Ćwiczenie 5
Tyrystorowy łącznik i sterownik mocy jako urządzenia wykonawcze automatyki
Data wykonania ćwiczenia:
11 IV 2008
Cel ćwiczenia:
Poznanie podstawowych właściwości i zastosowań tyrystora jako łącznika i sterownika mocy oraz urządzenia wykonawczego regulatora dwupołożeniowego. Sterowanie oświetleniem, ogrzewaniem, prędkością obrotową silnika. Pomiary prędkości obrotowej.
Schemat tyrystorowego łącznika prądu przemiennego:
TY - tyrystor
A - anoda
K - katoda
B - bramka
AT - autotransformator
TR1, TR2, TR3 - transformatory
Z - gniazdo napięcia przemiennego
X - gniazdo napięcia stałego
IF - amperomierz mierzący prąd przewodzenia
Ż - żarówka
M - silnik
UZ, U0 - woltomierz mierzący napięcie zasilania UZ lub spadek napięcia na odbiorniku U0
MD - mostkowy prostownik jednookresowy
C - kondensator wygładzający
P1 - potencjometr
IB - miliamperomierz mierzący prąd bramki
UB - woltomierz mierzący napięcie bramki
RT - dwupołożeniowy regulator temperatury
W1, W2, W3 - wyłączniki
P2 - nastawiany rezystor
OS - oscyloskop
TM - bezdotykowy tachometr (obrotomierz) elektroniczny
Opracowanie wyników:
1. Charakterystyka bramkowo-anodowa tyrystora
Przy rosnącej wartości Ib
Ib [mA] |
Ub [V] |
If [A] |
5 |
0,5 |
0 |
5,5 |
0,57 |
0 |
6 |
0,63 |
0 |
6,5 |
0,67 |
0 |
7 |
0,73 |
0 |
7,5 |
0,77 |
0 |
8 |
0,82 |
0 |
8,5 |
0,87 |
0 |
9 |
1 |
0,93 |
9,5 |
1,02 |
0,93 |
10 |
1,02 |
0,93 |
10,5 |
1,04 |
0,93 |
11 |
1,05 |
0,93 |
11,5 |
1,06 |
0,93 |
12 |
1,07 |
0,93 |
12,5 |
1,08 |
0,93 |
13 |
1,1 |
0,93 |
13,5 |
1,11 |
0,93 |
14 |
1,12 |
0,93 |
Przy malejącej wartości Ib
Ib [mA] |
Ub [V] |
If [A] |
14 |
1,12 |
0,93 |
13,5 |
1,1 |
0,93 |
13 |
1,09 |
0,92 |
12,5 |
1,08 |
0,92 |
12 |
1,07 |
0,92 |
11,5 |
1,06 |
0,91 |
11 |
1,04 |
0,9 |
10,5 |
1,03 |
0,9 |
10 |
1,02 |
0,9 |
9,5 |
1,01 |
0,9 |
9 |
1 |
0,9 |
8,5 |
0,98 |
0,9 |
8 |
0,97 |
0,9 |
7,5 |
0,95 |
0,9 |
7 |
0,94 |
0,9 |
6,5 |
0,94 |
0,9 |
6 |
0,92 |
0,9 |
5,5 |
0,91 |
0,9 |
5 |
0,9 |
0,9 |
Wykres zależności If = f(Ib)
2. Wzmocnienie tyrystora
IBT = 8,7 mA
UBT = 1 V
Moc tracona w obwodzie bramkowym tyrystora:
Moc wydzielona w obciążeniu (żarówce):
Wzmocnienie tyrystora w badanym układzie:
Obliczenie wzmocnienia maksymalnego tyrystora:
UOmax = 500 V IFmax = 10 A
3. Sprawność tyrystora
IF = 0,95 A
Uz = 6 V
U0 = 5 V
P0 = 4,75 W
Moc tracona w tyrystorze:
Sprawność tyrystora:
4. Badania właściwości dynamicznych regulatora temperatury
Wyniki pomiarów:
Liczba kartek |
Δty max [°C] |
0 |
0,1 |
1 |
0,1 |
2 |
0,2 |
3 |
0,2 |
4 |
0,3 |
5 |
0,4 |
5. Przebiegi napięcia przewodzenia tyrystora jako półokresowego sterownika mocy dla badanych prądów If (przerysowane z oscyloskopu)
Dla If max = 1,05 A
Dla If = 75% If max
Dla If = 50% If max
Dla If = 25% If max
6. Pomiary prędkości obrotowej silnika
N - liczba czarnych pól
Ks = 100 ⋅ 60 = 6000
Zewnętrzny krążek - 6 czarnych pól:
Środkowy krążek - 4 czarne pola:
Wewnętrzny krążek - 2 czarne pola:
Krążek |
Ilość czarnych pól N |
Prędkość obrotów (zmierzona) [obr/min] |
Prędkość obrotów (obliczona) [obr/min] |
zewnętrzny |
6 |
1000 |
1000 |
środkowy |
4 |
1500 |
1500 |
wewnętrzny |
2 |
3000 |
3000 |
7. Wnioski
Prąd załączenia badanego tyrystora wynosi IBT = 8,7 mA. Po osiągnięciu tej wartości obserwujemy zaświecenie się żarówki. Podczas obniżania wartości IB żarówka nie wyłącza się. Rozwarcie gniazd B i L także nie wywołuje zmian w świeceniu żarówki. Dopiero rozwarcie gniazd W i X powoduje wyłączenie żarówki, gdyż zanika wtedy napięcie Uz.
Wzmocnienie tyrystora w badanym układzie wynosi 545,98. Jest to wartość wyznaczona doświadczalnie, natomiast w praktycznym zastosowaniu poprzez maksymalne obciążenie naszego obwodu można otrzymać wartość 574 712,6.
Tyrystor może m. in. funkcjonować jako łącznik obwodów prądu przemiennego. Obserwujemy to, podłączając żarówkę w obwód bramkowy. Żarówka załącza się przy określonej wartości IBT = 8,7 A. Tyrystor również będzie spełniał swoją funkcję, gdy do anody podłączymy rezystor. Można sterować układem, zwierając i rozwierając gniazda B i N. W obwód można również włączyć fotorezystor. Wtedy regulujemy intensywność świecenia żarówki, sterując ilością światła padającego na fotorezystor.
Sprawność badanego tyrystora wynosi 80 %. Jest to więc wartość dosyć duża.
Włączając termistorowy czujnik temperatury, możemy analizować temperaturę bańki żarówki. Amplituda wahań temperatury pomiędzy włączoną a wyłączoną żarówką wynosi t = 0,1°C. Jeśli dmuchniemy na żarówkę, temperatura gwałtownie spada (o kilka stopni). Dokładanie kolejnych kartek wywołuje zwiększenie wahań temperatury do 0,4°C.
Inną funkcją tyrystora jest sterownik mocy. Badamy jego własności, zmieniając natężenie prądu IF. Na ekranie oscyloskopu obserwujemy dodatnie impulsy wyzwalające. Wraz ze spadkiem natężenia wzrasta odstęp między kolejnymi impulsami a ich wartość maleje.
Doświadczalnie wyznaczona prędkość obrotowa dla poszczególnych obwodów na tarczy stroboskopowej zgadza się z przewidywaniami teoretycznymi. Wartości obliczone na podstawie wzoru pokrywają się z danymi doświadczalnymi.
Wyszukiwarka