Thyristor-Gleichrichter

Quelle: Ali Bazzi, Department of Electrical Engineering, University of Connecticut, Storrs, CT.

Ähnlich wie Dioden, Thyristoren, auch genannt kontrolliert Siliziumgleichrichtern (SCRs), pass Strom in eine Richtung von der Anode zur Kathode und Stromfluss in die entgegengesetzte Richtung zu blockieren. Jedoch werden aktuelle Passage gesteuert durch ein "Tor" terminal, das erfordert einen kleinen Stromimpuls der Thyristor einschalten, so dass es Durchführung beginnen kann.

Thyristoren sind vier-Schicht-Geräte, bestehend aus abwechselnden Schichten von n-Art und p-Typ-Material, wodurch PNPN Strukturen mit drei Verbindungen bilden. Der Thyristor verfügt über drei Terminals; mit der Anode verbunden, die p-Typ-Material der PNPN-Struktur die Kathode mit der n-Schicht verbunden, und das Tor an der p-Schicht am nächsten der Kathode angeschlossen.

Das Ziel dieses Experiments ist es, eine gesteuerte Thyristor-basierte Einweggleichrichter bei unterschiedlichen Bedingungen zu studieren und verstehen, wie unterschiedliche Zeiten der Tor Puls beeinflussen die DC Ausgangsspannung.

Der Thyristor führt nur unter den gleichen Bedingungen wie eine Diode, neben den Zustand des Habens eines Tor Puls um die Wärmeleitung Prozess auszulösen. Zum Beispiel, wenn eine AC-Quelle in Serie mit einem Thyristor und eine ohmsche Belastung verbunden ist, ist die positive Hälfte-Zyklus der Quelle nicht genug, um Vorwärtsspannung der Thyristor; der Thyristor bleibt reverse voreingenommen ein- oder auszuschalten, bis ein Tor Puls angewendet wird. Es startet dann in diesem halb-Zyklus führen. Damit der Thyristor verfügt über drei Terminals, die Anode (A), Kathode (K) und Tor (G). Gate-Impulse entstehen durch "Tor Laufwerk" Schaltungen, die aktuellen in das Tor zu fahren. Die Verzögerung zwischen der AC-Quelle null überqueren den Tor-Puls-Befehl wird die "Zündwinkel" ist ein elektrischer Winkel bezeichnet.

Abb. 1 zeigt eine einfache Halbwellen-Thyristor-Gleichrichterschaltung mit einem Impuls erzeugen Kreislauf (R₁, R₂, D₁, D₂, und C), die Stromimpulse der Thyristor-Gate generiert. Wenn der Puls vorhanden ist und bei einem Zündwinkel ist einer bestimmten Verzögerungszeit vom Nulldurchgang der Eingangsspannung V_in"gebrannt", verhält der Thyristor sich wie eine Diode in Bezug auf die Weitergabe aktueller in eine Richtung. Sobald der Strom auf Null geht und die Tor-Puls nicht verfügbar ist, wird der Thyristor ausgeschaltet bleiben, bis der Strom wieder positiv ist und ein Tor Impuls ausgelöst.

In diesem Experiment untersuchen wir eine gesteuerte Thyristor-basierte Einweggleichrichter in verschiedenen feuern Winkeln. Die durchschnittliche Ausgangsspannungen für verschiedene Winkel werden verglichen, um die Wirkung der Kontrolle der Einschaltzeit auf die durchschnittliche DC Ausgangsspannung zu untersuchen.

Abbildung 1: Einweggleichrichter mit SCR und ohmsche Last.

Achtung: Während dieses Experiments, berühren Sie keinen Teil der Schaltung während erregt. Die VARIAC darf nicht geerdet werden.

Für dieses Experiment dient Stelltransformator (VARIAC) bei einer Low frequency von 60 Hz und Höhepunkt der 35 V als die Hauptquelle der AC.

