Лабораторная работа №1. Исследование характеристик тиристорного контактора переменного тока.

Введение

В настоящем времени, ведущими российскими и зарубежными предприятиями по промышленному выпуску и новейшим разработкам элементной базы силовой электроники, освоен широкий спектр силовых полупроводниковых приборов. К «силовым» приборам условно относят приборы с максимально допустимыми значениями среднего тока свыше 10А или импульсным током свыше 100А.

По принципу действия силовые полупроводниковые приборы (СПП) следует разделить на три основные группы: диоды, транзисторы и тиристоры. В каждой из этих групп существует своя классификация по рабочей частоте, величине коммутируемой мощности, принципам управляемости [1], что определяет область их применения в силовой электроэнергетике и электротехнике.

Начало силовой полупроводниковой электроники относится к 1957 году, когда советскими и зарубежными учеными были практически реализованы к промышленному производству силовые диоды и тиристоры. Названые приборы были доминирующими в создаваемых на СПП устройствах (преобразователях, электроприводах, бесконтактной аппаратуре и многих других) до так называемой второй электронной революции (конец 80-х – начало 90-х годов), когда появился биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) [2]. В отличии от тиристора – прибора переходящего из запертого в проводящее состояние при помощи управляющего сигнала в цепи управления при положительном анодном напряжении, но не выключающимся сигналом управления, IGBT – полностью управляемый прибор. Кроме способности к управляемому запиранию IGBT способен работать на очень высоких рабочих частотах (до 20 кГц) в отличии от тиристора (1,5 кГц). Прибор IGBT является безусловным конкурентом традиционного тиристора по ряду эксплуатационных показателей (высокое быстродействие, малые коммутационные потери, затраты энергии в цепи управления при включении/выключении). Однако по ряду рабочих параметров (максимальный средний ток, напряжение в открытом и закрытом состоянии), включая к тому же большой опыт практического применения и значительно более низкую стоимость приборов относительно IGBT (примерно в 5 раз), традиционные СПП будут уверенно занимать свою область применения еще значительное время [3]. Это объясняет построение лабораторных работ по исследованию контакторов переменного и постоянного тока на основе тиристора.

 

Оглавление

Введение

Работа №1. Исследование характеристик тиристорного контактора переменного тока.

1. Цель работы

2.Теоретическая часть

3.Программа работы

4.Тесты

Работа №2. Исследование характеристик тиристорного контактора постоянного тока.

1. Цель работы

2. Теоретическая часть

3. Программа работы

Тесты

Приложение 1. Статическая характеристика и параметры тиристора.

Приложение 2. Инструкция по технике безопасности

Библиографический список

 

Лабораторная работа №1. Исследование характеристик тиристорного контактора переменного тока.

1. Цель работы – изучить принцип работы коммутирующих тиристорных устройств в цепях переменного тока, а также исследовать характеристики контактора при фазовом управлении.

Теоретическая часть

На основе силовых полупроводниковых приборов (СПП) созданы электрические аппараты постоянного и переменного тока различного назначения: контакторы, пускатели, автоматические выключатели, регуляторы тока и напряжения и др. По многим характеристика они превосходят свои контактные аналоги. В частности, полупроводниковые аппараты имеют значительно более высокое быстродействие. Вследствие отсутствия подвижных частей и дуговых явлений им присущи относительно низкие эксплуатационные расходы и повышенных коммутационный ресурс. Отсутствуют также такие явления, как дребезг и сваривание контактов, характерные для электромеханических аппаратов. Все это обусловило широкое использование полупроводниковых аппаратов в автоматизированном электроприводе, сетях электроснабжения, системах автоматизации производственных процессов.

Коммутационные устройства переменного тока на основе СПП могут быть выполнены по различным схемам. Некоторые из них, наиболее часто применяемые в практике, приведены на рис. 1.

