Thyristor Application Circuits

Electronic Basics #20: Thyristor, Triac || Phase Angle Control (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Thyristor Application Circuits

Diskrete halvleder enheder og kredsløb


Spørgsmål 1

Lad ikke bare sidde der! Byg noget !!

At lære at matematisk analysere kredsløb kræver meget undersøgelse og praksis. Normalt praktiserer eleverne ved at arbejde igennem masser af prøveproblemer og kontrollere deres svar mod dem fra lærebogen eller instruktøren. Mens dette er godt, er der en meget bedre måde.

Du vil lære meget mere ved faktisk at opbygge og analysere rigtige kredsløb, så din testudstyr giver svarene "i stedet for en bog eller en anden person. Følg disse trin for succesfulde øvelser i kredsløbsopbygning:

  1. Mål og registrer omhyggeligt alle komponentværdier forud for kredsløbskonstruktionen, og vælg modstandsværdier, der er høje nok til at skade eventuelle aktive komponenter usandsynligt.
  2. Tegn skematisk diagram for kredsløbet, der skal analyseres.
  3. Opbyg forsigtigt dette kredsløb på et brødbræt eller andet passende medium.
  4. Kontroller nøjagtigheden af ​​kredsløbets konstruktion, efter hver ledning til hvert forbindelsessted, og kontroller disse elementer en for en på diagrammet.
  5. Matematisk analysere kredsløbet, løse for alle spændings- og strømværdier.
  6. Mål forsigtigt alle spændinger og strømme for at kontrollere nøjagtigheden af ​​din analyse.
  7. Hvis der er væsentlige fejl (mere end et par procent), skal du kontrollere dit kredsløbs konstruktion grundigt på diagrammet, og genkalder derefter værdierne og genmåles omhyggeligt.

Når elever først lærer om halvlederindretninger, og som mest sandsynligt vil beskadige dem ved at foretage ukorrekte forbindelser i deres kredsløb, anbefaler jeg, at de eksperimenterer med store komponenter med høj wattage (1N4001 rectifying dioder, TO-220 eller TO-3-tilfælde strømtransistorer, osv.), og ved brug af tørcelle batterikilder snarere end en strømforsyning. Dette mindsker sandsynligheden for komponentskader.

Som sædvanlig, undgå meget høje og meget lave modstand værdier for at undgå målefejl forårsaget af meter "loading" (i den høje ende) og for at undgå transistor udbrænding (i den lave ende). Jeg anbefaler modstande mellem 1 kΩ og 100 kΩ.

En måde du kan spare tid på og reducere muligheden for fejl er at begynde med et meget simpelt kredsløb og trinvis tilføje komponenter for at øge dens kompleksitet efter hver analyse, i stedet for at opbygge et helt nyt kredsløb for hvert øvelsesproblem. En anden tidsbesparende teknik er at genbruge de samme komponenter i en række forskellige kredsløbskonfigurationer. På den måde må du ikke måle en komponents værdi mere end én gang.

Reveal svar Skjul svar

Lad elektronerne selv give dig svarene på dine egne "praksisproblemer"!

Bemærkninger:

Det har været min erfaring, at eleverne kræver meget praksis med kredsløbsanalyse at blive dygtige. Til dette formål giver instruktører normalt deres elever mange øvelsesproblemer til at arbejde igennem og giver svar til, at eleverne tjekker deres arbejde imod. Mens denne tilgang gør eleverne dygtige i kredsløbsteori, undlader det at uddanne dem fuldt ud.

Studerende behøver ikke bare matematisk praksis. De har også brug for rigtige, praktisk praktiske bygningskredsløb og brug af testudstyr. Så jeg foreslår følgende alternative tilgang: eleverne skal bygge deres egne "praksisproblemer" med virkelige komponenter og forsøge at matematisk forudsige forskellige spændings- og aktuelle værdier. På den måde kommer den matematiske teori "levende", og de studerende får praktisk færdighed, de ikke ville vinde ved blot at løse ligninger.

