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晶闸管整流

Overview

资料来源: Bazzi, 康涅狄格州大学电气工程系, 斯托斯, CT。

类似于二极管, 晶闸管, 也称为可控硅整流器 (中心), 从一个方向通过电流从阳极到阴极, 并阻止电流流向另一个方向。然而, 电流通道可以通过一个 "门" 终端来控制, 这需要一个小电流脉冲来打开晶闸管, 这样它就可以开始传导了。

晶闸管是四层装置, 由 n 型和 p 型材料交替层组成, 从而形成具有三个结点的 PNPN 结构。晶闸管有三端子;当阳极与 PNPN 结构的 p 型材料连接时, 阴极与 n 型层相连接, 而栅极连接到离阴极最近的 p 型层。

本实验的目的是研究在不同条件下可控晶闸管的半波整流器, 了解栅极脉冲的不同定时对直流输出电压的影响。

Principles

除了具有栅极脉冲触发传导过程的条件外, 晶闸管只在与二极管相同的条件下导电。例如, 如果交流电源与可控硅和电阻负载串联, 则源的正半循环不足以向晶闸管转发偏置;在应用栅极脉冲之前, 晶闸管将保持反向偏置或关闭。然后, 它将开始进行在这半周期。因此, 晶闸管有三端子、阳极 (A)、阴极 (K) 和栅极 (G)。栅极脉冲由驱动电流进入栅极的 "栅极驱动" 电路产生。交流源零过闸脉冲指令之间的延迟称为 "发射角", 它是一个电角。

图1显示了一个简单的半波晶闸管整流电路与脉冲产生电路 (r1, R2, D1, D2,C), 产生电流脉冲在晶闸管的大门。当脉冲是可用的, 并在一个发射角 "发射" 在一定的延迟周期, 从输入电压的零交点的V在中, 晶闸管就像二极管一样在一个方向传递电流。一旦电流到零, 栅极脉冲不可用, 晶闸管将保持关闭, 直到电流再次为正值, 并发射栅极脉冲。

在本实验中, 我们将研究在不同点火角度下可控晶闸管的半波整流器。对不同角度的平均输出电压进行了比较, 研究了控制交变时间对平均直流输出功率的影响。

Figure 1
图 1: 具有可控硅和电阻负载的半波整流器。

Procedure

注意: 在这个实验中, 不要在通电时触摸电路的任何部分。不要磨调压器。

在本实验中, 以60赫兹和峰值35伏的低频变量变压器 (调压器) 作为主交流源。

1. 设置

  1. 启动前, 将差分探头连接到一个作用域通道。
    1. 将差分探头上的按钮设置为 1/20 (或 20X) 衰减。
  2. 在 "范围" 通道菜单上, 将探头设置为 10X, 除非有差分探头可用20X。如果选择了 10X, 请手动将任何测量或结果乘以2以达到所需的20X。
  3. 要设置调压器, 请确保调压器输出 (看起来像一个常规的插座) 没有连接到任何电缆。
    1. 保持调压器关闭, 并确保其旋钮设置为零。
    2. 慢慢调整调压器旋钮到大约15% 输出。
  4. 在将差分探头连接到电路之前, 将探头的端子系在一起, 并在屏幕上调整其测量波形, 以显示零偏移电压。
  5. 将输出电缆连接到调压器, 并将差分电压探头穿过调压器输出的香蕉插头。
    1. 打开调压器。
    2. 略调调压器达到35V 峰值。
  6. 在中采用 V的副本以供引用。显示两到五基本周期。
  7. 把调压器关了不要调整其旋钮设置为其余的实验。

