2. Возможностьснижения напряжения U при росте токауправления, показывает семейство ВАХ (рис. 1.2.4).

Если ктиристору приложить напряжение питания, противоположной полярности (рис. 1.2.4),то эмиттерные переходы окажутся закрытыми. В этом случае ВАХ тиристоранапоминает обратную ветвь характеристики обычного диода. При очень большихобратных напряжениях наблюдается необратимый пробой тиристора.

1.3. Параметрытиристоров

1. Напряжениевключения (Uвкл)– это такое напряжение, при которомтиристор переходит в открытое состояние.

2. Повторяющеесяимпульсное обратное напряжение (Uo6p.max) — это напряжение, при котором наступает электрический пробой. Длябольшинства тиристоров Uвкл= Uo6p.max.

3. Максимальнодопустимый прямой, средний за период ток.

4. Прямоепадение напряжения на открытом тиристоре (Unp = 0,5÷1В).

5. Обратныймаксимальный ток – это ток, обусловленный движением неосновныхносителей при приложении напряжения обратной полярности.

6. Токудержания – это анодный ток, при котором тиристор закрывается.

7. Времяотключения – это время, в течение которого закрывается тиристор.

8. Предельнаяскорость нарастания анодного тока <img src=»/cache/referats/25529/image015.gif» v:shapes=»_x0000_i1032″> Если анодный ток будет быстро нарастать, то p-nпереходы будут загружаться током неравномерно, вследствие чего будетпроисходить местный перегрев и тепловой пробой .

9. Предельная скорость нарастания анодногонапряжения <img src=»/cache/referats/25529/image017.gif» v:shapes=»_x0000_i1033″> Если предельная скорость нарастания анодного напряжениябудет больше паспортной, тиристор может самопроизвольно открыться отэлектромагнитной помехи.

10. Управляющий ток отпирания – это ток, который необходимо подать,чтобы тиристор открылся без «колена».

11. Управляющее напряжение отпирания – это напряжение, котороенеобходимо подать, чтобы тиристор открылся без «колена».

Глава 2.Применение тиристоров в регуляторах мощности2.1. Общие сведения о различных регуляторах

Тиристоры имеютширокий диапазон применений (регуляторы мощности, управляемые выпрямители,генераторы импульсов и др.), выпускаются с рабочими токами от долей ампера дотысяч ампер и с напряжениями включения от единиц до тысяч вольт.

Регулировкавыходного напряжения выпрямителя может осуществляться разными способами.Регулируемый трансформатор или автотрансформатор, включенный в схемувыпрямителя, дает возможность изменять амплитуду переменного напряжения,подводимого к вентилям, и тем самым устанавливать желаемое выпрямленноенапряжение.

Однако такиетрансформаторы громоздки и имеют малую надежность из-за переключаемых илискользящих контактов.

Регулировкапостоянного напряжения на нагрузке, достигаемая делителем напряжения илиреостатом, включенным между выходом выпрямителя и нагрузкой, связана с большимипотерями мощности.

2.2. Процессуправления напряжением при помощи тиристора

Свободным отнедостатков методов, перечисленных в 2.2, является метод, основанный науправлении вентилями выпрямителя. В качестве управляемых вентилей в настоящеевремя широко применяют тиристоры.

Моментомвключения тиристора можно управлять подавая управляющий импульс тока наn-р-переход, прилегающий к катоду.

При прохождениитока нагрузки через открытый тиристор все три его n-р-перехода смещены в прямомнаправлении, и управляющий электрод перестает влиять на процессы, происходящиев тиристоре. При спадании прямого тока тиристора до нуля после рассасываниязаряда неосновных носителей в базовых областях тиристор запирается, иуправляющие свойства восстанавливаются.

Рис. 2.1.1. Схема включения тиристора.

Рис. 2.1.2. Вольтамперная характеристика тиристора.

В схеме,содержащей источник питания Е, тиристор VS и резистор нагрузки R (рис. 2.1.1),возможны два устойчивых состояния, одно из которых соответствует открытому, авторое – закрытому тиристору. Наложение характеристики цепи резистор-источникна характеристики тиристора (рис. 2.1.2) позволяет получить прямые токиотключенного (точка А) и включенного (точка В) тиристора. Повышение напряженияисточника от 0 до E при Iу=0 вызывает перемещение рабочей точки по нижней ветвихарактеристики до точки А. Если подать управляющий импульс тока амплитудой идлительностью, достаточной для поддержания этого тока на время открывания тиристора,то рабочая точка перейдет в точку, соответствующую открытому состояниютиристора.

Рис.2.1.3.Наложение характеристики цепи резистор-источник на характеристики тиристора.

Спадоткрывающего импульса тока в цепи управления не влияет на процессы в открытомтиристоре, его рабочая точка остается в положении В. Восстановление управляющихсвойств тиристора произойдет лишь при его обесточивании на время, большеевремени его закрывания.

В открытомсостоянии тиристор пропускает очень большие токи (до нескольких сотен ампер) иоказывает им малое сопротивление. В этом его преимущество. Применяя тиристоры,следует иметь в виду, что скачкообразное изменение сопротивления в моментоткрывания может привести к очень большим броскам тока. Особенно велики этиброски в тех схемах, где нагрузка R шунтируется конденсатором.

Зарядкаконденсатора через открывшийся тиристор может вывести последний из строя.Поэтому для уменьшения бросков тока последовательно с тиристором включаютдроссель.

2.3. Управляемыйвыпрямитель на тиристоре

Ввыпрямительных схемах тиристоры лучше работают при активной нагрузке или принагрузке, начинающейся с индуктивного элемента.

В управляемыйвыпрямитель тиристор вводят как обычный вентиль, а к его управляющему электродуподводят от цепи управления (ЦУ) импульсы, включающие тиристоры с запаздываниемна угол <span Times New Roman»;mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; letter-spacing:-.05pt;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol»>a

относительновыпрямляемого напряжения (рис. 2.1.3).

Через тиристорVS1, включающийся в момент, соответствующий <span Times New Roman»; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;letter-spacing:-.05pt;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol»>w

t =aна выход выпрямителя передаетсянапряжение первой фазы вторичной обмотки e21. При wt=pнапряжение e21 становитсяотрицательным, однако тиристор запереться не может, так как это привело бы кобрыву тока, проходящего через дроссель L. Индуктивность дросселя L выбираютбольшей критической, чем и поддерживают непрерывный ток. Поэтому в те моменты,когда e21 отрицательно, на дросселе L наводится ЭДС самоиндукции с полярностьюи значением, обеспечивающими напряжение на катоде, меньше e21.

При <span Times New Roman»;mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;letter-spacing:-.05pt; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol»>w

t=p+aоткрывается тиристор VS2, черезкоторый на выход передается напряжение e22, являющееся на данном этапеположительным. Ток дросселя переходит на вторую фазу, а тиристор VS1 оказавшисьобесточенным и смещенным в обратном направлении, запирается и т. д. Такимобразом, напряжение на выходе выпрямителя e0 создается лишь теми частяминапряжений вторичных полуобмоток E21 и E22, которые соответствуют открытомусостоянию тиристоров.

Рис.2.1.4.Схема регулировки выпрямления напряжения.

Напряжениена нагрузке, получающееся почти равным постоянной составляющей напряжения e0,подводимого к фильтру LС, растет при уменьшении угла <span Times New Roman»;mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;letter-spacing:-.05pt; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol»>a

и спадает при его увеличении.Регулировка выпрямленного напряжения, достигаемая изменением фазы управляющихимпульсов, не связана с гашением избытка мощности в самом регулируемомвыпрямителе, что является основным его преимуществом.

Схемывыпрямления с тиристорами такие же, как обычных выпрямителей. Основное вниманиедалее уделяется двухфазным схемам выпрямителей.

Дляпростоты полагаем падение напряжения на открытом тиристоре много меньшим (рис. 2.1.4.)выпрямленного напряжения, а токи утечки (прямой ток при закрытом тиристоре иобратный ток при отрицательном напряжении) – малыми по сравнению с токомнагрузки. Это позволит считать тиристор идеальным (прямое падение напряжения врежиме насыщения, прямой и обратный токи утечки, а также ток отключения в немравны нулю). Такие упрощения не приведут к большой погрешности, так как токчерез вентиль схемы определяется сопротивлением нагрузки, а не фазы. По этой жепричине можем считать идеальными дроссель L и трансформатор, т. е. пренебречьиндуктивностью рассеяния и активными сопротивлениями их обмоток.