Рис. 1 Принципиальные схемы полупроводниковых аппаратов переменного тока

Первая схема (рис. 1, а) является основным вариантом исполнения силового блока коммутирующих аппаратов переменного тока. В ней используются два встречно-параллельно соединенных тиристора, каждый из которых может проводить ток лишь в одном направлении. Поочередное включение тиристоров в соответствии с изменением полярности напряжения сети обеспечивает прохождение синусоидального тока в нагрузке.

В конце каждого полупериода при снижении мгновенного значения тока нагрузки до величины, называемой током удержания, тиристор выключается. Очевидно, что для поддержания аппарата во включенном состоянии на входы тиристоров периодически, со сдвигом 180 градусов, должны подаваться импульсы напряжения, синхронизированные с напряжением сети или током в нагрузке. Эту функцию выполняет блок управления контактора (БУ). Также с помощью БУ можно осуществить задержку выдачи управляющих импульсов на тиристоры на некоторый угол α по отношению к нулевому значению питающего напряжения (рис. 2). Тиристоры в этом случае будут находиться во включенном состоянии лишь часть полупериода, называемою углом проводимости β. Изменением угла задержки включения, что соответствует изменению угла проводимости тиристоров, обеспечивается регулирование в нагрузке средних значений тока и напряжения. В результате, кроме выполнения функций коммутирования цепей, тиристорный контактор переменного тока способен осуществить регулирование напряжения и тока.

Коммутирующие устройства, выполненные по схемам рис. 1, б, в, сочетают в себе тиристоры и диоды. По принципу действия и выполняемым функциям они аналогичны рассмотренному выше устройству. Однако такое построение силовых блоков позволяет существенно упростить систему управления ими (БУ), так как в обоих случаях требуется лишь один источник управляющих импульсов. В работе используется схема, приведенная на рис. 1 в. Полная схема лабораторной установки приведена на рис. 3.

^{Рис. 3. Схема лабораторной установки}

Зависимость среднего тока через тиристор определяется по формуле:

 

Зависимость действующего тока через тиристор определяется по формуле:

 

α - угол задержки включения тиристоров;

U - действующее значение напряжения сети;

R_н - нагрузка контактора;

Зависимость действующего тока и напряжения в нагрузке при различных углах проводимости рассчитываются соответственно по формулам:

 

 

U_m - амплитудное значение напряжения;

При активно-индуктивной нагрузке форма тока в цепи не повторяет форму напряжения, так как возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая нарастанию и спаданию тока. Поэтому ток через тиристор протекает в течение некоторого времени после изменения знака питающего напряжения.

Закон изменения тока тиристора, проводящего в положительный полупериод, можно получить, решив дифференциальное уравнение

 

Это уравнение справедливо в интервале α≤ϑ≤α_выкл, вне которого i_H=0 (α_выкл – угол выключения тиристора).

Решение для тока

 

Где φ=arctg(ωL_H/R_H);

τ_H=L_H/R_H;

 

А - постоянная интегрирования, которая определяется из условия, что при ϑ=α, i_H=0.

Выражение для тока нагрузки, а следовательно и для тока тиристора

 

Угол выключения тиристора α_выкл может быть определен из трансцендентного уравнения

 

которое получается из уравнения приведенного выше, при условии i=0 при ϑ=α_выкл=α+β. Результаты решения представлены на рис. 4.

Рис. 4 Связь угла управления с углом выключения при активно-индуктивной нагрузке

При α=φ свободная составляющая тока не возникает, и ток определяется только принужденной составляющей. Этот угол управления называется критическим α_кр, т.к. конец импульса тока через один тиристор совпадает с началом тока через второй. При α>α_кр ток нагрузки носит прерывистый характер, а при α<α_кр – непрерывный. Т.е. регулирование напряжения и тока нагрузки возможно только при изменении угла управления тиристоров в пределах α_кр<α<π.

