Описание лабораторной установки

Лабораторная работа выполняется на стенде «Основы электроники» (моноблочный вариант). На рис. 4.5 приведена электрическая схема эксперимента, а на рис. 4.6 – монтажная схема.

Рис. 4.5. Электрическая схема эксперимента

Для проведения лабораторной работы используется оборудование стенда (см. рис. 4.6): модуль «Источник питания», модуль измерительных приборов, модуль «Диоды и тиристоры», потенциометр RP2 с токоограничительным сопротивлением R2 = 1 кОм, модуль «СИФУ» и осциллограф. В качестве нагрузки используется регулируемый потенциометр R_н.

Источник питания предназначен для подачи на схему управляемого выпрямителя переменного напряжения питания U₂ = 12 В. Постоянное напряжение «+12 В» запитывает систему импульсно-фазового управления (СИФУ). С помощью потенциометра RP2 регулируется формируемый СИФУ угол фазового сдвига α последовательности импульсов, поступающих на управляющий электрод тиристора VS1, и определяющий момент открытия тиристора. Стрелочный миллиамперметр «mA» с пределом измерения «100 мА» используется для измерения выпрямленного тока I_d через нагрузку, цифровой вольтметр PV1 в режиме измерения постоянного напряжения измеряет среднее значение выпрямленного напряжения U_dα на выходе схемы выпрямления. Вольтметр PV2 используется для измерения питания «~ 12 В».

В исследуемом выпрямителе в качестве управляемого электронного ключа используется тиристор, представляющий собой четырехслойный полупроводниковый прибор с тремя выводами: анодный вывод, катодный вывод и вывод управляющего электрода. Перевод такого прибора в проводящее состояние осуществляется при одновременном выполнении двух условий: наличии прямого напряжения и наличии управляющего сигнала.

Расчетное задание

4.1. Изучить темы курса "Тиристоры" и "Управляемые выпрямители" и содержание данной работы. Подготовить ответы на все контрольные вопросы.

4.2. Расчет однофазного однополупериодного управляемого выпрямителя

4.2.1. Начертить схему выпрямителя, показав силовой трансформатор, тиристор, нагрузку, схему СИФУ.

4.2.2. Произвести расчёт основных параметров управляемого выпрямителя, приняв действующее значение напряжения питания U₂=12В, а сопротивление нагрузки R_d=100 Ом. По формулам табл. 4.1 определить средние значения выпрямленного напряжения U_d0 и тока I_d0 при α = 0, средние значения U_dα и I_dα при α, заданном в табл. 4.2, максимальные значения прямого U_аmax и обратного U_вmax напряжений. Полученные значения занести в табл. 4.3.

4.2.3. Рассчитать и построить внешние характеристики U_dα =F(I_dα) управляемого выпрямителя при α = 0 и при α = α_i, заданном в табл. 4.2.

Внешняя характеристика рассчитывается по уравнению

U_dα = U_dαix - R_трI_d – U_пр,

где U_пр = 1В – падение напряжения на открытом тиристоре,

R_тр = 10 Ом – активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора,

U_dαix – среднее значение выпрямленного напряжения на холостом ходу при заданном угле α_i.

Расчёт выполняется по данным табл.4.3.

Внешняя характеристика строится по двум точкам, характеризующим два режима работы:

1. Режим холостого хода

а) α = 0, I_dα = 0, U_dα = U_d0 = 0,45 U₂.

б) α = α_i, I_d= 0, U_dαix = U_{d0 .}

2. Режим нагрузки.

а) α = 0, I_dα = ; U_dα = U_d0 - R_трI_dα – U_пр,

б) α = α_i, I_dαi = ; U_dαi = U_dαix - R_трI_dαi – U_пр.

Таблица 4.1

Схема	Расчетные соотношения параметров
U2/Ud0	Uda	Ubmax/U2	Uamax/ U2	Ia / Id
Однополупериодная Нулевая	2,22 1,11				0,5

Таблица 4.2

Таблица 4.3

4.3. Расчет однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя с нулевым выводом

4.3.1. Начертить схему выпрямителя, показав силовой трансформатор, блок тиристоров, нагрузку, схему СИФУ.

4.3.2. Определить по формулам табл. 4.1 при U_2a=U_2b=12 В среднее значение выпрямленного напряжения U_d0, среднее значение тока I_d0 тиристора при α = 0 и сопротивлении нагрузки R_d = 100 Ом; средние значения U_dα и I_dα при α, заданном в табл. 4.2, максимальные значения обратного и прямого напряжений U_{b max} и U_{a max}.

Полученные значения занести в таблицу 4.4.

Таблица 4.4

4.3.3. Построить по результатам расчета п. 4.3.2, совместив по оси времени, временные диаграммы напряжений на вторичной стороне трансформатора u_2a и u_2b, напряжений u_y1 и u_y2 на управляющих электродах тиристора, выпрямленного напряжения u_da и напряжения u_v2 на тиристоре VS2 при угле a, заданном в табл. 4.2. Нанести на временных диаграммах уровень среднего значения U_da.

4.3.4. Рассчитать и построить регулировочную характеристику U_da=ƒ(a) для активной нагрузки при U₂=12 В.