Министерство образования и науки Российской Федерации

Иркутский государственный технический университет

Факультет ____энергетический____________________________

Кафедра _электропривода и электрического транспорта_____

М.П.Дунаев

СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Методические указания для лабораторных занятий

Укрупненная группа направлений и специальностей

140000 – Энергетика, энергетическое машиностроение и электротехника

Направление подготовки:

140400 – Электроэнергетика и электротехника

Профиль:

140400.62 – Электропривод и автоматика

Квалификация (степень):

Бакалавр

Иркутск

2012 г.

М.П.Дунаев. Силовая электроника: Методические указания для лабораторных занятий. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. – 46 с.

Рассмотрен принцип действия, схемы и характеристики преобразователей постоянного и переменного тока, отмечены их достоинства и недостатки, обозначены области применения.

Лабораторный практикум подготовлен на кафедре электропривода и электротранспорта ИрГТУ и предназначен для бакалавров направления 140400 «Электроэнергетика и электротехника»

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. М.П.Дунаев. Силовая электроника. Методические указания для лекционых занятий. – Иркутск, Изд-во ИрГТУ, 2012. 64 с. ЭИ.

2. М.П.Дунаев. Силовая электроника. Методические указания для практических занятий. – Иркутск, Изд-во ИрГТУ, 2012. 23 с. ЭИ.

3. М.П.Дунаев. Силовая электроника. Методические указания для самостоятельной работы. – Иркутск, Изд-во ИрГТУ, 2012. 6 с. ЭИ.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

4. Онищенко Г.Б. Электрический привод. М.: Академия, 2008.

5. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов. М.: Академия, 2005.

Контрольные вопросы:

1. Объясните принцип регулирования выходного напряжения (частоты) преобразователя.

2. Объясните работу силовой схемы преобразователя.

3. Опишите функциональную схему управления преобразователя.

4. Сравните экспериментальные и теоретические характеристики преобразователя.

Содержание

Стр.

Лабораторная работа №1………………………………………………………..3

Лабораторная работа №2……………………………………………………….10

Лабораторная работа №3……………………………………………………….16

Лабораторная работа №4……………………………………………………….21

Лабораторная работа №5……………………………………………………….27

Лабораторная работа №6……………………………………………………….33

Лабораторная работа №7……………………………………………………….37

Лабораторная работа 1

УПРАВЛЯЕМЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Цель работы: изучение принципа действия и исследование характеристик управляемого тиристорного выпрямителя.

1. Общие сведения

Р егулирование выходного напряжения УВ достигается управлением моментом открывания тиристоров преобразователя. В большинстве УВ используется импульсно-фазовый способ управления. Сущность его заключается в том, что на управляющий электрод (УЭ) тиристора периодически с частотой питания анодного напряжения подается электрический импульс, фаза которого может изменяться по отношению к анодному напряжению. Тем самым изменяется момент открывания тиристора. Угол , отсчитываемый от момента, когда потенциал анода становится больше потенциала катода, до момента подачи управляющего импульса, называется углом управления тиристора.

Рассмотрим принцип регулирования напряжения на примере включения тиристора по однофазной однополупериодной схеме выпрямления (рис.1).

Управляющие импульсы образуются с помощью системы импульсно-фазового управления (СИФУ), служащего для изменения угла регулирования . Допустим, что на УЭ тиристора VS1 от СИФУ подан импульс в момент времени t1 . Этот импульс открывает тиристор и к нагрузке R_н скачком будет приложено напряжение, которое буден изменяться по кривой Uн. В момент времени t2 напряжение Uн становится равным нулю и тиристор закрывается, т.к. к нему приложено напряжение отрицательной полуволны. На интервале t2 - t3 ток через нагрузку не протекает. В момент t4 на УЭ тиристора подается следующий импульс управления с СИФУ и работа схемы повторяется. На рис.2 показан график зависимости Uн от угла открывания тиристора . Максимальное напряжение Uнo получается при полностью открытом тиристоре, когда угол =0 (естественное открывание относительно синусоиды напряжения питания).

Рис.2.

Изменяя угол  , можно регулировать среднее значение выпрямленного напряжения.

Функциональная схема одного канала СИФУ и диаграммы работы его элементов показаны соответственно на рис.3 и рис.4.