Действующее значение тока тиристора определяется из выражения

 

А среднее значение – из выражения

 

Действующее значение напряжения в нагрузке

 

 

Программа работы

вариант	Rн;Ом	Lн;Гн	α;рад	tимп;с	Iимп;А

 

1. Снять и рассчитать характеристики фазового управления контактора при активной и активно-индуктивной нагрузках:

А) зависимость действующего и среднего тока через тиристор от угла задержки включения α в одном из плеч моста;

Б) зависимость действующего тока в диагонали моста от угла задержки включения тиристоров;

В) зависимость действующего тока и напряжения в нагрузке от угла задержки включения тиристоров;

2. При заданном угле задержки α снять осциллограммы:

А) питающего напряжения схемы;

Б) напряжения в нагрузке;

В) кривую тока в нагрузке;

3. При заданных параметрах управляющих импульсов (длительность и амплитуда) и угле задержки включения тиристоров α определить минимальный ток нагрузки, при котором контактор устойчиво находится во включенном состоянии.

4. Экспериментально определить минимальную длительность управляющих импульсов, обеспечивающих устойчивое включение контактора при заданном угле задержки включения тиристоров α и заданной амплитуде.

 

В отчете должны быть представлены:

А) принципиальная схема установки для проведения исследований;

Б) экспериментальные и теоретические зависимости фазового управления контактором в таблицах и графическом виде;

В) осциллограммы кривых тока и напряжений для различных значений угла задержки α;

Г) значения длительности управляющих импульсов, при которой обеспечивается устойчивое включенное состояние контактора при заданной амплитуде;

Д) минимальный ток удержания тиристоров при заданном значении угла α;

Е) экспериментальная и теоретическая регулировочная характеристика контактора при активной и активно-индуктивной нагрузках;

Ж) анализ полученных результатов.

 

Методика проведения исследований

Вариант 1

1. Кликните кнопку «Лаб. установка» и ознакомьтесь с виртуальной схемой установки. Шунты К31 и RS2 служат для вывода на осциллограф значений токов тиристора и нагрузки.

2. Кликните кнопку «Сеть» и горизонтальными прокрутками установите максимальные длительность и амплитуду импульсов управления. Кнопками 1, 2 и 3 в позиции «Режим» блока управления (БУ) выбирается, соответственно, длительный, повторно-кратковременный и кратковременный режимы, которые запускаются кнопкой «Старт», а останавливаются кнопкой «Стоп».

3. Замкните оба ключа Q, шунтируя U и моделируя тем самым активную нагрузку.

4. Кликните кнопку 1 в позиции «Режим», а затем кнопку «Старт». Для вывода на экран осциллографа, какого - либо параметра следует кликнуть по соответствующему гнезду (А, В, С, D, Е) в позиции «Каналы».

5. Изменяя горизонтальной прокруткой фазу импульсов управления, по показаниям измерительных приборов снимите характеристику фазового управления контактором.

6. Заполните соответствующую таблицу в отчете и сопоставьте экспериментальные и расчетные данные. Постройте характеристики фазового управления контактором. Графики строятся кликами по координатной сетке после выбора цвета графика командной кнопкой 0, расположенной справа от координатной сетки. Неправильные действия отменяются кнопкой «. Занесите в отчет одну из осциллограмм фазового управления, для чего кликните кнопку «Занести в отчет».

7. Определите минимальный ток нагрузки, при котором контактор устойчиво находится во включенном состоянии. Величину тока нагрузки изменяйте горизонтальной прокруткой сопротивления R_H. Полученные данные занесите в отчет.

8. При заданной амплитуде импульса управления определите его минимальную длительность, обеспечивающую устойчивое включение контактора. Полученные данные занесите в отчет.

9. По заданию преподавателя разомкните один или два ключа Q, включая индуктивность Lн нагрузки. Проделайте п. 5 и 6 для активно-индуктивного характера нагрузки.

10. В процессе выполнения работы можно обратиться порядку проведения работы и бланку отчета, кликнув соответствующую кнопку в меню.

