단상 전파 제어정류기 실험

소개글

단상 전파 제어정류기 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 목적
2. 관련이론
(1) 다이리스터
(2) 단상 제어 정류기
(3) 반전 영점 검출기 (쌍안정 멀티바이브레이터, 슈미트 트리거)
(4) 비교기 (Non-inverting Schmidt Trigger with reference)
(5) 위상 지연기
(6) 반전 증폭기
(7) 발진기 (Timer 555 IC)
3. 사용부품 및 장비
4. 설계과정
5. 실험
6. 결론 및 고찰

본문내용

으로 E와 E'의 파형의 진폭을 조절할 수 있다.
E지점 이전 AND 게이트의 자세한 분석
회로
입력
출력
반전 영점검출기와 전압레벨컨버터를 거친 B파형과 위상지연기, 반전증폭기, 비교기, 전압레벨컨버터를 거친 D파형 그리고 발진기파형이 AND 게이트를 거치면서 세 개의 파형의 공통출력이 E파형으로 출력되는 것을 볼 수 있다.
여기서는 보이지 않았지만 E'쪽의 AND 게이트 입력의 세 파형 중 두 가지 파형, B파형과 발진기 파형이 같고 D파형만 위상이 180° 차이가 나므로 E'파형은 E파형과 위상차가 생긴다.
그리고 제어전압으로 D파형을 이동시켜 E의 신호의 진폭을 줄이거나 키운다.
(3) 게이트 신호를 다이리스터에 연결하고 게이트 신호를 관측하여 펄스 변압기에 의해서 각 게이트 신호가 2차측으로 전달되는지 확인하라.
☞ E파형이 인버터와 저항, 펄스변압기를 거치면 게이트 제어신호가 된다. T1,T2는 같은 신호 T3, T4는 같은 신호이다.
아래 파형으로 보아 게이트 신호가 2차측으로 전달됨이 확인가능 하다. 만약 점호각이 0도 일 때는 두 개의 게이트신호가 서로 붙어 빈틈이 없고 점호각이 커질수록 두 신호의 폭이 줄어들어 사이가 점점 더 벌어진다.
(4) 제어 정류기 출력단에 전등부하를 연결하여 점호각이 0°, 30°,60°, 90° 일 때 출력전압과 전원전류의 파형을 측정하라.
☞ 연결시 우선 제어 정류기의 입력전압과 게이트 신호(T1, T2나 T3, T4)를 측정하여 입력전압이 양의 전압일 때 펄스 되는 게이트 신호를 찾아 아래의 그림에 양의 주기에 도통되는 T1,T2에 연결한다. SCR의 cathode는 펄스변압기에 연결하고 gate에는 제어회로부에서 발생하는 게이트신호를 인가했다. 펄스변압기 4개를 사용하는 이유는 SCR의 Cathode의 접지를 분리시키기 위함이다.
점호각
출력전압
전원전류
0°
30°
60°
90°
☞ 이번 실험은 단상 전컨버터 제어 정류기의 출력파형을 관찰하는 실험인데 다이리스터의 게이트 신호를 제어하기 위해서 앞의 전류제어회로를 연결한다.
점호각이 0° 일 때 전컨버터의 출력은 단상 브리지 정류기의 출력과 같다. 우리가 측정한 파형에서는 단상 브리지 정류기의 출력과는 조금과 다르게 파형아래의 뾰족한 부분이 약간 평평하게 나오는 것을 볼 수 있었는데 이것은 비교기 안에 있는 차동증폭기의 BJT가 완벽하게 일치하지 않아서 생기는 것이다. 그래서 전류도 완벽하게 사인파가 나오지 않았다. 점호각이 0°보다 크면 앞의 이론의 RL부하에서는 L이 커서 일정한 전류가 흘러 도통되어 있던 SCR 2개에 역전압이 걸려도 점호각 이전까지 도통되므로 역전압부터 점호각 이전까지는 전원전압의 음의 파형이 출력된다. 하지만 이번 실험의 R부하에서는 일정한 전류가 흐르지 않기 때문에 역전압이 걸리면 모든 SCR이 off된다. 따라서 점호각 이전까지 출력은 0이 되고 점호각 이후에는 전원전압의 파형과 같다. 점호각이 점점 커질수록 부하에 0이 출력되는 부분이 점점 커진다. 전류의 양의 파형은 SCR의 T1,T2를 거치면서 점호될 때 출력되고 음의 파형은 T3,T4를 거치면서 점호될 때 출력된다. SCR의 신호는 회로 구성과 분석을 쉽게 하기 위해 T1,T2 점호신호를 같게 하고 T3, T4 점호신호를 같게 하였다. SCR(Thyristor)은 전류제어소자이므로 전컨버터 이전의 복잡한 제어회로가 필요하다.
6. 결론 및 고찰
제어신호를 만들기 위해 제어회로를 꾸몄다. 각 부분의 회로들이 제대로 동작하는지를 살펴보기 위해 회로의 입출력을 확인했다. 위상 지연기의 경우 가변저항을 변화시킴에 따라 출력의 위상이 변화했는데 파형을 보며 위상을 맞추었다. 반전 증폭기의 경우는 180도 위상을 밀어내어 반전되는 형태를 띄었는데 우리가 구현한 회로는 증폭비가 1로써 그 크기는 변하지 않았다. 비교기는 두 파형을 비교하여 구형파를 만들어 냈다. 또 반전 영점검출기도 크기가 15V인 구형파를 만들어 내었다. 발진기 회로로써 듀티 사이클()이 되는 것을 확인가능하고 제대로 동작되고 있음을 알 수 있었다.
각 지점별로 파형을 관측해서 회로를 살펴보면 다음과 같았다.
A 지점은 220V를 변압기를 이용하여 전압을 8V로 다운시켜 회로에 인가하는 전압이 파형으로 나타난다.
B 지점은 8V입력에서 반전영점검출기를 통해 구형파로 전환되고 전압레벨컨버터를 거치면서 양의 파형만 출력되는 구형파가 만들어진다. 인버터를 거치면서 반전이 돼서 출력파형이 나타난다.
C 지점은 입력A가 위상 지연기를 거치면서 90도 뒤로 밀리게 되고 다시 증폭비가1인 반전증폭기를 통해 크기는 같고 180도 더 지연되어 파형이 반전되는 양상을 나타나게 되었다.
D 지점은 C지점파형과 제어전압 파형을 비교기에 넣어 구형파를 얻고 이를 전압레벨컨버터를 거치게 하면 다음과 같은 파형을 얻을 수 있었다.
E, E' 지점은 B, D, 발진기에서 나오는 전압을 AND GATE를 통과시키면 동시에 높은 전압이 되는 곳에서 출력이 된다. E' 전압파형으로 E와 위상차 가 나는 것을 볼 수 있다. 이는 E와는 다르게 하나의 입력이 반전증폭기를 거쳤기 때문이다.
E파형이 인버터와 펄스변압기를 거치면 게이트 제어신호가 된다. 이 신호가 2차측으로 전달됨을 확인 가능했다. (게이트의 접지 분리)
이러한 제어 회로부를 활용하여 이번에는 단상 전컨버터 제어 정류기의 출력파형을 관찰하는 실험을 했는데 점호각이 0도 일 때 전컨버터의 출력은 단상 브리지 정류기의 출력과 같다. 점호각이 점점 커질수록 부하에 출력되지 않는 부분이 점점 커짐을 확인 할 수 있었다. SCR(Thyristor)은 전류제어소자이므로 전컨버터 이전의 복잡한 제어회로가 필요하다. 따라서 전류제어소자를 쓰는 것보다는 전압제어소자(IGBT, MCT 등)를 사용하는 것이 쉽게 회로를 꾸밀 수 있다. 이번 실험을 통해서 게이팅 신호 발생 회로를 제작하여 점호각에 따라 출력전압이 제어됨을 직접 확인 할 수 있었다. 점호각을 제어하는 것은 제어전압회로의 가변저항이다. 제어회로를 꾸미는데 본래 실험시간보다 많은 시간이 걸렸지만 제대로 된 파형을 얻을 수 있었다.

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