(2.1.1)

(3.5)

Сначала рассмотрим одну первую фазу регулируемого выпрямителя (рис. 2.1.4).Нагрузку выпрямителя полагаем состоящей из дросселя L и конденсатора С,образующих фильтр, и активной нагрузки R, а выходное напряжение — постоянным иравным е0. Исходя из графика
(рис. 2.1.3)запишем

(2.1.1)

Здесь принято, что в силу идеальности трансформатора и вентилянапряжение e0 совпадает с ЭДС первой фазы трансформатора e21 в интервале

<span Times New Roman»;mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;letter-spacing:-.05pt;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol»>a

wtp+a: (2.1.2)

e0=e21 (2.1.3.)

Падение напряжения на дросселе L равно разности напряжений e21 и E0, и,следовательно, его ток

(2.1.4)

(2.1.5)

Постояннуюинтегрирования определим из условия баланса постоянных токов. Среднее значениетока iL на интервале α¸p+aдолжно быть равно току нагрузки.Подставив найденное таким образом значение C, получим

Выпрямленное напряжение получается, если тиристор каждой из фаз открытдо тех пор, пока не вступит в работу следующая фаза. Однако это верно лишь втом случае, когда ток дросселя к моменту открывания вентиля следующей фазыположителен и напряжение, получаемое в момент включения с включающейся фазы,больше напряжения на конденсаторе. Последнее условие выполняется при α>32,5°, что обеспечивает рост тока дросселя сразу после включения тиристора.

(2.1.6)

Подставивв wt=p+a запишем это условие в виде

(2.1.7)

Так как е0определяется выражением, условие непрерывности тока в дросселе можно записать иначе:

(2.1.8)

Оно идолжно выполняться для углов a> 32,5°.Если индуктивность дросселя L- меньше Lкр, где

(2.1.9)

илисопротивление нагрузки выпрямителя больше Rmax где

то ток в дросселе станет равным нулю раньше, чем откроется тиристорвторой фазы. Как только ток станет равным нулю, тиристор обесточится ивыключится. Такой режим не очень выгоден, так как связан с большими переменнымисоставляющими токов тиристоров и обмоток трансформатора. Поэтому чаще всего индуктивностьдросселя L выбирают такой, чтобы при максимально возможном сопротивлениинагрузки удовлетворялось условие непрерывности тока.

(2.1.10)

В режиме непрерывного тока дросселя ток фазы приближается по форме кпрямоугольной (рис. 2.1.5, а, б ). Его действующее значение без учета пульсаций

Действующее значение тока первичной обмотки, в которуютрансформируются, не перекрываясь во времени, токи двух фаз, получается в <img src=»/cache/referats/25529/image043.gif» v:shapes=»_x0000_i1038″> раз больше, чем токnlr, т. е.

(2.1.11)

Рис.2.1.5. Ток дросселя.

По форме токпервичной обмотки в каждый из полупериодов повторяет ток фазы, равный току iL(рис. 2.1.5, в). Первая гармоникаэтого тока при малых пульсациях сдвинута на угол α. относительно напряжения на первичнойобмотке.

<img src=»/cache/referats/25529/image049.gif» align=«left» hspace=«12» v:shapes=»_x0000_s1074″>Таким образом,при тиристорный выпрямительпотребляет от сети не только активный, но и реактивный ток. Это являетсянедостатком такого выпрямителя.

Полный перепадпульсаций на выходном конденсаторе Снайдем так же, как и при исследовании неуправляемого выпрямителя. В результатеполучим выражение:

(2.1.12)

Здеськоэффициент <span Times New Roman»;mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; layout-grid-mode:line;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol»>D

(a) являетсяфункцией угла a.

Подводя итог,отметим следующие особенности схемы тиристорного регулируемого выпрямителя:

1)снижениевыходного напряжения в тиристорном выпрямителе достигается благодаря уменьшениюотбора мощности от сети переменного тока; оно не связано с гашением значительнойее части в выпрямителе;

2)прирегулировке выпрямитель потребляет не только активную, но и реактивнуюмощностью сети переменного тока;

3)при измененииугла регулирования <span Times New Roman»;mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;layout-grid-mode:line;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol»>a

от 0 до 0,5pвыходноенапряжение меняется от максимума до 0;

4)пульсация выпрямленногонапряжения заметно возрастает с ростом угла регулирования;

(2.1.13)

5)режим непрерывного тока вдросселе нарушается, если не соблюдается отношение. Глава 3.Практические разработки регуляторов мощности на тиристорах3.1. Регулятор напряжения на тиристореКУ201К

Устройство,схема которого приведена на рисунке, можно использовать для регулировкинапряжения на нагрузке активного и индуктивного характера, питаемой от сетипеременного тока напряжением 127 и 220 В. Напряжение на нагрузке можно менять отнуля до номинального напряжения сети.

Рис. 3.1.1. Принципиальная схема регуляторанапряжения.

Тиристор VS1, включенный в диагональ моста, составленного издиодов VD1—VD4 играет роль управляемого ключа, который открывается при разрядеконденсатора С1 через ограничительный резистор R2 и управляющий переходтиристора при включении переключающего диода VD 6. Напряжение, при которомтиристор включается, можно регулировать потенциометром R1. Вместопереключающего диода VD6 можноиспользовать стабилитрон, но в этом случае уменьшается диапазон регулировкинапряжения на нагрузке.

3.2. Мощныйуправляемый выпрямитель на тиристорах

На первых двухрисунках изображены варианты выпрямителей на тиристорах, которые обеспечиваютмаксимальный ток в нагрузке до 6 А с пределом регулировки напряжения от 0 до 15в (рис. 3.2.1) и от 0,5 до 15 в (рис. 3.2.2).

В течение одногополупериода к аноду тиристора приложено положительное относительно катоданапряжение.

Рис. 3.2.1. Принципиальная схема выпрямителя №1.

Пока на управляющийэлектрод не подан положительный сигнал определенной амплитуды со схемы запуска,тиристор не пропускает ток в прямом направлении. Через некоторый произвольныйугол задержки α между напряжениями на управляющем электроде и катодеприкладывается положительный запускающий сигнал, вызывающий протекание токачерез тиристор и соответственно через нагрузку. При перемене полярностинапряжения на аноде тиристора последний закрывается независимо от величиныуправляющего напряжения, при этом аналогично рассмотренному ранее начинаетработать другое плечо схемы. Регулируя угол задержки включения а по отношению кприложенному напряжению, можно изменять соотношение фаз начала протекания токаи приложенного напряжения и регулировать величину среднего значения выпрямленноготока (напряжения) нагрузки от максимума (α = 0) до нуля (α = π).
Угол задержки включения тиристоров Д1 и Д4 изменяется потенциометром R1. ДиодыД3 защищают цени управления (запуска) от отрицательного напряжения в то время,когда напряжение на анодах тиристоров отрицательное. Для получения широкихпределов регулировки α (0 — π) применены RC — цепи.

В выпрямителе(рис.3.2.2) тиристор и схема запуска работают как в положительный, так и вотрицательный полупериоды, время разряда конденсаторов сокращается, чтоприводит к уменьшению диапазона изменения угла а и, соответственно, куменьшению пределов регулирования напряжения на нагрузке. Для устранения этогоявления включен диод Д3.

Рис. 3.2.2. Принципиальная схема выпрямителя№2.

Тиристоры длявыпрямителя (рис. 3.2.1) желательно выбирать с близким значением сопротивленияучастка управляющий электрод — катод. Если не удается подобрать одинаковыетиристоры, то схему можно симметрировать с помощью дополнительногосопротивления. Для этого включают эквивалент нагрузки и изменением величинысопротивления потенциометра R1 устанавливают максимальный ток. Поочередноотключая цепи управления тиристоров, измеряют ток каждого плеча выпрямителя.Переменное сопротивление величиной 10 кОм. подключается параллельно управляющемуэлектроду к катоду того тиристора, через который течет больший ток. Изменяявеличину этого сопротивления, добиваются одинаковых показаний тока.