11. По завершению экспериментов кликните кнопку «Отчет». Заполните отчет по лабораторной работе. В разделе «Результаты эксперимента» заполните таблицы, окна, постройте графики, проанализируйте результаты и сформулируйте выводы.

12. Кликните кнопку «Создать отчет» и сохраните файл отчета в компьютере.

13. Завершите работу закрытием рабочего окна.

14. Распечатайте оформленный отчет.

 

Вариант 2

Основная часть программы исследований предусматривает проведение измерений и визуальное наблюдение электрических параметров с помощью электронного осциллографа на экране ноутбука. Перед началом работы следует включить осциллограф, подключить его к ноутбуку, запустить соответствующее программное обеспечение. Для работы на осциллографе необходимо изучить инструкцию по эксплуатации осциллографа АСК3116, приведенную в приложении 1.

Проверку включения схемы в различных режимах работы производят при максимальных длительности и амплитуде управляющих импульсов и угле проводимости тиристоров, близким к 180˚. Практически это осуществляется установкой регулировочных ручек «Длительность» и «Амплитуда» в крайнее правое положение, а ручки «Фаза» - в крайнее левое положение.

Экспериментальные исследования фазового управления контактором при активной нагрузке проводят при длительном режиме работы схемы. Для этого необходимо подключить контактор на активную нагрузку, соединив клеммы Х1 и Х2. Канал «А» осциллографа подключить к XS1, для снятия напряжения сети (однократное измерение), канал «Б» подключить к XS4, для контроля тока в нагрузке. Для снятия кривой напряжения в нагрузке необходимо подключить канал «А» к XS3. Синхронизацию осциллографа соединить с XS6 (синхронизация по напряжению сети). При обработке экспериментальных данных необходимо учесть, что разъемы XS1 и XS3 подключены через делитель 1/10. Показания приборов снимают при различных значениях угла задержки α, необходимо снять не менее шести экспериментальных точек.

Для снятия каждой точки необходимо:

- подготовить к измерениям осциллограф: для канала «А» диапазон 5 в/д, для канала «В» 2 в/д, коэффициент развертки 5 мс/д, источник синхронизации канал «Е»;

- подключить амперметр к S1;

- выставить необходимый предполагаемый угол задержки, для этого курсор L установить на основном графике осциллографа в нуле напряжения сети, курсор К необходимо передвигать по основному графику контролируя разность L-K на панели измерений во вкладке время. Зафиксировать значение L-K, далее необходимо перевести время в радианы, учитывая частоту напряжения сети. Курсоры не перемещать до следующей точки измерения. Зафиксировать результат в таблицу;

- запустить установку нажатием «Старт»;

- проверить наличие сигнала на осциллографе и амперметре;

- выставить заданный угол задержки включения тиристоров, изменяя положение ручки «Фаза», при этом точка начала протекания тока в нагрузке должна совпадать с курсором К.

- снять показания амперметра в тиристоре;

- снять показания амперметра в диагонали и в нагрузке контактора;

- сохранить временные диаграммы сигналов осциллографа, для этого зайдите в меню Файл главной панели и выберите «Запись данных в файл».

- для снятия временной диаграммы напряжения в нагрузке необходимо подключить канал «А» осциллографа к разъему XS3, сохранить осциллограмму;

- сохраненные временные диаграммы для последующей обработки необходимо конвертировать в формат.csv (текстовые файлы данных), для этого необходимо зайти в меню файл «конвертор aul-файлов», указать путь к сохраненным данным, выбрать конвертируемый файл и выбрать запись данных в файл в соответствующем формате.

- выключить контактор нажатием кнопки «Стоп»;

- перейти к измерению следующей точки.

По завершению опыта измерить активное сопротивление нагрузки.