2. 具有电阻负载和零点火角的半波整流可控硅电路

  1. 主要整流元件是 SCR (S), 这是一个 TYN058。负载电阻器 (R) 为51Ω。SCR 控制电路封装在图1的虚线框中。
  2. 控制电路使用二极管 (1N4004), 一个1ω电阻器 (R1), 一个手动改变的控制电阻 (R2), 和一个陶瓷 (无极性) 1 µF 电容器 (C)。
    1. 确保 SCR 和二极管极性正确无误。在二极管上的破折号是在阴极, 而 SCR 引脚分配显示在图2。
  3. 在原始板上, 构建图1所示的电路。使用短路而不是R2
  4. 将差分电压探头横跨负载电阻器, 以观察输出电压, V
  5. 打开调压器。
  6. 调整作用域上的时间基准, 以便在为 v所捕获的相同数量的基本周期显示V 。制作波形的拷贝。
    1. 测量平均值或平均值V
    2. 在 scr 关闭点和下一个 scr 转接点之间进行放大。使用作用域游标测量时差。制作波形的副本。
  7. 将差分探头连接和其他电路连接保持在下一部分。
  8. 关掉调压器不要更改调压器电压设置。

Figure 2
图 2: SCR 的 Pin 分配.

3. 具有电阻负载和非零点火角的半波整流可控硅电路

将使用两个不同的电阻器作为R2。值应介于100和1000Ω之间。电阻可以读取电阻颜色代码, 或者用数字万用表进行测量。

  1. 角度设置 #1 (小R2)
    1. 移除以前使用过的短路, 而不是R2
    2. 连接R2的小电阻值。
    3. 打开调压器。
    4. 调整作用域上的时间基准, 以便在为 v所捕获的相同数量的基本周期显示V 。制作波形的拷贝。
    5. 测量平均值或平均值V
    6. 在 scr 关闭点和下一个 scr 转接点之间进行放大。使用作用域游标测量时差。制作波形的副本。
    7. 将差分探头连接和其他电路连接保持在下一部分。
    8. 关掉调压器不要拆卸电路或改变调压器电压设置。
  2. 角度设置 #2 (小R2)
    1. 用较大的值电阻替换R2
    2. 打开调压器。
    3. 调整作用域上的时间基准, 以便在为 v所捕获的相同数量的基本周期显示V 。制作波形的拷贝。
    4. 测量平均值或平均值V
    5. 在 scr 关闭点和下一个 scr 转接点之间进行放大。使用作用域游标测量时差。制作波形的副本。平均值应该是这个等式的预期值:
      <V> =v0[1 + cos (α)]/(2π) (1)
      这是略少于一半的峰值电压的输入。
    6. 关掉调压器拆卸电路并将调压器设置返回零。

Results

交流输入电压波形被切至点火角度。不同的 SCR 整流器的平均输出电压和发射角的重要关系在 = V0 cos (ωt) 输入 V是:

·单可控硅和 R 负载: <V> =v0[1 + cos (α)]/(2π) (2)

·可控桥和 R 负载: <v> = v0[1 + cos (α)]/π (3)

· SCR 电桥, 电流源负载: <v> = 2v0 cos (α)/π (4)

随着点火角的增加, 输出电压的平均值或直流电压随电阻负载的输出波形是一个斩波的输入版本。

Application and Summary

SCR 是常见的老式直流电源, 需要一个可变的直流输出电压从 AC 输入。通过在上述电路中调整电阻R2 , 可以调整平均V, 从而调节直流电源的结果。中心在直流电源中不常见, 因为它们在输入线频率 (通常为50或60赫兹), 和新的电源开关在十年代或100s 的赫, 使过滤输出电压, 提取直流分量更容易与较小的电容器然而, 中心在高压逆变器中仍然普遍存在, 因为在市场上有许多高电压和高电流可控硅可供选择, 因此在线路频率下开关频率较低。

Tags

ThyristorSilicon Controlled RectifierSCRLight DimmersMotor Speed ControllersVoltage RegulatorsDiodeAnodeCathodeGateCurrent FlowLatching ThresholdRectifyAC PowerPNPN StructureCircuitLoad

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0:06

Overview

1:19

Principles of the Thyristor Rectifier

3:36

Equipment Setup

5:45

Half-Wave Rectifier Thyristor Circuit with Zero Firing Angle

7:01

Half-Wave Rectifier Thyristor Circuit with Non-zero Firing Angle

8:29

Results

9:06

Applications

10:08

Summary

此集合中的视频:

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