$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Tyrystory, zwane również prostownikami sterowanymi krzemem lub SCR, to urządzenia elektroniczne stosowane w ściemniaczach światła, regulatorach prędkości silników i regulatorach napięcia. Podobnie jak dioda, tyrystor ma anodę i katodę i przewodzi tylko w jednym kierunku. W rzeczywistości schematyczny symbol tyrystora przypomina diodę, ale z trzecim zaciskiem reprezentującym bramkę, która kontroluje przepływ prądu. Jednak w przeciwieństwie do diody, do włączenia tyrystora wymagany jest niewielki impuls prądu do bramki, aby prąd przewodzenia mógł przepływać z anody do katody. Tyrystor wyłącza się, jeśli prąd przewodzenia spadnie poniżej progu zatrzasku. W stanie wyłączonym tyrystor blokuje przewodzenie w obu kierunkach. Możliwość włączania i wyłączania pozwala tyrystorowi na prostowanie, czyli przepuszczanie prądu tylko o jednej polaryzacji i regulowanie ilości prądu przemiennego do przyłączenia się. Ten film pokaże, jak sterować tyrystorem, uruchamiając bramkę w różnych punktach podczas cyklu prądu przemiennego.
Tyrystory składają się z czterech naprzemiennych warstw półprzewodników typu P i N, które tworzą strukturę PNPN. Przewód anodowy jest połączony z materiałem typu P na jednym końcu. Przewód katodowy jest połączony z materiałem typu N na drugim końcu. A przewód bramki jest podłączony do warstwy typu P obok katody. W tym prostym obwodzie, ze źródłem zasilania prądem przemiennym połączonym szeregowo z tyrystorem i obciążeniem, wejście prądu przemiennego samo w sobie nie może przewodzić tyrystora do przodu. Prąd może przepływać z anody do katody dopiero po tym, jak impuls prądowy do bramki wyzwoli stan włączenia. Impuls ten musi wystąpić, gdy napięcie źródła jest dodatnie. W przeciwnym razie tyrystor pozostaje wyłączony i blokuje prąd. Tyrystory są dwustabilne, co oznacza, że mogą spoczywać w dwóch różnych stanach. Tak więc tryb przewodzenia w kierunku przewodzenia utrzymuje się tak długo, jak długo napięcie źródła jest dodatnie, a prąd przekracza próg zatrzaskowy. Jeśli prąd spadnie poniżej tego progu, tyrystor przechodzi w tryb blokowania i pozostaje w tym stanie do momentu ponownego wyzwolenia. Różnica faz między impulsem bramki a przejściem przez zero sinusoidalnego źródła prądu przemiennego to kąt zapłonu. Na przykład impuls wyzwalający w tym samym czasie, co początkowe przejście przez zero, ma kąt zapłonu wynoszący zero stopni, co skutkuje pełnym prostowaniem półfalowym, jak dioda. W takim przypadku tyrystor przekazuje całą energię z dodatniej części cyklu do obciążenia. Jeśli impuls zbiega się ze szczytem napięcia przemiennego, kąt zapłonu wynosi 90 stopni, a obciążenie otrzymuje energię tylko z połowy cyklu dodatniego. Wreszcie, impuls w tym samym czasie, co przejście przez ujemne zero, powoduje kąt zapłonu 180 stopni, bez przewodzenia prądu i bez przekazywania energii. Celem tego eksperymentu jest zbadanie obwodu prostownika tyrystorowego wyzwalanego pod różnymi kątami zapłonu oraz porównanie wynikowych średnich napięć wyjściowych.
Ponieważ eksperymenty te wykorzystują zasilanie prądem zmiennym 120 V, należy unikać kontaktu z odsłoniętymi przewodami, które mogą spowodować porażenie prądem i obrażenia lub śmierć. Nie dotykaj żadnej części obwodu, gdy jest pod napięciem i nie uziemiaj VARIAC. Aby uzyskać więcej informacji na temat bezpieczeństwa elektrycznego, obejrzyj film Jove Science Education "Środki ostrożności i podstawowe wyposażenie". Najpierw ustaw oscyloskop, podłączając standardową sondę oscyloskopu do jednego kanału, a sondę różnicową do drugiego kanału. Skonfiguruj sondę różnicową na tłumienie powyżej 20. Ustaw amplifikację w menu oscyloskopu dla kanału sondy różnicowej. Użyj 20x, jeśli jest dostępny dla sondy różnicowej. W przeciwnym razie użyj 10-krotnych i podwójnych pomiarów oscyloskopu. Anuluj dowolne przesunięcie oscyloskopu, ściskając ze sobą zaciski sondy różnicowej i dostosowując pozycję pionową ścieżek do zera woltów. Podczas tego eksperymentu VARIAC dostarcza napięcie przemienne o częstotliwości linii 60 Hz. Przed regulacją VARIAC upewnij się, że jest wyłączony i nic nie jest podłączone do wyjścia. Następnie przekręć pokrętło sterujące na 15 procent mocy. Podłącz kabel wyjściowy do VARIAC i podłącz zaciski sondy różnicowej do wtyczek bananowych kabla. Włącz VARIAC, obserwuj przebieg na oscyloskopie i wyreguluj VARIAC tak, aby amplituda jego wyjścia V0 wynosiła 35 woltów. Zmień podstawę czasu, czyli przedział czasu na podział poziomy oscyloskopu, aby wyświetlić od dwóch do pięciu cykli napięcia. Przechwyć i zapisz kopię tego przebiegu i zapisz tę podstawę czasu i oznacz ją TB0 do późniejszego wykorzystania. Na koniec wyłącz VARIAC i nie zmieniaj jego ustawień.