L-K	α	Iср.т	Iнагр	Iт	Iдиаг
c	рад	дел	А	дел	А	дел	А	дел	А

 

Для определения длительности управляющего сигнала обеспечивающего устойчивого включения контактора при заданной амплитуде необходимо:

Подготовить к измерениям осциллограф: для канала «А» диапазон 2 в/д, для канала «В» 2 в/д, коэффициент развертки 2 мс/д, источник синхронизации канал «Е»;

- соединить Х1 и Х2;

-подключить канал «А» к XS2, для визуального наблюдения управляющего импульса;

-подключить канал «Б» к XS4, для контроля тока в нагрузке;

- подключить канал синхронизации осциллографа к XS6;

-установить заданный угол задержки α;

-эксперимент проводить в длительном режиме работы схемы;

-определить минимальную длительность импульса при заданной амплитуде, зафиксировать результаты;

 

Минимальный ток нагрузки, при котором контактор удерживается во включенном состоянии, определяют при заданном угле задержки α в длительном режиме работы. Для этого необходимо подключить контактор на третью нагрузку, соединив Х1 и Х4, канал «А» подключить к XS1, канал «Б» осциллографа включить в ХS5, амперметр подключить к S3. Подготовить к измерениям осциллограф: для канала «А» диапазон 5 в/д, для канала «В» 100 мв/д, коэффициент развертки 5 мс/д, источник синхронизации канал «А», выставить заданный угол задержки.

Величину тока плавно уменьшают изменением сопротивления нагрузки и контролируют амперметром и одновременно ведут визуальное наблюдение за процессом включения тиристоров по кривой тока в нагрузке с помощью осциллографа. Показания приборов снимают в момент, предшествующий резкому уменьшению тока до нуля. По завершению опыта измерить активное сопротивление нагрузки.

Экспериментальные исследования фазового управления контактором при активно-индуктивной нагрузке проводят при длительном режиме работы схемы. Для снятия характеристик необходимо подключить контактор на индуктивную нагрузку, для этого нужно соединить гнезда Х1 и Х3. Разъемы осциллографа подключать в XS3 для снятия напряжения на нагрузке и XS4 для снятия тока в нагрузке. Амперметр нужно включать в гнезда S1, S2, S3 для измерения действующих и средних значений на одном из тиристоров, в диагонали моста и в нагрузке соответственно. Показания приборов снимаем для различных углов проводимости β, не менее шести точек измерений. Результаты заносятся в таблицу 1.

Для снятия каждой точки необходимо:

- подготовить к измерениям осциллограф: для канала «А» диапазон 5 в/д, для канала «В» 500 мв/д, коэффициент развертки 5 мс/д, источник синхронизации канал «А»;

- подключить амперметр к S1;

- запустить установку нажатием «Старт»;

- проверить наличие сигнала на осциллографе и амперметре;

- для определения критического угла, необходимо изменить фазовый угол, так что бы на экране осциллографа конец импульса тока через один тиристор совпал с началом тока через второй;

- определить угол задержки для этого курсор L установите в нуле напряжения сети, курсор К в точку начала протекания тока через тиристор. Зафиксировать значение L-K, далее необходимо перевести время в радианы, учитывая частоту напряжения сети. Курсоры не перемещать до следующей точки измерения. Зафиксировать результат в таблицу;

- снять показания амперметра в тиристоре;

- снять показания амперметра в диагонали и в нагрузке контактора;

- сохранить временные диаграммы сигналов осциллографа;

- сохраненные временные диаграммы для последующей обработки необходимо конвертировать в формат.csv (текстовые файлы данных;

- выключить контактор нажатием кнопки «Стоп»;

- перейти к измерению следующей точки.

По завершению опыта измерить активное и индуктивное сопротивление нагрузки.

