2 Описание лабораторной установки

В лабораторной работе используется стенд ЭС16, содержащий выпрямитель на тиристорах и систему импульсно-фазового управления. Принципиальная электрическая схема стенда приведена на рисунке 1.

Выпрямитель собран на тиристорах VS1 и VS2 по однофазной двухполупериодной схеме с нулевым выводом. Катоды тиристоров объединены в общую точку, а аноды присоединены к концам вторичных обмоток трансформатора, которые на схеме представлены источниками напряжения u_2-1 и u_2-2. В качестве нагрузки используются резистор R_Н и катушка L_Н, включенные между нулевым выводом трансформатора и катодами тиристоров.

Система импульсно-фазового управления тиристорами - одноканальная с горизонтальным способом изменения фазы импульсов. Она включает в себя фазосдвигающее устройство и два усилителя-формирователя импульсов.

Фазосдвигающее устройство представляет собой статический мостовой фазовращатель, образованный двумя вторичными обмотками трансформатора с синхронизирующими напряжениями u_СИН.1 и u_СИН.2, и цепью R_Ф С1. Фазонесущее напряжение снимается с диагонали ab. В ФСУ одновременно осуществляется распределение импульсов. На рисунке 2 построена круговая диаграмма фазонесущего напряжения u_ФН, действующего в диагонали моста ab, при изменении сопротивления резистора R_Ф от 0 до . Как видно, фаза напряжения u_ФН может изменяться в пределах от 0^О до 180^О. При включении нагрузки в диагональ моста этот диапазон несколько сужается. На рисунке 2 также показаны волновые диаграммы фазонесущего напряжения при изменении R_Ф.

Рисунок 1 - Принципиальная схема управляемого выпрямителя

Рисунок 2 - Регулирование фазы с помощью статического фазовращателя

Усилители-формирователи управляющих импульсов тока содержат ключевые каскады на транзисторах VT1 и VT2, дифференцирующие цепи R5 C2 и R6 C3, диодные ограничители VD1...VD4. На рисунке 3 приведены диаграммы токов и напряжений СИФУ и схемы выпрямления при работе на чисто активную нагрузку в установившемся режиме. В начальный момент времени, когда t = 0, фазонесущее напряжение u_ФН < 0. Транзистор VT2 находится в режиме отсечки, т.к. в цепи его базы отсутствует ток i_б2. Разность потенциалов между коллектором и эмиттером u_КЭ2 приблизительно равна Е, что обеспечивает заряд конденсатора С3 по цепи: +Е, R6, С3, R4, -Е. При этом его левая обкладка получает отрицательный потенциал, а правая - положительный. В цепи базы VT1 протекает ток i_б1, поэтому он находится в режиме насыщения, когда разность потенциалов между его коллектором и эмиттером u_КЭ1 близка к нулю. Конденсатор С2 разряжен, т.к. его левая обкладка через открытый транзистор VT1 оказывается соединенной с нижним по схеме выводом резистора R5. Тиристоры VS1 и VS2 закрыты. Когда фазонесущее напряжение u_ФН переходит через ноль из области отрицательных значений в положительные, на базе VT2 относительно эмиттера появляется отрицательный потенциал. В результате начинает протекать ток базы i_б2, и транзистор VT2 переходит из режима отсечки в насыщение. Напряжение u_кэ2 скачком повышается от  -E до нуля, и отрицательная обкладка конденсатора С3 через открытый транзистор VT2 оказывается соединенной с верхним по схеме выводом резистора R6 и с катодами тиристоров. Положительная обкладка С3 соединена с нижним выводом R6 и с управляющим электродом тиристора VS1. В процессе разряда С3 через управляющий переход тиристора протекает импульс тока i_у1. Т.к. потенциал u_2-1, действующий на аноде тиристора относительно нулевого вывода, в это время проходит положительную полуволну, то VS1 откроется и будет пропускать ток через нагрузку.

Рисунок 3 - Диаграммы токов и напряжений регулируемого выпрямителя

В это же время на базе транзистора VT1 относительно эмиттера начинает действовать положительный потенциал, величина которого ограничивается падением напряжения на открытом диоде VD1. Протекание тока i_б1 в цепи базы прекращается, и транзистор переходит из насыщения в режим отсечки. Конденсатор С2 заряжается по цепи: +E, R5, C2, R3. При этом его левая обкладка получает отрицательный потенциал, а правая - положительный. На резисторе R5 появляется отрицательный импульс напряжения, который “срезается” диодом VD3. Таким образом в конце этого цикла работа конденсатор С2 окажется заряженным до величины, близкой Е, а конденсатор С3 будет разряжен до нуля.

Когда фазонесущее напряжение u_ФН перейдет через ноль из области положительных значений в отрицательные, на базе VT1 относительно эмиттера появится отрицательный потенциал, а на базе VT2 - положительный. В цепи базы VT1 появится ток i_б1, и транзистор перейдет в насыщение. В результате разряда С2 в цепи управления тиристора VS2 появится импульс тока i_у2. Т.к. теперь потенциал u_2-2, действующий на аноде тиристора, проходит положительную полуволну, то VS2 откроется, пропуская ток через нагрузку.

Одновременно на базе транзистора VT2 относительно эмиттера начинает действовать положительный потенциал, величина которого ограничивается падением напряжения на открытом диоде VD2. Протекание тока i_б2 в цепи базы прекращается, и транзистор переходит из насыщения в режим отсечки, обеспечивая заряд конденсатора С3. Отрицательный импульс напряжения, который появляется на резисторе R6, “срезается” диодом VD4. В конце этого цикла работа конденсатор С3 окажется заряженным до величины, близкой Е, а конденсатор С2 будет разряжен до нуля, т.е. схема вернется в исходное состояние, которое она имела при t = 0.

Для измерений тока и напряжения на нагрузке используются приборы, установленные на стенде ЭС16. Наблюдение формы кривых напряжений и токов в СИФУ и на выходе выпрямителя осуществляют с помощью осциллографа С2-118А.