Учитывая разброспараметров тиристоров, необходимо скорректировать сопротивления резисторов R1 иR2. Вначале R1 берется несколько больше рассчитанного, а R2 определяется какостаточное сопротивление потенциометра R1 при условии, что его изменение неприводит к увеличению тока нагрузки. Максимальная величина R1 ограничиваетсясопротивлением, при котором ток нагрузки равен нулю.
Конструктивно тиристоры необходимо размещать на радиаторах с площадью 50 кв.см(рис. 3.2.1), 250 кв.см — (рис. 3.2.2). Во всех вариантах использовантрансформатор, собранный на обычном сердечнике УШ35х55. Для намотки взят проводмарки ПЭВ. Первичная обмотка содержит 550 витков, диаметр провода 0,55 мм.Данные вторичных обмоток: для варианта на рис.3.2.1 — число витков 2х60проводом ПЭЛ диаметром 1,35 мм.; для варианта на рис.3.2.2 — число витков 2х64проводом ПЭЛ диаметром 1,35 мм.

Заключение

Применение тиристоров в таких устройствах, какрегуляторы мощности и управляемые выпрямители, позволяет получать большие токив нагрузке при незначительной мощности, затрачиваемой в цепи управлениятиристора. А также делают эти устройства более надежными, компактными иэкономичными в использовании. Снижается и себестоимость регулятора мощности, врезультате отсутствия трансформатора с медной обмоткой.

Литература

1.<span Times New Roman»»>

Ефимов И. Е., Козырь И. Я., Горбунов Ю. И.,«Микроэлектроника», М., «Высшая школа», 1987 г.

2.<span Times New Roman»»>

Алексеенко А. Г., Шагурин В. Я.,«Микросхемотехника», М., «Радио и связь», М., «Радио исвязь», 1982 г.

3.<span Times New Roman»»>

Коледов Л. А., «Технология и конструкции микросхем,микропроцессоров и микросборок», М., «Радио и связь», 1989 г.

4.<span Times New Roman»»>

Бакалов В.П. и д.р. Основы теории электрических цепей иэлектротехники: Учебник для вузов / В.П.Бакалов, А.Н.Игнатов, Б.И.Крук. –М.;Радио и связь, 1989. –528с.: ил.

5.<span Times New Roman»»>

Сизых Г.Н. Электропитающие устройства связи: Учебник длятехникумов –М.: Радио и связь, 1982.- 288с., ил.

6.<span Times New Roman»»>

А. Старцев – Регулятор на тиристоре. Ж. Радио 7/68г.

7.<span Times New Roman»»>

И. Серяков, Ю. Ручкин – Мощный управляемый выпрямительна тиристорах. Ж. Радио, 2/71г.

8.<span Times New Roman»»>

А. А. Каяцкас. Основы радиоэлектроники. – М.: Высшаяшкола, 1988. – 463с., ил.Оглавление

TOC o «1-3» h z u Введение. PAGEREF _Toc137242762 h 1

Глава 1. Понятие о тиристоре. Видытиристоров. Принцип действия. PAGEREF _Toc137242763 h 2

1.1. Определение, виды тиристоров. PAGEREF _Toc137242764 h 2

1.2. Принцип действия. PAGEREF _Toc137242765 h 4

1.3. Параметры тиристоров. PAGEREF _Toc137242766 h 7

Глава 2. Применение тиристоров врегуляторах мощности. PAGEREF _Toc137242767 h 8

2.1. Общие сведения о различныхрегуляторах. PAGEREF _Toc137242768 h 8

2.2. Процесс управления напряжениемпри помощи тиристора. PAGEREF _Toc137242769 h 9

2.3. Управляемый выпрямитель натиристоре. PAGEREF _Toc137242770 h 12

Глава 3. Практические разработкирегуляторов мощности на тиристорах. PAGEREF _Toc137242771 h 18

3.1. Регулятор напряжения натиристоре КУ201К… PAGEREF_Toc137242772 h 18

3.2. Мощный управляемый выпрямительна тиристорах. PAGEREF _Toc137242773 h 19

Заключение. PAGEREF _Toc137242774 h 23

Литература. PAGEREF _Toc137242775 h 24

Оглавление. PAGEREF _Toc137242776 h 25

реферат

Содержание Страница

Введение -3-
Историческое развитие -5-
Назначение конструкции -7-
Устройство конструкции -9-
Принцип работы -11-
Основные неисправности -15-
Устранение неисправности -17-
Современная конструкция -18-
Заключение (вывод) -19-

Принцип действия регулятора напряжения.

В настоящее время все генераторные установки оснащаются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, как правило встроенными внутрь генератора. Схемы их исполнения и конструктивное оформление могут быть различны, но принцип работы у всех регуляторов одинаков. Напряжение генератора без регулятора зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки — тем меньше это напряжение.

Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения. Конечно можно изменять ток в цепи возбуждения введением в эту цепь дополнительного резистора, как это делалось в прежних вибрационных регуляторах напряжения, но этот способ связан с потерей мощности в этом резисторе и в электронных регуляторах не применяется. Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети, при этом меняется относительная продолжительность времени включения обмотки возбуждения. Если для стабилизации напряжения требуется уменьшить силу тока возбуждения, время включения обмотки возбуждения уменьшается, если нужно увеличить — увеличивается.

Принцип работы электронного регулятора удобно продемонстрировать на достаточно простой схеме регулятора типа ЕЕ 14V3 фирмы Bosch, представленной на рис. 1:

Рис.1

Схема регулятора напряжения EE14V3 фирмы BOSCH:

1 — генератор, 2 — регулятор напряжения, SA — замок зажигания, HL — контрольная лампа на панели приборов.

Чтобы понять работу схемы, следует вспомнить, что, как было показано выше, стабилитрон не пропускает через себя ток при напряжениях, ниже величины напряжения стабилизации. При достижении напряжением этой величины, стабилитрон «пробивается» и по нему начинает протекать ток. Таким образом, стабилитрон в регуляторе является эталоном напряжения с которым сравнивается напряжение генератора. Кроме того известно, что транзисторы пропускают ток между коллектором и эмиттером, т.е. открыты, если в цепи «база — эмиттер» ток протекает, и не пропускают этого тока, т.е. закрыты, если базовый ток прерывается. Напряжение к стабилитрону VD2 подводится от вывода генератора «D+» через делитель напряжения на резисторах R1(R3 и диод VD1, осуществляющий температурную компенсацию. Пока напряжение генератора невелико и напряжение на стабилитроне ниже его напряжения стабилизации, стабилитрон закрыт, через него, а, следовательно, и в базовой цепи транзистора VT1 ток не протекает, транзистор VT1 также закрыт. В этом случае ток через резистор R6 от вывода «D+» поступает в базовую цепь транзистора VT2, который открывается, через его переход эмиттер — коллектор начинает протекать ток в базе транзистора VT3, который также открывается. При этом обмотка возбуждения генератора оказывается подключена к цепи питания через переход эмиттер — коллектор VT3.

Соединение транзисторов VT2 и VT3, при котором их коллекторные выводы объединены, а питание базовой цепи одного транзистора производится от эмиттера другого, называется схемой Дарлингтона. При таком соединении оба транзистора могут рассматриваться как один составной транзистор с большим коэффициентом усиления. Обычно такой транзистор и выполняется на одном кристалле кремния. Если напряжение генератора возросло, например, из-за увеличения частоты вращения его ротора, то возрастает и напряжение на стабилитроне VD2, при достижении этим напряжением величины напряжения стабилизации, стабилитрон VD2 «пробивается», ток через него начинает поступать в базовую цепь транзистора VT1, который открывается и своим переходом эмиттер — коллектор закорачивает вывод базы составного транзистора VT2, VT3 на «массу». Составной транзистор закрывается, разрывая цепь питания обмотки возбуждения. Ток возбуждения спадает, уменьшается напряжение генератора, закрываются стабилитрон VT2, транзистор VT1, открывается составной транзистор VT2,VT3, обмотка возбуждения вновь включается в цепь питания, напряжение генератора возрастает и процесс повторяется. Таким образом регулирование напряжения генератора регулятором осуществляется дискретно через изменение относительного времени включения обмотки возбуждения в цепь питания. При этом ток в обмотке возбуждения изменяется так, как показано на рис.10. Если частота вращения генератора возросла или нагрузка его уменьшилась, время включения обмотки уменьшается, если частота вращения уменьшилась или нагрузка возросла — увеличивается. В схеме регулятора (см. рис.1) имеются элементы, характерные для схем всех применяющихся на автомобилях регуляторов напряжения. Диод VD3 при закрытии составного транзистора VT2,VT3 предотвращает опасные всплески напряжения, возникающие из-за обрыва цепи обмотки возбуждения со значительной индуктивностью. В этом случае ток обмотки возбуждения может замыкаться через этот диод и опасных всплесков напряжения не происходит. Поэтому диод VD3 носит название гасящего. Сопротивление R7 является сопротивлением жесткой обратной связи.

