DOPRAVNÍ FAKULTA JANA PERNERA M NI PRO FÁZOVÉ ÍZENÍ ST EDNÍ HODNOTY STEJNOSM RNÉHO NAP TÍ BAKALÁ SKÁ PRÁCE

UNIVERZITA PARDUBICE DOPRAVNÍ FAKULTA JANA PERNERA M NI PRO FÁZOVÉ ÍZENÍ ST EDNÍ HODNOTY STEJNOSM RNÉHO NAP TÍ BAKALÁ SKÁ PRÁCE 2011 Ond ej SADÍLEK

Prohlá ení autora Prohla uji, e jsem tuto práci vypracoval samostatn. Ve keré literární prameny a informace, které jsem v práci vyu il, jsou uvedeny v seznamu pou ité literatury. Byl jsem seznámen s tím, e se na moji práci vztahují práva a povinnosti vyplývající ze zákona. 121/2000 Sb., autorský zákon, zejména se skute ností, e Univerzita Pardubice má právo na uzav ení licen ní smlouvy o u ití této práce jako kolního díla podle 60 odst. 1 autorského zákona, a s tím, e pokud dojde k u ití této práce mnou nebo bude poskytnuta licence o u ití jinému subjektu, je Univerzita Pardubice oprávn na ode mne po adovat p im ený p ísp vek na úhradu náklad, které na vytvo ení díla vynalo ila, a to podle okolností a do jejich skute né vý e. Souhlasím s prezen ním zp ístupn ním své práce v Univerzitní knihovn. V Pardubicích dne 25. 05. 2011 Ond ej Sadílek

Anotace Cílem bakalá ské práce je seznámení se zp soby zm ny st ídavého nap tí a proudu na stejnosm rné nap tí a proud. Práce je zam ena p edev ím na pln ízené usm r ova e, detailní rozbor jejich ízení a chování ve vybraných obvodech. Sou ástí je i popis realizace ty pln ízených usm r ova, v etn popisu jednotlivých komponent a principu funkce. Klí ová slova Usm r ova, tyristor, fázové ízení, ídící obvod Title Converter for phase control average value of DC voltage Annotation The aim of this bachelor is familiar with ways of changing the AC voltage and current to DC atributes. The work is focused on fully controlled rectifier, detailed analysis of their controlling and management in selected circuits. It also includes a description of the implementation of four fully-controlled rectifiers, within a description of the various components and operating principles. Keywords Rectifier, thyristor, phase control, control circuit

OBSAH ÚVOD... 7 1. TYPY USM R OVA Ú A ZÁT Í... 8 1.1 ízený jednopulzní usm r ova, odporová zát... 8 1.2 ízený jednopulzní usm r ova, odporov induktivní zát... 10 1.3 ízený jednopulzní usm r ova, odporov induktivní zát, nulová dioda... 12 1.4 ízený m stkový usm r ova, odporová zát... 13 1.5 ízený m stkový usm r ova, odporov induktivní zát... 15 1.6 Polo ízený usm r ova... 17 2. MO NÉ P ÍSTUPY K E ENÍ ÍZENÍ... 19 2.1 ízení pomocí analogového obvodu... 19 2.2 ízení pomocí monostabilního klopného obvodu... 20 2.3 ízení pomocí obvod p ímo ur ených pro tuto aplikaci... 22 3. REALIZACE VÝROBKU... 24 3.1 Specifikace komponent... 24 3.1.1 Tyristor... 24 3.1.2 ídící obvod... 28 3.1.3 Opto len... 31 3.2 Vlastní konstrukce... 32 4. M ENÍ VE VYBRANÝCH OBVODECH... 37 4.1 ízený m stkový usm r ova, odporová zát... 37 4.2 ízený m stkový usm r ova, odporov induktivní zát... 39 4.3 ízený jednopulzní usm r ova, odporová zát... 40 4.4 ízený jednopulzní usm r ova, odporov induktivní zát... 42 4.5 ízený jednopulzní usm r ova, odporov induktivní zát, nulová dioda... 43 ZÁV R... 45 Seznam pou ité literatury... 46 Seznam obrázk... 47 Seznam tabulek... 49 Seznam p íloh... 50

ÚVOD P edm tem mé bakalá ské práce jsou m ni e, je slou í k p em n st ídavého nap tí i proudu na stejnosm rné nap tí i proud, takzvané usm r ova e. Usm r ova e zaznamenaly nejv t í rozvoj v dob, kdy se postupn upou t lo od soustav stejnosm rných, a plynule se p echázelo na soustavy st ídavé. St ídavé soustavy mají nespornou výhodu v jednoduché transformaci nap tí na po adovanou hodnotu. V ad aplikací byl po adavek stejnosm rného proudu zachován (elektrická trakce, galvanické pokovování, elektrolýzy), tudí bylo t eba, ze st ídavého proudu stejnosm rný n jakým zp sobem vytvo it. Jako jedním z nejstar ích usm r ova byl nap íklad mechanický usm r ova, který pracoval na principu komutátoru u stejnosm rného motoru, dále pak rtu ový usm r ova, polovodi ový usm r ova se selenovými deskami a po dne ní, vyu ívající ke své innosti k emíkových polovodi. K emíkové polovodi e a m ni e z nich vyrobené pat í bezesporu k nejpou ívan j ím. Tento fakt je dán p edev ím snadnou dostupností, vyhovujícími parametry, velkou ú inností, nízkou cenou, dobrou mechanickou odolností. Negativní vlastností ízených usm r ova je odb r obdélníkem aproximovatelných nesinusovývch proud ze zdrojové sít. Tyto proudy v mnoha p ípadech nebývají ve fázi s nap tím a to má za následek generování vy ích harmonických slo ek proudu. P i v t ích odebíraných proudech tento jev m e zp sobit deformaci sí ového nap tí i ru ení v podob elektromagnetického vln ní. Principem usm r ova e je p echod polovodi ové sou ástky z vodivého do nevodivého stavu, p i em ka dý p echod znamená zm nu topologie elektrického obvodu a tím i p ípadnou zm nu sm ru proudu. Usm r ova e lze rozd lit dle pou itých sou ástek na ne ízené diodové, polo ízené diodotyristorové, pln ízené tyristorové i tranzistorové. Dále pak dle zp sobu napájení na jednofázové, t ífázové a vícefázové. Dle po tu pulz na periodu na jednopulzní, dvojpulzní, trojpulzní, estipulzní a vícepulzní. Dle zapojení na m stkové a uzlové. V této bakalá ské práci je mým úkolem pojednat o teoretickém základu problematiky tyristorových usm r ova. Sou ástí práce je i návrh, výroba a otestování dvou typ pln ízených usm r ova (jednofázového jednopulzního a jednofázového dvoupulzního usm r ova e), jejich ak ními leny jsou tyristory a ízení obstarává speciální obvod. 7

