Результаты исследования трехфазной цепи при соединении треугольником

Характер нагрузки

Результаты измерений

Вычислено

IA, А

IB, А

IC, А

IАB, В

IВC, В

IСA, В

UAB, В

UBC, В

UCA, В

P1, Вт

P2, Вт

P3, Вт

Р, Вт

IЛ / IФ

Симметричная

Несимметричная

3. Сделать выводы по исследованию схемы соединения нагрузки треугольником.

Контрольные вопросы

1. Почему наибольшее распространение в электроэнергетике получили трехфазные цепи?

2. Объясните способы соединения звездой и треугольником.

3. Какая нагрузка называется симметричной, равномерной и несимметричной?

4. Какие напряжения и соответственно токи называются линейными и фазными? Их соотношение при соединении звездой и треугольником.

5. Объясните построение векторных диаграмм при соединении звездой и треугольником.

6. В каком случае применяется соединение звездой с нулевым проводом и без него?

7. Что такое напряжение смещения нейтрали и как его определить?

Лабораторная работа № 6 Выпрямительные устройства

Цель работы: Исследование одно- и двухполупериодных выпрямительных устройств, сравнение получен­ных экспериментальных данных с теоретическими, анализ работы сглаживающих фильтров, снятие внешних харак­теристик.

Основные теоретические положения

Для питания электронной аппаратуры, электродвига­телей постоянного тока, электролизных и других устано­вок возникает необходимость в выпрямлении переменного тока в постоянный.

Выпрямителем принято называть устройство для преобразования пере­менного тока в постоянный, например, при помощи диодов. Выпрямители яв­ляются составной частью источников питания практически всех электронных устройств автоматики, радиотехники и связи. Большую роль играют выпрями­тели также и в технике сильных токов, где с их помощью осуществляется пи­тание мощных промышленных установок постоянным напряжением (двигате­ли постоянного тока, контактные сети электрифицированного транспорта, сва­рочные устройства и т.д.).

Схема однотактного однофазного однополупериодного выпрямления представлена на рис. 6.1. В качестве элек­трического вентиля в этой схеме используется полупро­водниковый диод VД.

При подаче переменного синусоидального напряжения на первичную обмотку согласующего трансформатора напряжение на зажимах вторичной его обмотки будет также переменным синусоидальным, т.е. Диод проводит электрический ток только в том слу­чае, когда его анод относительно катода имеет положи­тельный потенциал. Поэтому ток в цепи (вторичная об­мотка трансформатора, диод и нагрузка) протекает толь­ко в одном направлении, т.е. в течение одной половины периода переменного напряжения. В результате этого ток в цепи нагрузки оказывается пульсирующим (неизмен­ным по направлению, но изменяющимся по значению). При этом амплитудное значение тока (относительно не­большим сопротивлением диода в прямой направлении можно пренебречь)

Рис. 6.1

Ток i_н в нагрузке протекает толь­ко при положительной полуволне вторичного напряжения u₂ трансформатора, т. е. когда напря­жение на аноде диода более положительное, чем на его катоде. При этом напряжение на диоде U_пр < 2 В. При отрицательной полуволне u₂ диод закрыт, максимальное обратное напряжение на диоде U_обр.max  U_2m.

Ток в нагрузке R_н протекает только в один полупериод синусоидального напряжения, отсюда название выпрямителя – однополупериодный.

Однополупериодное выпрямление переменного тока характеризуется глубокими пульсациями выпрямленного тока и напряжения (рис. 6.2), которые обусловливают­ся наличием в кривых выпрямленного тока и напряжения jпереметим составляющих ~ пульсаций

Среднее выпрямленное напря­жение и ток за период

Амплитуда U_m.ог основной гармоники выпрямленного напряжения, определенная из разложения в ряд Фурье,

Тогда коэффициент пульсации

Рис. 6.2

В течение половины периода, когда анод диода имеет отрицательный относительно катода потенциал, он тока не проводит, при этом через диод возможен некоторый относительно небольшой обратный ток, влиянием которо­го многих случаях можно пренебречь.

