4. Устройство и работа лабораторного стенда и его составных частей

4.1. Устройство лабораторного стенда

4.1.1. Стенд представляет собой однофазный тиристорный регулятор переменного напряжения с системой управления, выполненной на интегральных микросхемах, обеспечивающих плавное изменение выходного напряжения по принципу фазо-импульсного и широтно-импульсного регулирования в зависимости от величины входного (заданного) сигнала управления. Позволяет снять нагрузочные и регулировочные характеристики тиристорного регулятора переменного напряжения в режиме фазо-импульсного управления (ФИУ) и широтно-импульсного управления (ШИУ).

4.1.2. Подключение к однофазной питающей сети осуществляется автоматическим выключателем QF.

4.2 Однофазный силовой блок (осб)

Принципиальная схема ОСБ приведена на рис.41.22. Он состоит из:

• встречно-параллельно включенных тиристоров VS1 и VS2.

• однофазного силового трансформатора TV.

Тиристоры VS1 и VS2 могут быть подключены к первичной обмотке трансформатора TV через нормально закрытый контакт магнитного пускателя КМ, а через нормально открытый контакт – к нагрузке .

4.3 Система импульсного управления

Электрическая структурная схема приведена на рис.41.23.

Расшифровка условных обозначений, принятых в описании структурной схемы системы управления:

ФСН – фильтр синхронизирующего напряжения;

СФСИ – схема формирования синхронизирующих импульсов;

ГПН – генератор пилообразного напряжения;

ДЭЗН – датчик экстремального значения напряжения;

НО1, НО2 – нуль-органы;

Рис.41.22. Однофазный силовой блок.

Схема электрическая принципиальная

ФИ – формирователь импульсов;

ГСН – генератор ступенчатого напряжения;

Тг – триггер;

ГВЧИ – управляемый генератор высокочастотных импульсов;

НЕ, НЕ1, НЕ2 – инверторы импульсов;

РИ – распределитель импульсов.

Выбор режима работы производится переключателем SA2 «СИФУ» – «СИШУ».

Рис.41.23. Система импульсного управления.

Схема электрическая структурная

4.3.1 Панель системы импульсно- фазового управления (сифу)

Структурная схема панели СИФУ приведена на рис.41.24. Она состоит из фильтра, синхронизирующего напряжение (ФСН), схемы формирования синхронных импульсов (СФСИ), генератора пилообразного напряжения (ГПН), нуль-органа (НО), логического элемента НЕ, триггера (RS-триггер), управляемого генератора высокочастотных импульсов (ГВЧИ), распределителя импульсов (РИ) и усилителей импульсов (УИ1, УИ2).

Рис.41.24. Панель системы импульсно-фазового управления.

Схема электрическая структурная

Напряжение синхронизации поступает на вход ФСН. С выхода ФСН сигнал поступает на вход схемы формирователя синхронных импульсов СФСИ. В момент перехода синхронизирующего напряжения (моменты времени₁, ₃, ₅) через нуль на третьем выходе 3 формирователя формируются импульсы положительной полярности (U_СФСИ). Частота следования импульсов равна удвоенной частоте напряжения сети (рис.41.25). Одновременно с этим на двух других выходах ФСИ (выходы 1 и 2) формируются прямоугольные импульсы, совпадающие с положительными и отрицательными полуволнами синусоиды напряжения питающей сети (моменты времени ₁ – ₃ и ₃ – ₅ ), которые поступают на разные входы схемы распределителя импульсов РИ.

Рис.41.25 Временные диаграммы

Импульсы положительной полярности поступают на вход ГПН и на один из двух входов триггера Тг. В результате на выходе генератора ГПН формируется «пила» положительной полярности, длительность которой составляет не менее 170 эл. град. С выхода ГПН пилообразное напряжение поступает на один из двух входов НО, на второй вход которого подается напряжение задания . Нуль-орган НО выполнен на операционном усилителе без обратной связи. Напряжение «пилы» и напряжение заданияимеют одинаковую полярность, но так как они подаются на разные входы НО, то на выходе НО в момент превышения «пилы» над напряжением задания формируется прямоугольный импульс (момент₂), длительность которого может изменяться от нуля до 170 эл. град. (наибольшая длительность импульса равна длительности «пилы»).

На выходе НО включен RS-триггер, обеспечивающий работоспособность схемы в случае кратковременного исчезновения напряжения и при его искажениях (провалы, всплески). С выхода RS-триггера импульс поступает на вход схемы распределителя импульсов РИ, один из четырех входов которого подключен к выходу генератора высокочастотных импульсов ГВЧИ. ГВЧИ используется для частотного заполнения импульсов положительной полярности с выхода RS-триггера.

Усилители УИ1 и УИ2 усиливают эти импульсы, которые поступают на управляющие электроды силовых тиристоров VS1 и VS2 (рис.41.22). Фильтр сетевого напряжения выполнен на R1, R2 и C1 (рис. 41.26).

Схема на операционном усилителе DA1 позволяет получить синхроимпульсы, совпадающие по фазе с напряжением синхронизации.

Схема формирования синхроимпульсов выполнена на транзисторах VT1- VT4 и логических элементах 2И-НЕ DD1.1 и DD1.2.

Генератор пилообразного напряжения ГПН выполнен на элементе DA2 с конденсатором С5, включенным в цепь отрицательной обратной связи, и коммутирующим транзистором VT5. В момент прихода синхронизирующего импульса открывается транзистор VT5, и конденсатор С5 заряжается до напряжения равного выходному напряжению усилителя DA2 (8-10В). Когда транзистор VT5 закрывается, начинается перезарядка конденсатора С5.

Длительность перезаряда конденсатора определяется уставкой подстроечного резистора R12 и величиной резистора R13. Длительность «пилы» составляет не менее 170 эл. град. (то есть наибольшая длительность импульсов равна длительности «пилы»).

Нуль-орган выполнен на элементе DA3 без обратной связи. К выходу DA3 подключен RS- триггер, выполненный на логических элементах DD3.2 и DD3.3, который обеспечивает работоспособность схемы в случае кратковременного исчезновения напряжения управления и при его искажениях (провалы, всплески).

С триггера импульс поступает на вход распределителя импульсов, выполненного на логических элементах «4И» DD4.1 и DD4.2, на объединенные входы 2,12 которых подключается сигнал от генератора частоты, выполненного на элементах DD2.1, DD2.2 и DD2.3, конденсаторе С8, резисторах R19, R20 и диоде VD1. Генератор используется в схеме для частотного заполнения импульса, частота генератора 3 кГц.