Thyristor Gleichrichter

Electrical Engineering

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Overview

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.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Elektrotechnik und Informationstechnik. Thyristor Gleichrichter. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

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 Vin"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.

Figure 1
Abbildung 1: Einweggleichrichter mit SCR und ohmsche Last.

Procedure

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 Vin 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 Vherauszu 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 Vinerfasst 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.

Figure 2
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 Vin Vheraus 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 Vin Vheraus 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.

Thyristoren, auch genannt Siliziumgleichrichtern gesteuert oder SCRs, sind elektronische Geräte, die in Licht-Dimmer, motor Speed Controller und Spannungsregler verwendet. Wie eine Diode ein Thyristors hat eine Anode und eine Kathode, und nur in eine Richtung führt. In der Tat der Schaltplan symbol für ein Thyristor eine Diode ähnelt, aber mit einem dritten Terminal, darstellt das Tor, das Stromfluss kontrolliert. Im Gegensatz zu einer Diode muss jedoch ein kleinen Stromimpuls in das Tor der Thyristor einschalten, damit Durchlassstrom von Anode zur Kathode fließen kann. Der Thyristor schaltet ab, wenn diese Durchlassstrom einen bistabilen Grenzwert unterschreitet. Im ausgeschalteten Zustand blockiert ein Thyristor Wärmeleitung in beide Richtungen. Die Möglichkeit, ein-und Ausschalten der Thyristor zu korrigieren, das ist nur eine Polarität aktuelle übergeben und regulieren den Wechselstrom zu Allode. Dieses Video zeigt wie einen Thyristor gesteuert durch das Tor zu verschiedenen Zeitpunkten während eines AC-Zyklus auslösen.

Thyristoren bestehen aus vier wechselnden Schichten von P und N-Typ Halbleiter, die eine PNPN Struktur bilden. Die Anode Führung ist mit der P-Typ-Material an einem Ende verbunden. Die N-Typ-Material am anderen Ende ist die Kathode Führung verbunden. Und die Tor-Führung an der P-Schicht neben der Kathode angeschlossen ist. In dieser einfachen Schaltung mit einer Wechselstromquelle in Serie mit dem Thyristor und einer Belastung kann nicht der AC-Eingang von selbst der Thyristor in vorwärts Wärmeleitung fahren. Strom kann fließen von der Anode zur Kathode erst durch ein Stromimpuls zum Tor der eingeschalteten Zustand löst. Dieser Puls muss erfolgen, während die Quellenspannung positiv ist. Andernfalls bleibt der Thyristor aus- und aktuellen Blocks. Thyristoren sind Bi-stabile, was bedeutet, dass sie in zwei verschiedenen Staaten ruhen können. So bleibt die Forward Modus durchführen, solange die Quellenspannung positiv ist, und der Strom über den bistabilen Grenzwert wird. Fällt der Strom unterhalb dieser Schwelle, der Thyristor betritt den blockierenden Modus und bleibt in diesem Zustand, bis wieder ausgelöst. Die Phasendifferenz zwischen den Tor-Puls und den Nulldurchgang einen sinusförmigen AC-Quelle ist der Zündwinkel. Zum Beispiel hat ein Trigger-Impuls zur gleichen Zeit wie die ersten Nulldurchgang ein Zündwinkel von Null Grad, wodurch komplette Halbwellen-Berichtigung, wie eine Diode. In diesem Fall geht der Thyristor die Energie aus dem positiven Teil des Zyklus zur Last. Wenn der Puls mit dem Höhepunkt der AC Spannung übereinstimmt, der Zündwinkel wird um 90 Grad und die Belastung Energie empfängt nur die Hälfte der positive Kreislauf. Schließlich übertragen einen Impuls zur gleichen Zeit als das Negative Null Kreuzung führt in ein Zündwinkel von 180 Grad, mit kein Strom durchgeführt und keine Energie überhaupt. Das Ziel dieses Experiments ist eine Thyristor-Gleichrichterschaltung ausgelöst in verschiedenen feuern Winkeln zu studieren, und um die daraus resultierende Durchschnitt vergleichen Ausgang Spannungen.