Ten pierwszy eksperyment uruchamia prostownik tyrystorowy o kącie zapłonu zerowym stopni. Zmontuj obwód, jak pokazano na proto-płytce. Użyj VARIAC dla wejściowego źródła prądu przemiennego V in. I zworka drutowa w miejscu rezystora R2. Podłącz standardową sondę przez napięcie wejściowe V in, a następnie podłącz sondę różnicową przez rezystor obciążenia R, aby obserwować napięcie wyjściowe voltage V out. Włącz funkcję WARIANCJA i ustaw zakres na podstawę czasu TB0, która została nagrana wcześniej. Ponieważ kąt zapłonu wynosi zero stopni, tyrystor działa jak dioda, a napięcie wyjściowe jest w połowie wyprostowaną falą sinusoidalną. Użyj wbudowanej funkcji matematycznej oscyloskopu, aby zmierzyć średnie napięcie wyjściowe. Dostosuj podstawę czasu, aby powiększyć między punktami, gdy tyrystor wyłączy się, a następnie włączy ponownie. Użyj kursorów zakresu, aby zmierzyć tę różnicę czasu. Wyłącz system VARIAC i nie zmieniaj voltage ustawienie. Zachowaj wszystkie połączenia VARIAC i oscyloskopu takie same w następnym eksperymencie.
Aby porównać wyniki przy dwóch różnych niezerowych kątach zapłonu, następny eksperyment wyzwoli tyrystor z małym, a następnie dużym oporem dla R2. Rezystancje wynoszą w tym przypadku 300 omów i 620 omów. Użyj mniejszego oporu, aby wyzwolić tyrystor pod małym kątem zapłonu. Usuń zworkę, która spowodowała zwarcie R2. Następnie włóż rezystor 300 omów w swoje miejsce. Włącz funkcję VARIAC i ustaw zakres na podstawę czasu TB0. Kąt zapłonu jest teraz większy niż zero stopni, w wyniku czego tyrystor jest wyzwalany później w dodatniej części cyklu prądu przemiennego. Zmierz średnią objętość wyjściowątage zgodnie z wcześniejszym opisem. Następnie powiększ i zmierz odstęp czasu między wyłączeniem tyrystora a ponownym włączeniem. Wyłącz funkcję VARIAC. Nie zmieniając ustawienia VARIAC ani innych połączeń, zastąp R2 większym rezystorem i powtórz test. Po zakończeniu eksperymentów wyłącz VARIAC, ustaw go na zero i zdemontuj obwód.
Napięcie wyjściowe obwodu prostownika tyrystorowego wynosi zero, dopóki impuls bramki nie wyzwoli tyrystora. Po wyzwoleniu napięcie wyjściowe jest pozostałą częścią fali w połowie wyprostowanej. Wraz ze wzrostem kąta zapłonu napięcie wyjściowe jest bardziej rozdrobnione w porównaniu z napięciem wejściowym, a zatem średnie napięcie wyjściowe maleje. W związku z tym kąt zapłonu określa ilość mocy, jaką tyrystor przekazuje na obciążenie.
Tyrystory mogą kontrolować ilość mocy przekazywanej na obciążenie i były powszechne w starszych regulowanych zasilaczach prądu stałego. Są one nadal używane w wielu aplikacjach sterowania zasilaniem prądem przemiennym średniego i wysokiego napięcia. Po pierwsze, popularne ściemniacze światła stosowane w domach i biurach mają pokrętło lub suwak, który steruje potencjometrem, który jest rezystorem zmiennym. Zmiana rezystancji zmienia kąt zapłonu tyrystora i odpowiednio zwiększa lub zmniejsza moc świecącą żarówkę. Wyładowanie łukowe anodowe jest praktycznym i wydajnym sposobem syntezy nanorurek węglowych i grafenu. W badaniach wykorzystano pole magnetyczne, aby zwiększyć sterowalność i elastyczność procesu. Wyładowanie elektryczne w tym zastosowaniu jest podobne do wyładowania łukowego. Oba wykorzystują tyrystory wysokonapięciowe do kontrolowania mocy, która tworzy łuk.
Właśnie obejrzałeś Wprowadzenie Jowisza do prostowników tyrystorowych. Powinieneś teraz zrozumieć, jak działają tyrystory i jak umożliwiają sterowanie zasilaniem prądem przemiennym urządzeń elektrycznych. Dzięki za oglądanie.