Рис.2. Изменение силы тока в обмотке возбуждения JB по времени t при работе регулятора напряжения: tвкл, tвыкл — соответственно время включения и выключения обмотки возбуждения регулятора напряжения; n1 n2 — частоты вращения ротора генератора, причем n2 больше n1; JB1 и JB2 — средние значения силы тока в обмотке возбуждения

При открытии составного транзистора VT2, VT3 оно оказывается подключенным параллельно сопротивлению R3 делителя напряжения, при этом напряжение на стабилитроне VT2 резко уменьшается, это ускоряет переключение схемы регулятора и повышает частоту этого переключения, что благотворно сказывается на качестве напряжения генераторной установки. Конденсатор С1 является своеобразным фильтром, защищающим регулятор от влияния импульсов напряжения на его входе. Вообще конденсаторы в схеме регулятора либо предотвращают переход этой схемы в колебательный режим и возможность влияния посторонних высокочастотных помех на работу регулятора, либо, ускоряют переключение транзисторов. В последнем случае конденсатор, заряжаясь в один момент времени, разряжается на базовую цепь транзистора в другой момент, ускоряя броском разрядного тока переключение транзистора и, следовательно, снижая его нагрев и потери энергии в нем.

Из рис.1 хорошо видна роль лампы HL контроля работоспособного состояния генераторной установки (лампа контроля заряда на панели приборов автомобиля). При неработающем двигателе автомобиля замыкание контактов выключателя зажигания SA позволяет току от аккумуляторной батареи GA через эту лампу поступать в обмотку возбуждения генератора. Этим обеспечивается первоначальное возбуждение генератора. Лампа при этом горит, сигнализируя, что в цепи обмотки возбуждения нет обрыва. После запуска двигателя, на выводах генератора «D+» и «В+» появляется практически одинаковое напряжение и лампа гаснет. Если генератор при работающем двигателе автомобиля не развивает напряжения, то лампа HL продолжает гореть и в этом режиме, что является сигналом об отказе генератора или обрыве приводного ремня. Введение резистора R в генераторную установку способствует расширению диагностических способностей лампы HL. При наличии этого резистора в случае обрыва цепи обмотки возбуждения при работающем двигателе автомобиля лампа HL загорается. В настоящее время все больше фирм переходит на выпуск генераторных установок без дополнительного выпрямителя обмотки возбуждения. В этом случае в регулятор заводится вывод фазы генератора. При неработающем двигателе автомобиля, напряжение на выводе фазы генератора отсутствует и регулятор напряжения в этом случае переходит в режим, препятствующий разряду аккумуляторной батареи на обмотку возбуждения. Например, при включении выключателя зажигания схема регулятора переводит его выходной транзистор в колебательный режим, при котором ток в обмотке возбуждения невелик и составляет доли ампера. После запуска двигателя сигнал с вывода фазы генератора переводит схему регулятора в нормальный режим работы. Схема регулятора осуществляет в этом случае и управление лампой контроля работоспособного состояния генераторной установки.

Рис.3. Температурная зависимость напряжения, поддерживаемого регулятором EE14V3 фирмы Bosch при частоте вращения 6000 мин-1 и силе тока нагрузки 5А.

Аккумуляторная батарея для своей надежной работы требует, чтобы с понижением температуры электролита, напряжение, подводимое к батарее от генераторной установки, несколько повышалось, а с повышением температуры — уменьшалось. Для автоматизации процесса изменения уровня поддерживаемого напряжения применяется датчик, помещенный в электролит аккумуляторной батареи и включенный в схему регулятора напряжения. Но это удел только продвинутых автомобилей. В простейшем же случае термокомпенсация в регуляторе подобрана таким образом, что в зависимости от температуры поступающего в генератор охлаждающего воздуха напряжение генераторной установки изменяется в заданных пределах. На рис.3 показана температурная зависимость напряжения, поддерживаемая регулятором EE14V3 фирмы Bosch в одном из рабочих режимов. На графике указано также поле допуска на величину этого напряжения. Падающий характер зависимости обеспечивает хороший заряд аккумуляторной батареи при отрицательной температуре и предотвращение усиленного выкипания ее электролита при высокой температуре. По этой же причине на автомобилях, предназначенных специально для эксплуатации в тропиках, устанавливают регуляторы напряжения с заведомо более низким напряжением настройки, чем для умеренного и холодного климатов.

Регуляторы напряжения

Регулятор напряжения служит для автоматического поддержания напряжения генератора в заданных пределах при изменении частоты вращения ротора и силы тока генератора в нагрузочном режиме, а также при изменении температуры окружающей среды. Значение поддерживаемого напряжения выбирается с учетом обеспечения заряда аккумуляторной батареи и нормальной работы светотехнических изделий.

На автомобиле ЗИЛ-431410 устанавливается регулятор напряжения 201.3702, на автомобиле ЗИЛ-133ГЯ —регулятор РР132, на автомобиле ЗИЛ-131Н — регулятор РР132-А, на автомобиле ЗИЛ-435850 — регулятор Я112-А.

Регулятор напряжения 201.3702 предназначен для работы с генераторами Г250 И1 и 32.3701 ( 6.6). Регулятор представляет собой бесконтактное реле, выполненное на кремниевых полупроводниковых приборах.

Уровень регулируемого напряжения регулятора 201.3702 с подключенной аккумуляторной батареей при частоте вращения ротора генератора (3000 ± 150) мин»1 и силе тока в нагрузочном режиме (14 +1) А для генератора Г250 И1 и (20 ± 1) А для генератора 32.3701 составляет 13,8 … 14,5 В, а регулятор 201.3702 (тропическое исполнение) 13,3 … 14,0 В.

В состав регулятора входят следующие функциональные блоки и элементы:

измерительный блок, предназначенный для сравнения фактического напряжения с заданным. В измерительный блок входят транзистор VT1, стабилитрон VD1, конденсатор С1 и резисторы R1 … R7;

регулирующий блок, служащий для усиления сигналов измерительного блока и регулирования силы тока возбуждения генератора. В него входят управляющий элемент, состоящий из транзистора VT3 и резисторов R10 … R13; выходной транзисторный ключ, выполненный на составном транзисторе (транзисторы VT4, VT5), резисторах R14, R15 и гасящем диоде VD3;

блок защиты от короткого замыкания вывода «шунт» на «—», состоящий из транзистора VT2, резистора R9, конденсатора С2 и диода VD2. Резистор R6 обеспечивает общую отрицательную связь, а резистор R8 — местную положительную связь;

диод VD4, предназначенный для защиты полупроводниковых элементов от импульсов напряжения обратной полярности.

Регулятор работает следующим образом. При неработающем двигателе напряжение на выводах регулятора «+».и «—» равно напряжению аккумуляторной батареи и недостаточно для открывания измерительного транзистора VT1, эмиттер которого подключен к стабилитрноу VD1, выполняющему функцию источника опорного напряжения. Управляющий транзистор VT3 закрыт, а составной транзистор VT4, VT5 открыт. В цепи обмотки возбуждения генератора протекает постоянный ток, сила кото-. рого ограничивается активным сопротивлением обмотки возбуждения и падением напряжения на эмиттер-коллекторном переходе насыщенного транзистора VT5. Транзисторы VT4, VT5 при этом открываются под действием тока, протекающего по цепи:«+» аккумуляторной батареи, указатель тока, выключатель S2, «+» регулятора, эмиттер — база транзистора VT5, эмиттер-база транзистора VT4, резистор R14, резистор R13, резистор R12, зажим «—» регулятора, корпус автомобиля, «—» аккумуляторной батареи. В этом случае разность потенциалов на обкладках конденсатора С2 близка к нулю, тока в его цепи нет, вследствие чего транзистор защиты VT2 от короткого замыкания зажима Ш на корпус закрыт.

Когда двигатель пущен и частота вращения ротора генератора повышается, уровень напряжения на зажимах «-(-» и «—» генераторной установки начинает возрастать. В этом случае повышается напряжение, приложенное’ к входному делителю (резисторы Rl, R2, R3, R4). Соответственно возрастает напряжение на базе транзистора VT1 и при достижении значения, достаточного для отпирания его, транзистор VT1 открывается и соответственно открывается транзистор VT3. Сопротивление на переходах коллектор-эмиттер транзистора VT3 резко уменьшается, транзисторы VT4 и VT5 закрываются. При этом сила тока в цепи возбуждения уменьшается, а следовательно, понижается и напряжение в бортовой сети автомобиля. При уменьшении регулируемого напряжения до значения, при котором сила тока, протекающего через входной делитель, становится недостаточной для удержания измерительного транзистора VT1 открытым, последний закрывается, и управляющий транзистор VT3 переходит в закрытое состояние, а транзисторы VT4 и VT5 открываются. Напряжение на зажимах «+» и «—» регулятора вновь повышается. Далее процесс регулирования повторяется, в результате чего напряжение в бортовой сети автомобиля поддерживается на заданном уровне.