En anden grund til at følge denne fremgangsmåde er at lære eleverne videnskabelig metode : processen med at teste en hypotese (i dette tilfælde matematiske forudsigelser) ved at udføre et rigtigt eksperiment. Studerende vil også udvikle rigtige fejlfindingskompetencer, da de lejlighedsvis laver kredsløbsbyggeri fejl.

Tilbring et par øjeblikke med din klasse for at gennemgå nogle af de "regler" for bygningskredsløb, før de begynder. Diskuter disse spørgsmål med dine elever på samme socratiske måde, som du normalt vil diskutere arbejdsarkets spørgsmål, snarere end blot at fortælle dem, hvad de burde og ikke burde gøre. Jeg ophører aldrig med at blive overrasket over, hvor dårlige eleverne får fat i instruktioner, når de præsenteres i et typisk foredrag (instruktørmonolog) format!

En note til de instruktører, der kan klage over den "spildte" tid, der kræves for at få eleverne til at opbygge virkelige kredsløb i stedet for bare at matematisk analysere teoretiske kredsløb:

Hvad er formålet med eleverne, der tager dit kursus? Panelarkontrolpanelets standardpanel?

Spørgsmål 2

I dette kredsløb skaber et seriemodstand-kondensatornetværk en faseskiftet spænding for "gate" -terminalen af ​​en strømstyringsenhed kendt som en TRIAC . Alle dele af kredsløbet bortset fra RC-netværket er "skyggefulde" til de-vægtning:


Beregn, hvor mange grader af faseforskydning kondensatorens spænding er i forhold til den samlede spænding på tværs af serie RC-netværket under forudsætning af en frekvens på 60 Hz og en 50% potentiometerindstilling.

Reveal svar Skjul svar

E C faseforskydning = -76, 7 o

Udfordringsspørgsmål: Hvilken effekt vil en ændring i potentiometerindstillingen have på denne fasevinkel "noter skjult"> Noter:

I dette spørgsmål udeladt jeg med vilje nogen henvisning til spændingsniveauer, så eleverne skulle oprette en del af problemet selv. Målet her er at opbygge problemløsningskompetencer.

Spørgsmål 3

Følgende skematiske diagram viser et simpelt kuglebåndskredsløb, der bruges til at beskytte en følsom DC-belastning fra utilsigtede overspændinger i strømforsyningen (+ V):


Her fungerer UJT som en overspændingsdetekteringsenhed, der udløser SCR, når det er nødvendigt. Forklar hvordan dette kredsløb fungerer, og hvad funktionen af ​​hver af dens komponenter er.

Reveal svar Skjul svar

F 1 beskytter spændingskilden mod skader
R1 og R2 giver en opdelt prøve på + V
R3 og D1 giver en reference ("tærskel") spænding
Q 1 registrerer overspændingsbetingelsen
R4 deaktiverer SCR-porten
SCR 1 klemmer udgangsspændingen

Bemærkninger:

I dette spørgsmål skal eleverne samle deres viden om både UJT'er og SCR'er for at analysere kredsløbets funktion. Måske er det mest komplekse aspekt af den opdelte spændingsfølsomhed, hvorved UJT registrerer kun en brøkdel af forsyningsspændingen ved at bestemme, om den skal udløses eller ej.

Spørgsmål 4

Kredsløbet vist her angiver, hvilken trykknapkontakt først er aktiveret. Efter at have aktiveret en af ​​de tre trykknapper (og aktiverer sin respektive lampe), kan ingen af ​​de andre lamper gøres til at aktivere:


Forklar hvordan dette kredsløb fungerer. Hvorfor kan ikke nogen af ​​de andre lamper tænde, når en af ​​dem er blevet tilsluttet "# 4"> Reveal svar Skjul svar

Når en af ​​SCR'erne er låst, reduceres den spænding, der er tilgængelig ved omskifterne til udløsning af de andre SCR'er, væsentligt. En normalt lukket "reset" -kontakt kan installeres i serie med batteriet for at nulstille alle lamper tilbage til "slukket" tilstand.