Da diese Experimente 120 Volt AC-Strom verwenden, vermeiden Sie den Kontakt mit freiliegenden Drähten, die elektrischen Schlägen und Verletzungen oder zum Tod führen kann. Berühren Sie einen Teil der Schaltung nicht, wenn es unter Spannung steht, und darf nicht geerdet werden die VARIAC. Schauen Sie für weitere Informationen über elektrische Sicherheit sich die Jupiter Science Education video "Sicherheit Vorsichtsmaßnahmen und Grundausstattung". Richten Sie das Oszilloskop zunächst, indem Sie die standard-Lieferumfang-Sonde auf einen Kanal und die Differenzialfühler auf einen zweiten Kanal. Konfigurieren Sie die Differenzialfühler auf einen über 20 Dämpfung. Legen Sie die Verstärkung auf dem Oszilloskop-Menü für den Differenzialfühler Kanal. 20 X zu verwenden, wenn sie für die Differenzialfühler verfügbar ist. Andernfalls verwenden Sie 10 X und verdoppeln Sie Oszilloskop Messungen zu. Brechen Sie Oszilloskop-Offset durch clipping Differenzialfühler Terminals zusammen und die Spuren vertikale Position um Null Volt ab. Während dieses Experiments bietet die VARIAC Wechselspannung mit einer Frequenz von 60 Hertz. Vor dem Anpassen der VARIAC, stellen Sie sicher es ausgeschaltet ist und nichts mit dem Ausgang verbunden ist. Dann drehen Sie den Fahrregler auf 15 Prozent ausgegeben. Verbinden Sie das Ausgangskabel mit dem VARIAC und Klemmen Sie die differenzielle Umfang Sonde an die Bananenstecker des Kabels. Schalten Sie die VARIAC, beobachten Sie die Wellenform auf dem Oszilloskop zu und stellen Sie die VARIAC so ein, dass die Amplitude der es ausgegeben wird, ist V0 35 Volt. Änderung der Zeitbasis, die das Zeitintervall pro horizontale Unterteilung des Oszilloskops zwei bis fünf Zyklen der Spannung angezeigt wird. Erfassen Sie und speichern Sie eine Kopie dieser Wellenform und zeichnen Sie dieser Zeitbasis auf und benennen Sie es TB0 für die spätere Verwendung. Schließlich schalten Sie die VARIAC, und ändern Sie die Einstellung nicht.

Dieser erste Versuch löst einen Thyristor-Gleichrichter mit einem Zündwinkel von Null Grad. Montieren Sie die Schaltung, wie auf einem Proto-Board gezeigt. Verwenden Sie die VARIAC für AC Eingangsquelle V in. Und eine Drahtbrücke anstelle von Widerstand R2. Verbinden Sie der Standardsonde über Eingangsspannung V in, dann verbinden Sie die Differenzialfühler über Last Widerstand R, Ausgangsspannung V heraus zu beobachten. Schalten Sie die VARIAC, und legen Sie den Bereich auf Basis TB0 Zeit, die zuvor aufgezeichnet wurde. Da der Zündwinkel Null Grad ist, der Thyristor verhält sich wie eine Diode und die Ausgangsspannung ist eine Sinuswelle Hälfte korrigiert. Verwenden Sie den Rahmen integrierte mathematische Funktion, die mittlere Leistung Spannung messen. Passen Sie die Zeitbasis zwischen den Punkten zu vergrößern, wenn der Thyristor schaltet sich aus und dann wieder einschaltet. Verwenden Sie den Anwendungsbereich Cursor um zu dieser Zeitunterschied zu messen. Schalten Sie die VARIAC, und ändern Sie die Spannungseinstellung nicht. Halten Sie alle VARIAC und Umfang Verbindungen gleich für den nächsten Versuch.

Um die Ergebnisse mit zwei unterschiedlichen vergleichen ungleich Null feuern Winkel, der nächste Versuch der Thyristor mit einem kleinen, dann einen großen Widerstand für R2 löst. Die Widerstände sind in diesem Fall 300 Ohm und 620 Ohm. Verwenden Sie den kleineren Widerstand der Thyristor bei einem kleinen Zündwinkel auslösen. Entfernen Sie den Jumper, der R2 kurzgeschlossen. Setzen Sie dann die 300 Ohm Widerstand an seinem Platz. Schalten Sie die VARIAC und legen Sie den Bereich auf Basis TB0 Zeit. Der Zündwinkel ist jetzt größer als Null Grad, und infolgedessen der Thyristor wird später in der positive Teil des Kreislaufs AC ausgelöst. Messen Sie die durchschnittliche Ausgangsspannung, wie oben beschrieben. Dann vergrößern Sie und Messen Sie das Zeitintervall zwischen zu, wenn der Thyristor schaltet sich aus und wieder ein. Schalten Sie die VARIAC. Ohne Änderung der VARIAC Einstellung oder anderen Verbindungen, ersetzen Sie R2 mit der größeren Widerstand zu, und wiederholen Sie den Test. Nachdem die Versuche abgeschlossen sind, schalten Sie die VARIAC, auf Null gesetzt und zerlegen der Schaltung.