4 Контрольные вопросы

Тесты

Теоретическая часть

Включение обычного тиристора осуществляется подачей импульса тока в цепь управления. На рис. 3 показаны временные диаграммы тока и напря­жения тиристора при его включении. Время включения состоит из времени задержки t_gd и времени нарастания тока тиристора i_A(t). Время задержки определяется от момента времени t = t₀ подачи импульса тока управления i_G до начала спада напряжения анод – катод тиристора u_AC(t) на 10% начального значения. Нарастание тока тирис­тора i_A(t) заканчивается в момент времени t=t₂, когда напряжение u_ac(t) спадет до 10% начального значения, а ток i_A(t) достигнет 90% установившегося значения. На длительность переходного процесса значительное влияние оказывают характер нагрузки (активный, индуктивный и пр.), амплитуда и ско­рость нарастания импульса тока управления i_G, температура, напряжение и ток нагрузки. В цепи, содержащей тиристор, не должно возникать недо­пустимых значений скорости нарастания прямого напряжения du_AC(t)/dt, при которых может проис­ходить несанкционированное включение тиристо­ра при отсутствии сигнала управления и скорости нарастания тока di_A/dt, которые указываются в пас­портных данных конкретных типов тиристоров.

Рис. 3. Диаграммы процессов включения тиристора

На рис. 4 представлены вре­менные диаграммы выключения тиристора под воз­действием обратного напряжения u_ACR(t) и последу­ющим приложением прямого напряжения u_ACF(t). В начале, прямой ток снижается с определенной параметрами коммутируемой цепи со скоростью di_A/dt до нуля. Затем идет процесс обратного вос­становления в течение времени t_RR, когда протекает обратный ток восстановления i_RR, Далее происходит рекомбинация избыточных носителей в течение времени t_s. Время выключения t_q=t_RR+t_s. По истечении этого времени тиристор вновь способен выдерживать в закрытом состоянии прямое напря­жение, нарастающее со скоростью du_F/dt, не пре­вышающее допустимое значение. На время выклю­чения t_q влияют температура, напряжение, ско­рости спада прямого тока и нарастания прямого напряжения и др.

Рис. 4. Диаграммы процессов выключения тиристора

Среди способов выключения тиристоров при­нято различать естественное выключение (или естественную коммутацию) и принудительное (принудительную или искусственную коммутацию). Естественная коммутация происходит под воздей­ствием переменного, обычно сетевого напряжения в момент спадания тока до нуля. Естественная коммутация широко используется в регуляторах переменного напряжения и выпрямителях. Спосо­бы принудительной коммутации весьма разнооб­разны. Наиболее характерные из них следующие: подключение предварительно заряженного конден­сатора, подключение ZC-цепи с предва­рительно заряженным конденсатором и использование колебательного характера пере­ходного процесса в цепи нагрузки [4]. Высокое быстродействие, которым обладают полупроводниковые коммутирующие устройства, является одним из важнейших преимуществ последних перед контактными аппаратами. В работе предполагается исследовать динамические характеристики тиристорного контактора постоянного тока с емкостной искусственной коммутацией тока.

Принципиальная схема установки для исследования динамических характеристик тиристорного контактора постоянного тока приведена на рис.1. Питание установки осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В через понижающий трансформатор Т и двухполупериодный выпрямитель В. Емкость конденсатора, заряжаемого от выпрямителя, составляет 5*10³ мкФ. Этого достаточно для получения кратковременных (150-200 мкс) импульсов тока в нагрузке величиной до 100 А без заметного понижения напряжения на конденсаторе за время заряда. Для включения контактора достаточно подать небольшой сигнал на управляющий электрод тиристора VS1. Тиристор отпирается, и напряжение подводится к нагрузке. Одновременно происходит заряд конденсатора С_к через сопротивление R₁. После запуска тиристора VS2 конденсатор разряжается на тиристор VS1 и обеспечивает его выключение. После перезарядки конденсатора запирается и тиристор VS2 – контактор выключен. Тиристор VS1 выбирают в соответствии с максимальным током нагрузки. Тиристор VS2 работает кратковременно, поэтому он может быть выбран с меньшим предельным током с учетом допустимой перегрузочной способности его в кратковременных режимах работы. Минимальная величина коммутирующей емкости С_к определяется при активной нагрузке по формуле

мкф,

где t_в – время запирания тиристора; I - максимальный ток нагрузки (включая различные перегрузки) в момент коммутации; U – минимальное значение напряжения питания. Сопротивления R₁ должно быть достаточно большим, что бы обеспечить запирание тиристора VS2 после перезаряда конденсатора.