1. TYPY USM R OVA Ú A ZÁT Í Usm r ova je m ni, který m ní st ídavé nap tí a proud na stejnosm rné nap tí a proud. Ak ním lenem v usm r ova i je polovodi, v nej ast j ím p ípad dioda i tyristor. Rozdíl mezi diodovým a tyristorovým usm r ova em je v tom, e u diodového nelze m nit st ední hodnotu výstupního stejnosm rného nap tí. U tyristorového m ni e lze pomocí ídícího proudového impulzu do ídící elektrody zvolit okam ik, ve kterém se tyristor dostane z blokovacího re imu do re imu vodivého. Tyristor pak vede elektrický proud a do konce p lperiody. V závislosti na okam iku sepnutí lze na výstupu ídit st ední hodnotu stejnosm rného nap tí. Úhel, o který se otev ení tyristoru zpozdí od za átku p lperiody se nazývá ídící úhel, ozna uje se nej ast ji eckým písmenem, nabývá u jednofázových usm r ova hodnot od 0-180. Vhodnou regulací ídícího úhlu lze m nit st ední hodnotu stejnosm rného nap tí tak ka od nuly po plné nap tí. Tyto vlastnosti tyristorovému usm r ova i p edur ují uplatn ní p edev ím v elektrických pohonech, kde lze regulovat rotorové nap tí stejnosm rných motor, proud jejich buzení i proud buzení synchronních motor a tím tak stroj m bezztrátov m nit jejich mechanické a elektrické vlastnosti. ízené usm r ova e lze vyu ít té pro regulaci tepelného i sv telného výkonu. 1.1 ízený jednopulzní usm r ova, odporová zát Jednofázový jednopulzní usm r ova sestává z jednoho tyristoru. Jedná se o základní obvod, na kterém lze problematiku usm r ova p ehledn demonstrovat, v praxi se ho vyu ívá velice málo. Obr. 1 - Schema jednopulzní usm r ova, R zát Je-li na anodu tyristoru p ivedeno nap tí kladné p lperiody a na ídící elektrodu ídící impulz, tyristor se uvede do vodivého stavu. Na zát i se objeví kladné nap tí, 8

jehož velikost je dána aktuální hodnotou střídavého zdroje, zanedbáme-li úbytek na tyristoru. Obvodem začne procházet elektrický proud. V případě odporové zátěže má napětí i proud zátěže stejný tvar jako napětí střídavého zdroje. Po průchodu proudu nulou se tyristor uzavře a je v další periodě připraven na obdobný cyklus. Po průchodu nulou by proud tekl opačným směrem, pro tento směr proudu je tyristor v závěrném směru. Pro vodivý stav lze vyjádřit okamžité napětí a proud stejnosměrného obvodu: (1) = = 2 sin Kde: - ž áℎ - ž áℎ íℎ ěí - íℎ íℎ ěí - úℎ - ěí á ěž á č (2) = = 2 sin Kde: - - ž ý ě é čá á ěž 9

Pro střední hodnotu stejnosměrného napětí platí: (3) = 1 2 2 sin Kde: - ř íℎ ý íℎ ěí ří í í úℎ Obr. 2 - Průběhy jednopulzní usměrňovač, R zátěž 1.2 Řízený jednopulzní usměrňovač, odporově induktivní zátěž Jednopulzní usměrňovač se zátěží, kterou tvoří sériová kombinace rezistoru a cívky představuje též obdobu usměrňovačů s R zátěží. V tomto případě je částí zátěže akumulační prvek. Cívka slouží jako setrvačník proudu. 10

Obr. 3 - Schéma jednopulzní usm r ova, RL zát Po p ivedení ídícího impulzu na ídící elektrodu tyristoru se tyristor uvede do vodivého stavu. Na zát i se objeví kladné napájecí nap tí, jeho velikost je okam itou hodnotou vstupního nap tí. Rozdílem od ostatních typ usm r ova je chování proudu. Po sepnutí tyristoru proud za ne stoupat tak ka od nulové hodnoty po k ivce, která odpovídá sou tu sinusového a exponenciálního pr b hu. V tento as se cívka nabíjí. Její nabíjení trvá a do doby, ne výstupní nap tí projde nulou. Od tohoto okam iku se cívka vybíjí, p i em tyristor je stále otev en. Po odezn ní proudu cívky se tyristor uzav e. Vyzna ené plochy F1 a F2 znázor ují nabíjení a vybíjení induk nosti. Ze zákonu zachování energie musí být rozdíl ploch roven 0. Obr. 4 - Pr b hy jednopulzní usm r ova, RL zát 11

Z pr b h (Obr. 4) je patrné, e se na výstup mimo kladné p lperiody dostane i ást periody záporné. Záporná ást sni uje st ední hodnotu výstupního nap tí. Tento negativní jev lze eliminovat paralelním p ipojením záporn polarizované diody k zát i. 1.3 ízený jednopulzní usm r ova, odporov induktivní zát, nulová dioda Pro eliminaci áste ného otev ení tyristoru v záporné p lperiod se pou ívá tzv. nulové diody, která se zapojí paraleln k zát i v nepropustném sm ru. Vede-li tyristor proud, cívka se nabíjí. Nulovou diodou v této fázi neprochází ádný proud. V okam iku pr chodu nap tí nulou se za ne vybíjet induk nost práv p es nulovou diodu. Tyristor se uzav e v okam iku pr chodu nap tí nulou. Vybíjecí proud cívky se uzavírá p es nulovou diodu a zát a do dal ího cyklu. Nejenom, e se tímto zapojením zbavíme záporné ásti p lperiody, ale dochází té k vyhlazení proudu. Jestli e se proud zát e dostane na nulovou hodnotu je t d íve, ne p ijde následující cyklus, hovo íme o tzv. p eru ovaném proudu. Toho lze snadno dosáhnout p i nastavení velikého ídícího úhlu. Jesli e je proud spojitý a v ádné ásti periody neklesne k nule, hovo íme o tzv. nep eru ovaném proudu. Obr. 5 - Schéma jednopulzní usm r ova, RL zát a nulová dioda 12

Obr. 6 - Pr b hy jednopulzní usm r ova, RL zát a nulová dioda 1.4 ízený m stkový usm r ova, odporová zát Jednofázový m stkový usm r ova, té nazývaný jako Gretz v m stek, sestává ze st ídavého zdroje, ty ech tyristor a zát e. Obr. 7- Schéma m stkový usm r ova, R zát Na rozdíl od ostatních typ usm r ova se na vedení proudu musí podílet v dy dva tyristory, jeden z vrchní ady, druhý v dy ze spodní. Polarizace tyristor v jednotlivých adách je taková, e v horní ad vede, i je v blokovacím re imu, práv ten tyristor, který má nejvy í kladné anodové nap tí. V dolní ad vede ten tyristor, který má nejvy í záporné katodové nap tí. ili, v jedné polarit vstupního nap tí vedou tyristory V1 a V2, v opa né polarit vstupního nap tí vedou tyristory V3 a V4. V ádném okam iku nemohou vést tyristory v jedné ad spole n. 13

Tyristory z jedné ady vedou spole n jen v jeden specifický okam ik, který ozna ujeme jako komutace. V tento krátký okam ik je zdroj ve zkratu a jednotlivé tyristory si p ebírají vedení proudu. Pro pln ízený usm r ova jsou kladeny vysoké nároky na ídící obvod. Ten musí zabezpe it, aby se ídící impulz dostal na ídící elektrodu správných tyristor a ve stejný okam ik. Dále je nutno zajistit galvanické odd lení jednotlivých zdroj ídících impulz, nebo je ka dý tyristor, jako tomu bylo u uzlového usm r ova e, na jiném potenciálu. V p ípad ist odporové zát e nemá výstupní nap tí a proud ádný fázový posuv i deformaci. V okam iku sepnutí tyristor se na zát i objeví okam itá hodnota nap tí a proudu. Obr. 8 - Pr b hy m stkový usm r ova, R zát Ze zapojení m stkového usm r ova e té vyplývá, e hodnota záv rného a blokovacího nap tí je stejná. 14

