Материал: 3773

сигнал лог. «0» , то выходной сигнал Y – лог. «1» .

Итак , в интервале фазовых углов 0…α напряжение , приложенное к RC – цепи , равно ≈ 0В , конденсатор С разряжен , сигналы на выходах ЛЭ U_DD1.1 – лог. «0» , U_DD1.2 – лог. «1»

В момент времени ωt = α напряжение U_пэ = U_K11 скачком спадает до уровня близ − кого к 0В (напомним , это − напряжение на участке коллектор – эмиттер выходного триода ШИМ – контроллера в состоянии насыщения) . Теперь на верхнем входе ЛЭ

DD1.1 действует сигнал лог. «0» и , согласно таблице функционирования , напряже – ние U_DD1.1 скачком возрастает до уровня лог. «1» . Начинается заряд конденсатора С по цепи : выход DD1.1 – C – R – общая шина .

Сопротивление разряженного конденсатора для скачка напряжения практически равно нулю , поэтому сначала ток i_c велик и создает на сопротивлении R падение напряжения высокого уровня − лог. «1» . ЛЭ DD1.2 меняет состояние и на его выходе напряжение U_DD1.2 скачком падает до уровня лог. «0» . По мере заряда конденсатора ток i_c уменьшается и , когда напряжение i_c∙R окажется меньше некоторого порогово – го значения , выходной сигнал инвертора U_DD1.2 снова скачком возрастает до лог. «1».

Высокий уровень U_DD1.2 сохраняется до появления среза U_пэ = U_K11 в следующем периоде работы ФСУ . Отметим , что на выходе ЛЭ DD1.2 сформирована инверсия короткого импульса напряжения с длительностью T_и (см. график напряжения U_DD1.2 ) .

Следующий узел схемы управления – двухкаскадный импульсный усилитель мощности (ИУМ) , построенный на триодах VT5 и VT6 , каждый из которых работает в режиме ключа . Первый каскад ИУМ – предоконечный маломощный , выполняет функцию согласования выхода интегрального ЛЭ с низкоомным входом трансфор – маторного каскада усиления мощности импульсов на триоде VT6 . Первичная обмотка трансформатора T3 вместе с обратным диодом V4 включена в цепь коллектора VT6 , две вторичные соединены с управляющими переходами тиристоров VT1 и VT2 .

25

Рис . 12

Напряжение U_DD1.2 подается на вход предоконечного каскада на триоде VT5 . Сопротивление R6 в цепи базы VT5 выбирают (рассчитывают) таким , чтобы при высоком уровне U_DD1.2 ток I_б5 был равным току базы насыщения I_бн триода VT5 . Формула расчета R6

,

где U_DD1.2 – напряжение лог. «1» на выходе DD1.2 в интервале импульса T_и ;U_бэ.н – напряжение на эмиттерном переходе насыщенного ;I_бн – ток базы насыщения триода VT5 .

Работа ИУМ . Итак , в интервале фазовых углов 0…α , пока уровень напряжения U_DD1.2 высокий , триод VT5 насыщен , U_кэ5 = U_кэ.н ≈ 0,2…0,3В , что соответствует лог. «0» . Этого напряжения недостаточно для отпирания триода VT6 , поэтому он нахо − дится в состоянии отсечки (закрыт) . В момент ωt = α напряжение U_DD1.2 становиться близким к нулю и остается на этом уровне в интервале времени T_и . Триод VT5 переходит в состояние отсечки (запирается) , а напряжение U_кэ5 скачком возрастает . Под действием U_кэ5 в базу VT6 течет ток I_б , достаточный для перевода этого триода в

26

насыщение . На короткое время , T_и , практически все напряжение питания второго

каскада ИУМ (20В) прикладывается к первичной обмотке импульсного трансфор − матора T3 , а на его вторичных обмотках формируются импульсы напряжения U_к5 и U_к6 , включающие тиристоры .