При периодических переключениях схемы регулятора в нормальных условиях эксплуатации транзистор защиты VT2 выполняет функцию элемента, форсирующего процесс закрывания транзисторов VT4, VT5. При их закрывании напряжение на зажимах «—» и Ш увеличивается, и в цепи конденсатора- С2 протекает ток, открывающий транзистор защиты VT2. Благодаря этому существенно ускоряется процесс открывания транзистора VT3 и закрывания транзисторов VT4, VT5.

Открывание составного транзистора (VT4, VT5) форсируется путем подключения конденсатора С2, соединенного с резистором R9 через диод VD2, к средней точке делителя напряжения R10, R11, включенного между базой и эмиттером управляющего транзистора VT3. Когда составной транзистор VT4, VT5 открывается, конденсатор,С2 начинает разряжаться по цепи: диод VD2, резистор R11, эмиттер-коллекторный переход транзистора УТ5. При этом к базе управляющего транзистора VT3 через резистор R10 прикладывается запирающее напряжение, которое обеспечивает более быстрое открывание составного транзистора VT4, VT5. Благодаря форсированному переключению силового транзистора VT5 удалось существенно снизить активную мощность, рассеиваемую на нем в процессе регулирования напряжения в бортовой сети автомобиля.

В режиме короткого замыкания зажимов Ш и «—» или короткого замыкания в обмотке возбуждения силовой транзистор VT5 защищается от перегрузок по мощности. Допустим, что замыкание произошло в момент времени, когда управляющий транзистор VT3 открыт, а транзистор VT5 закрыт. Вследствие понижения напряжения, поступающего на регулятор, управляющий транзистор VT3 закрывается, а силовой транзистор VT5 открывается. При этом сила тока коллектора силового транзистора ограничивается индуктивностью аккумуляторной батареи и присоединительных проводов регулятора, затем транзистор переходит в линейный режим усиления, вследствие чего напряжение на его эмиттер-коллекторном переходе начинает возрастать. В цепи конденсатор С2, резистор R9, переход база —эмиттер транзистора VT2 возникает ток, открывающий транзисторы VT2 и VT3. Силовой транзистор при этом закрывается. После заряда конденсатора С2 транзистор защиты VT2 и управляющий транзистор VT3. закрываются, а силовой транзистор VT5 открывается. При этом конденсатор С2 разряжается по цепи: диод VD2, резистор R11 и эмиттер-коллекторный переход транзистора VT5. Силовой транзистор VT5 снова переходит в линейный режим усиления. Таким образом в схеме регулятора возникают устойчивые автоколебания. В данном режиме через силовой транзистор VT5 протекает импульсный ток, среднее значение которого не превышает 0,1 А, активная мощность, рассеиваемая на транзисторе, составляет не более 0,5 Вт.

После устранения короткого замыкания регулятор напряжения включается в работу автоматически. Это объясняется тем, что после заряда конденсатора С2 силовой транзистор VT5 не переходит в линейный режим усиления, а остается в режиме насыщения, из-за чего в цепи обмотки возбуждения протекает ток. Напряжение на зажимах «+» и «—» генератора будет повышаться до тех пор, пока не откроется измерительный транзистор VT1. Далее происходит описанный выше процесс регулирования напряжения в бортовой сети в нормальных условиях эксплуатации регулятора.

В процессе эксплуатации регулятора напряжения не требуется выполнять какие-либо регулировки его, поэтому не рекомендуется его вскрытие. Отказ регулятора может произойти вследствие неправильной эксплуатации или открытого дефекта элементов его схемы. Ремонт регулятора напряжения должен проводиться только специалистами и в специально оборудованных мастерских.

Конструкция регулятора напряжения 201.3702 обеспечивает его взаимозаменяемость с регулятором напряжения РР350. Элементы схемы регулятора смонтированы в блок, состоящий из теплоотвода с силовым транзистором КТ837Х и печатной платы с остальными элементами схемы, к которой с помощью гибких монтажных проводов подключен трехштырьковый разъем. Блок помещен в металлический корпус и закрыт стальной крышкой. Для монтажа на автомобиле корпус регулятора имеет две крепежные лапы с отверстиями, одна из которых снабжена выводом для подсоединения зажима «—» генератора.

Регулятор напряжения РР132 состоит из двух основных функциональных блоков: измерительного —делитель напряжения (резисторы Rl, R2, R7, дроссель L), стабилитрон VD1, транзистор VT1 с резисторами R3 и R5 и регулирующего — транзистор VT2, диоды VD2 и VD3, резистор R4 ( 6.7).

Регулятор работает по принципу бесконтактного реле. При включении выключателя приборов на цепь базы выходного транзистора VT2 через резистор R5 подается напряжение от аккумуляторной батареи и транзистор при этом будет открытым. Через обмотку возбуждения генератора протекает ток, сила которого определяется напряжением батареи и сопротивлением обмотки возбуждения. Этот ток обеспечивает возбуждение генератора и рост напряжения на его зажимах «+» и «—» по мере повышения частоты вращения ротора.

Сопротивление резисторов делителя подобрано таким образом, что при неработающем двигателе падение напряжения на стабилитроне VD1 будет меньше напряжения стабилизации, и поэтому пробой стабилитрона в обратном направлении не происходит, транзистор VT1 закрыт (ток базы отсутствует).

При напряжении 13,5 … 14,8 В стабилитрон пробивается, резко снижается его сопротивление, и на базе транзистора VT1 появляется напряжение положительной полярности. Он отпирается, а транзистор VT2 вследствие изменения полярности напряжения на базе запирается. При этом резко увеличивается сопротивление участка эмиттер —• коллектор транзистора VT2, входя-, щего. в цепь обмотки возбуждения, и, следовательно., снижается напряжение генератора.

Напряжение, снижается до тех пор, пока вновь не закроется стабилитрон. При этом транзистор VT2 открывается, и напряжение генератора будет возрастать до тех пор, пока не достигнет установленного значения и не произойдет повторный пробой стабилитрона. В системе устанавливаются автоколебания, благодаря которым автоматически поддерживается заданный уровень регулируемого напряжения.

Резистор R7 является подстроечным и служит для регулирования напряжения, поддерживаемого регулятором. Дроссель сглаживает пульсации выпрямленного напряжения генератора, так как пики пульсирующего напряжения генератора могли бы вызывать ложные срабатывания элементов. Диоды VD2 и VD3 служат для надежного запирания транзистора VT2. Диод VD4 шунтирует ЭДС самоиндукции, возникающую в обмотке возбуждения генератора при коммутации в ней тока, защищая транзистор VT2 от перенапряжений. Резистор цепи обратной связи R6 служит для повышения частоты переключения и уменьшения времени перехода схемы из одного состояния в другое.

В корпусе регулятора, отлитом из алюминиевого сплава, помещена печатная плата,, на которой размещены все элементы, кроме транзисторов VT1 и VT2. Последние установлены на алюминиевой пластине-теплоотводе. Между печатной платой и пластиной-теплоотводом устанавливается подставка, выполненная из изоляционного материала.

Резистор R5 должен иметь сопротивление 37,5 Ом и рассеивать мощность 6,5 Вт. Рассеиваемая мощность резисторов типа МЛТ не более 2 Вт. Следовательно, для обеспечения рассеиваемой мощности 6,5 Вт необходимо применять четыре резистора МЛТ с номинальным сопротивлением 150 Ом.

Крышка корпуса регулятора отлита из алюмениевого сплава, закреплена на корпусе винтами. Между корпусом и крышкой проложен резиновый шнур для предотвращения проникновения

влаги и пыли.

В корпусе, регулятора имеются: вывод «+» с резьбой Мо^ для подключения к зажиму «+» регулятора, вывод Ш с резьбой М4 для подключения обмотки возбуждения генератора и резьбовое отверстие М5 для соединения с корпусом автомобиля.