Pro střední hodnotu výstupního napětí platí: (4) = 1 2 sin Kde: - ř íℎ ý íℎ ěí ří í í úℎ - íℎ - úℎ íℎ ěí á č - Pro maximální závěrné pracovní napětí platí: (5) = 2 Kde: - á í í á ě íℎ é íℎ ěí ěí Můstkový usměrňovač má výhodu v jednoduchosti střídavého zdroje bez vyvedeného středu a ve větším vyhlazení výstupního napětí. Můstkový plně řízený usměrňovač lze provozovat v invertorovém režimu a tím tak vracet energii například z rekuperačního brzdění zpět do sítě. 1.5 Řízený můstkový usměrňovač, odporově induktivní zátěž Můstkový usměrňovač, jehož zátěž tvoří sériová kombinace rezistoru a cívky představuje obdobu můstkového usměrňovače s odporovou zátěží. Jako tomu bylo u usměrňovače jednopulzního, cívka a její indukčnost bude mít opět vliv na průběhy výstupního proudu. 15

Obr. 9 - Schéma m stkový usm r ova, RL zát Jestli e se tyristory V1 a V2 (pop. V2 a V3) nacházejí v blokovacím stavu, lze je ídícím impulzem sepnout. Na zát i se objeví kladné nap tí okam ité hodnoty vstupního nap tí. Jeliko je do obvodu za azen setrva ník proudu, proud za ne stoupat od nulové hodnoty a do maximální hodnoty, cívka se nabíjí. Po pr chodu nap tí nulou je cívka vybíjena. Po vy erpání ve keré energie cívky se tyristor uzav e. Pokud se energie cívky vy erpá je t p ed p íchodem ídících impulz na druhý pár tyristor, hovo íme op t o p eru ovaném proudu. Jestli e do obvodu zapojíme cívku o veliké induk nosti, lze dosáhnout proudu nep eru ovaného. Výstupní proud je poté vyhlazen. Nevýhodou tohoto zapojení jsou záporné pi ky, které sni ují st ední hodnotu výstupního nap tí. Obr. 10 - Pr b hy m stkový usm r ova, RL zát 16

Závislost st ední hodnoty stejnosm rného proudu na ídícím úhlu se nazývá ídící charakteristika. Jedná se o d le itou charakteristiku popisující nap ové schopnosti m ni e. ídící charakteristika: Obr. 11 - ídící charakteristika m stkový usm r ova, RL zát 1.6 Polo ízený usm r ova Pod pojmem polo ízený usm r ova si lze p edstavit usm r ova, ve kterém je pár polovodi ne ízených a pár ízených. Obr. 12 - Schéma polo ízený usm r ova, R zát 17

V p ípad, e je na V1 blokovací nap tí a na katod V2 záporné nap tí, proud obvodem neprochází. P ijde-li na ídící elektrodu ídící impulz, tyristor se otev e. Na anod diody V2 se objeví kladné nap tí a dioda té otev e. Polo ízený usm r ova je levn j í variantou usm r ova e pln ízeného. ídící obvody nejsou tak slo ité. Na rozdíl od pln ízeného ho nelze provozovat v invertorovém re imu. 18

2. MO NÉ P ÍSTUPY K E ENÍ ÍZENÍ St ejní ástí ízených usm r ova jsou ídící obvody. Jsou to obvody, které mají za úkol generovat dostate n dlouhý a dostate n veliký proudový impulz do ídící elektrody tyristoru. Obvody musí detekovat pr chod nap tí nulou a od tohoto okam iku definovan dlouho vy kat a do vygenerování proudového impulzu. Na p esnosti a spolehlivosti t chto obvod závisí bezchybný chod výkonové ásti usm r ova e. Dal í vlastností t chto obvod je galvanické odd lení jak samotných výstup p ipojených k jednotlivým tyristor m mezi sebou, tak odd lení výkonové ásti od ásti ídící. V astých p ípadech se tyristory pou ívají pro nap tí a n kolika desítek kv a jejich ídící obvody jsou slo itá za ízení pracující v sou innosti s dal ími systémy. Je tudí nep ípustné, aby porucha na výkonové ásti znehodnotila i drahý ídicí systém. 2.1 ízení pomocí analogového obvodu ízení pomocí analogového obvodu pat í mezi nejjednodu í formu ízení tyristoru. Popisovaný ídící obvod se skládá z rezistoru, potenciometru, dvou diod a kondenzátoru. Obr. 13 - Schéma analogový ídící obvod V dob, kdy tyristor nevede elektrický proud je na jeho anod záporné nap tí. Proud protéká do ídícího obvodu p es rezistor R1 a p es diodu D2, která je pro tuto polaritu nap tí otev ena. Nabíjí se kondenzátor C1. Oto í-li se polarita zdroje tak, e se tyristor nachází v blokovacím stavu, za ne se kondenzátor C1 p ebíjet p es 19

potenciometr R2 na opa nou polaritu. Dioda D2 je v této fázi v uzav eném stavu. P esáhne-li nap tí kondenzátoru hodnotu prahového nap tí diody D1, je vygenerován impulz do ídící elektrody tyristoru. Tyristor otev e, na zát i se objeví kladné nap tí a za ne jí procházet proud. Po pr chodu proudu nulou se tyristor uzav e a za ne se nabíjet kondenzátor C1. Cyklus tak probíhá dále dle popsaného postupu. Obvod lze za adit do skupiny nejjednodu ích analogových ídících obvod. Jeho nespornou výhodou je jeho jednoduchost a hlavn cena. Nevýhodou je nep esné nastavování ídícího úhlu, které m e být ovlivn no stavem elektrolytu v kondenzátoru. Po n kolikaletém provozu v prostorech s vysokou pr m rnou teplotou se vlastnosti od nového výrobku m ou zna n li it. Tudí je tento obvod p edur en pro nejjednodu í aplikace, kde na p esnosti v takové mí e nezále í. Je to nap íklad regulace tepelného i sv telného výkonu. 2.2 ízení pomocí monostabilního klopného obvodu Monostabilní klopný obvod je obvod, který má na výstupních svorkách jeden stálý stav. Z tohoto stavu jej lze p epnout spou t cím signálem. Obvod se po jistém ase op t vrátí do svého stabilního stavu. Tyto vlastnosti p edur ují monostabilní klopný obvod pro zpo ovací obvody, kterým v podstat ídící obvod tyristoru je. Typickým p edstavitelem e ení ídicího obvodu pomocí monostabilního klopného obvodu je uvedeno na ní e uvedeném schématu. 20

Obr. 14 - Schéma ízení pomocí monostabilního klopného obvodu Celý modul slou í pro ízení uzlového usm r ova e. Sí ový transformátor T1 s vyvedeným st edem transformuje sí ové nap tí na po adovanou hodnotu nap tí (Obr. 15-a). Diody V1 a V2 slou í jako usm r ova a jeho výstupním nap tím je napájen ídicí obvod. Zenerova dioda V4 a rezistor R6 tvaruje spou t cí impulzy (Obr. 15-b), které jsou vedeny na vstup klopného obvodu uvnit IC2. Vzestupná hrana spou t cího impulzu obvod uvede z logické 0 na logickou 1 (Obr. 15-c). Délku trvání logické 1 nastavujeme potenciometrem P1. Jestli e je výstup v logické 1, je tranzistor V6 sepnut a primárním vinutím transformátoru T2 prochází proud (Obr. 16-d). V okam iku p epnutí obvodu z logické 1 do logické 0 se tranzistor V6 uzav e. Tato asová zm na proudu naindukuje dle Faradayova zákona v sekundárním vinutí transformátoru T2 ídící impulz (Obr. 16-e). Ten je veden do ídicí elektrody tyristor V7 a V8, p i em sepne tyristor, nacházející se v blokovacím stavu. Výstupní nap tí je znázorn no na Obr. 16-f. 21

