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사이리스터 정류기

Overview

출처: 알리 바지, 코네티컷 대학교 전기 공학학과, 스토스, CT.

다이오드와 유사하게 실리콘 제어 직류기(SCRs)라고도 하는 흉선은 양극에서 음극으로 한 방향으로 전류를 전달하고 다른 방향으로 전류 흐름을 차단합니다. 그러나 현재 통로는 "게이트" 단단을 통해 제어될 수 있으며, 이 터미널에서는 흉선기를 켜기 위해 작은 전류 펄스가 필요합니다.

Thyristors는 n형 및 p형 재료의 교대층으로 구성된 4층 장치로, 3개의 접합부로 PNPN 구조를 형성한다. 흉선에는 세 개의 단자가 있습니다. 양극이 PNPN 구조의 p형 재료에 연결되고, 음극이 n형 층에 연결되고, 문은 음극에 가장 가까운 p형 층에 연결한다.

이 실험의 목적은 서로 다른 조건에서 제어 된 흉선 기반의 하프 웨이브 정류기를 연구하고 게이트 펄스의 다른 타이밍이 DC 출력 전압에 미치는 영향을 이해하는 것입니다.

Principles

흉선은 다이오드와 동일한 조건하에서만 전도 과정을 트리거하기 위해 게이트 펄스를 갖는 조건과 함께 수행됩니다. 예를 들어 AC 소스가 흉선 및 저항 부하와 연재된 경우 소스의 양수 반 주기가 사이리스터편향을 전달하기에 충분하지 않습니다. 게이트 펄스가 적용될 때까지 흉선은 역 편향되거나 꺼져 있습니다. 그런 다음 반주기 동안 수행이 시작됩니다. 따라서, 흉선에는 양극(A), 음극(K) 및 게이트(G)의 세 가지 단자가 있다. 게이트 펄스는 게이트로 전류를 구동하는 "게이트 드라이브" 회로에 의해 생성됩니다. 게이트 펄스 명령을 교차하는 AC 소스 0 사이의 지연은 전기 각도인 "발사 각도"라고 합니다.

도 1은 심플 생성회로(R1,R2,D1,D2 C)를가진 간단한 반파 흉선 정류회로를 나타내며, 이는 사이리스터의 게이트에서 전류 펄스를 생성한다. 펄스가 가능하고 입력 전압 V의 제로 교차로부터 특정 지연 기간인 발사 각도에서"발사"되면, 흉선은 한 방향으로 전류를 전달하는 측면에서 다이오드처럼 작용한다. 전류가 0으로 이동하고 게이트 펄스를 사용할 수 없게 되면 전류가 다시 긍정적이고 게이트 펄스가 발사될 때까지 흉선은 꺼져 있습니다.

이 실험에서는 제어된 흉부 기반 하프 웨이브 정류를 다른 발사 각도로 연구할 것입니다. 서로 다른 각도의 평균 출력 전압은 평균 DC 출력 전압에서 턴온 시간을 제어하는 효과를 연구하기 위해 비교됩니다.

Figure 1
그림 1: SCR 및 저항 하중이 있는 하프 웨이브 정류기.

Procedure

주의: 이 실험 중에 활력을 불어넣는 동안 회로의 일부를 만지지 마십시오. VARIAC를 접지하지 마십시오.

이 실험의 경우 60Hz의 저주파및 35V의 피크에서 가변 변압기(VARIAC)가 주 AC 소스로 사용된다.

1. 설정

  1. 시작하기 전에 차동 프로브를 하나의 범위 채널에 연결합니다.
    1. 차동 프로브의 버튼을 1/20(또는 20X) 감쇠로 설정합니다.
  2. 범위 채널 메뉴에서 차동 프로브에 20X를 사용할 수 없는 한 프로브를 10배로 설정합니다. 10X를 선택하면 측정 값이나 결과를 2배 씩 수동으로 곱하여 원하는 20X에 도달합니다.
  3. VARIAC를 설정하려면 VARIAC 출력(일반 리셉터클처럼 보이는)이 케이블에 연결되어 있지 않은지 확인합니다.
    1. VARIAC를 끄고 노브가 0으로 설정되어 있는지 확인합니다.
    2. VARIAC 노브를 약 15% 출력으로 천천히 조정합니다.
  4. 차동 프로브를 회로에 연결하기 전에 프로브의 단단을 함께 묶고 측정된 파형을 화면에 조정하여 0 오프셋 전압을 표시합니다.
  5. 출력 케이블을 VARIAC에 연결하고 VARIAC 출력 바나나 플러그를 가로질러 차동 전압 프로브를 연결합니다.
    1. VARIAC를 켭니다.
    2. 35V 피크를 달성하기 위해 VARIAC를 약간 조정합니다.
  6. 참조에 사용 하려면 V의 복사본을 가져 가라. 2~5개의 기본 주기를 표시합니다.
  7. VARIAC를 끕니다. 실험의 나머지 부분에 대한 노브 설정을 조정하지 마십시오.