На схеме обозначены:

ИСН - источник синхронизирующего напряжения. Синхронизирует работу силовой части и системы управления; обычно выполняется в виде понижающего маломощного трансформатора или (реже) в виде резистивного делителя напряжения.

ГПН - генератор периодического напряжения, как правило, линейно нарастающего ("пилообразного").

К - компаратор (нуль-орган). Здесь сравниваются два напряжения - с выхода ГПН и напряжение управления. На выходе компаратора вырабатывается угол регулирования .

УФ - усилитель-формирователь импульсов управления, формирует необходимые параметры импульса управления тиристором: амплитуду, длительность и форму.

ГР - гальваническая развязка, обеспечивающая разделение высокого потенциала силовой цепи и низкого потенциала системы управления. Обычно выполняется на импульсном трансформаторе или оптроне.

С татические характеристики УВ могут быть регулировочными и выходными.

Регулировочная характеристика УВ, отражающая зависимость Uн=Uнo*cos, показана на рис.2. Выходные характеристики УВ показаны на рис.5 и имеют две явновыраженные зоны: зону непрерывных токов (знт), где характеристики идут параллельно и обладают значительной жесткостью, и зону прерывистых токов (зпт), где характеристики расположены веерообразно с различной степенью жесткости. Предпочтительной зоной работы УВ является зона непрерывных токов, поэтому стараются уменьшить величину зоны прерывистых токов за счет включения в цепь нагрузки добавочной индуктивности или скорректировать характеристики УВ в этой з оне специальными звеньями системы управления.

2. Описание лабораторного стенда

Силовая часть стенда показана на рис.6. На схеме обозначены: QF1 – автоматический выключатель силовой части, S1 – тумблер включения СИФУ, VS1 - VS3 - тиристоры трехфазной нулевой схемы, М1 - двигатель, G1 – нагрузочный генератор, ВЕ1 – тахогенератор, Rн – нагрузочный реостат, рА1 – амперметр тока двигателя, рА2 – амперметр тока нагрузочного генератора, рV1 – вольтметр напряжения управления, рV2 – вольтметр напряжения двигателя, рV3 – вольтметр напряжения тахогенератора.

Для трехфазной нулевой схемы выпрямления (=0): К_сх = 1,17; К_п=0,5.

Импульсы управления от СИФУ подаются на тиристоры VS1,VS2,VS3 со сдвигом 120^o.

Система управления УВ (трехканальная СИФУ) показана на рис.7.

О дин канал СИФУ включает в себя: ГПН (выполнен на VT1, VD1, C1, R1, R2), К (выполнен на VT2, R3, R4), УФ (выполнен на VT3, VT4, C2, R5, R6), ГР (выполнена на TИ1, VD2, VD3).

Основные данные электрооборудования стенда представлены в табл.1.

Таблица 1

Наименование	Тип	Uн, В	Iн, А	Рн, Вт	n, об/м	Rя, Ом
Преобразователь	Кемрон	110	5	550	-	-
Двигатель	СЛ-621	110	2,3	172	2400	3
Нагр. генератор	СЛ-621	110	2,3	172	2400	3
Тахогенератор	ТГ-1	20	0,04	4	2400	400

3. Программа работы

1. Ознакомьтесь с расположением измерительных приборов и органов управления лабораторным стендом; составьте программу включения стенда.

2. Снимите регулировочные характеристики преобразователя U_вых=f(U_у ) и двигателя U_тг =f(U_у ) при холостом ходе (I_н =0). Данные занесите в табл.2. Постройте характеристики в одном масштабе, используя рис.7.

3. Определите выходные характеристики преобразователя U_вых =f(I_н) и двигателя U_тг=f(I_н) при U_{вых хх} = 40, 60, 80 В. Данные занесите в табл.3. Постройте характеристики в одном масштабе, используя рис.8.

Таблица 2

Uу , В	0	1	2	3	4	5
Uвых, В
Uтг, В

Таблица 3

Iн , А	0					Iн , А	0					Iн , А	0
Uвых, В	40					Uвых , В	60					Uвых , В	80
Uтг, В						Uтг, В						Uтг, В

Лабораторная работа 2

ПРОМЫШЛЕННЫЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Цель работы: изучение принципа действия и исследование характеристик промышленного широтно-импульсного преобразователя типа ТЕ-9.