Напряжение, воспринимаемое диодом в непроводящий полупериод, -

обратное напряжение U_обр при этом определяется вторичное напряжение на обмотке трансформатора.

К недостаткам этих выпрямителей следует отнести униполярный ток, который, проходя через вторичную обмотку, намагничивает сердечник трансформатора, изменяя его характеристики и уменьшая КПД; малое значение выпрямленного напряжения (U_ср  1/3U_2m); высокий уровень пульсаций (q_n = 1,57) и большое обратное напряжение на диоде (U_обр  U_2m).

Схема двухполупериодного выпрямителя с нулевой точкой представлена на рис. 6.3. Рассматриваемый даухполупериодный выпрямитель представляет собой сочетание двух однополупериодных выпрямителей с общей нагрузкой. При этом напряжение и, на каждой половине вторичной обмотки трансформатора (1-3 и 3-2) можно рассматривать как два независимых синусоидальных напряжения, сдвинутых относительно друг друга по фа­зе на угол 180⁰.

В этой схеме каждый из диодов проводит ток только в течение той части периода, когда анод имеет более высокий потенциал относительно катода, в этом случае диод открыт.

За период входного напряжения u₁ или вторичного напряжения u₂ в один полупериод диод VD1 проводит ток i′₂ (полярность ± для u₂ указаны без скобок), а в другой полупериод – проводит ток i″₂ диод VD2 (полярность напряжения u₂ представлена в скобках).

В результате временные диаграммы токов и напряжений двухполупериодного выпрямителя приобретают вид, представленный на рис. 6.4.

Рис. 6.4

Рис.6.5

Действительно, когда один из диодов пропускает ток, потенциал его катода оказывается практически равным потенциалу анода, так как незначительным падением напряжения на диоде при этом можно пренебречь. Тот же потенциал имеет и катод второго диода, в данную часть периода не пропускающего ток, так как катоды обоих диодов в схеме связаны. В результате разность потенциалов катода и анода не пропускающего диода рав­на разности потенциалов выводов 1 и 2 вторичной обмот­ки трансформатора, т. е. (см. рис 6.4).

В сравнении со схемой однополупериодного выпрямителя в двухполупернодном ток во вторичной обмотке трансформатора не содержит постоянной составляющей, так как в этой обмотке ток протекает в течение всего периода, вследствие чего подмагничивание сердечника в данном случае отсутствует, тепловые потерн при этом уменьшаются. •

С учетом этого применение двухполупериодной схе­мы выпрямления более предпочтительно, чем однополу­периодной.

Снижения обратного напряжения, воздействующего на диод в непроводящую часть периода, и уменьшения расчетной мощности трансформатора при двухполупе­рнодном выпрямлении переменного тока можно достиг­нуть при переходе от однотактной схемы к двухтактной (мостовой) схеме.

Выпрямитель, выполненный по мостовой иене (рис. 6.5), позволяет получить двухполупериодное вы­прямление переменного тока при полном использовании мощности трансформатора, не имеющего среднего выво­да от вторичной обмотки.

Мостовая схема выпрямителя (рис. 6.5) является двухтактной, так как ток во вторичной обмотке трансформатора TV протекает в течение всего периода. При этом в течение нечётных полупериодов (полярность напряжения u₂ указана без скобок) ток протекает в цепи – вентиль VD1, сопротивление нагрузки R_н и вентиль VD3, а в течение чётных полупериодов (полярность напряжения u₂ указана в скобках) в цепи – вентиль VD4, нагрузке R_н и вентиль VD2. Причём в любой полупериод ток в цепи нагрузки протекает в одном и том же направлении.

Задание по работе

1. Ознакомиться со схемой лабораторной установки для исследования полупроводникового выпрямительного устройства.

2. Подготовить установку к проведению исследова­ний:

а) подключить цифровой амперметр для измерения выпрямленного тока нагрузки;

б) подключить-цифровой вольтметр для измерения выпрямленного напряжения на нагрузке;

в) подключить осциллограф для наблюдения и ре- гистрации формы выпрямленного напряжения на на- грузке;

г) подключить источник регулируемого переменного напряжения, с помощью которого установить напряже- ние на входе выпрямительного устройства Ui = 220 В и при проведении опытов поддерживать его неизменным.

