6. Выводы по работе

Изучив работу трехфазных неуправляемых выпрямителей, необходимо по результатам исследований сделать выводы, в которых отразить:

• в чем заключаются достоинства мостовой схемы выпрямления по сравнению с нулевой;

• как влияют коммутационные процессы на работу, показатели и характеристики выпрямителя;

• как влияют выпрямители на питающую сеть.

6. Указания по оформлению работы

Составить отчет по лабораторной работе, в которой привести: цель работы, расчетную часть, схему установки, результаты эксперимента, графики и осциллограммы полученных зависимостей, выводы по работе.

6. Вопросы для самопроверки

9.1. Вопросы для допуска к выполнению лабораторной работы

Какие схемы выпрямления исследуются в работе?

Как снять внешнюю характеристику выпрямителя?

К каким точкам схемы надо присоединить осциллограф для снятия кривых напряжений.

Как снять осциллограммы токов.

Поясните принцип действия диода.

Нарисуйте ВАХ диода.

Что называют процессом коммутации вентилей в выпрямителе?

9.2. Вопросы для защиты лабораторной работы

1. Объясните принцип работы трехфазной нулевой схемы выпрямления.

2. Объясните принцип работы трехфазной мостовой схемы выпрямления.

3. Сделайте сравнительный анализ нулевой и мостовой схем выпрямления трехфазного выпрямителя. Приведите основные соотношения для токов, напряжений и мощности трансформатора в каждой из схем.

4. Запишите аналитические выражения внешней характеристики трехфазного выпрямителя.

5. Как происходит коммутация токов в диодах исследуемых схем при учете индуктивности рассеяния трансформатора?

6. Поясните вид кривых i_a, i₂, i₁ в обеих схемах?

7. Перечислите достоинства мостовой схемы выпрямления.

8. Что обусловливает увеличение намагничивающего тока трансформатора в нулевой схеме трехфазного выпрямителя?

9. В какой из исследуемых схем более низкий коэффициент пульсаций? Почему?

Литература

1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. - М.: Высшая школа, 1982, с.

2. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. – М.: Энергоатомиздат, 1988, с.227-231.

Лабораторная работа №4

ИССЛЕДОВАНИЕ НУЛЕВОГО УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА

1. Цель работы

Целью лабораторной работы является:

- изучение принципа действия трехфазного нулевого управляемого выпрямителя;

- исследование влияния характера нагрузки на вид регулировочной характеристики выпрямителя.

2. Указания по подготовке к лабораторной работе

1. Ознакомиться с графиком выполнения работы и сдачи отчета.

2. Изучить необходимый теоретический материал (см. список рекомендуемой литературы и раздел 3 данного методического руководства).

3. Подготовить таблицы для снятия экспериментальных характеристик.

3. Основные теоретические сведения

Принцип действия неуправляемого трехфазного нулевого выпрямителя и основные соотношения, характеризующие его работу, рассмотрены ранее (см. методические указания к выполнению лабораторной работы №3). Все соотношения, полученные для схемы неуправляемого выпрямителя справедливы и для управляемого выпрямителя при угле управления   0.

В исследуемой схеме трехфазного нулевого управляемого выпрямителя, показанной на рисунке 1, применяются управляемые вентили – тиристоры.

Работа выпрямителя с углом управления   0 приводит к задержке вступления в работу очередного тиристора и затягиванию работы предыдущего. Изменяя момент подачи импульса напряжения на управляющие электроды тиристоров, можно регулировать среднее значение тока и напряжения в цепи нагрузки выпрямителя. Зависимость среднего значения напряжения на нагрузке U_d от угла управления  (характеризующего момент открытия тиристоров) называется регулировочной характеристикой.

Рисунок 1 – Схема трехфазного управляемого выпрямителя с

нулевым выводом

Временные диаграммы, характеризующие работу трехфазного нулевого управляемого выпрямителя, приведены на рисунке 2. На рисунке 2,а,б,в,г показаны кривые выпрямленного напряжения u_d для режима работы схемы на активную нагрузку при различных углах управления. В этом случае кривая тока i_d по своей форме повторяет кривую выпрямленного напряжения. Следует отметить, что имеются две характерные области управления:

- первая область находится в диапазоне углов  6    0 и характеризуется режимом непрерывного выпрямленного тока;

- вторая область начинается при углах    6, причем в кривой выпрямленного тока в этом случае появляются паузы, в течение которых мгновенные токи равны нулю.

Среднее выпрямленное напряжение для первой области регулирования определяется следующим образом:

. (1)

Каждый вентиль схемы работает в этом случае треть периода.