Рис.5 Принципиальная схема установки

Режим работы контактора и схемы в целом задается блоком управления и синхронизации БУС. На переднюю панель БУС выведены штепсельные гнезда для съема сигналов управления тиристорами контактора VS1, VS2 и осциллограф ЭО.

Положение переключателя П, установленного у гнезд с маркировкой ЭО, определяет синхронизацию запуска генератора развертки лучей осциллографа с процессом включения контактора (положение 1) или с процессом его выключения (положение 2). Следует иметь в виду, что для удобства наблюдения начальных участков исследуемых процессов импульсы напряжения для запуска развертки БУС выдает с упреждением на 4-5 мкс управляющие импульсы, которые подаются на входы тиристоров VS1 или VS2. Поэтому при изменении коммутационных интервалов времени начало процесса должно фиксироваться вспомогательными импульсами, синхронными с сигналом управления для тиристоров. Такие импульсы вырабатываются схемой БУС и подаются на гнезда с маркировкой ИС. Автоматическое срабатывание схемы (включение и выключение контактора) начинается после установки тумблера «сеть» в положение «включено».

 

Программа работы

Рассчитать и проверить экспериментально величину емкости С_к, достаточной для коммутирования тока в нагрузке, равного предельному току I_п используемых в схеме тиристоров.

Исследовать зависимость времени включения контактора от величины коммутируемого тока t_вк=f(I_нагр). Определить время включения t_вк при токе I_нагр=I_п.

Снять осциллограмму процесса выключения тиристора при предварительной нагрузке его предельным током. Определить время восстановления запирающей способности тиристора в обратном направлении t_во и время t_в.

Получить зависимость времени выключения контактора от тока в нагрузке при заданных значениях напряжения питания и коммутирующей емкости t_{в к}=f(I_нагр).

1. Величину коммутирующей емкости при активной нагрузке рассчитывают по формуле

мкф

2. Для экспериментальной проверки расчетной величины емкости C_к необходимо проделать следующее:

А) включить конденсатор, емкость которого превышает расчетную величину на 25%;

Б) изменением сопротивления нагрузки R_н установить требуемую величину анодного тока (ток измеряют с помощью осциллографа и измерительного шунта RS1);

В) постепенным уменьшением емкости добиться такого режима работы схемы, когда тиристор VS1 перестает выключаться. Величину емкости, при которой тиристор еще выключается, принимают за искомую. Коммутационные процессы контролируют по кривой анодного напряжения, наблюдаемой на экране осциллографа;

Г) по осциллограмме напряжения на тиристоре определить время t_в

3. Время включения контактора считать равным времени включения тиристора VS1. Последнее определяется по кривой спадания напряжения на тиристоре.

4. Для получения зависимости времени выключения тиристора от величины коммутируемого тока значения t_в измерять при токах, равных 0,1 0,4 0,6 0,8 1 1,2 предельного тока тиристора.

5. Время выключения контактора считать равным интервалу времени от момента подачи упрвляющего сигнала на тиристор VS2 до полного прекращения тока в нагрузке. Этот процесс контролируется по изменению кривой тока через тиристор VS2 с помощью шунта RS2 и осциллографа. Зависимость t_{в к} =f(I_нагр) снимать при значения тока в нагрузке, указанных в п.4

В отчете должны быть представлены:

1. Принципиальная схема установки для проведения исследований;

2. Значения величины коммутирующей емкости, полученные расчетом и из экспериментальных исследований.

3. Зависимость времени включения и выключения тиристора от величины коммутирующего тока

t_{в к}­= f(I_н); t_в= f(I_н)

4. Осциллограмма кривой напряжения на тиристоре в процессе выключения.

5. Зависимость времени выключения контактора от тока в нагрузке t_{в к}=f(I_н).

