Какими преимуществами обладают полупроводниковые аппараты перед контактными?

- имеют более высокое быстродействие и более низкие эксплуатационные расходы;

- способны обеспечивать коммутацию сверх высоких токов и напряжений;

- стабильно работают при перенапряжениях и выдерживают более высокий ударный ток;

Фазовое управление контактором реализуется

- задержкой управляющих импульсов по отношению к нулевому значению питающего напряжения;

- задержкой управляющих импульсов по отношению к амплитудному значению питающего напряжения;

- изменением амплитуды и длительности управляющего сигнала;

Для каких целей используется фазовое управление контактором?

- для регулирования средних значений тока и напряжения в нагрузке;

-для включения-выключения контактора в заданном временном интервале;

-для регулирования амплитудных значений тока и напряжения в нагрузке;

Чем обусловлен минимальный ток нагрузки?

- вольт-амперной характеристикой тиристора;

- электрической схемой испытательной установки;

- безопасным выключением тиристора;
5. С какой целью в схеме предусмотрены диоды?

- для защиты тиристоров от обратного перенапряжения;

-для упрощения схемы управления тиристором;

- для повышения коммутационной устойчивости схемы;

При активно-индуктивной нагрузке ток и напряжение по фазе

- не совпадают, ток отстает от напряжения;

- совпадают;

- не совпадают, напряжение отстает от тока;

7. В каком интервале α можно регулировать значения тока и напряжения при L-R нагрузке?
- αкр≤α≤π;

- 0≤α≤2π;

- 0≤α≤αкр;

Встречно-параллельное включение тиристоров используется

- для упрощения схемы управления;

- для повышения надежности схемы;

- для защиты от перенапряжений;

По какой формуле рассчитывается среднее значение тока тиристора при активной нагрузке?

 

 

Способ выключения тиристора в цепи переменного тока -

- снятие управляющего сигнала;

- снижение анодного тока до значений, больших величины тока удержания тиристора;

- прерывание тока в анодной цепи;

Лабораторная работа №2. Исследование характеристик тиристорного контактора постоянного тока.

1 Цель работы – изучить принцип работы тиристорного контактора в цепи постоянного тока, а также исследовать его динамические характеристики.

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