Примечание . Строго говоря , схема управления должна формировать сигналы на включение тиристоров только в рабочих полупериодах напряжения питающей сети для каждого из тиристоров ФУВ .

Вариант №2 . ФУВ на тиристорных оптопарах

Конструктивное оформление стенда

Стенд выполнен в виде открытого макета . На лицевой панели стенда (рис . 13 ) размещены :

1 . Элементы силовой части ФУВ ; диоды V1 , V2 ; тиристоры VТ1 ,VТ2 ; об – ратный диод V₀ ; гнезда G1…G11 , контакты K2…K6 для установки перемычек , штекеров , сборки вариантов схем ФУВ , подключения измерительных приборов , осциллографа .

2 . Схема управления ФУВ с выведенными на панель гнездами , контактами K1, K7…K11 . Гнезда G11 установлены в разных местах стенда и являются общими для всей схемы .

3 . Блок питания БП схемы управления состоит из маломощного трансформатора Т2 , выпрямителей В1 , В2 и стабилизаторов СТ1 , СТ2 с напряжениями на выходах : ±9В . БП включается в сеть 220В , 50Гц с помощью шнура с вилкой и выключателя S1 .

На стенде обозначена только схема трансформатора Т1 и контакты K2 , K3 , K4 для подключения внешнего силового трансформатора . Оборудовать стенд собственным мощным трансформатором ввиду большого веса и размеров не представляется возможным , поэтому в качестве силового используется трансформатор одного из стендов «Выпрямители» с напряжением на на выво –

дах вторичной обмотки 25…60В .

При проведении лабораторной работы используются следующие приборы и оборудование : амперметр магнитоэлектрической системы , вольтметр , например В7-38 (или цифровой мультиметр) , осциллограф , реостат и дроссель , соединительные проводники , перемычки . Вольтметр и осциллограф следует включить в сеть пи − тания 220В , 50Гц до начала эксперимента .

27

Рис .13

28

В лабораторной работе для наблюдения за формой сигналов и измерения углов включения тиристоров используются двухканальные осциллографы . У каждого из входных кабелей осциллографа имеются по два контакта – щупа , которыми кабель подключается к исследуемой цепи . Один контакт – щуп это собственно вход ос − циллографа , другой щуп является общим , или «земляным» . В ходе выполнения работы необходимо следить за тем , чтобы «земляные» щупы одновременно находились на общей шине схемы стенда (гнезда G11) .

Кабели снабжены встроенными делителями напряжения 10 : 1; с помощью дели − телей можно в 10 раз изменять масштаб напряжения сигналов , поступающих на вхо − ды осциллографа . Таким образом , достигается возможность размещения на экране осциллографа двух синхронизированных осциллограмм с соизмеримыми ампли − тудами .

Описание работы схемы управления

Напомним , что работа схемы управления ФУВ должна быть синхронизирована с напряжением питающей сети 220В , 50Гц . Для синхронизации используется вып – рямленное напряжение U_син одной из вторичных обмоток трансформатора Т2 , кото – рое снимается с контакта K1 и подается во входную цепь генератора синхроимпуль – сов (ГСИ) через резистор R9 .

Состав схемы управления : ГСИ , генератор пилообразного напряжения (ГПН) , пороговый элемент (ПЭ) и усилители мощности (УМ) импульсов управления ти – ристорами . Описание работы ГСИ и ГПН полностью повторяет текст варианта №1 (стр 23 ) . Рассмотрим работу ПЭ и УМ , пользуясь диаграммой , представленной на рис . 14 в , г , д .

Пороговый элемент построен на ОУ DA2 с большим коэффициентом усиления K_u . Статическая амплитудная характеристика такого усилителя отличается высокой кру – тизной . Напряжения сигнала U_вх и «пилы» U_п , имеющие разные знаки, подаются на инвертирующий вход DA2 через резисторы R17 и R18 .Знак малейшей разницы меж –

ду абсолютными величинами U_вх и U_п определяет знак напряжения U_k11 на выходе DA2 в пределах каждого периода пилы . Пока выполняется условие |U_вх| > |U_п| ,

напряжение U_k11 = U_{вых.макс} ; при |U_вх| < |U_п| напряжение U_k11 = −U_{вых.макс} . В моменты

равенства |U_вх| = |U_п| происходит практически мгновенная смена знака напряжения U_k11 (рис . 14 , в , г) .