Obr. 15 - Pr b hy signál monostabil- 1. ást Obr. 16 - Pr b hy signál monostabil- 2. ást 2.3 ízení pomocí obvod p ímo ur ených pro tuto aplikaci V aplikacích, kde je pot eba p esn a spolehliv m nit ídicí úhel, je vyu íváno speciálních ídících obvod. Tyto obvody jsou prvotn ur eny práv pro tyto aplikace. Ve v t in p ípad se jedná o univerzální obvody, na které lze s p íslu nými úpravami p ipojit jak tyristor, tranzistor i triak. Vhodným azením obvod lze ovládat n kolik spínacích sou ástek najednou. Pro sv j výrobek jsem vybral ídící obvod TCA785 z produkce firmy Siemens i Infineon. Podrobný popis tohoto obvodu bude k dispozici v následující kapitole. Obvod TCA785 není jediný ídicí obvod na trhu, v tabulce je uvedeno dal ích n kolik obvod se stru n popsanými vlastnostmi. 22

Tab. 1 - P ehled obvod vhodných pro ízení 23

3. REALIZACE VÝROBKU 3.1 Specifikace komponent 3.1.1 Tyristor Tyristor pat í k sou ástkám s ízeným zapínáním. Lze jej ídicím impulzem zapnout, ale nelze je ídícím impulzem vypnout. Tyristor ve svém pouzd e ukrývá ty i vrstvy polovodi P1, N1, P2, N2 a t i PN p echody J1, J2 a J3. Obr. 17 - Tyristor - vnit ní a náhradní schéma, popis elektrod Je-li na anodu tyristoru p ivedeno kladné nap tí a na katodu záporné, tyristor se nachází v blokovacím stavu: Tento stav je charakterizován tím, e tyristor stále nevede proud. P ivedeme-li do ídicí elektrody, tzv. gatu, kladný proudový impulz, tyristor se otev e a vede proud tak dlouho, dokud proud te e. Uvedený mechanismus lze vysv tlit na náhradním schématu tyristoru pomocí dvou tranzistor. P edpokládáme blokovací stav. Na gate, ili bázi T2 p ivedeme proudový impulz, ten sepne T2 a tím se dostane proud na bázi T1, který tím pádem také sepne. Sepnutým T1 prote e proud na bázi T2 a tím ho dr í stále sepnut. Dal í d le itou partií v popisu sou ástky je výstupní V-A charakteristika. Ta se skládá ze t ech ástí. První ástí je záv rná ást, která charakterizuje chování tyristoru v záv rném stavu. Jak je z charakteristiky patrné, v záv rném sm ru prochází sou ástkou pouze malý proud, to je dáno velikým záv rným odporem, jeho hodnota dosahuje a 10 6. D le itým mezníkem na záv rné charakteristice je nap tí U BR, které udává, p i jakém nap tí za ne proud p evy ovat stanovenou hodnotu. U RWM udává nejvy í povolenou opakovatelnou hodnotu nap tí v konkrétní aplikaci. U RRM udává nejvy í mo nou opakovatelnou hodnotu jakéhokoli nap tí. V blokovací ásti charakteristiky je na tyristoru opa né nap tí ne ve stavu 24

závěrném. Odpor tyristoru v blokovacím režimu je též značný, dosahuje hodnot až 106 Ω. UDWM udává nejvyšší možnou hodnotu opakovatelného blokovacího napětí v konkrétní aplikaci. UDRM udává nejvyšší možnou hodnotu blokovacího napětí garantovanou výrobcem. UBO je napětí, při kterém tyristor sepne bez připojeného řídicího impulzu. Propustná větev je lineární závislostí napětí tyristoru na jeho proudu. Udává nám, jak veliký úbytek lze na součástce očekávat při průchodu konkrétního proudu. Úbytek na součástce je důležitým parametrem pro výpočet ztrátového výkonu a s tím spojeného chlazení. V praxi se úbytek na tyristorech pohybuje od 1 V do 3 V. Pro ztrátový výkon platí: (6) ( ) = Kde: - ( - - - - - ) ř č íℎ á éℎ ý ů á í ěí é ů ℎ Obr. 18 - VA charakteristika tyristoru 25

Pro zapnutí tyristoru musí být spln ny tyto podmínky: - Tyristor se musí nacházet v blokovacím re imu - Na ídicí elektrodu je p iveden dostate n velký impulz - Na ídicí elektrodu je p iveden dostate n dlouhý impulz Strmost nár stu proudu tyristorem nesmí být v t í ne jistá mez, vlivem velkého proudu procházejícího skrz postupn otevírající sou ástku by do lo k lokálním p eh ev m a sou ástka by se mohla zni it Pro vypnutí tyristoru musí být spln ny tyto podmínky: - Tyristorem neprochází ádný proud - Na tyristoru je záv rné nap tí alespo po definovan dlouhou dobu - Strmost blokovacího nap tí nesmí p esáhnout kritickou hodnotu udanou výrobcem Mechanismus zapnutí a vypnutí je uveden na následujícím grafu. Obr. 19 - Zapínání a vypínání tyristoru 26

Po p íchodu ídícího impulzu se dobu t d nic ned je. Po uplynutí tohoto zpo d ní za ne klesat blokovací nap tí, s tím je spojen i vzr st proudu tyristorem a do ustáleného stavu. Jestli e chceme tyristor vypnout, musí klesnout proud k nule. Po dobu t s te e tyristorem veliký záv rný proud, který odvádí komuta ní náboj Q rr. Po uplynutí doby t s se za ne záv rný proud zmen ovat, a dosáhne hodnoty p ibli n 0 A. asový úsek ozna ený jako t rr nazýváme dobou zotavení záv rného proudu. Dal í charakteristikou popisující tyristor je vstupní V-A charakteristika. Jedná se ve své podstat o V-A charakteristiku p echodu katoda-gate. Ze vstupní charakteristiky lze získat hodnoty nap tí a proud, které kdy p ivedeme na gate tyristoru, tak jist sepne. Oblast t chto nap tí a proud se nachází ve vy rafované ásti grafu. Obr. 20 - Výstupní V-A charakteristika Pro sv j výrobek jsem zvolil tyristory s ozna ením BT152/800R od firmy Philips Semiconductors. Jedná se o tyristory v pouzd e TO220. Výb r na tento tyristor jsem zú il po vyhodnocení v ech rozhodujících faktor. Mezi nejd le it j í pat í dostate né proudové a nap ové dimenzování pro mojí aplikaci. P edpokládá se napájení sí ovým nap tím 230 V ef s odb rem maximáln 5 A. Tyristor by m l dle katalogového listu spolehliv pracovat a do hodnoty proudu 20 A ef a jeho nap tí U DRM a U RRM je dle datasheetu 800 V, co je pro mou aplikaci více ne dosta ující. Rozhodujícím faktorem p i výb ru byla i dostupnost na trhu v po adovaném mno ství a p ijatelná cena. P íjemným parametrem je i hodnota neopakovatelného 27