Die Ausgangsspannung der Thyristor-Gleichrichter-Schaltung ist gleich Null, bis ein Tor-Puls der Thyristor auslöst. Nach dem auslösen, ist die Ausgangsspannung der verbleibende Teil einer Welle halb behoben. Wenn der Zündwinkel zunimmt, ist die Ausgangsspannung mehr gehackt im Vergleich zu den Eingang, und somit die mittlere Ausgangsspannung abnimmt. Infolgedessen bestimmt der Zündwinkel die Menge an Energie gelangt ein Thyristor zur Last.

Thyristoren können steuern die Menge von Energie auf eine Ladung übertragen und wurden häufig in älteren einstellbaren DC-Netzteile. Sie werden noch viele Mittel-und Hochspannungs-AC-Power-Control-Anwendungen verwendet. Erste, gemeinsame Licht Dimmer in Wohnungen und Büros verwendet haben einen Knopf oder Regler als Kontrollen ein Potentiometer ein variabler Widerstand ist. Ändern des Widerstands ändert sich der Zündwinkel eines Thyristors und entsprechend erhöht oder verringert die Kraft, die eine Glühbirne erhellt. Anodische Bogenentladung ist eine praktische und effiziente Möglichkeit der Synthese von Kohlenstoff-Nanoröhren und Graphen. Forschungen haben ein magnetisches Feld verwendet, um die Steuerbarkeit und Flexibilität des Prozesses zu verbessern. Die elektrische Entladung in dieser Anwendung ist ähnlich dem des Schutzgasschweißens. Und beide Hochspannungs-Thyristoren verwenden, um die Kraft zu kontrollieren, die den Lichtbogen erzeugt.

Sie haben nur Jupiters Einführung in Thyristor-Gleichrichter beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, wie Thyristoren funktionieren und wie sie Kontrolle über Wechselstrom elektrische Geräte ermöglichen. Danke fürs Zuschauen.

Results

Die AC-Eingangsspannung-Wellenform wird bis die Zündwinkel gehackt. Wichtige Beziehungen des durchschnittlichen Ausgang Spannung und brennen Winkel für verschiedene SCR-Gleichrichter mit Eingang Vin= 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.

Applications and Summary

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.

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 Vin 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 Vherauszu 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 Vinerfasst 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.

Figure 2
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 Vin Vheraus 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 Vin Vheraus 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.

Thyristoren, auch genannt Siliziumgleichrichtern gesteuert oder SCRs, sind elektronische Geräte, die in Licht-Dimmer, motor Speed Controller und Spannungsregler verwendet. Wie eine Diode ein Thyristors hat eine Anode und eine Kathode, und nur in eine Richtung führt. In der Tat der Schaltplan symbol für ein Thyristor eine Diode ähnelt, aber mit einem dritten Terminal, darstellt das Tor, das Stromfluss kontrolliert. Im Gegensatz zu einer Diode muss jedoch ein kleinen Stromimpuls in das Tor der Thyristor einschalten, damit Durchlassstrom von Anode zur Kathode fließen kann. Der Thyristor schaltet ab, wenn diese Durchlassstrom einen bistabilen Grenzwert unterschreitet. Im ausgeschalteten Zustand blockiert ein Thyristor Wärmeleitung in beide Richtungen. Die Möglichkeit, ein-und Ausschalten der Thyristor zu korrigieren, das ist nur eine Polarität aktuelle übergeben und regulieren den Wechselstrom zu Allode. Dieses Video zeigt wie einen Thyristor gesteuert durch das Tor zu verschiedenen Zeitpunkten während eines AC-Zyklus auslösen.

