2.2. Лабораторная работа: «Исследование трехфазных управляемых выпрямителей на тиристорах»

Цель работы:

1. Анализ процессов в схеме трехфазного управляемого выпрямителя с нулевым выводом при работе на активную и активно-индуктивную нагрузку.

2. Снятие внешних и регулировочных характеристик.

Список модулей, используемых в лабораторной работе:

• Источник питания трехфазный;

• Трансформатор трехфазный;

• Тиристорный преобразователь/регулятор;

• Блок мультиметров;

• Активная нагрузка 3;

• Дроссели 1;

• Коннектор с платой ввода/вывода.

Также в состав комплекта входит персональный компьютер (ПК), с установленным на нем универсальным программным комплексом MultiTool, предназначенным для сбора, обработки и индикации данных, получаемых в процессе выполнения различных лабораторных работ;

Внешний вид комплекта модулей, необходимых для исследования трехфазного управляемого выпрямителя с нулевым выводом, представлен на рис. 2.8.

Рис. 2.8. Комплект модулей для трехфазного управляемого выпрямителя с нулевым выводом

Работа предусматривает изучение принципа работы трехфазного управляемого выпрямителя с нулевым выводом работающего на активную и активно-индуктивную нагрузку, рис. 2.8.

Рис. 2.8. Трехфазный управляемый выпрямитель с нулевым выводом.

Задания по выполнению лабораторной работы

1. Собрать схему для исследования трехфазного управляемого выпрямителя с нулевым выводом, используя требуемые функциональные модули и измерительные приборы, согласно рисунку 2.9.

Рис.2.9. Блочно-модульная схема соединений для исследования трехфазного управляемого выпрямителя с нулевым выводом при работе на активную нагрузку.

2. Снять и построить внешние характеристики трехфазного управляемого выпрямителя с нулевым выводом Udα = f(Id) для заданных углов управления α = const при активном характере нагрузки Rн. Результаты измерений занести в таблицу (табл. 7).

Таблица 7. Внешняя характеристика выпрямителя

Нагрузка Rн, Ом

100

80

60

40

30

20

α = 1о

Id, А

Udα, В

α = 60о

Id, А

Udα, В

α = 90о

Id, А

Udα, В

3. Снять и построить регулировочную характеристику трехфазного управляемого выпрямителя с нулевым выводом U_d = f(α) при активном характере нагрузки Rн = 100 Ом. Результаты измерений занести в таблицу (табл. 8).

Таблица 8. Регулировочная характеристика УВ при активной нагрузке

α, град	0	25	50	75	90	115	135	150	160	175
Udα, B

4. Получить на экране осциллографа кривые выпрямленного напряжения Udα на нагрузке и напряжения между анодом и катодом тиристора Uак VS1 при углах управления

α = 30°, α = 60° и α = 90^о, зафиксировать их в отчёте и объяснить форму этих кривых.

5. Снять и построить регулировочную характеристику трехфазного управляемого выпрямителя с нулевым выводом U_d = f(α) при активно-индуктивном характере нагрузки Rн = 100 Ом и двух значений индуктивности Lн = 0,5 Гн и Lн = 1,5 Гн. Изменения в силовой части УВ выполнить согласно рисунку 2.10. Результаты измерений занести в таблицу (табл. 9).

Рис.2.10. Блочно-модульная схема соединений для исследования трехфазного управляемого выпрямителя с нулевым выводом при работе на активно-индуктивную нагрузку.

Таблица 9. Регулировочная характеристика УВ при активно-индуктивной нагрузке

α, град	1	10	20	30	40	50	60	70	80	90
Udα, B

6. Повторить пункт 4 задания при активно-индуктивном характере нагрузки Rн = 100 Ом, Lн = 1,5 Гн, сравнить с результатами, полученными для активной нагрузки. Сделать вывод по результатам сравнения.

Методические указания по выполнению лабораторной работы

К пункту 1.

Убедиться, что устройство защитного отключения и двухполюсный автоматический выключатель на блоке трехфазного источника питания отключены. Соединить аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

В качестве измерительных приборов PA1 и PV1 используются штатные мультиметры со стендового модуля «Мультиметры». Прибор PV1, служащий для измерения напряжения нагрузки, необходимо установить на предел 20 В постоянного напряжения. Прибор PA1, служащий для измерения тока нагрузки, необходимо установить на предел 200 мА постоянного тока.