proudového impulzu I TSM, který je schopen tyristor bez po kození snést. Hodnota tohoto proudového impulzu dosahuje pro as 10 ms hodnoty a 200 A. Tento parametr vidím jako velice vd ný p i pou ívání modul ve výuce, kde se m e p ihodit závada na vn j ím obvodu, co nemusí nutn znamenat vým nu výkonových sou ástek. P edpokládá se ov em v asné vybavení rychlých tavných pojistek. Proud zapalovacího impulzu I GT by se m l pohybovat v rozmezí 3 a 32 ma. Nákres sou ástky a popis jednotlivých pin je uveden na obrázku (Obr. 21). Obr. 21 - Popis elektrod tyristoru 3.1.2 ídící obvod ízení uvedených tyristor obstarává ídicí obvod TCA785 v pouzd e DIP-16. Obvod se vyzna uje irokou univerzálností pou ití. Vhodným po tem obvod lze ídit i vícefázové soustavy. Dal í výhodou je schopnost obvodu pracovat v irokém spektru teplot okolního prost edí, -25 a 85 C. Tím je obvod p edur en pro vyu ití i v t ch nejt ích podmínkách. Obvod pro ízení jsem vybral hlavn díky univerzálnosti jeho pou ití a dostupnosti na trhu. Obvod vyrábí dv firmy, Siemens a Infineon Technologies, které pat í mezi p ední výrobce polovodi a pr myslové elektroniky. ídicí obvod p edstavuje jádro ídicí ásti usm r ova e, jeho napájecí nap tí se pohybuje od 8 V do 18 V DC. Pot ebné nap tí se získává ze vstupního nap tí tak, e se vstupní nap tí zmen í o úbytek na výkonovém odporu, dále je jednocestn usm rn no diodou a následn stabilizováno Zenerovou diodou. P ípadné zvln ní je vyhlazeno elektrolytickým kondenzátorem. Pracovní frekvence obvodu je od 10 do 500 Hz. Obvod obsahuje dva výstupy (piny 14 a 15), na kterých jsou generovány proudové impulzy pro ízení spínacích sou ástek. V kladné p lperiod vstupního nap tí je generován ídicí impulz na pinu 15, v záporné na pinu 14. Vy e ení 28

problému galvanického odd lení od výkonové ásti a zárove spínání pomocí dvou signál ty polovodi vy e il ty násobný opto len a p ídavný zdroj ídících impulz. Ka dý z výstup obvodu je veden na sériovou kombinaci dvou opto len. Po p íchodu ídicího impulzu jsou sepnuty dva tranzistory, které spojují obvod p ídavného zdroje s gatem p íslu ného tyristoru. P ídavný zdroj tvo í dva transformátory s dvojitým sekundárním vinutím, usm r ovací m stky, vyhlazovací kondenzátory a proud omezující rezistory o hodnot 1 k. Sekundární nap tí transformátor je 9 V ef, po usm rn ní a vyhlazení 11 V. Dle t chto hodnot lze vypo ítat, e proudový impulz p ídavného zdroje dosahuje hodnoty kolem 10 ma, co je hodnota pro sepnutí tyristor dostate ná. Více sekundárních vinutí je t eba z d vod rozdílných potenciál jednotlivých tyristor. Synchroniza ní nap tí se získá z napájecího nap tí p es rezistor s velkým odporem. Toto nap tí je vedeno na pin 5. Pr chod nap tí nulou je vyhodnocováno v detektoru nulového nap tí. Dále je signál p iveden do synchroniza ního registru. Synchroniza ní registr ídí generátor rampy, p i em kondenzátor C10 je nabíjen konstantním proudem. Velikost nabíjecího proudu je ízena rezistorem R9. Jestli e nap tí na kondenzátoru C10 (nap tí na ramp ) p esáhne ízené nap tí na pinu 11, obvod vygeneruje kladný proudový impulz na pin 14 i 15. Impulzy jsou generovány s fázovým posuvem 0 a 180 a defaultní délkou 30us. Jestli e spojíme pin 12 se zemí, impulzy jsou prodlou eny na dobu zbývající p lperiody. 29

Obr. 22 - Vnit ní schéma ídícího obvodu Obr. 23 - Pr b hy vybraných signál v ídícím obvodu 30

3.1.3 Opto len Pro galvanické odd lení signální ásti od ásti výkonové jsem vyu il opto len a to konkrétn ty násobného LTV-847 a jednoduchého LTV-817. Opto len je sou ástka tvo ená LED diodou a fototranzistorem. Diodou procházející proud zp sobí rozsvícení diody, vzniklé sv tlo za ne otevírat tranzistor, který m e následn vést proud. Výhodou této sou ástky je vysoká nap ová odolnost, která pro m j vybraný obvod iní a 5 000 V. Vstupní proud diody je 50 ma, záv rné nap tí 6 V a výkonová ztráta 70 mw. Pro tranzistor je kolektorový proud té 50 ma, nap tí kolektor-emitor 35 V, nap tí emitor-kolektor 6 V a výkonová ztráta 150 mw. Celková výkonová ztráta je dle datasheetu 200 mw. Pracovní nap tí je od -30 do 100 C. Na obrázku (Obr. 24 a 25) je vyobrazeno vnit ní zapojení. Obr. 24 - Vnit ní schéma a popis pin ty násobného opto lenu Obr. 25 - Vnit ní schéma a popis jednotlivých pin jednoduchého opto lenu 31

3.2 Vlastní konstrukce Jádrem konstrukce je ídicí obvod TCA 785 spolu se ty mi tyristory v p ípad dvoupulzního usm r ova e, v p ípad jednopulzního s jedním tyristorem. Zapojení modul vychází z doporu eného zapojení, které je uvedeno v datasheetu ídicího obvodu. Vyu il jsem tedy pro napájení obvodu ji ov eného zapojení, které získává pot ebné nap tí z nap tí vstupního. Tímto je modul omezen pom rn úzkým rozsahem vstupního nap tí. P i nízkém vstupním nap tí by nebylo spln no minimální napájecí nap tí ídicího obvodu. Rozsah vstupního nap tí je od cca 160 V EF do 230 V EF. Pokud bychom cht li modul provozovat na jiná nap tí, bylo by nutno p id lat do modulu zvlá tní zdroj, který by napájel ídicí obvod, pop ípad p epo ítat a p eosadit napájecí ást, skládající se z výkonového rezistoru,usm r ovací diody, Zenerovy diody a filtra ního kondenzátoru. Jeliko je ídicí obvod prvotn ur en pro ízení triak i dvou tyristor, v doporu eném zapojení musely být pro ízení ty tyristor u in ny zm ny, které tento problém vy e í. e ení problému pomocí p ídavného zdroje pro ídící impulzy je popsáno v kapitole týkající se popisu ídicího obvodu. Návrh schématu a desky plo ného spoje byl proveden v programu Eagle. Celý projekt jsem se sna il koncipovat jako jednodeskové za ízení s co nejmen í plochou a pohodlným zapojováním jak p ívodních kabel, tak tyristor. Celé zapojení se mi poda ilo uspo ádat na desku o rozm rech 80 x 115 mm, p i em byly zachovány bezpe né vzdálenosti jednotlivých sou ástek. Mým úkolem bylo vytvo ení dvou modul s dvoupulzním m stkovým usm r ova em a dvou modul s jednopulzním usm r ova em. Tudí byly vyleptány 4 identické desky, p i em u jednopulzních usm r ova se osadila jen ta ást sou ástek, která byla pot eba. Ze znalosti topologie obvodu modulu musel být kladen d raz na dostate né proudové dimenzování výkonových cest. Pro výrobu byl pou it plo ný spoj s m d nou vrstvou, její tlou ka je 35 um a í ka výkonových cest 2,54 mm. Dle diagramu je proudové zatí ení cesty p i jejím maximálním oteplení 30 C a 8 A. Pro na e ú ely více ne dostate né. 32