Thyristoren bestehen aus vier wechselnden Schichten von P und N-Typ Halbleiter, die eine PNPN Struktur bilden. Die Anode Führung ist mit der P-Typ-Material an einem Ende verbunden. Die N-Typ-Material am anderen Ende ist die Kathode Führung verbunden. Und die Tor-Führung an der P-Schicht neben der Kathode angeschlossen ist. In dieser einfachen Schaltung mit einer Wechselstromquelle in Serie mit dem Thyristor und einer Belastung kann nicht der AC-Eingang von selbst der Thyristor in vorwärts Wärmeleitung fahren. Strom kann fließen von der Anode zur Kathode erst durch ein Stromimpuls zum Tor der eingeschalteten Zustand löst. Dieser Puls muss erfolgen, während die Quellenspannung positiv ist. Andernfalls bleibt der Thyristor aus- und aktuellen Blocks. Thyristoren sind Bi-stabile, was bedeutet, dass sie in zwei verschiedenen Staaten ruhen können. So bleibt die Forward Modus durchführen, solange die Quellenspannung positiv ist, und der Strom über den bistabilen Grenzwert wird. Fällt der Strom unterhalb dieser Schwelle, der Thyristor betritt den blockierenden Modus und bleibt in diesem Zustand, bis wieder ausgelöst. Die Phasendifferenz zwischen den Tor-Puls und den Nulldurchgang einen sinusförmigen AC-Quelle ist der Zündwinkel. Zum Beispiel hat ein Trigger-Impuls zur gleichen Zeit wie die ersten Nulldurchgang ein Zündwinkel von Null Grad, wodurch komplette Halbwellen-Berichtigung, wie eine Diode. In diesem Fall geht der Thyristor die Energie aus dem positiven Teil des Zyklus zur Last. Wenn der Puls mit dem Höhepunkt der AC Spannung übereinstimmt, der Zündwinkel wird um 90 Grad und die Belastung Energie empfängt nur die Hälfte der positive Kreislauf. Schließlich übertragen einen Impuls zur gleichen Zeit als das Negative Null Kreuzung führt in ein Zündwinkel von 180 Grad, mit kein Strom durchgeführt und keine Energie überhaupt. Das Ziel dieses Experiments ist eine Thyristor-Gleichrichterschaltung ausgelöst in verschiedenen feuern Winkeln zu studieren, und um die daraus resultierende Durchschnitt vergleichen Ausgang Spannungen.

Da diese Experimente 120 Volt AC-Strom verwenden, vermeiden Sie den Kontakt mit freiliegenden Drähten, die elektrischen Schlägen und Verletzungen oder zum Tod führen kann. Berühren Sie einen Teil der Schaltung nicht, wenn es unter Spannung steht, und darf nicht geerdet werden die VARIAC. Schauen Sie für weitere Informationen über elektrische Sicherheit sich die Jupiter Science Education video "Sicherheit Vorsichtsmaßnahmen und Grundausstattung". Richten Sie das Oszilloskop zunächst, indem Sie die standard-Lieferumfang-Sonde auf einen Kanal und die Differenzialfühler auf einen zweiten Kanal. Konfigurieren Sie die Differenzialfühler auf einen über 20 Dämpfung. Legen Sie die Verstärkung auf dem Oszilloskop-Menü für den Differenzialfühler Kanal. 20 X zu verwenden, wenn sie für die Differenzialfühler verfügbar ist. Andernfalls verwenden Sie 10 X und verdoppeln Sie Oszilloskop Messungen zu. Brechen Sie Oszilloskop-Offset durch clipping Differenzialfühler Terminals zusammen und die Spuren vertikale Position um Null Volt ab. Während dieses Experiments bietet die VARIAC Wechselspannung mit einer Frequenz von 60 Hertz. Vor dem Anpassen der VARIAC, stellen Sie sicher es ausgeschaltet ist und nichts mit dem Ausgang verbunden ist. Dann drehen Sie den Fahrregler auf 15 Prozent ausgegeben. Verbinden Sie das Ausgangskabel mit dem VARIAC und Klemmen Sie die differenzielle Umfang Sonde an die Bananenstecker des Kabels. Schalten Sie die VARIAC, beobachten Sie die Wellenform auf dem Oszilloskop zu und stellen Sie die VARIAC so ein, dass die Amplitude der es ausgegeben wird, ist V0 35 Volt. Änderung der Zeitbasis, die das Zeitintervall pro horizontale Unterteilung des Oszilloskops zwei bis fünf Zyklen der Spannung angezeigt wird. Erfassen Sie und speichern Sie eine Kopie dieser Wellenform und zeichnen Sie dieser Zeitbasis auf und benennen Sie es TB0 für die spätere Verwendung. Schließlich schalten Sie die VARIAC, und ändern Sie die Einstellung nicht.