2. 저항 하중과 제로 발사 각도와 하프 웨이브 정류기 SCR 회로

  1. 주요 정류기 구성 요소는 TYN058인 SCR(S)입니다. 하중저항기(R)는51 Ω. SCR 제어 회로는 도 1의 점선 상자에 동봉되어 있습니다.
  2. 제어 회로는 다이오드(1N4004), 1kΩ 저항기(R1),수동으로 변경되는 제어 저항기(R2),및 세라믹(극성 없음) 1 μF 커패시터(C)를 사용합니다.
    1. SCR 및 다이오드 극성 올바른지 확인합니다. SCR 핀 할당이 도 2에 표시되는 동안 다이오드의 대시는 음극에 있습니다.
  3. 프로토 보드에 도 1에 표시된 회로를 구축합니다. R2대신 단락을 사용합니다.
  4. 하중 저항기를 가로질러 차동 전압 프로브를 연결하여 출력 전압, V출력을 관찰합니다.
  5. VARIAC를 켭니다.
  6. 범위의 시간 기준을 조정하여 V에서 캡처된 동일한 기본 주기 수에 대해 V를 표시합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.
    1. 평균 또는 평균 V를 측정합니다.
    2. SCR 턴오프 지점과 다음 SCR 턴온 지점 사이를 확대합니다. 범위 커서를 사용하여 시간 차이를 측정합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.
  7. 다음 부분에 대해 차동 프로브 연결 및 기타 회로 연결을 동일하게 유지합니다.
  8. VARIAC를 끕니다. VARIAC 전압 설정을 변경하지 마십시오.

Figure 2
그림 2: SCR의 핀 할당.

3. 저항 하중및 제로가 아닌 발사 각도가 있는 하프 웨이브 정류기 SCR 회로

두 개의 다른 저항기는 R2로사용됩니다. 값은 100에서 1000 Ω 사이여야 합니다. 저항은 저항 색상 코드를 읽거나 디지털 멀티미터로 측정할 수 있습니다.

  1. 앵글 세팅 #1(소형 R2)
    1. R2대신 이전에 사용되었던 단락을 제거합니다.
    2. R 2에 대한 작은 저항 값을 연결합니다.
    3. VARIAC를 켭니다.
    4. 범위의 시간 기준을 조정하여 V에 대해 캡처된 동일한 수의 기본 주기에 대해 V를 표시합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.
    5. 평균 또는 평균 V를 측정합니다.
    6. SCR 턴오프 지점과 다음 SCR 턴온 지점 사이를 확대합니다. 범위 커서를 사용하여 시간 차이를 측정합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.
    7. 다음 부분에 대해 차동 프로브 연결 및 기타 회로 연결을 동일하게 유지합니다.
    8. VARIAC를 끕니다. 회로를 분해하거나 VARIAC 전압 설정을 변경하지 마십시오.
  2. 각도 설정 #2(소형 R2)
    1. R2를 더 큰 값 저항자로 바꿉습니다.
    2. VARIAC를 켭니다.
    3. 범위의 시간 기준을 조정하여 V에 대해 캡처된 동일한 수의 기본 주기에 대해 V를 표시합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.
    4. 평균 또는 평균 V를 측정합니다.
    5. SCR 턴오프 지점과 다음 SCR 턴온 지점 사이를 확대합니다. 범위 커서를 사용하여 시간 차이를 측정합니다. 파형의 복사본을 만듭니다. 평균 값은 이 방정식에서 예상되는 값이어야 합니다.
      <V아웃> =V0[1+cos(α)]/(π) (1)
      이는 입력의 피크 전압의 절반 미만입니다.
    6. VARIAC를 끕니다. 회로를 분해하고 VARIAC 설정을 0으로 반환합니다.

Results

AC 입력 전압 파형은 발사 각도까지 잘립니다. 입력 V가있는다른 SCR 정류에 대한 평균 출력 전압 및 발사 각도의 중요한 관계는 = V0 cos(ωt)는 다음과 같습니다.

• 단일 SCR 및 R 부하: <V>=V0[1 +cos (α)]/(2π)(2)

• SCR 브리지 및 R 부하: <V아웃> = V0[1 +cos (α)]/π (3)

• SCR 브리지, 현재 소스 부하: <V아웃>=2V0 cos (α)/π (4)

발사 각도가 증가함에 따라 저항 하중을 가로지르는 출력 전압 파형이 입력의 다진 버전이기 때문에 출력의 평균 또는 DC 전압이 감소합니다.

Application and Summary

SCR은 AC 입력에서 가변 DC 출력 전압이 필요한 구형 DC 전원 공급 장치에서 일반적이었습니다. 상기 회로에서 저항R 2를 조정함으로써 평균 V를조절하여 조정 가능한 DC 전원 공급량 결과를 낼 수 있다. SC는 입력 라인 주파수(일반적으로 50 또는 60Hz)에서 전환할 때 DC 전원 공급 장치에서 더 이상 일반적이지 않으며, 새로운 전원 공급 장치는 10s 또는 100skHz에서 스위치를 전환하여 출력 전압을 필터링하여 더 작은 커패시터로 DC 구성 요소를 훨씬 쉽게 추출할 수 있습니다. 그러나 SCR은 많은 고전압 및 고전류 SCR이 시장에서 사용할 수 있기 때문에 스위칭 주파수가 라인 주파수에서 낮을 수 있는 고전압 인버터에서 여전히 일반적입니다.

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

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