Регулятор напряжения РР132-А работает совместно с генераторами Г250П1, Г287-Б, 381.3701 и 382.3701. Регулятор является усовершенствованной модификацией регулятора РР132. Он имеет трехдиапазонную настройку регулируемого напряжения. Изменение диапазонов напряжения осуществляется переключателем, расположенным на верхней части основания регулятора (при рабочем положении регулятора — выводом Ш вниз). Переключатель закрыт заглушкой. Положение рычажка переключателя соответствуют следующим значениям: крайнее левое — максимальному, среднее _ минимальному, крайнее правое — среднему. Маркировка диапазонов напряжения сделана на крышке регулятора. Регуляторы, устанавливаемые на автомобили, имеют средний диапазон

настройки.

Значения регулируемого напряжения при температуре окружающей среды и регулятора (20+5) °С должны быть следующие: минимальное (13,6+0,35) В, среднее — выше минимального на (0,6+0,15) В, максимальное (14,7+0,35) В.

Работа регулятора проверяегся при частоте вращения ротора генератора 3500 мин»1 и силе тока: 14 А для генератора Г250Ш и 36 А для генератора Г287-Б.

Схема регулятора приведена на 6.8. Делитель напряжения регулятора, в отличие от регулятора РР132, имеет дополнительно дварезистора и переключатель S3, который обеспечивает возможность переключения диапазонов регулируемого напряжения. Параллельное включение силовых транзисторов VT2 и VT3 повышает надежность работы регулятора. В цепи базы этих транзисторов установлены стабилитроны VD2…VD4. Назначение их то же, что и диодов у регулятора РР132.

В остальном схема, принцип работы и конструкция регуляторов РР132 и РР132-А аналогичны.

В интегральном регуляторе Я112А применен составной транзистор VT2, VT3, что позволило резко сократить мощность других элементов регулятора ( 6.9). Для уменьшения мощности, рассеиваемой транзистором VT3, в цепь коллектора его включен резистор R8. С возрастанием сопротивления резистора R8 до определенного значения увеличивается степень насыщения транзистора VT3 и уменьшается рассеиваемая им мощность.

Скорость переключения транзисторов в регуляторе увеличивается с помощью обратной связи — жесткой эмиттерной посредством резистора R7 и гибкой коллекторной, образованной цепью C1—R9.

В качестве фильтра в регуляторе используется конденсатор

С2, включенный между базами транзисторов VT1 и VT2. При

подаче напряжения от аккумуляторной батареи через выключа

тель зажигания S1 по цепи делителя напряжения (резисторы

Rl, R2, R3) протекает ток, и на резисторе R3 создается падение

напряжения. Так как напряжение аккумуляторной батареи меньше

напряжения срабатывания транзисторного реле, транзистор VT1

закрыт, составной транзистор открыт. По обмотке возбужде

ния генератора протекает ток. С возрастанием частоты вращения

ротора генератора повышается напряжение на зажимах генератора. Когда напряжение генератора достигает значения, при котором срабатывает транзисторное реле, транзистор VT1 открывается, а составной транзистор закрывается. Обмотка возбуждения генератора при этом отключается от источника напряжения. Возникающая ЭДС самоиндукции замыкается через шунтирующий диод VD6. В результате сила тока возбуждения и напряжение генератора уменьшаются. Когда напряжение генератора понизится до значения, равного напряжению возврата транзисторного реле в исходное положение, транзистор VT1 закроется, а составной транзистор откроется. Затем процесс периодически повторяется. Применение гибкой обратной связи позволяет ускорить процессы переключения транзисторов. Когда составной транзистор находится в состоянии насыщения, напряжение, приложенное к цепи R9—C1, мало (по этой цепи ток не протекает). При переключении составного транзистора из состояния насыщения в состояние отсечки потенциал на его коллекторе резко увеличивается и в цепи резистор R9, конденсатор С1, эмиттерный переход транзистора VT1 возникает импульс тока, форсирующий процесс переключения транзистора VT1, а следовательно, и составного транзистора. При этом конденсатор С1 заряжается. При переходе составного транзистора из состояния отсечки в состояние насыщения конденсатор С1 разряжается по цепи резистор R9, составной транзистор, резисторы R7, R4, создавая на эмиттер ном переходе транзистора VT1 сигнал обратной полярности. В результате ускоряется процесс закрытия транзистора VT1 и открытия составного транзистора. Интегральный регулятор напряжения имеет металлическое основание размером 58×38 X 1,9 мм, выполняющее и функции отвода, теплоты от активных элементов. На основании размещен

Читать курсовая по электротехнике: «Тиристоры. Регуляторы мощности и управляемые выпрямители на тиристорах»

(Назад) (Cкачать работу)

Функция «чтения» служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Введение

В данной работе рассмотрены несколько вариантов устройств, где используются элементы тиристоры в качестве регуляторов напряжения и в качестве выпрямителей. Приведены теоретическое и практическое описания принципа действия тиристоров и устройств, схемы этих устройств.

Управляемый выпрямитель на тиристорах — элементах, обладающих большим коэффициентом усиления по мощности, позволяет получать большие токи в нагрузке при незначительной мощности, затрачиваемой в цепи управления тиристора.

В данной работе рассмотрены два варианта таких выпрямителей, которые обеспечивают максимальный ток в нагрузке до 6 А с пределом регулировки напряжения от 0 до 15 В и от 0,5 до 15 В и устройство для регулировки напряжения на нагрузке активного и индуктивного характера, питаемой от сети переменного тока напряжением 127 и 220 В с пределами регулировки от 0 до номинального напряжения сети.

Глава 1. Понятие о тиристоре. Виды тиристоров. Принцип действия 1.1. Определение, виды тиристоров

Тиристором называют полупроводниковый прибор, основу которого составляет четырехслойная структура, способная переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот. Тиристоры предназначены для ключевого управления электрическими сигналами в режиме открыт-закрыт (управляемый диод).

Простейшим тиристором является динистор – неуправляемый переключающий диод, представляющий собой четырехслойную структуру типа p-n-p-n (рис. 1.1.2). Здесь, как и у других типов тиристоров, крайние n-p-n-переходы называются эмиттерными, а средний p-n-переход – коллекторным. Внутренние области структуры, лежащие между переходами, называются базами. Электрод, обеспечивающий электрическую связь с внешней n-областью, называется катодом, а с внешней p-областью – анодом.

В отличие от несимметричных тиристоров (динисторов, тринисторов) в симметричных тиристорах обратная ветвь ВАХ имеет вид прямой ветви. Это достигается встречно-параллельным включением двух одинаковых четырехслойных структур или применением пятислойных структур с четырьмя p-n-переходами (симисторы).

Рис. 1.1.1. Обозначения на схемах: а) симистора б) динистора в) тринистора. Рис. 1.1.2. Структура динистора.

Рис. 1.1.3. Структура тринистора.

1.2. Принцип действия

При включении динистора по схеме, приведенной на рис. 1.2.1, коллекторный p-n-переход закрыт, а эмиттерные переходы открыты. Сопротивления открытых переходов малы, поэтому почти все напряжение источника питания приложено к коллекторному переходу, имеющему высокое сопротивление. В этом случае через тиристор протекает малый ток (участок 1 на рис. 1.2.3).

Рис. 1.2.1. Схема включения в цепь неуправляемого тиристора (динистора).

Рис. 1.2.2. Схема включения в цепь управляемого тиристора (тринистора).

Рис.1.2.3. Вольтамперная характеристика динистора.

Рис.1.2.4. Вольтамперная характеристика тиристора. Если увеличивать напряжение источника питания, ток тиристора увеличивается незначительно, пока это напряжение не приблизится к некоторому критическому значению, равному напряжению включения Uвкл. При напряжении Uвкл в динисторе создаются условия для лавинного размножения носителей заряда в области коллекторного перехода. Происходит обратимый электрический

Регуляторы напряжения

БИЛЕТ №4

41 Тиристорные устройства: Управляемые выпрямители, преобразователи переменного напряжения в переменное одной частоты. Схемы, принцип работы, область применения, достоинства и недостатки

Регулирование в источниках вторичного электропитания

Величину выпрямленного напряжения в ряде случаев нужно изменять. Такая необходимость может возникнуть при включении мощных двигателей, накала генераторных ламп, для уменьшения бросков тока при включении. При исследовании работы РЭА, приборов, например, при снятии ВАХ также требуется регулируемое напряжение.

Регулирование выпрямленного напряжения можно осуществлять на стороне переменного тока (входе), на стороне постоянного тока (выходе) и в самом выпрямителе применением регулируемых вентилей.

