Практична робота №1 Тема: Моделювання керованого однофазного мостового несиметричного випрямляча в середовищі Simulink з використанням пакету SimPowerSystems

1.1 Загальні теоретичні відомості

Випрямляч - це пристрій, що перетворює змінний струм у постійний. Випрямлячі звичайно складаються із двох основних вузлів:

- Вентильного блоку, що перетворює змінний струм у пульсуючий.

- Згладжувального фільтра, для зменшення (згладжування) пульсацій випрямленої напруги (струму) до величини, обумовленої нормальним режимом роботи споживача.

Часто випрямний пристрій містить в собі, крім зазначених вище вузлів трансформатор, що перетворює напругу живильної мережі в необхідну напругу (або для перетворення числа фаз) на вході вентильного блоку та регулятор випрямленої напруги (струму), що може включатися на стороні змінного або постійного струму.

Залежно від числа фаз живильної мережі розрізняють однофазні й трифазні випрямлячі, а по вихідній потужності - малопотужні (одиниці кіловат), середньої потужності (десятки кіловат) і великої потужності (понад ста кіловат).

Незалежно від потужності всі випрямлячі підрозділяють на однотактні та двотактні. До однотактних відносять випрямлячі, в яких по вторинних обмотках трансформатора струм протікає в одному напрямку за повний період (половину періода або його частину) (рис. 1.1,а). До двотактних - випрямлячі, в яких в кожній фазі вторинної обмотки трансформатора струм проходить двічі за період у протилежних напрямках (рис. 1.1,б). В однотактних схемах випрямлення, навантаження підключається до середньої крапки трансформатора (схеми із середньою крапкою); у двотактних схемах - між загальними крапками катодної й анодної груп вентилів, а джерело живлення (трансформатор) у діагональ моста, утвореного вентилями (мостові схеми).

Однофазні й трифазні мостові схеми та схеми із середньою крапкою відносять до простих випрямлячів. Складні випрямлячі містять в собі декілька простих, з'єднаних послідовно або паралельно. При паралельному з'єднанні, застосовуються зрівняльні реактори для вирівнювання миттєвих значень напруг декількох зрушених по фазі систем напруг.

Випрямлячі можуть бути побудовані на керованих вентилях (тиристорах, транзисторах) і некерованих (діодах). Вихідні параметри випрямляча, діапазон регулювання, умови роботи вентилів і трансформатора

a	б

Рис. 1.1 Однофазні випрямлячі: а – однотактний (з середньою крапкою);

б – двотактний (мостовий)

по струму й напрузі істотно залежать від характеру навантаження, обумовленого типом навантаження або першим елементом згладжувального фільтра. Розрізняють наступні режими роботи випрямляча:

а) на активне навантаження;

б) на активно-індуктивне навантаження;

в) на активно-ємнісне навантаження;

г) навантаження із зустрічною е.р.с.

Особливості роботи випрямлячів залежать також від параметрів трансформатора X_а - індуктивного опору та R_а - активного опіру обмоток, розташованих на одному стрижні;

X_а = ωL_a = ω(L′_1s+L_2s),

R_а=R′₁+R₂,

де, L′_1s=n²L_1s - приведена індуктивність, обумовлена потоками розсіювання первинної обмотки,

L_2s - індуктивність, обумовлена потоками розсіювання вторинної обмотки;

R′₁=n²R₁, R₂ - відповідно приведений опір первинної обмотки та опір вторинної обмотки;

n=w₂/w₁=Е₂/Е₁ - коефіцієнт трансформації.

В малопотужних випрямлячах індуктивний опір обмоток трансформатора X_а значно менше активного опору R_а, тому при розрахунках таких випрямлячів потоками розсіювання зневажають. У випрямлячах великої потужності потоки розсіювання обмоток трансформатора мають вирішальний вплив на характер електромагнітних процесів, тому при розрахунках зневажають опором R_а. У випрямлячах середньої потужності враховують вплив обох параметрів (X_а і R_а.).

Основне завдання розрахунку випрямлячів зводиться до визначення розрахункових співвідношень, що дозволяють по заданому режиму роботи споживача, визначити електричні параметри основних елементів випрямляча і потім зробити вибір цих елементів по каталозі або розрахувати їх.

При розрахунку визначають: середнє - І_а, діюче - І_ад і максимальне - І_аm значення струму, що протікає через вентильний елемент в прямому напрямку; максимальні значення напруги на вентилі (зворотна U_o6pm - для діодів, зворотна U_o6pm і пряма U_npm - для тиристорів); діючі значення напруги (е.р.с.) і струму вторинної обмотки трансформатора - U₂(E₂), І₂; діюче значення струму первинної обмотки - І₁; розрахункова потужність первинної - S₁ і вторинної - S₂ обмоток трансформатора, а також розрахункова (типова) потужність трансформатора S_T.

Крім перерахованих вище параметрів, визначають:

1) коефіцієнт корисної дії - η;

2) коефіцієнт потужності - λ;

3) зовнішню характеристику - залежність середнього значення напруги на виході від середнього значення струму навантаження при постійній вхідній напрузі: U_d=f(І_d);

4) регулювальну характеристику - залежність середнього значення випрямленої напруги від кута керування: U_dα =f(α);

5) коефіцієнт гармонік – Кп