3. Исследовать выпрямитель, собранный по однополупериодной схеме (см. рис. 6.2) при работе без сглажи­вающих фильтров. При этом выключатели В3 и В4 в це­пях конденсаторов разомкнуты, выключатель В3 в шунтирующей цепи дросселя и выключатель В 6 в цепи нагрузки— замкнуты, выключатель В2— разомкнут:

а) включить напряжение питания установки и изме- рительных приборов — цифровых амперметра, вольтмет- ра и осциллографа;

б) установить на экране осциллографа размер осциллограммы ао вертикали — 30—40 мм; зарисовать на кальке в масштабе осциллограмму и записать показания всех измерительных приборов в

табл. 6.1.

Осциллограммы всех последующих опытов должны быть зарисованы в принятом масштабе при неизменной частоте генератора развертки осциллографа.

4. Провести исследования, аналогичные п. 3, снимая осциллограмму с экрана осциллографа и записывая по­казания всех измерительных приборов в табл. 6.1, при включении в схему выпрямителя:

а)индуктивного (дроссельного) сглаживающего фильтра;

б) емкостного сглаживающего фильтра (дроссель закорочен);

в) индуктивно-емкостного (L — С-типа) Г-образного сглаживающего фильтра;

г) индуктивно-емкостного (C-L-C-типa) Г-образного | сглаживающего фильтра.

5. Снять внешнюю характеристику U^h) однополупериодного выпрямителя при U1 = const и отсутствии сглаживающего фильтра, регистрируя выпрямленные напряжение и ток при изменении сопротивления нагруз­ки. Результаты измерений нанести на график.

6. Включить в выпрямительную схему емкостный фильтр и сиять внешнюю характеристику в этих условиях. Первую точку характеристики снять для режима холостого хода (выключатель В6 — разомкнут).

7. Исследовать двухполупериодный однотактный вы­прямитель: в предыдущей схеме замкнуть выключатель В2 и провести те же измерения, что и при однополупериодном выпрямлении. Записать показания всех измерительных приборов в табл. 6.1.

8. Исследовать двухполупериодный двухтактный вы­прямитель (мостовую выпрямительную схему). Дли перехода от схемы двухполупериодного однобайтного выпря­мителя к схеме двухтактного необходимо выключатель B1 переключить, уменьшить вдвое напря­жение на вторичной обмотке трансформатора. Затем провести те же исследования, что и при выполнении опыта по п. 3 и 4.

9. Провести обработку результатов измерений:

а) для выпрямительных схем одно- и двухполупериодной одно-

и двухтактной без сглаживающих фильт- ров рассчитать значение коэффициента пульсаций, ис- пользуя измеренные значения напряжений U₂ и Ud_,

Номера измерений	Измерения					Вычисления
	Тип фильтра	U1, В	2U2, В	Ud, В	Id, мА	R2, Ом	U2, В	q	Ud, В	Id, мА
1
2

б) для этих же схем по измеренному значению напряжения на вторичной обмотке трансформатора определить расчетные значения выпрямленных тока и напряжения на нагрузке Ud и Id и сравнить их значения с опытными значениями Ud и Id.

Таблица 6.1

Контрольные вопросы.

1. Поясните назначение выпрямительных устройств.

2. Укажите, какие требования предъявляются к диодам, используемым в выпрямительных устройствах?

3. Назовите основные типы однофазных выпрямительных схем. 4. Объясните отличие однотактной схемы выпрямления от двухтактной схемы. .

5. Поясните принцип действия одно- и двухполупериодной схем выпрямления.

6. Изобразите временные диаграммы напряжений и токов нагрузки одно- н двухполупериодной схем выпрямления без сглаживающего

фильтра.

7. Назовите основные виды сглаживающих фильтров.

8. Поясните, в каких случаях целесообразно использовать индуктивные, а в каких — емкостные фильтры иди их сочетания.

9. Каково значение коэффициента пульсаций напряжения или тока исследуемых выпрямительных схем?

10. Поясните назначение согласующего трансформатора в выпрямительных схемах.