Вольтамперная характеристика тиристора

Рисунок 3.4.3. Вольтамперная характеристика тиристора.

Если в любой схеме выпрямителя заменить диоды тиристорами и в нужные моменты времени подавать на их управляющие электроды сигналы, то получим управляемый выпрямитель. Рассмотрим работу наиболее простого однофазного однополупериодного управляемого выпрямителя. Его схема представлена на рис.3.4.4 при разомкнутом переключателе SA1.

Рисунок 3.4.4

Выпрямитель питается от трансформатора TV напряжением U2b к которому подключены последовательно соединенные тиристор VS2 и нагрузка RH. Блок СИФУ позволяет сдвигать управляющий импульс Uу2 по отношению к анодному напряжению на угол α=0…180 эл. град и таким образом регулировать величину анодного тока тиристора от максимального значения до нуля, а, следовательно, и постоянную составляющею напряжения на нагрузке Udα от максимального значения Ud до нуля. Принцип работы выпрямителя поясняют временн҆ые диаграммы напряжений в зависимости от заданных углов управления (0, 90, и 180) при которых отпираются тиристоры. Диаграммы представлены на рис. 3.4.5.

Рисунок 3.4.5

Включением переключателя SA1 получаем схему однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя с нулевой точкой. В ней СИФУ кроме импульсов Uу2 подает импульсы Uу1, сдвинутые относительно Uу2 на 180 эл. град, на тиристор VS1. В этом случае напряжение на нагрузке будет в два раза больше по сравнению с напряжением однополупериодного выпрямителя.

При плавном изменении угла α будет изменяться время работы (открытия) тиристоров и соответственно величина выпрямленного напряжения, среднее значение которого определяется выражением:

Udα =Ud* ,

где Ud — напряжение холостого хода выпрямителя при α = 0.

Зависимость среднего значения выпрямленного напряжения в цепи нагрузки от угла управления Udα=f(α) называется регулировочной характеристикой. На рис. 15.3 приведена регулировочная характеристика рассматриваемой схемы для случая чисто активной нагрузки:

Рисунок 3.4.6

При увеличении тока нагрузки Idα среднее значение выпрямленного напряжения Udα будет уменьшаться из-за увеличения падения напряжения на активном сопротивлении обмоток трансформатора и открытом тиристоре. Зависимость Udα=f(Idα) называется внешней характеристикой управляемого выпрямителя. Вследствие того, что потери напряжения в выпрямителе не зависят от угла управления, внешние характеристики управляемого выпрямителя при различных углах α имеют постоянный наклон (рис. 3.4.7).

Рисунок 3.4.7

4. Порядок выполнения работы

При исследовании управляемого выпрямителя используется двухлучевой осциллограф, мультиметры в режиме измерения тока и напряжения и вольтметр магнитоэлектрической системы. Подготовить приборы к работе установив нужные пределы измерения и режимов работы осцилографа, подключить их к схеме модуля.

Установить на СИФУ регулятор угла управления α в крайнее левое положение, а нагрузку RH – в среднее положение. Включить тумблер "Питание", при этом загорается светодиод.

4.1. Исследование работы схемы однополупериодного управляемого
выпрямителя при активной нагрузке.

Отключить переключатель SA1. Для значений угла управления α = 0, а затем α=90 и α=180 измерить вольтметром магнитоэлектрической системы среднее значение выпрямленного напряжения U da и записать их на временные диаграммы.

4.1.1.  Подключить первый канал осциллографа к среднему и правому выводам вторичной обмотки трансформатора причем общий провод соединить со средней точкой обмотки. Получить устойчивое изображение сигнала напряжения питания силовой части схемы u2b.

4.1.2.  Вместо амперметра установить перемычку. Подключить к ней общий провод второго канала осциллографа, а его сигнальный провод соединить с нижним (по схеме) выводом нагрузки RH. Получить устойчивое изображение напряжения на нагрузке udα. Зарисовать (сфотографировать) осциллограммы напряжений питания u2b и напряжения на нагрузке udα.

4.1.3.  Подключить общие провода первого и второго каналов осциллографа к катоду тиристора VS2. Сигнальный провод первого канала соединить с верхним (по схеме) выводом нагрузки RH. Сигнальный провод второго канала подключить к управляющему электроду тиристора VS2. Зарисовать (сфотографировать) осциллограммы напряжения на нагрузке udα и на управляющем электроде тиристора Uy2.

Пункты 4.1.1, 4.1.2 и 4.1.3 выполнить для углов управления 0, 90 и 180 эл. град. При снятии осциллограмм должна быть нажата клавиша осциллографа "~ " и клавиша "От сети" синхронизации развертки. Все осциллограммы необходимо рисовать в одном масштабе, совместив их все по оси времени, с указанием масштаба.

4.2. Снять и построить регулировочную характеристику Udα=f(α) двухполупериодного управляемого выпрямителя при минимальной нагрузке (наибольшем значении сопротивлении RH). Для этого установить переключатель SA2 в положение 1, переключатель SA1 включить, подключить осциллограф параллельно нагрузке и получить на экране устойчивое изображение. Определить масштаб длительности в угловых единицах по формуле:

тα = 180°/nr,

где пr — число делений по горизонтали на экране осциллографа, соответствующее половине периода, то есть углу 180°.

Вращая регулятор α, поочередно установить углы управления тиристором равными 0, 45, 90, 135 и 180 эл. град, которые соответствуют количеству клеточек горизонтальной оси х экрана осциллографа: n0=0/mα. n45=45/ mα. n90=90/ mα. n135=135/ mα и n180=180/ mα (их рассчитать). Для каждого угла измерять вольтметром магнитоэлектрической системы напряжение на нагрузке Uda. Количество клеточек и соответствующее напряжение на нагрузке Udа занести в табл. 3.4.2.

Таблица 3.4.2

Пример установки заданого угла управления

Рисунок 3.4.8

4.3.  Снять и построить внешние характеристики Uda=f(Idα) однополупериодного и двухполупериодного управляемого выпрямителя при значениях угла управления α = 0 и α=90. Для этого установить регулятором СИФУ по осциллографу соответствующее значение α и, изменяя переключателем SA2 значение сопротивления нагрузки RH от максимального значения до минимального, измерить и занести 3 точки характеристики для однополупериодного выпрямителя (переключатель SA1 отключен) в табл.3.4.3 и для двухполупериодного выпрямителя (переключатель SA1 включен) в табл.3.4.4. По данным таблиц построить графики.

Таблица 3.4.3 — однополупериодный выпрямитель