В качестве регуляторов напряжения на стороне переменного тока применяются:

регулируемые трансформаторы или автотрансформаторы.

регулирующие дроссели (магнитные усилители).

В регулируемом трансформаторе или автотрансформаторе первичная или вторичная обмотка выполняются с несколькими выводами. С помощью переключателя изменяется число витков обмотки и, следовательно выходное напряжение трансформатора или автотрансформатора. При коммутации обмоток часть витков может оказаться замкнутой накоротко движком переключателя, что приведет к созданию в замкнутых витках чрезмерно больших токов и к выходу трансформатора из строя. Поэтому такую коммутацию рекомендуется производить после отключения трансформатора из сети. Это является большим недостатком. В ЛАТРах угольная щетка выполняется в виде ролика так, чтобы она могла перекрывать не более двух проводников, то есть чтобы не более одного витка замыкалось щеткой накоротко.

Регулирующий дроссель (или магнитный усилитель) включается на входе выпрямителя. Если обмотки переменного тока магнитного усилителя включить последовательно с нагрузкой и изменить ток в обмотке управления, то будет изменяться индуктивное сопротивление обмоток дросселя и падение напряжения на этих обмотках. Следовательно, будет изменяться. При увеличении , уменьшается , уменьшается , уменьшается и растет .

Недостатки: большая масса, габариты, значительная потребляемая реактивная мощность, то есть низкий , инерционность (большое время срабатывания).

Достоинства: простота, надежность.

Регулирование напряжения на стороне постоянного тока осуществляется переменными резисторами, включенными как делитель напряжения или реостат. Общим недостатком таких регуляторов является снижение К.П.Д., так как в них выделяется часть преобразуемой энергии.

Применение тиристоров для регулирования напряжения

В управляемых выпрямителях используются управляемые вентили тиристоры. Регулирование осуществляется за счет задержки момента прохождения тока через вентиль по отношению к моменту его собственного отпирания. Так, например, в двухполупериодном выпрямителе при замене неуправляемых вентилей на управляемые и подаче на УЭ положительных управляющих импульсов напряжение на нагрузке изменится:

Постоянное напряжение уменьшится. Угол задержки включения называется углом управления . При увеличении уменьшается.

Для четкого момента включения: 1) управляющий импульс должен быть синхронизирован с частотой сети и иметь крутой передний фронт (скорость нарастания 2030 В/мкс). 2) амплитуда и длительность управляющего импульса должны быть достаточными для надежного открывания, но амплитуда не должна превышать . Регулирование напряжения осуществляется путем изменения фазы управляющего импульса относительно фазы . Структурная схема управления вентилями:

ФУ фазосдвигающее устройство, обеспечивающее регулировку фазы управляющего импульса УИ. Основным элементом является реактивный элемент дросселя или, например, емкость конденсатора.

Фазовращатель:

При изменении тока подмагничивания дросселя его индуктивность меняется и меняется угол . неизменно по величине.

ФУ может быть выполнено с емкостью:

ФИ формирователь импульсов, формирующий и усиливающий управляющие импульсы, это может быть просто дифференцирующая цепочка.

В фазовращателе вертикального управления происходит сравнение постоянного напряжения (управляющего) с напряжением, линейно изменяющимся во времени и синхронизированном с .

В момент равенства сравниваемых напряжений формируется управляющий импульс. При изменении величины меняется фаза формируемого импульса относительно .

Многие тиристорные регуляторы мощности используют принцип фазового управления. Принцип работы таких регуляторов основан на изменении момента включения тиристора относительно перехода сетевого напряжения через ноль. На рисунке 1 черным цветом показано сетевое напряжение, а красным цветом напряжение на нагрузке, подключенной к регулятору с фазовым управлением.

42 Синхронный компенсатор: назначение, принцип работы. Общая информация

Понимание того, насколько важно качество электроэнергии (соотношение ее активной и реактивной составляющих коэффициент мощности), постоянно растет, и вместе с ним будет расти и применение компенсации коэффициента мощности (ККМ). Улучшение качества электроэнергии путем увеличения ее коэффициента мощности уменьшает расходы и гарантирует быстрое возвращение затраченных капиталов. В распределении мощности в сетях с малым и средним напряжением ККМ уделяет основное внимание соотношению активной и реактивной составляющих мощности (cosφ) и оптимизации стабильности напряжения, путем генерации реактивной мощности с целью увеличения качества и стабильности напряжения на распределительном уровне.

Компенсатор синхронный, синхронный электродвигатель, работающий без активной нагрузки, предназначенный для улучшения коэффициента мощности (cos) и регулирования напряжения в линиях электропередачи и в электрических сетях (см. Компенсирующие устройства). В зависимости от изменений величины и характера нагрузки (индуктивная или емкостная) электрической сети меняется напряжение у потребителя (на приемных концах линии электропередачи). Если нагрузка электрической сети велика и носит индуктивный характер, к сети подключают К. с., работающий в перевозбужденном режиме, что эквивалентно подключению емкостной нагрузки. При передаче электроэнергии по линии большой протяженности с малой нагрузкой на режим работы сети заметно влияет распределенная емкость в линии. В этом случае для компенсации емкостного тока в сети к линии подключают К. с., работающий в недовозбужденном режиме. Постоянство напряжения в линии поддерживается регулированием тока возбуждения от напряжения регулятора. ПускК. с. осуществляется также, как и обычных синхронных двигателей; сила пускового тока К. с. составляет 30100% его номинального значения. К. с. изготовляют мощностью до 100 ква и более; мощные К. с. имеют водородное или водяное охлаждение. Применяются главным образом на электрических подстанциях.

Синхронные компенсаторы серий КС и КСВ предназначаются для работы в качестве генераторов реактивной мощности и служат для улучшения коэффициента мощности сети и регулирования ее напряжения. Синхронные компенсаторы серии КС выполняются закрытыми с косвенным воздушным охлаждением и предназначаются для установки в закрытом помещении. Их вентиляция осуществляется по замкнутому циклу с охлаждением воздуха в водяных охладителях, расположенных в фундаментной яме. Компенсаторы серии КСВ имеют закрытое исполнение и охлаждаются водородом при избыточном давлении 0,1 МПа в КСВ-50 и 0,2 МПа в КСВ-100 и КСВ-160. Водород охлаждается в охладителях, размещенных в торцевых частях статора. Асинхронный пуск компенсаторов осуществляется при пониженном с помощью реактора напряжении (до 40% для КСВ-100 и КСВ-160 и до 50% для всех остальных компенсаторов).

На базе компенсаторов серии КСВ в настоящее время разработаны компенсаторы типов КСВБ и КСВБО, возбуждаемые от бесщеточных возбудителей, пристроенных с торцов компенсаторов. Компенсаторы типа КСВ»: имеют реверсивное возбуждение (положительное и отрицательное). Положительное возбуждение осуществляется, как и для компенсатора КСВБ, от будителя ВБД160830У1, отрицательное от возбудителя ВБДО160145У1, который питает допол нительную обмотку возбуждения, расположенную на полюсах ротора компенсатора.

Генерация реактивной мощности

Любое электрооборудование, использующее магнитные поля (двигатели, дроссели, трансформаторы, оборудование индукционного нагрева, генераторы для дуговой сварки) подвержено определенному запаздыванию при изменении тока, которое называется индуктивностью. Это запаздывание электрооборудования сохраняет направление тока на определенное время, не смотря на то, что отрицательное напряжение пытается его переменить. Пока этот фазовый сдвиг сохраняется, ток и напряжение имеют противоположные знаки. Производящаяся все это время отрицательная мощность отдается обратно в сеть. Когда ток и напряжение по знаку снова уравниваются, необходима такая же энергия, чтобы восстановить магнитные поля индукционного оборудования. Эта магнитная реверсионная энергия называется реактивной мощностью. В сетях с напряжением переменного тока (50/60Hz) такой процесс повторяется 5060 раз в секунду. Очевидным выходом из данной ситуации является накопление реверсионной магнитной энергии в конденсаторах с целью освобождения сети (линии питания).

Именно поэтому автоматические системы компенсации реактивной мощности (расстроенные/ стандартные) устанавливаются на мощную нагрузку, например, на заводах. Такие системы состоят из нескольких конденсаторных блоков, которые могут быть подключены и откл

6.5. Тиристорные регуляторы напряжения

Для управления АД на практике широкое применение получили тиристорные регуляторы напряжения (ТРН). Тиристорный регулятор напряжения состоит из шести тиристоров, каждая пара которых включается по встречно-параллельной схеме (рис. 6.10).