Убедившись в правильности сборки схемы подать питание на блок тиристорного преобразователя/регулятора. Ручку «Управление» перевести в крайнее левое положение, убедиться, что угол управления составляет 1⁰, после чего нажимая кнопку «Режим» дождаться появления на дисплее надписи: «Режим 1 трехфазный нулевой управляемый выпрямитель».

Включить устройство защитного отключения и двухполюсный автоматический выключатель на блоке трёхфазного источника питания, подав тем самым питание на схему.

К пункту 2.

Для снятия внешней характеристики УВ, рекомендованные значения сопротивлений нагрузки Rн, устанавливать вращением ручки потенциометра на блоке «Активная нагрузка 3».

Задание рекомендованных углов управления “α” выполняется с помощью вращения ручки «Управление» на блоке тиристорного преобразователя/регулятора (значение угла управления отображается на цифровом индикаторе преобразователя).

Предел измерения тока на мультиметре корректировать согласно измеряемому значению.

К пункту 3.

Углы управления α задавать аналогично п.2.

К пункту 4.

Привести в рабочее состояние персональный компьютер, войти в каталог с программным обеспечением учебного комплекса и запустить прикладную программу «MultiTool.exe».

В открывшемся меню выбрать двухканальный осциллограф.

К пункту 5.

Задание выполнить аналогично п. 2, но в качестве нагрузки использовать последовательно соединённые модуль сопротивления, размерностью 100 Ом, подключённый к точке соединения катодов тиристоров и модуль индуктивности Lн = 0.5 Гн. Вольтметр PV1 подключить параллельно активному сопротивлению Rн и индуктивности Lн.

Повторить эксперимент, установив значение индуктивности Lн = 1.5 Гн.

Полученные характеристики построить в одних координатных осях.

К пункту 6.

Осциллограф подключать аналогично указаниям к п.4.

Содержание отчёта

Отчёт по работе должен содержать:

• Функциональную схему исследованного управляемого выпрямителя УВ;

• Таблицы с результатами измерений;

• Регулировочную характеристику УВ при активной нагрузке;

• Регулировочную характеристику УВ при активно-индуктивной нагрузке;

• Внешнюю характеристику УВ при активной нагрузке;

• Рисунки осциллограмм в характерных точках;

• Выводы по анализу свойств УВ при его работе на различные виды нагрузок;

Контрольные вопросы и задания

1. Объяснить принцип действия тиристора.

2. Какими основными параметрами характеризуется тиристор?

3. Какие способы управления моментом открытия тиристора используются при построении управляемых выпрямителей. Пояснить на примерах.

4. Какого значение коэффициента пульсаций напряжения или тока исследуемых выпрямительных схем?

5. Нарисовать внешний вид регулировочной характеристики трехфазного управляемого выпрямителя со средней точкой при работе его на активную нагрузку.

6. Нарисовать внешний вид регулировочной характеристики трехфазного управляемого выпрямителя со средней точкой при работе его на индуктивную нагрузку.

7. Как скажется на работе УВ отсутствие напряжения управления Uупр.

Список литературы

1. Карпеш, М.А. Силовая электроника: руководство по выполнению базовых экспериментов. СЭ.001 РБЭ (911) / М.А. Карпеш, И.Л. Красногорцев, П.Н. Сенигов.  Челябинск: ООО «Учебная техника», 2003.  172 с.

2. Беркович Е.И. Полупроводниковые выпрямители / Е.И. Беркович, В.Н. Ковалев.  Москва: «Энергия», 1978.  447 с.

3. Руденко, В.С. Основы преобразовательной техники / В.С. Руденко, В.И. Сенько, И.М. Чиженко. – М.: Высш. шк., 1980. – 424 с.

4. Забродин, Ю.С. Промышленная электроника / Ю.С. Забродин. – М.: Высш. шк., 1982. – 496 с.

5. Справочник по преобразовательной технике / под ред. И.М. Чиженко. – Киев: Техника, 1978. – 447 с.

6. Горбачев, Г.Н. Промышленная электроника: учеб. для вузов / Г.Н. Горбачев, Е.Е. Чаплыгин / под ред. В.А. Лабунцова. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 320 с.

7. ГОСТ 20332 – 84. Тиристоры. – М.: Изд-во стандартов, 1997. – 16 с: ил. – (Единая система конструкторской документации).

8. ГОСТ 151332 – 77. Полупроводниковые приборы. – М.: Изд-во стандартов, 1997. – 40 с: ил. – (Единая система конструкторской документации).