6. Анализ полученных результатов и оценку быстродействия выключателей постоянного тока.

 

4 Контрольные вопросы

Введение

В настоящем времени, ведущими российскими и зарубежными предприятиями по промышленному выпуску и новейшим разработкам элементной базы силовой электроники, освоен широкий спектр силовых полупроводниковых приборов. К «силовым» приборам условно относят приборы с максимально допустимыми значениями среднего тока свыше 10А или импульсным током свыше 100А.

По принципу действия силовые полупроводниковые приборы (СПП) следует разделить на три основные группы: диоды, транзисторы и тиристоры. В каждой из этих групп существует своя классификация по рабочей частоте, величине коммутируемой мощности, принципам управляемости [1], что определяет область их применения в силовой электроэнергетике и электротехнике.

Начало силовой полупроводниковой электроники относится к 1957 году, когда советскими и зарубежными учеными были практически реализованы к промышленному производству силовые диоды и тиристоры. Названые приборы были доминирующими в создаваемых на СПП устройствах (преобразователях, электроприводах, бесконтактной аппаратуре и многих других) до так называемой второй электронной революции (конец 80-х – начало 90-х годов), когда появился биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) [2]. В отличии от тиристора – прибора переходящего из запертого в проводящее состояние при помощи управляющего сигнала в цепи управления при положительном анодном напряжении, но не выключающимся сигналом управления, IGBT – полностью управляемый прибор. Кроме способности к управляемому запиранию IGBT способен работать на очень высоких рабочих частотах (до 20 кГц) в отличии от тиристора (1,5 кГц). Прибор IGBT является безусловным конкурентом традиционного тиристора по ряду эксплуатационных показателей (высокое быстродействие, малые коммутационные потери, затраты энергии в цепи управления при включении/выключении). Однако по ряду рабочих параметров (максимальный средний ток, напряжение в открытом и закрытом состоянии), включая к тому же большой опыт практического применения и значительно более низкую стоимость приборов относительно IGBT (примерно в 5 раз), традиционные СПП будут уверенно занимать свою область применения еще значительное время [3]. Это объясняет построение лабораторных работ по исследованию контакторов переменного и постоянного тока на основе тиристора.

 

Оглавление

Введение

Работа №1. Исследование характеристик тиристорного контактора переменного тока.

1. Цель работы

2.Теоретическая часть

3.Программа работы

4.Тесты

Работа №2. Исследование характеристик тиристорного контактора постоянного тока.

1. Цель работы

2. Теоретическая часть

3. Программа работы

Тесты

Приложение 1. Статическая характеристика и параметры тиристора.

Приложение 2. Инструкция по технике безопасности

Библиографический список

 

Лабораторная работа №1. Исследование характеристик тиристорного контактора переменного тока.

1. Цель работы – изучить принцип работы коммутирующих тиристорных устройств в цепях переменного тока, а также исследовать характеристики контактора при фазовом управлении.

Теоретическая часть

На основе силовых полупроводниковых приборов (СПП) созданы электрические аппараты постоянного и переменного тока различного назначения: контакторы, пускатели, автоматические выключатели, регуляторы тока и напряжения и др. По многим характеристика они превосходят свои контактные аналоги. В частности, полупроводниковые аппараты имеют значительно более высокое быстродействие. Вследствие отсутствия подвижных частей и дуговых явлений им присущи относительно низкие эксплуатационные расходы и повышенных коммутационный ресурс. Отсутствуют также такие явления, как дребезг и сваривание контактов, характерные для электромеханических аппаратов. Все это обусловило широкое использование полупроводниковых аппаратов в автоматизированном электроприводе, сетях электроснабжения, системах автоматизации производственных процессов.

Коммутационные устройства переменного тока на основе СПП могут быть выполнены по различным схемам. Некоторые из них, наиболее часто применяемые в практике, приведены на рис. 1.

Рис. 1 Принципиальные схемы полупроводниковых аппаратов переменного тока