Obr. 26 - Graf dimenzování cest v plo ném spoji Obr. 27 - Plo ný spoj 33

Na obrázku (Obr. 27) je nazna eno rozvr ení desky plo ného spoje. P i návrhu bylo zám rem dodr et základní konstruk ní pravidla. Výkonové cesty jsem se sna il umístit co nejdále od cest signálových. K í ení jednotlivých cest co nejvíce eliminovat. P esto se mi nepoda ilo vyrobit plo ný spoj bez jediného drátového propoje p es vrchní vrstvu. Tyto propoje jsou umíst ny v oblasti výkonových cest, kde slou í pro p enos ídících impulz k p íslu ným elektrodám tyristoru. V tomto míst bylo dosti problematické najít mezi uspo ádáním výkonových sou ástek a cest vhodný kompromis. V echny cesty jsou vytvo ené s co nejv t ími polom ry zaoblení z d vodu zmírn ní ru ení do okolí. V horní ásti plo ného spoje jsou umíst ny sí ové transformátory, které slou í jako zdroj pro ídící impulzy. Usm r ovací m stky jsou umíst ny na jejich pravé stran, co nejblí e k opto lenu a tyristor m. Ve st ední ásti plo ného spoje se nachází ídící obvod spolu se sou ástkami zaji ujícími jeho funk nost. Zdroj stejnosm rného napájecího nap tí obvodu tvo í výkonový rezistor v levé ásti spoje, Zenerova dioda a elektrolytický kondenzátor. Z nap tí na kondenzátoru je p es omezovací rezistor napájena signální LED dioda, která je umíst na na dálkovém ovlada i. Umíst ní v t ích elektrolytických kondenzátor je voleno co mo ná nejdále od mo ných zdroj tepelné energie. V d sledku vysoké teploty kondenzátor m vysychá elektrolyt a tím se m ní jeho parametry. Udává se, e ivotnost elektrolytického kondenzátoru se zmen í na polovinu p i zvý ení jeho okolní teploty o 7 C. Pod opto lenem m eme najít trimr, který slou í pro nastavování pracovního rozsahu ídícího úhlu usm r ova e. Jeho otá ením se m ní nabíjecí proud kondenzátoru na pinu 10. Správným nastavením lze dosáhnout rozsahu ídícího úhlu v rozmezí 0-165, nelze tedy ani p i správném sestavení a nastavení obvodu dosáhnout zcela plného ízení. Sou ástky umíst né pod plo ným spojem jsou té zapojeny. Jedná se o signální LED diodu, která signalizuje p ipojení obvodu k napájecímu nap tí, a o potenciometr, jeho otá ením nastavujeme ídící úhel. Ob tyto sou ástky jsou umíst ny, z d vod bezpe nosti p i práci se sí ovým nap tím, na dálkovém ovlada i. Na ní e uvedeném obrázku (Obr. 28) je vyobrazeno reálné rozlo ení sou ástek v etn vnit ního propojení s vn j ími svorkami a dálkovým ovlada em. 34

Obr. 28 - Pohled na otev ený modul Ve keré vnit ní drátové propoje jsou uskute n ny pomocí lankového m d ného kabelu o pr ezu 1,5 mm 2. Pro p ípadnou sna í orientaci v propojích jsem zvolil dva barevné druhy vodi. Ze vstupních svorek je fáze do plo ného spoje vedena p es pojistkové pouzdro erveným vodi em, pracovní nula sv tle modrým vodi em. Výstup z plo ného spoje je veden kabely stejné barvy, p i em plus erveným a minus sv tle modrým. V p ípad jednopulzního modulu je ze spodní ásti vrchního panelu umíst na nulová dioda. Napojení dálkového ovlada e obstarává svazek p ti napevno p iletovaných vodi, které mají zhruba v polovin své délky mezi plo ným spojem a výstupem z krabi ky zasunovací rychlospojky. St ejním vodi em ve svazku je lutý kabel, který je p iveden na jezdec potenciometru. Modrý a bílý p edstavuje zem, ervený napájení diody a zelený zbývající vodi k potenciometru. 35

Obr. 29 - Pohled na v echny moduly Na vý e uvedeném obrázku (Obr. 29) je vyobrazena fotografie v ech sestavených modul. Moduly jsou primárn ur eny pro p ipojení externích kabel s banánkovými koncovkami. Vstupní svorky, jejich proudová zatí itelnost dosahuje hodnoty 25 A, té umo ují p ipojení kabel pouze oholených. Vrchní ást modul je pokryta lesklou etiketou zobrazující vnit ní blokové schéma a ozna ení jednotlivých svorek. Na modulech jsou té vyzna eny doporu ené a mezní provozní parametry. V echny ty i moduly jsou ur eny pro ú ely výuky výkonové elektrotechniky v laborato ích DFJP katedry KEEZ. Svou konstrukcí by m ly spl ovat v echny po adavky týkající se minimální bezpe né pracovní vzdálenosti od ivých ástí, dále po adavky ji t ní v p ípad poruchy ve vn j ím obvodu, jednozna nosti ozna ení jednotlivých svorek a optické signalizace p ítomnosti sí ového nap tí na vstupu modulu. Moduly jsou v pohotovostním re imu pevn se roubovány, tudí jsou áste n vylou eny neoprávn né zásahy do vnit ního zapojení i nastavení. 36

4. M ENÍ VE VYBRANÝCH OBVODECH Po návrhu, sestavení a o ivení modul bylo pot eba ov it jejich funk nost ve vybraných obvodech. Obvod byl sestaven z m eného modulu, jeho napájení obstarával programovatelný st ídavý zdroj, jeho nap tí bylo nastaveno na 200 V ef. Zát p edstavoval reostat o odporu 250 s p ípadnou tlumivkou. M enými veli inami byl výstupní proud a st ední hodnota nap tí, které se ode ítaly z ru kových m ících p ístroj. Pro zaznamenání autentických pr b h jsem pou il digitální osciloskop RIGOL DS1102E, který umo oval ulo ení oscilogram p ímo p es USB na pam Flash. Nap ová sonda byla pou ita s vy ím nap ovým rozsahem, proudové kle t HAMEG HZ56-2 20A RMS s p epo tem 100 mv/a. 4.1 ízený m stkový usm r ova, odporová zát M ení probíhalo v obvodu popsaném v teoretické ásti práce. Jako zát byl zapojen 250 reostat s jezdcem nastaveným na plný odpor. Nam ené hodnoty pro r zné ídící úhly jsou popsány v tabulce. Nastavování ídících úhl po 36 jsem zvolil z d vod p esn j ího ode tu na stínítku osciloskopu. ídící úhel [ ] 0 36 72 108 144 Nap tí [V] 180 162 119 60 26 Proud [A] 0,74 0,68 0,5 0,24 0,12 Tab. 2 - Nam ené hodnoty m stkový usm r ova, R zát 37

ídící charakteristika: Obr. 30 - ídící charakteristika m stkový usm r ova, R zát Pr b hy sejmuté z osciloskopu: Obr. 31 M stkový usm r ova, R zát, =120, T/2 Obr. 32 - M stkový usm r ova, R zát, =30, T/2 Na levém oscilogramu je vyobrazen pr b h nap tí (CH1) a proudu (CH2) p i ídícím úhlu 120, na pravém p i úhlu 30. Nap tí má m ítko 500 mv/dílek, p i em p epo et je 500 mv/50v. Proudové m ítko je 100 mv/dílek, p epo et 100m V/A. asová základna 1 ms/dílek. 38

4.2 ízený m stkový usm r ova, odporov induktivní zát P i tomto m ení z stala topologie obvodu zachována z p edchozího m ení, pouze do zát e byla dopln na tlumivka. Nam ené veli iny: ídící úhel [ ] 0 36 72 108 144 Nap tí [V] 180 142 88 32 18 Proud [A] 0,74 0,6 0,36 0,14 0,08 Tab. 3 - Nam ené hodnoty m stkový usm r ova, RL zát ídící charakteristika: Obr. 33 - ídící charakteristika m stkový usm r ova, RL zát 39

Pr b hy sejmuté z osciloskopu: Obr. 34 - M stkový usm r ova, RL zát, =30,T/2 Obr. 35 M stkový usm r ova, RL zát, =120, T/2 Na levém oscilogramu je vyobrazen pr b h nap tí (CH1) a proudu (CH2) p i ídícím úhlu 30, na pravém p i úhlu 120. Nap tí má m ítko 1 V/dílek, p i em p epo et je 1 V/100V. Proudové m ítko je 100 mv/dílek, p epo et 100 mv/a. asová základna 1 ms/dílek. 4.3 ízený jednopulzní usm r ova, odporová zát M ení probíhalo podobn jako s m stkovým usm r ova em, pouze byly vym n ny moduly. Nam ené hodnoty: ídící úhel [ ] 0 36 72 108 144 160 Nap tí [V] 90 80 60 32 8 2 Proud [A] 0,38 0,34 0,26 0,14 0,04 0,02 Tab. 4 - Nam ené hodnoty jednopulzní usm r ova,r zát 40

ídící charakteristika: Obr. 36 - ídící charakteristika jednopulzní usm r ova, R zát Pr b hy sejmuté z osciloskopu: Obr. 37 Jednopulzní usm r ova, R zát, =30, T/2 Obr. 38 Jednopulzní usm r ova, R zát, =120, T/2 Na levém oscilogramu je vyobrazen pr b h nap tí (CH1) a proudu (CH2) p i ídícím úhlu 30, na pravém p i úhlu 120. Nap tí má m ítko 1 V/dílek, p i em p epo et je 1 V/100V. Proudové m ítko je 100 mv/dílek, p epo et 100 mv/a. asová základna 1 ms/dílek. 41

4.4 ízený jednopulzní usm r ova, odporov induktivní zát Nam ené hodnoty: ídící úhel [ ] 0 36 72 108 144 160 Nap tí [V] 90 74 60 32 8 2 Proud [A] 0,36 0,3 0,24 0,14 0,04 0,02 Tab. 5 Nam ené hodnoty jednopulzní usm r ova, RL zát ídící charakteristika: Obr. 39 ídící charakteristika jednopulzní usm r ova, RL zát 42

Pr b hy sejmuté z osciloskopu: Obr. 40 Pr b hy jednopulzní usm r ova, RL zát, =30, T/2 Obr. 41 Pr b hy jednopulzní usm r ova, RL zát, =120, T/2 Na levém oscilogramu je vyobrazen pr b h nap tí (CH1) a proudu (CH2) p i ídícím úhlu 30, na pravém p i úhlu 120. Nap tí má m ítko 1 V/dílek, p i em p epo et je 1 V/100V. Proudové m ítko je 100 mv/dílek, p epo et 100 mv/a. asová základna 1 ms/dílek. 4.5 ízený jednopulzní usm r ova, odporov induktivní zát, nulová dioda Nam ené hodnoty: ídící úhel [ ] 0 36 72 108 144 160 Nap tí [V] 90 81 60 32 8 2 Proud [A] 0,36 0,32 0,24 0,12 0,03 0,02 Tab. 6 - Nam ené hodnoty jednopulzní usm r ova, RL zát, nulová dioda 43

ídící charakteristika: Obr. 42 ídící charakteristika jednopulzní usm r ova, RL zát, nulová dioda Sejmuté pr b hy z osciloskopu: Obr. 43 Pr b hy jednopulzní usm r ova, RL zát, nulová dioda, =30, T/2 Obr. 44 Pr b hy jednopulzní usm r ova, RL zát, nulová dioda, =120, T/2 Na levém oscilogramu je vyobrazen pr b h nap tí (CH1) a proudu (CH2) p i ídícím úhlu 30, na pravém p i úhlu 120. Nap tí má m ítko 1 V/dílek, p i em p epo et je 1 V/100V. Proudové m ítko je 100 mv/dílek, p epo et 100 mv/a. asová základna 1 ms/dílek. 44

ZÁV R Cílem bakalá ské práce byl ucelený p ehled skupiny jednofázových usm r ova. Práci jako celek lze rozd lit do dvou základních ástí, realizace navr ených pln ízených usm r ovacích modul a vytvo ení textové dokumentace. Textová dokumentace se ve své stati zaobírá obecnou problematikou ízených usm r ova, jejich typy a vlastnostmi ve vybraných obvodech. Hlavní ástí dokumentace je popis realizace výrobk, která zahrnuje jednak popis st ejních komponent a obvod, ale i vlastní konstrukci. Na záv r práce je uvedena sumarizace výsledk z laboratorního m ení, které bylo na vyrobených modulech provedeno. M j pracovní postup se od zadání tématu p ednostn sm roval na výrobu navrhnutých usm r ova, jeliko jsem p edpokládal, e výroba bude p edstavovat asov nejnákladn j í ást práce. Základ tvo ily v echny pot ebné sou ástky v p íslu ném mno ství a plo ný spoj, který byl té vyroben na p d DFJP. Po osazení a vyzkou ení v ech ty ech plo ných spoj se m j pracovní postup uchýlil k mechanickému uspo ádání krabi ky samotné a usazení jednotlivých komponent. Po tak ka úplném sestavení modul jsem se dostal k soupisu teoretické ásti problematiky a popisu konstrukce. Výsledkem mé bakalá ské práce jsou ty i funk ní a v reálných obvodech otestované moduly, primárn ur ené k výuce výkonové elektroniky v laborato ích DFJP. Jejich konstrukce zabezpe uje jednoduché zapojování jak vn j ích obvod, tak m ících p ístroj. D raz je kladen i na bezpe nou vzdálenost nastavovacích prvk od napájecího nap tí. V p ípad poruchy i revize lze moduly jednodu e otev ít p eklopením vrchního krytu sm rem ke vstupním svorkám. V této poloze je zabezpe en ideální p ístup ke v em vnit ním spoj m a komponentám. Na záv r bych rád pod koval mému vedoucímu práce, Doc., Ing. Jaroslavu Novákovi Csc, za jeho ochotu a as strávený s problematikou mé práce. 45

Seznam pou ité literatury [1] PAVELKA, Ji í; E OVSKÝ, Zden k; LETTL, Ji í. Výkonová elektronika. Praha : Nakladatelství VUT, 2007. 227 s. ISBN 978-80-01-03626-6. [2] NOVÁK, Jarosalv. Elektromechanické systémy v doprav a ve strojírenství. Praha : Nakladatelství VUT, 2002. 86 s. ISBN 80-01-02457-1. [3] DOBROUCKÝ, Branislav, et al. Výkonové polovodi ové truktúry. ilina : Nakladatelství Vysoké koly dopravy a spoj v ilin, 1995. 100 s. ISBN 80-7100-284-4. [4] Www.semic.cz: ídící a regula ní obvody [online]. c2007 [cit. 2011-03-08]. Dostupné z WWW: <http://www.semic.cz/aktiva/a11_01.pdf>. [5] Motor.feld.cvut.cz: Fázové ízení [online]. [cit. 2011-05-17]. Dostupné z WWW: <http://motor.feld.cvut.cz/www/materialy/a1m14sp2/n_vod- Obvod_TCA785_pro_f_zov zen triaku.pdf>. [6] Www.pragoboard.cz: Proudová zatí itelnost vodi e [online]. [cit. 2011-05-25].. Dostupné z WWW: <http://www.pragoboard.cz/images/graf_spoj.jpg>. [7] Www.ges.cz: Datasheet TCA785 [online]. [cit. 2011-05-25]. Dostupné z WWW: <http://www.ges.cz/sheets/t/tca785.pdf>. [8] Www.ges.cz:. Datasheet BT152/800R [online]. [cit. 2011-05-25]. Dostupné z WWW: <http://www.ges.cz/sheets/b/bt152.pdf>. [9] Www.tme.cz: Datasheet LTV817. [online]. [cit. 2011-05-25]. Dostupné z WWW: <http://www.tme.eu/dok/06_optoelektronika/ltv817_27_47.pdf >. [10] ZUROVAC, Djordje. Www.adriaportal.com: Fázová regulace tyristor monostabilem [online]. [cit. 2011-03-08].. Dostupné z WWW: < http://www.adriaportal.com/zurovac/cz/cz_regulacenapeti.htm>. 46

Seznam obrázk Obr. 1 - Schema jednopulzní usm r ova, R zát... 8 Obr. 2 - Pr b hy jednopulzní usm r ova, R zát... 10 Obr. 3 - Schéma jednopulzní usm r ova, RL zát... 11 Obr. 4 - Pr b hy jednopulzní usm r ova, RL zát... 11 Obr. 5 - Schéma jednopulzní usm r ova, RL zát a nulová dioda... 12 Obr. 6 - Pr b hy jednopulzní usm r ova, RL zát a nulová dioda... 13 Obr. 7- Schéma m stkový usm r ova, R zát... 13 Obr. 8 - Pr b hy m stkový usm r ova, R zát... 14 Obr. 9 - Schéma m stkový usm r ova, RL zát... 16 Obr. 10 - Pr b hy m stkový usm r ova, RL zát... 16 Obr. 11 - ídící charakteristika m stkový usm r ova, RL zát... 17 Obr. 12 - Schéma polo ízený usm r ova, R zát... 17 Obr. 13 - Schéma analogový ídící obvod... 19 Obr. 14 - Schéma ízení pomocí monostabilního klopného obvodu... 21 Obr. 15 - Pr b hy signál monostabil- 1. ást... 22 Obr. 16 - Pr b hy signál monostabil- 2. ást... 22 Obr. 17 - Tyristor - vnit ní a náhradní schéma, popis elektrod... 24 Obr. 18 - VA charakteristika tyristoru... 25 Obr. 19 - Zapínání a vypínání tyristoru... 26 Obr. 20 - Výstupní V-A charakteristika... 27 Obr. 21 - Popis elektrod tyristoru... 28 Obr. 22 - Vnit ní schéma ídícího obvodu... 30 Obr. 23 - Pr b hy vybraných signál v ídícím obvodu... 30 Obr. 24 - Vnit ní schéma a popis pin ty násobného opto lenu... 31 Obr. 25 - Vnit ní schéma a popis jednotlivých pin jednoduchého opto lenu... 31 Obr. 26 - Graf dimenzování cest v plo ném spoji... 33 Obr. 27 - Plo ný spoj... 33 Obr. 28 - Pohled na otev ený modul... 35 Obr. 29 - Pohled na v echny moduly... 36 Obr. 30 - ídící charakteristika m stkový usm r ova, R zát... 38 Obr. 31 M stkový usm r ova, R zát, =120, T/2... 38 Obr. 32 - M stkový usm r ova, R zát, =30, T/2... 38 Obr. 33 - ídící charakteristika m stkový usm r ova, RL zát... 39 47

Obr. 34 - M stkový usm r ova, RL zát, =30,T/2... 40 Obr. 35 M stkový usm r ova, RL zát, =120, T/2... 40 Obr. 36 - ídící charakteristika jednopulzní usm r ova, R zát... 41 Obr. 37 Jednopulzní usm r ova, R zát, =30, T/2... 41 Obr. 38 Jednopulzní usm r ova, R zát, =120, T/2... 41 Obr. 39 ídící charakteristika jednopulzní usm r ova, RL zát... 42 Obr. 40 Pr b hy jednopulzní usm r ova, RL zát, =30, T/2... 43 Obr. 41 Pr b hy jednopulzní usm r ova, RL zát, =120, T/2... 43 Obr. 42 ídící charakteristika jednopulzní usm r ova, RL zát, nulová dioda... 44 Obr. 43 Pr b hy jednopulzní usm r ova, RL zát, nulová dioda, =30, T/2... 44 Obr. 44 Pr b hy jednopulzní usm r ova, RL zát, nulová dioda, =120, T/2.. 44 48

Seznam tabulek Tab. 1 - P ehled obvod vhodných pro ízení... 23 Tab. 2 - Nam ené hodnoty m stkový usm r ova, R zát... 37 Tab. 3 - Nam ené hodnoty m stkový usm r ova, RL zát... 39 Tab. 4 - Nam ené hodnoty jednopulzní usm r ova,r zát... 40 Tab. 5 Nam ené hodnoty jednopulzní usm r ova, RL zát... 42 Tab. 6 - Nam ené hodnoty jednopulzní usm r ova, RL zát, nulová dioda... 43 49

Seznam p íloh P íloha.1 Seznam pou itých sou ástek P íloha. 2 Schéma zapojení m stkového usm r ova e a propoj mezi plo ným spojem a krabi kou P íloha. 3 Schéma zapojení jednopulzního usm r ova e a propoj mezi plo ným spojem a krabi kou P íloha. 4 Datasheet obvodu TCA785 P íloha. 5 Datasheet tyristoru BT152/800R P íloha. 6 Datasheet obvodu LTV847 50

P íloha.1 Seznam pou itých sou ástek Sou ástka Hodnota / ozna ení Rezistory R1 4,7k R2 R3 R4 10k 220k 22k R6 4,7k R7 - potenciometr 10k R8 2,2k R9 R10 R11 R12 R13 R14 - trimr 1k 1k 1k 1k 1k 100k Kondenzátory C1 1000u C2 0,47n C4 47n C5 0,1u C6 2,2u C7 C8 C9 22u 22u 22u Diody D1 1N4004

D2 D3 D4 D5 D6 1N4728 1N4148 1N4148 1N4148 1N4148 Tyristory T1 T2 T3 T4 BT152 BT152 BT152 BT152 Usm r ovací m stky B1 B2 B3 DB101 DB101 DB101 Transformátory TR1 TR2 EI30-2 230/2*9V EI30-2 230/2*9V ídicí obvod U1 TCA785 Opto leny OK1 LTV847 / LTV817

P íloha. 2 Schéma zapojení m stkového usm r ova e a propoj mezi plo ným spojem a krabi kou

P íloha. 3 Schéma zapojení jednopulzního usm r ova e a propoj mezi plo ným spojem a krabi kou

P íloha. 4 Datasheet obvodu TCA785

P íloha. 5 Datasheet tyristoru BT152/800R

P íloha. 6 Datasheet obvodu LTV847