Dieser erste Versuch löst einen Thyristor-Gleichrichter mit einem Zündwinkel von Null Grad. Montieren Sie die Schaltung, wie auf einem Proto-Board gezeigt. Verwenden Sie die VARIAC für AC Eingangsquelle V in. Und eine Drahtbrücke anstelle von Widerstand R2. Verbinden Sie der Standardsonde über Eingangsspannung V in, dann verbinden Sie die Differenzialfühler über Last Widerstand R, Ausgangsspannung V heraus zu beobachten. Schalten Sie die VARIAC, und legen Sie den Bereich auf Basis TB0 Zeit, die zuvor aufgezeichnet wurde. Da der Zündwinkel Null Grad ist, der Thyristor verhält sich wie eine Diode und die Ausgangsspannung ist eine Sinuswelle Hälfte korrigiert. Verwenden Sie den Rahmen integrierte mathematische Funktion, die mittlere Leistung Spannung messen. Passen Sie die Zeitbasis zwischen den Punkten zu vergrößern, wenn der Thyristor schaltet sich aus und dann wieder einschaltet. Verwenden Sie den Anwendungsbereich Cursor um zu dieser Zeitunterschied zu messen. Schalten Sie die VARIAC, und ändern Sie die Spannungseinstellung nicht. Halten Sie alle VARIAC und Umfang Verbindungen gleich für den nächsten Versuch.

Um die Ergebnisse mit zwei unterschiedlichen vergleichen ungleich Null feuern Winkel, der nächste Versuch der Thyristor mit einem kleinen, dann einen großen Widerstand für R2 löst. Die Widerstände sind in diesem Fall 300 Ohm und 620 Ohm. Verwenden Sie den kleineren Widerstand der Thyristor bei einem kleinen Zündwinkel auslösen. Entfernen Sie den Jumper, der R2 kurzgeschlossen. Setzen Sie dann die 300 Ohm Widerstand an seinem Platz. Schalten Sie die VARIAC und legen Sie den Bereich auf Basis TB0 Zeit. Der Zündwinkel ist jetzt größer als Null Grad, und infolgedessen der Thyristor wird später in der positive Teil des Kreislaufs AC ausgelöst. Messen Sie die durchschnittliche Ausgangsspannung, wie oben beschrieben. Dann vergrößern Sie und Messen Sie das Zeitintervall zwischen zu, wenn der Thyristor schaltet sich aus und wieder ein. Schalten Sie die VARIAC. Ohne Änderung der VARIAC Einstellung oder anderen Verbindungen, ersetzen Sie R2 mit der größeren Widerstand zu, und wiederholen Sie den Test. Nachdem die Versuche abgeschlossen sind, schalten Sie die VARIAC, auf Null gesetzt und zerlegen der Schaltung.

Die Ausgangsspannung der Thyristor-Gleichrichter-Schaltung ist gleich Null, bis ein Tor-Puls der Thyristor auslöst. Nach dem auslösen, ist die Ausgangsspannung der verbleibende Teil einer Welle halb behoben. Wenn der Zündwinkel zunimmt, ist die Ausgangsspannung mehr gehackt im Vergleich zu den Eingang, und somit die mittlere Ausgangsspannung abnimmt. Infolgedessen bestimmt der Zündwinkel die Menge an Energie gelangt ein Thyristor zur Last.

Thyristoren können steuern die Menge von Energie auf eine Ladung übertragen und wurden häufig in älteren einstellbaren DC-Netzteile. Sie werden noch viele Mittel-und Hochspannungs-AC-Power-Control-Anwendungen verwendet. Erste, gemeinsame Licht Dimmer in Wohnungen und Büros verwendet haben einen Knopf oder Regler als Kontrollen ein Potentiometer ein variabler Widerstand ist. Ändern des Widerstands ändert sich der Zündwinkel eines Thyristors und entsprechend erhöht oder verringert die Kraft, die eine Glühbirne erhellt. Anodische Bogenentladung ist eine praktische und effiziente Möglichkeit der Synthese von Kohlenstoff-Nanoröhren und Graphen. Forschungen haben ein magnetisches Feld verwendet, um die Steuerbarkeit und Flexibilität des Prozesses zu verbessern. Die elektrische Entladung in dieser Anwendung ist ähnlich dem des Schutzgasschweißens. Und beide Hochspannungs-Thyristoren verwenden, um die Kraft zu kontrollieren, die den Lichtbogen erzeugt.

Sie haben nur Jupiters Einführung in Thyristor-Gleichrichter beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, wie Thyristoren funktionieren und wie sie Kontrolle über Wechselstrom elektrische Geräte ermöglichen. Danke fürs Zuschauen.

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