Udfordringsspørgsmål: Hvordan kunne dette kredsløb ændres til at fungere som en "første" detektor for løbere, der konkurrerer om tre forskellige spor? Tegn et skematisk diagram, der viser passende sensorer (i stedet for trykknapper) til at detektere passage af de tre løbere.


Bemærkninger:

Diskuter driften af ​​dette kredsløb med dine elever i detaljer. Det tjener som et fremragende praktisk eksempel på SCR-handling, samt en god gennemgang af generel diode handling. Spørg dem, hvorfor en NC-switch tilsluttet i serie med batteriet ville tjene til at nulstille SCR'erne.

Et godt spørgsmål til at udfordre elevernes forståelse af dette kredsløb er at spørge dem om at "udvide" det til at omfatte fire, fem eller seks lamper i stedet for kun tre.

Jeg fandt dette kredsløbsdesign i oktober 2003 udgave af

magasin. Det oprindelige kredsløb, der blev indsendt til denne tidsskrift af MJ Nicholas, fremgår af bladets blad 35 i en lidt anden form, med fire lyskredsløb i stedet for tre, og ved hjælp af regelmæssige korrigerende dioder i stedet for Schottky dioder som jeg har vist.

Spørgsmål 5

Denne krøller har et problem. Det plejede at fungere fint, og en dag blæste sikringen. Ved udskiftning af sikringen blæste den nye sikring straks:


Måling af forsyningsspændingen med et voltmeter, alt kontrollerer godt ud. Der synes ikke at være en overspændingstilstand, der forårsager en legitim "crowbar" -hændelse i kredsløbet. Afbrydelsen af ​​belastningen fra kuglestrømskredsen og strømforsyning med en standard bænk-laboratorie strømforsyning viser, at belastningen er i perfekt stand. Således er både kilden og belastningen blevet elimineret som muligheder, der kan have blæst sikringen / sikringerne.

Flyt videre til kæberkredsløbet selv, identificer nogle komponentfejl, der kunne (hver uafhængigt) tage højde for problemet og forklare din begrundelse.

Reveal svar Skjul svar

Mulige fejl (ikke en udtømmende liste)

SCR mislykkedes kortere
Zener diode mislykkedes kortere
R 1 mislykkedes kortere
R 2 mislykkedes åbent
R 4 mislykkedes åbent (især hvis SCR er en følsom gate type)
UJT Q 1 mislykkedes kort mellem baseterminalerne

Bemærkninger:

Diskuter med dine elever de første fejlfindingstrin, der er beskrevet i spørgsmålet. Hvilken strategi eller strategier tager teknikeren for at isolere problemet "panelpanelets panelpanel" standardcope>

Spørgsmål 6

Hvilket formål tjener TRIAC i dette kredsløb?


Hvorfor bruge en TRIAC overhovedet "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/02145x02.png">

Reveal svar Skjul svar

Forskellen mellem disse to kredsløb handler om strømstrømme. Hvis du forstår hvordan en TRIAC fungerer, bør svaret på dette spørgsmål ikke være for svært at finde ud af alene.


Bemærkninger:

En fordel ved dette kredsløb, der er let at savne, er TRIACs evne til at give afbrydelse af nulovergang . Diskuter hvorfor dette kan være vigtigt, når man styrer strøm til induktive belastninger.

Spørgsmål 7

Optisk isolerede TRIAC'er er tilgængelige til brug som solid state relæer, der er egnede til udskiftning af elektromekaniske relæer i mange vekselstrømskoblingsprogrammer:


Beskriv nogle af fordelene ved at bruge et solid state relæ til at skifte vekselstrøm i stedet for at bruge et elektromekanisk relæ som vist her:


Beskriv også eventuelle ulemper ved at bruge et solid state-relæ, hvis de eksisterer.

Reveal svar Skjul svar

Fordele
Mindre DC-drev er påkrævet
Ingen bevægelige dele at bære
Nulkrydsningsafbrydelse, som TRIAC leverer naturligt
Alle andre du kan tænke på. . . "kompakt">
Ulemper
• "Off" angiver ikke højimpedans som et elektromekanisk relæ
• Modtagelig for (dv / dt) -induceret tænding
• Alle andre du kan tænke på. . . ?