Чем выше коэффициент усиления K_u схемы порогового элемента , тем точнее вос – производится момент смены знака U_k11 , т.к. выше становится чувствительность ПЭ. Для увеличения K_u операционный усилитель DA2 охватывается неглубокой поло –

жительной обратной связью (ПОС) ; цепь ПОС реализована с помощью делителя на

29

Рис . 14

резисторах R19 , R20 . Напряжение обратной связи от средней точки подается на прямой вход DA2 .

Выходное напряжение ПЭ U_k11 поступает в цепи базы усилителей мощности УМ , построенных на БПТ VT5 (VT6) . Размах колебаний U_k11 = ± 9B . В интервале поло – тельного напряжения U_k11 триоды закрыты и находятся в состоянии отсечки , токи коллектора I_k5 (I_k6) = I_k0 ≈ 0 . Светодиоды оптопар обесточены , тиристоры VT1 (VT2) закрыты .

В интервале отрицательного напряжения U_k11 эмиттерные переходы триодов VT5

(VT6) смещаются прямо , они переходят в состояние насыщения . Ток коллектора I_k5 (I_k6) в этом интервале периода напряжения U_п скачком возрастает до уровня I_k.н = I_сд

= I_k.макс , (рис . 14 , д) тиристоры оптопар включаются .

Вспомогательные элементы схемы УМ : резисторы R21 (R23) , R22 (R24) и диоды VD2 , VD3 подбираются и рассчитываются так , чтобы обеспечить приемлемые зна – чения токов и напряжений на электродах триодов VT5 (VT6) для работы в режиме ключа .

В интервалах отрицательного напряжения U_k11 сопротивление R21 (R23) ограни –

30

чивает ток базы VT5 (VT6) уровнем тока базы насыщения I_бн и рассчитывается по формуле

,

где U_бэ − прямое падение напряжения на эмиттерном переходе VT5 (VT6) в состоянии насыщения .

В интервалах положительного напряжения U_k11 сопротивление R21 (R23) выпол – няет функцию балластного , на нем падает основная часть U_k11 . Эмиттерный переход VT5 (VT6) смещен в обратном направлении небольшим прямым падением напряже – ния на диоде VD2 (VD3) , что вполне достаточно для поддержания триодов в состоя – нии отсечки .

Сопротивления резисторов R22 (R24) ограничивает ток через светодиоды оптопар и рассчитывается по формуле

.

Контрольные вопросы к разделу II

Описание лабораторных стендов

Стенд на тиристорах с управлением по катоду

1 . Дайте описание конструктивного оформления стенда , назначения гнезд , кон – тактов . Какие приборы и оборудование используются при выполнении работы ?

2 . Укажите на стенде основные узлы схемы управления . Опишите работу ГСИ , ГПН . Какую роль выполняет ШИМ-контроллер ?

3 . Приведите схему ждущего мультивибратора опишите его работу .

4 . Приведите схему импульсного усилителя мощности , ИУМ , опишите его ра – боту .

Стенд на тиристорных оптопарах

1 . Дайте описание конструктивного оформления стенда , назначения гнезд , кон –

тактов . Какие приборы и оборудование используются при выполнении работы ?

2 . Укажите на стенде основные узлы схемы управления . Опишите работу ГСИ , ГПН .

3 . Какую функцию выполняет пороговый элемент в схеме управления ? Опишите работу ПЭ .

4 . Приведите схему и опишите работу усилителя мощности сигнала управления . Чем отличаются ИУМ в лабораторных макетах ( вар . №1) и УМ ( вар . №2) ?

Внимание !

