Изучение работы тиристорного регулятора напряжения и его программная реализация в Micro-Сap
Методическое пособие к лабораторной работе № 4 по дисциплине «Физические основы электроники»
Цель работы
Изучение работы схемы тиристорного регулятора напряжения, а также принцип реализации аналогов цифровых интегральных микросхем в программном пакете Miсro-Сap.
Введение
При разработке схем электроники мощным средством решения задач является программа Micro-Cap.Micro-Cap представляет собой универсальную программу схемотехнического анализа, предназначенная для решения широкого круга задач. Micro-Cap позволяет составлять, редактировать схемы – программные аналоги реальным микросхемам, а также анализировать переходные процессы, частотные и переходные характеристики, и некоторые другие характеристики схем. Его возможности достаточно велики: с его помощью можно анализировать не только аналоговые, но и цифровые схемы. Возможно также и смешанное моделирование аналого-цифровых электронных устройств. В данной лабораторной работе требуется выполнить анализ переходных процессов в схеме тиристорного регулятора напряжения (мощности).
Тиристорный регулятор напряжения (ТРН) — электронная схема, позволяющая изменять подводимую к нагрузке мощность путём задержки включения тиристора на полупериоде переменного тока. Применяется для управления мощностью универсального коллекторного двигателя, ламп накаливания и некоторых других видов нагрузок переменного тока.
Описание работы схемы тиристорного регулятора
Напряжения (мощности)
Регулирование напряжения (мощности), подводимой к нагрузке, может быть выполнено с помощью схемы на полууправляемых полупроводниковых приборах – тиристорах. Регулирование осуществляется путем задержки включения тиристора на полупериоде переменного тока. Схема ТРН показана на рисунке 1, диаграммы работы – на рисунке 2. Регулируется мгновенное и действующее напряжения. Тиристор, который работал, выключается, когда ток нагрузки iн=0.
Рисунок 1 – Схема тиристорного регулятора напряжения:
СУ – система управления импульсами; Uc –напряжение сети; Uсинхр – напряжение синхронизации; Uу – напряжение управления; VS1,2 - тиристоры 1,2; Uист1,2 – импульсные источники напряжения; R1,2 – ограничивающие резисторы в цепи управляющих электродов 1,2 соответственно; Rн – сопротивление нагрузки.
Рисунок 2 – Диаграммы работы тиристорного регулятора напряжения
Диапазон изменения угла управления a=0¸p. При a=0 на нагрузке полное синусоидальное напряжение. При a=p напряжение на нагрузке равно 0. Диаграмма напряжения на тиристоре VS1.
Схему ТРН можно разбить на следующие функциональные элементы: система импульсно-фазового управления (СИФУ), полууправляемые полупроводниковые элементы – тиристоры, нагрузка.
СИФУ - поочередно посылает управляющие импульсы на тиристоры.
Тиристоры - полупроводниковые приборы, имеющие два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости.
Нагрузка представлена в схеме резистивным элементом.
Тиристоры управляются импульсами, подаваемыми на управляющий электрод с определенной частотой. Чем больше задержка включения тиристора, тем меньшая мощность поступает в нагрузку.
В СИФУ сравниваются два сигнала: управляющий и опорный (см. рисунок 4): когда величина управляющего сигнала превышает опорный, поступает сигнал на формирователь импульсов (ФИ), затем – на усилитель импульсов (УИ), после чего импульс поступает на тиристор (ФИ и УИ на рисунке 1 не показаны). Тиристор открывается, на нагрузку поступает напряжение
Описание схемы тиристорного регулятора