Opfølgningsspørgsmål: Hvad er nulkrydsningsafbrydelse, og hvilken type belastning kan mest udnytte denne funktion?


Bemærkninger:

Det skal bemærkes, at mærket ßolid-state relæet "ikke udelukkende er forbeholdt opto-TRIAC-enheder. Der eksisterer mange forskellige typer af solid state relæer, herunder opto-BJT, opto-FET og opto-SCR. Sørg for at nævne dette til dine elever.

Spørgsmål 8

Forudsig, hvordan driften af ​​dette vekselstrømsstyringskredsløb vil blive påvirket som følge af følgende fejl. Overvej hver fejl uafhængigt (dvs. en ad gangen, ingen flere fejl):


Skift kontakter mangler åben:
Skift kontakter mislykkedes:
Modstand R 1 fejler åben:
Loddebro (kort) forbi modstand R 1 :
Batteriet (V 1 ) dør:

For hver af disse betingelser, forklar hvorfor de resulterende virkninger vil forekomme.

Reveal svar Skjul svar

Skift kontakter mislykkes: Load modtager aldrig strøm.
Skift kontakter mislykkedes: Kortet modtager altid strøm.
Modstand R 1 fejler åben: Belastning modtager aldrig strøm.
Loddebro (kort) forbi modstand R 1 : Belastningen aktiverer øjeblikkeligt første gang kontakten aktiveres og nægter derefter at tænde, når LED'en i solid state relæet (SSR 1 ) bliver beskadiget.
Batteriet (V 1 ) dør: Belastningen modtager aldrig strøm.

Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at nærme sig domænet for kredsløbsfejlfinding ud fra et perspektiv om at vide, hvad fejlen er, snarere end kun at vide, hvad symptomerne er. Selvom dette ikke nødvendigvis er et realistisk perspektiv, hjælper det eleverne med at opbygge den grundlæggende viden, der er nødvendig for at diagnosticere et fejlet kredsløb fra empiriske data. Spørgsmål som dette skal følges (til sidst) af andre spørgsmål, der beder eleverne om at identificere sandsynlige fejl baseret på målinger.

Spørgsmål 9

Dette TRIAC kredsløb har et alvorligt problem. Når trykknappen aktiveres, eksploderer TRIAC!


Forklar hvorfor dette sker, og hvad skal der gøres for at løse problemet.

Reveal svar Skjul svar

For meget spændingsspænding påføres TRIAC i denne konfiguration. Jeg vil lade dig bestemme, hvordan du kredser kredsløbet igen for at undgå dette problem!


Bemærkninger:

Jeg har set eleverne gøre dette et par gange med flotte resultater!

Spørgsmål 10

Antag, at en elev bygger det følgende TRIAC kredsløb og finder ud af, at det ikke virker:


Når trykknappen er aktiveret, sker der ikke noget. Hvad er der galt med dette kredsløb "# 10"> Reveal svar Skjul svar

Terminaler MT1 og MT2 på TRIAC skal vendes, sådan:



Bemærkninger:

Dette aspekt af TRIAC'er udelades ofte fra tekster på tyristorenheder, men det er vigtigt for eleverne at forstå. Selvom TRIAC'er er bilaterale enheder, betyder det stadig noget, hvor udløsningsspændingen anvendes (mellem Gate og MT1, mod Gate og MT2).

Spørgsmål 11

En elev bygger dette enkle TRIAC strømstyringskredsløb for at dæmpe en pære:


Det eneste problem med det er manglen på fuld kontrol over lyspærens lysstyrke. På den ene ende af potentiometerets rækkevidde er lyspæren ved fuld lysstyrke. Da potentiometeret bevæger sig mod retningen af ​​dæmpning, kommer lyspæren imidlertid til at nå et medium intensitet, så pludselig afbrydes strømmen fuldstændigt. Med andre ord er dette kredsløb ikke i stand til at levere fin kontrol af strøm fra "off" til "full" lys. Kontrolintervallet ser ud til at være fra fuld lysstyrke til halv lysstyrke, og intet under det.