31

Еще раз напомним . Работы выполняются на двух вариантах лабораторных маке – тов . Первый вариант с ФУВ на тиристорах с управлением по катоду . В схеме втор – ого варианта ФУВ построен на тиристорных оптопарах . Нумерация гнезд , контактов и вентилей силовой части на обоих макетах – одинаковая . Поэтому , чтобы избежать повторений , на схемах исследуемых ФУВ , которые набираются с помощью пере – мычек и проводников , в рабочем задании изображены тиристоры с управлением по катоду .

III . Лабораторные работы

Подготовка к работе и тестирование схемы управления ФУВ

Стенд на тиристорах с управлением по катоду

Для подготовки схемы управления ФУВ необходимо выполнить следующие дей − ствия :

а) соединить перемычками гнёзда G15 − 2 контроллера и G16 − G17 соответст − венно ;

б) установить штекеры с кольцевыми наконечникам в гнезда G8 и G11 , штекеры будут выполнять функции контактов , с которых снимаются сигналы на входы вольтметра или осциллографа ;

в) подключить вольтметр к гнёздам G17 − G11 ;

г) убедиться , что выключатель S1 находится в положении «0» (выключено) ; подключить шнур питания стенда к сети 220В , 50Гц ; перевести S1 в положение «1» (включено) ;

д) подключить входной кабель первого канала осциллографа к контакту K10 относительно G11 ; поворачивая движок потенциометра R13 , установить по осцил − лографу амплитуду напряжения «пилы» U_пм на уровне примерно 1,8…2В ;

е) поворачивая движок потенциометра R_д2 , установить по вольтметру напряжение U_вх на уровне примерно 0,65…0,7В .

Провести тестирование (проверку готовности к работе) схемы управления , с этой целью :

а) подключить входной кабель первого канала осциллографа к контактам K9 и G11 , на экране появится осциллограмма , представляющая собой изображение пос − ледовательности коротких по длительности синхронизирующих импульсов U_гси ;

б) далее , подключая последовательно входной кабель второго канала к контроль − ным точкам K1 , K10 , K11 , K7 относительно общей шины , снять осциллограммы : напряжения синхронизации U_син (K1 − G11) , напряжения «пилы» U_п (K10 − G11) ,

32

выходного напряжения ШИМ U_шим (K11 − G11) .

Перевести выключатель S1 в положение «0» .

При подготовке отчета сравните осциллограммы напряжений , полученные в экс − перименте и приведенные в описании схемы управления .

Стенд на тиристорных оптопарах

Вольтметр и осциллограф включить в сеть питания 220В , 50Гц .

Для подготовки схемы управления ФУВ необходимо выполнить следующие дей − ствия :

а) установить штекеры с кольцевыми наконечникам в гнезда G8 и G11 , штекеры будут выполнять функции контактов , с которых снимаются сигналы на входы вольтметра или осциллографа ;

б) подключить входы вольтметра к контакту K10 и гнезду G11 ;

в) убедиться , что выключатель S1 находится в положении «0» (выключено) ; подключить шнур питания стенда к сети 220В , 50Гц ; перевести S1 в положение «1» (включено) ;

г) подключить входной кабель первого канала осциллографа к контакту K9 относительно G11 ; поворачивая движок потенциометра R13 , установить по осцил − лографу амплитуду напряжения «пилы» U_пм на уровне примерно 3…4В ;

д) поворачивая движок потенциометра R16, установить по вольтметру напря – жение U_вх на уровне примерно 1,5…2В .

Провести тестирование (проверку готовности к работе) схемы управления , с этой целью :

а) подключить входной кабель первого канала осциллографа к контактам K7 и G11 , на экране появится осциллограмма , представляющая собой изображение пос − ледовательности коротких по длительности синхронизирующих импульсов U_гси ;

б) далее , подключая последовательно входной кабель второго канала к контроль −

ным точкам K1 , K7 , K9 , K11 относительно общей шины , снять осциллограммы : напряжения синхронизации U_син (K1 − G11) , напряжения «пилы» U_п (K9 − G11) ,