Рис. 6.10. Схема управления АД с использованием ТРН

Тиристорный регулятор напряжения позволяет включение и отключение асинхронного двигателя, а также регулирование его момента, тока и угловой скорости.

При подаче на тиристоры импульсов управления с углом управления  =0 они будут полностью открыты и к зажимам АД будет приложено все напряжение сети, как показано для фазы А на рис. 6.11 а.

Если осуществлять подачу импульсов управления на тиристоры с некоторой задержкой (0), то к зажимам АД будет прикладываться часть напряжения сети U_A (рис. 6.11 б). Обычно перая гармоника напряжения U_1А несинусоидального напряжения U_A имеет наибольшую амплитуду и по ней ведутся все основные расчеты.

Механические характеристики АД при разных углах управления ^о тиристорами показаны на рис. 6.12.

Рис. 6.11. Кривые напряжения АД при = 0 (а) и при0 (б)

Рис. 6.12. Механические характеристики АД с использованием ТРН

7. Логические элементы

Логическим элементом называется электрическая схема, имеющая один или несколько входов и один выход, работающая на принципе изменения своих внутренних параметров. Это логические элементы И, ИЛИ, НЕ и другие, и их комбинации дискретного действия, реализующие логические функции.

При изучении логических элементов пользуются булевой алгеброй логики, предложенной впервые математиком Булем в 1854 г. Алгебра логики говорит, что любое переменное имеет два состояния 1 – да или 0 – нет, что для логического элемента равносильно наличию или отсутствию логического уровня напряжения на его входе или выходе. Логические операции описываются логическими уравнениями. Логические элементы заменяют любые электроконтактные реле, в том числе и реле времени.

Достоинства логических элементов.

Отсутствие контактов и быстроизнашивающихся частей.
Большая надежность и большой срок службы.
Высокое быстродействие.
Нечувствительность к влиянию внешней окружающей среды (пыль, влага, химически активные газы).
Отсутствие необходимости в постоянном уходе и регулировке.
Компактность блоков с логическими элементами.
Логические элементы изготовляются как модули и не подлежат ремонту.
Логический элемент слаботочный аппарат.
Интегральные микросхемы логических элементов имеют очень малые габариты. В настоящее время налажена технология изготовления таких микросхем и их эксплуатация.

Недостатки логических элементов.

Чувствительность к внешним электрическим помехам (требуется специальная защита).
Зависимость стабильной работы от температуры (требуется специальная защита)
Нет видимого электрического разрыва.
Не работают в цепях с плавно изменяющимися сигналами.
Логические элементы необходимо применять в сочетании с согласующими входными и выходными (усилительными) устройствами.
Для логических элементов требуется источник низкого сглаженного и стабилизированного напряжения.

Устройство и принцип действия тиристорного регулятора / Статьи и обзоры / Элек.ру

Тиристорный регулятор — устройство предназначено для изменения действующего напряжения, мощности или тока в нагрузке. Эти изделия широко применяются на производстве в самых разных секторах экономики: металлургии, химической и пищевой промышленности и др.

Тиристорный регулятор состоит из двух частей — силовой и управляющая.

Силовая часть — это пара встречно-параллельных тиристоров( иногда симисторов) включенных в разрыв между фазой и нагрузкой. Если тиристорных регулятор — трехфазный, то соответственно, таких пар — три на каждую фазу. В современных регуляторах используются как правило тиристоры модульного типа — они наиболее технологичны в производстве и ремонте и небольшие по габаритам. В более «древних» устройствах можно обнаружить тиристоры таблеточного или штырьевого типа.

Управляющая часть — очень похожа на систему управления управляемого выпрямителя напряжения — это собственно платы, которые управляют тиристорами. Как правило, все современные платы идут с микропроцессором. У каждого тиристорного регулятора имеется система синхронизации с питающей сетью. Она необходима для математических вычислений — ведь чтобы корректно управлять тиристорами, микропроцессору необходимо в нужный момент времени подавать на тиристор управляющий сигнал, а чтобы это делать правильно ему( процессору) нужно рассчитывать время задержки отпирания относительно начала периода сетевого напряжения.

Теперь поговорим немного о принципе действия. Тиристорный регулятор может работать в одном из двух режимов — фазо-импульсный, либо режим пропуска периодов( релейный).

При фазо-импульсном способе выходное напряжение изменяется за счет изменения интервала проводимости тиристора в пределах периода сетевого напряжения. То есть при этом способе регулирования тиристоры включаются и выключаются 100 раз в секунду — каждый полупериод. Такой способ позволяет регулировать напряжение непрерывно и точно, что важно для малоинерционных нагрузок, которые быстро нагреваются и остывают.

Тиристорный регулятор ТРМ.
Производитель — ООО «Звезда-Электроника»

Метод пропуска периодов заключается в том, что тиристоры некоторое целое число периодов включены, а затем опять же на некоторое число периодов выключаются. При этом есть пауза в питании нагрузки, что не всегда бывает приемлимо. Однако, у этого способа есть очень положительная черта – тиристорный регулятор при этом практически не создает помех в сети, поскольку коммутация( включение) тиристоров осуществляется в момент перехода напряжения через ноль, то есть форма тока нагрузки не искажается и остается синусоидальной.

ООО «Звезда-Электроника»

Тиристорный регулятор напряжения: описание, назначение

Тиристорный регулятор напряжения – это устройство, предназначенное для регулирования частоты вращения электродвигателя. Регулировка происходит в результате изменения напряжения, которое подведено к статору двигателя, и смены угла открывания тиристоров. Этот способ управления электродвигателями называется фазовым управлением и является подвидом амплитудного управления.

Тиристорный регулятор напряжения конструктивно выполняется с замкнутой и с разомкнутой системами регулирования. Разомкнутая система не в состоянии обеспечить удовлетворительное качество процесса регулировки частоты вращения. Главное ее назначение – регулировка, направленная на получение необходимого режима работы двигателя в динамическом процессе. Тиристорный регулятор напряжения с замкнутой системой используют с обратной связью по скорости. Это обеспечивает жесткие характеристики двигателя в зоне низких частот вращения.

Наиболее эффективно используется тиристорный регулятор напряжения при регулировании частоты вращения и момента в электродвигателях асинхронного типа с фазным якорем. Симметричная схема подключения обеспечивает незначительные потери от гармонических токов. Высокие величины потерь в электрических схемах с двумя или четырьмя тиристорами определены несимметричным напряжением в фазах привода. Использование тиристорных регуляторов позволяет управлять электроприводом не только в случае спуска, но и при подъеме груза. Правда снижение напряжения на статоре повлечет понижение и магнитного потока. Это явление при данном моменте вызовет прирост уровня тока потерь и, соответственно, увеличится нагрев. Габариты тиристорных регуляторов соизмеримы с габаритными размерами тиристорного преобразователя питания электродвигателя постоянного тока, у них одинаковая система фазового управления, что также искажает напряжение электросети.

Работу регулятора можно сравнить с работой синхронного ключа, который расположен между источником и нагрузкой. Ключ находится в разомкнутом состоянии в первый полупериод и в замкнутым — во второй.

Тиристорный регулятор напряжения генератора применяется для стабилизации разности потенциалов машинных генераторов с повышенной частотой на заданном уровне в случае изменения величины и характера нагрузки. Использование регуляторов напряжения генераторов позволяет повысить качество управления, а также стабилизировать напряжение, что приводит к повышению стабильности технологии.

Существует еще один тип устройства — цифровой регулятор напряжения. Он строится по одноканальному принципу. Содержит вентильный преобразователь, датчик напряжения, нагрузку, прибор эталонного интервала, схему сравнения, устройство управления. Такой регулятор напряжения может использоваться для регулировки давления в вентиляционных системах, где есть зависимость от температуры.

Реферат — Тиристоры. Регуляторы мощности и управляемые выпрямители на тиристорах

реферат

Читать курсовая по электротехнике: «Тиристоры. Регуляторы мощности и управляемые выпрямители на тиристорах»

Регуляторы напряжения

6.5. Тиристорные регуляторы напряжения

7. Логические элементы

Достоинства логических элементов.

Недостатки логических элементов.

Устройство и принцип действия тиристорного регулятора / Статьи и обзоры / Элек.ру

Тиристорный регулятор напряжения: описание, назначение

Добавить комментарий Отменить ответ