Tilslutning af et oscilloskop på tværs af pæreterminalerne (ved brug af begge oscilloskopets kanaler til måling af spændingsfald i "differential" -tilstanden), ser bølgeformen sådan ud ved fuld effekt:


Når potentiometeret er justeret til den position, der giver den mindste lyspære lysstyrke (lige før lyspæren helt slukker), ser bølgeformen ud som denne:


Forklar, hvorfor dette kredsløb ikke kan give kontinuerlig justering af lyspærens lysstyrke under dette niveau.

Reveal svar Skjul svar

TRIAC'ens udløsning er kun baseret på amplitude af strømkilde sinusbølge. Ved minimal (justerbar) effekt udløser TRIAC nøjagtigt ved sinusbølgeens top, og låses til, indtil belastningsstrømmen krydser nul. En kortere bølgeformdriftscyklus er simpelthen ikke mulig med denne ordning, fordi der ikke er nogen måde at udløse TRIAC på et punkt forbi sinusbølge-toppen.

Opfølgningsspørgsmål nr. 1: Hvilken retning skal eleverne dreje potentiometerakslen (CW eller CCW) for at dæmpe lampen, baseret på billeddiagrammet, der vises i spørgsmålet "Noter skjult"> Noter:

Nogle elever finder det vanskeligt at forstå dette koncept, så det kan være nødvendigt at diskutere, hvad belastningsbølgeformerne ser ud som ved forskellige strømindstillinger.

Spørgsmål 12

Forudsig, hvordan driften af ​​dette lysdiode for lysdioden til AC-lampen vil blive påvirket som følge af følgende fejl. Overvej hver fejl uafhængigt (dvs. en ad gangen, ingen flere fejl):


Potentiometer R potten fejler åben:
Kondensator C 1 fejler ikke kort:
Kondensator C 1 fejler åben:
DIAC fejler åbent:
TRIAC fejler ikke kort:

For hver af disse betingelser, forklar hvorfor de resulterende virkninger vil forekomme.

Reveal svar Skjul svar

Potentiometer R potten fejler åben: Lampen forbliver slukket.
Kondensator C 1 fejler ikke kort: Lampen forbliver slukket.
Kondensator C 1 fejler åben: Omfanget af lysstyrkekontrollen strækker sig fra 100% til 50%, og ethvert forsøg på at gøre det lysere resulterer i, at lampen bare vender helt væk.
DIAC fejler åbent: Lampen forbliver slukket.
TRIAC fejler ikke kort: Lampen forbliver tændt med 100% lysstyrke.

Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at nærme sig domænet for kredsløbsfejlfinding ud fra et perspektiv om at vide, hvad fejlen er, snarere end kun at vide, hvad symptomerne er. Selvom dette ikke nødvendigvis er et realistisk perspektiv, hjælper det eleverne med at opbygge den grundlæggende viden, der er nødvendig for at diagnosticere et fejlet kredsløb fra empiriske data. Spørgsmål som dette skal følges (til sidst) af andre spørgsmål, der beder eleverne om at identificere sandsynlige fejl baseret på målinger.

Spørgsmål 13

Forklar, hvordan dette batterioplader kredsløb bruger en TRIAC til at styre DC strøm til batteriet:


Identificer også nogle komponentfejl i dette kredsløb, som kan forhindre, at DC-strømmen kommer til batteriet.

Reveal svar Skjul svar

TRIAC styrer strøm til den primære vikling af trin-down transformeren. Derefter rettes strømmen til DC til opladning.


Bemærkninger:

Det interessante punkt i dette kredsløb er, at ved at styre vekselstrøm med TRIAC, styres DC-effekten til batteriet efterfølgende.

Bed dine elever om at forklare formålet med hver komponent i kredsløbet, og still nogle spørgsmål til fejlfinding, så de kan analysere. Der er mange muligheder for komponentfejl, der forhindrer jævnstrøm fra at komme til batteriet. Diskuter de eksempler, dine elever tænker på, og bestem de relative sandsynlighed for hver.