1. setup

1. Schließen Sie bevor Sie beginnen die Differenzialfühler an einem Bereich Kanal.
   1. Die Taste auf der Differenzialfühler zu 1/20 (20 X) Dämpfung einstellen.
2. Legen Sie die Umfang Kanal im Menü der Sonde bei 10 X sein, wenn 20 X für die Differenzialfühler zur Verfügung steht. Wenn 10 X gewählt wird, multiplizieren Sie manuell keine Messungen oder Ergebnisse von zwei bis 20 X gewünscht zu erreichen.
3. Die VARIAC einrichten, stellen Sie sicher die VARIAC Ausgabe (sieht aus wie eine normale Steckdose) ist kein Kabel verbunden.
   1. Halten Sie die VARIAC ab und stellen Sie sicher, dass der Regler auf Null eingestellt ist.
   2. Langsam anpassen, VARIAC Knopf auf rund 15 % Leistung.
4. Binden Sie bevor Sie die Differenzialfühler an den Stromkreis anschließen die Sonde Klemmen zusammen und passen Sie ihre gemessenen Wellenform auf dem Bildschirm zu zeigen Null Offset-Spannung.
5. Das Kabel Ausgang der VARIAC und die differentielle Spannung Sonde über die VARIAC Ausgabe Bananensteckern.
   1. Schalten Sie die VARIAC.
   2. Leicht anzupassen VARIAC um 35V Höhepunkt zu erreichen.
6. Nehmen Sie eine Kopie des V_in als Referenz verwenden. Zwei bis fünf grundlegenden Zyklen zu zeigen.
7. Deaktivieren der VARIAC. Die Regler-Einstellung für den Rest des Experiments nicht einstellen.

2. Halbwelle SCR Gleichrichterschaltung mit ohmsche Last und Null Zündwinkel

1. Die wichtigsten Gleichrichter-Komponente ist der SCR (S), ein TYN058. Der Last-Widerstand (R) ist 51 Ω. Der SCR-Regelkreis ist in das gepunktete Feld von Abb. 1 eingeschlossen.
2. Der Regelkreis nutzt Dioden (1N4004), ein 1 kΩ Widerstand (R₁), eine Kontrolle-Widerstand, die manuell geänderten (R₂) und Keramik (keine Polarität) 1 µF Kondensator (C) ist.
   1. Stellen Sie sicher, dass die SCR und Diode Polaritäten korrekt sind. Das Armaturenbrett auf der Diode ist an der Kathode, während die SCR-Pin-Belegung in Abb. 2 dargestellt ist.
3. Bauen Sie auf dem Proto Board die Schaltung in Abb. 1 dargestellt. Verwenden Sie einen Kurzschluss statt R₂.
4. Verbinden Sie die differentielle Spannung Sonde über der Last Widerstand, die Ausgangsspannung V_herauszu beobachten.
5. Schalten Sie die VARIAC.
6. Passen Sie die Zeitbasis hinsichtlich des V_, für die gleiche Anzahl von grundlegenden Zyklen zu zeigen, die für V_inerfasst wurden. Erstellen Sie eine Kopie der Wellenformen.
   1. Messen Sie den Durchschnitt oder V_,bedeuten.
   2. Zwischen dem SCR Abzweigung und den nächsten SCR Turn-on Punkt zoomen. Messen Sie die Zeitverschiebung mit der Rahmen-Cursor. Erstellen Sie eine Kopie der Wellenform.
7. Halten Sie die Differenzialfühler Verbindung und andere Schaltung Verbindungen gleich für den nächsten Teil.
8. Schalten Sie die VARIAC. Ändern Sie nicht die VARIAC Spannungseinstellung.

Abbildung 2 : Pin-Belegung des SCR

(3) Halbwelle SCR Gleichrichterschaltung mit ohmsche Last und ungleich Null Zündwinkel

Zwei unterschiedliche Widerstände werden als R-₂verwendet werden. Die Werte sollten zwischen 100 und 1000 Ω sein. Der Widerstand kann den Widerstand Farbcode lesen oder mit einem digitalen Multimeter gemessen.

1. Winkel-Einstellung #1 (kleine R₂)
   1. Entfernen des Kurzschlusses, die zuvor, anstelle von R-_{2 verwendet wurde}.
   2. Verbinden Sie den kleinen Widerstandswert R₂.
   3. Schalten Sie die VARIAC.
   4. Passen Sie die Zeitbasis auf den Anwendungsbereich für die gleiche Anzahl von grundlegenden Zyklen erfasst für V_in V_heraus zeigen. Erstellen Sie eine Kopie der Wellenformen.
   5. Messen Sie den Durchschnitt oder V_,bedeuten.
   6. Zwischen dem SCR Abzweigung und den nächsten SCR Turn-on Punkt zoomen. Messen Sie die Zeitverschiebung mit der Rahmen-Cursor. Erstellen Sie eine Kopie der Wellenform.
   7. Halten Sie die Differenzialfühler Verbindung und andere Schaltung Verbindungen gleich für den nächsten Teil.
   8. Schalten Sie die VARIAC. NICHT zerlegen Sie die Schaltung zu oder ändern Sie die VARIAC Spannungseinstellung.
2. Winkel-Einstellung #2 (kleine R₂)
   1. Ersetzen Sie R₂ durch den größeren Wert Widerstand.
   2. Schalten Sie die VARIAC.
   3. Passen Sie die Zeitbasis auf den Anwendungsbereich für die gleiche Anzahl von grundlegenden Zyklen erfasst für V_in V_heraus zeigen. Erstellen Sie eine Kopie der Wellenformen.
   4. Messen Sie den Durchschnitt oder V_,bedeuten.
   5. Zwischen dem SCR Abzweigung und den nächsten SCR Turn-on Punkt zoomen. Messen Sie die Zeitverschiebung mit der Rahmen-Cursor. Erstellen Sie eine Kopie der Wellenform. Der Mittelwert sollte was aus dieser Gleichung erwartet wird:
      <V_,> =V₀[1+cos(α)] / (2π) (1)
      Das ist etwas weniger als die Hälfte die Spitzenspannung des Eingangs.
   6. Schalten Sie die VARIAC. Zerlegen Sie die Schaltung und die VARIAC Einstellung auf Null zurück.

Die AC-Eingangsspannung-Wellenform wird bis die Zündwinkel gehackt. Wichtige Beziehungen des durchschnittlichen Ausgang Spannung und brennen Winkel für verschiedene SCR-Gleichrichter mit Eingang V_in= V₀ cos (ωt) sind:

• SCR und R Einzellast: <V_,> =V₀[1+cos(α)] / (2π) (2)

• SCR-Brücke und R zu laden: <V_,> = V₀[1+cos(α)] /π (3)

• SCR-Brücke, Strombelastung Quelle: <V_,> = 2V₀ cos(α) /π (4)

Der Zündwinkel erhöht, verringert sich der Mittelwert oder DC-Spannung am Ausgang wie die Ausgang Spannung Wellenform über die ohmsche Last eine gehackte Version des Eingangs ist.

SCR wurden häufig in älteren DC-Netzteile, die eine Variable DC Ausgangsspannung AC Eingang erforderlich. Durch den Widerstand R₂ in der obigen Schaltung einstellen, es ist möglich, die durchschnittliche V_,einzustellen und dafür eine einstellbare Gleichspannung liefern Ergebnisse. SCRs sind nicht häufig nicht mehr in DC-Netzteile wie wechseln sie in die Eingabezeile Frequenz (in der Regel 50 oder 60 Hz), und neue Lieferungen Netzschalter bei 10 s oder 100 s von kHz, wodurch die Ausgangsspannung zum Extrahieren der Gleichanteil viel einfacher mit kleineren Kondensator filtern s. SCRs sind jedoch noch häufig in Hochspannung Inverter wo die Schaltfrequenz kann mit der Netzfrequenz niedrig seit vielen Hochspannung und hoch aktuelle SCR sind auf dem Markt.