Во второй области регулирования (   6) ток через вентиль обрывается при прохождении мгновенного выпрямленного напряжения через нуль. Диапазон изменения углов  при этом составляет 6    56, а среднее выпрямленное напряжение

Рисунок 2 – Временные диаграммы напряжений и токов управляемого трехфазного нулевого выпрямителя:

а – тока ί_d и напряжения u_d; б,в,г – токов ί_d и напряжений u_d при активной нагрузке соответственно при углах управления  = 30,60 и 90; д,е – то же, при активно-индуктивной нагрузке и углах управления  = 60 и 90; ж – то же, при  = 90 и включении обратного диода; з – анодного тока ί_α и обратного тока ί_Д0 при активно- индуктивной нагрузке и  = 90.

определяется по формуле

(2)

В формулах (1 и 2) .

При работе управляемого выпрямителя на активно- индуктивную нагрузку (L_d) ток через каждый вентиль протекает всегда 1/3 периода. Переход тока с вентиля на вентиль происходит в момент подачи отпирающего импульса на очередной вступающий в работу вентиль. Кривая выпрямленного напряжения для углов управления   /6 не отличается от случая работы схемы на активную нагрузку.

При больших углах управления (  /6 и L_d ), в кривой выпрямленного напряжения появляются интервалы, когда u_d принимает отрицательные значения, (см. рисунок 2, д, где  =  /3 и рисунок 2,е, соответствующий  =). Продолжительность протекания тока при этом режиме больше, чем при активной нагрузке. Среднее выпрямленное напряжение для работы схемы со сглаженным выпрямленным током (L_d) рассчитывают по формуле U_d = U_d0cos. Величина напряжения U_d при тех же углах  меньше, чем при активной нагрузке.

Теоретически при  = 90^ и L_d  энергии, запасаемой в положительную часть периода е₂ (или u₂), должно быть достаточно для поддержания тока ί_d в течение такого же отрезка времени при отрицательном значении е₂ и среднее значение выпрямленного напряжения при этом должно равняться нулю. Практически при L_d   и  = 90 ток ί_d прерывистый и площадь отрицательной части кривой u_d меньше положительной, а U_d  0.

Для возвращения энергии, запасенной в индуктивности дросселя L_d , в цепь нагрузки включен обратный (нулевой) диод Д₀. В результате этого, ток через каждый тиристор силовой схемы выпрямителя проходит в течение положительной части периода е₂. В отрицательную же часть периода е₂ тиристоры выключаются, а под действием э.д.с., возникающей в индуктивности L_d, включается диод Д₀, и ток нагрузки замыкается по контуру Д₀R_dL_d (ί_Д0 на рисунке 2, з). Отрицательный участок кривой u_d исключается и среднее значение напряжения U_d увеличивается (рисунок 2, ж).

Определение коэффициента мощности выпрямителя.

Для неуправляемого выпрямителя с активной нагрузкой коэффициент мощности выпрямителя можно приближенно определить из соотношения (смотри лабораторную работу №3)

, (3)

где P₁ –активная мощность, потребляемая выпрямителем из сети

, (4)

S₁ – полная мощность, потребляемая из сети переменного тока

;

I₁₍₁₎ – действующее значение первой гармоники сетевого тока.

С учетом высших гармоник первичного тока ,

получим

. (5)

Без учета потерь в диодах выпрямительной схемы и трансформаторе можно принять P₁=P_d.

При подстановке формул (4), (5) в формулу (3) получим

, (6)

где K – коэффициент искажения формы потребленного тока. Для многофазных выпрямителей K=0,955..0,960;

φ – угол сдвига между первой гармоникой тока и напряжением сети

Для управляемого выпрямителя и при учете коммутационных процессов в схеме (  0;   0) между синусоидальным напряжением и основной гармоникой тока в сети появляется дополнительный фазовый сдвиг  =  + /2. Коэффициент мощности при этих условиях уменьшается:

λ =  cos( + /2). (7)

Для многофазных выпрямителей,  = 10 -15.

При включении обратного диода продолжительность анодного тока уменьшается за счет перехода тока на этот диод в отрицательную часть периода е₂ и соответственно уменьшается угол сдвига фаз между напряжением и током в сети, это приводит к повышению т коэффициента мощности.

В приближенном расчете, выполняемом в лабораторной работе трудно учесть все высшие гармоники в кривой сетевого тока точно определить коэффициент искажений. Поэтому расчетное значение коэффициента мощности получается несколько заниженным.