Spørgsmål 14

Commutation er et vigtigt problem i enhver form for tyristor kredsløb, på grund af disse "låsende" karakter. Forklar, hvad "kommutation" betyder, og hvordan det kan opnås for forskellige tyristorer.

Reveal svar Skjul svar

Commutation er intet andet end et fancy ord til "switching" (tænk på kommutatoren i en DC-elmotor - dens formål er at skifte polaritet af spænding påført armaturviklingene). I forbindelse med tyristorer henviser "kommutation" til spørgsmålet om, hvordan du slukker enheden / enhederne, efter at de er udløst.

Opfølgningsspørgsmål: I nogle kredsløb forekommer kommutering naturligt. I andre kredsløb skal der træffes særlige bestemmelser for at tvinge tyristoren (e) til at slukke. Identificer mindst et eksempel på et tyristor kredsløb med naturlig kommutation og mindst et eksempel på et tyristor kredsløb ved hjælp af tvungen kommutation .


Bemærkninger:

Et vigtigt træk ved alle tyristorer er, at de låses i "on" -staten, når de først er blevet udløst. Dette punkt skal understreges flere gange for nogle elever at forstå det, da de er vant til at tænke i form af transistorer, som ikke låser.

Spørgsmål 15

Følgende kredsløb udviser meget interessant opførsel:


Når strømmen tændes, tændes hverken lampen. Hvis enten trykknappen er aktiveret øjeblikkeligt, vil lampen styret af denne SCR aktiveres. Hvis den anden knapkontakt er aktiveret, efter at en af ​​lamperne er blevet tilsluttet, aktiveres lampen, og den anden lampe slukker.

Hver enkelt trykknapkontakt indstiller sig ikke blot til at aktivere sin respektive lampe, men det tjener også til også at slukke for den anden lampe. Forklar, hvordan dette er muligt. Det bør ikke være noget mysterium for dig, hvorfor hver afbryder tænder sin respektive lampe, men hvordan kan den anden switch kunne udøve kontrol over det andet SCR, for at slukke for det "# 15"> Reveal svar Skjul svar

Dette kredsløb er et eksempel på en parallel kondensator, tvunget kommutering kredsløb. Når en SCR brænder, er kondensatoren effektivt forbundet parallelt med den anden SCR, hvilket får den til at falde ud på grund af lav strøm.


Bemærkninger:

Denne metode til at skifte belastningsstrøm mellem to thyristorer er en almindelig teknik i effektstyringskredsløb ved anvendelse af SCR'er som omskifterenheder. Hvis eleverne er forvirrede om dette kredsløbs funktion, vil det hjælpe dem med at analysere kondensatorens spændingsfald, når SCR 1 udfører, i modsætning til når SCR 2 udfører.

Spørgsmål 16

Følgende skematiske diagram viser et timer kredsløb lavet af en UJT og en SCR:


Sammen danner kombinationen af ​​R1, C1, R2, R3 og Q1 en afslapningsoscillator, som udsender et firkantbølgesignal. Forklar, hvordan en firkantbølgeoscillation er i stand til at udføre en simpel tidsforsinkelse for belastningen, hvor belastningen aktiverer en vis tid, efter at omskifteren er lukket. Forklar også formålet med RC-nettet dannet af C2 og R4.

Reveal svar Skjul svar

Husk, at CR 1 kun har brug for en puls ved porten for at slå (og låse) den på! C2 og R4 danner en passiv differentiator for at bestemme det firkantede vågesignal fra UJT-oscillatoren.

Opfølgningsspørgsmål: Hvordan vil du foreslå, at vi ændrer dette kredsløb for at gøre tidsforsinkelsen justerbar "noter skjult"> Noter:

At vide, at UJT danner en oscillator, er det fristende at tro, at belastningen vil tænde og slukke gentagne gange. Første punktum i svaret forklarer, hvorfor det ikke vil ske.

Jeg fik den grundlæggende ide til dette kredsløb fra anden udgave af

, af Stephen L. Herman.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →