2.5. Лабораторная работа: «исследование однофазных резонансных инверторов тока»

Целью работы является изучение принципа работы резонансных инверторов тока различной схемной реализации при их работе на регулируемую RL-нагрузку; снятие и построение основных характеристик инвертора.

1. Описание лабораторной установки

Аппаратная часть стенда выполнена по блочному (модульному) принципу и содержит 6 модулей:

• «Источник питания», (модуль G2) - 1шт.

• «Дроссели 1», (модуль А6) - 1шт.

• «Тиристорный преобразователь», (модуль А7) - 1шт.

• «Емкостная нагрузка», (модуль А4) - 1шт.

• «Дроссели 2», (модуль А3) – 1 шт.

• «Активная нагрузка», (модуль А2) - 1шт.

Также в состав комплекта входит цифровой 2-х канальный осциллограф и модуль «Мультиметры».

Внешний вид комплекта модулей, необходимых для исследования однофазных инверторов тока на основе тиристорного преобразователя, представлен на рис. 1.

G2 A6 A7 A4 A3 А2

Рис. 1.1. Комплект модулей для исследования однофазных инверторов тока

Работа предусматривает изучение следующих видов однофазных (резонансных) инверторов тока:

• Параллельный инвертор, рис. 1.2;

• Последовательный инвертор, рис. 1.3;

• Параллельно-последовательный инвертор, рис. 1.4.

Рис. 1.2. Параллельный инвертор тока Рис. 1.3. Последовательный инвертор тока

Рис. 1.4. Последовательно-параллельный инвертор тока

2. Задание по выполнению лабораторной работы

2.1. Исследовать работу однофазного параллельного инвертора тока (резонансного инвертора);

2.1.1. Снять и построить входные характеристики инвертора тока I_d=f(Y_н) для 2-х значений напряжения источника питания G2;

2.1.2. Снять и построить внешние характеристики инвертора тока U_н =f(Y_н) для 2-х значений напряжения источника питания G2;

2.1.3. Снять и построить график регулировочной характеристики резонансного инвертора, зависимости напряжения на нагрузке от входного напряжения Uн = f(Ud), при Lн, Ск и Ld = const. (по заданию преподавателя).

2.1.4. Снять и построить зависимость выходного напряжения инвертора при изменении емкости его коммутирующего конденсатора Uн = f(Ск).

2.1.5. Зарисовать с экрана 2-х лучевого осциллографа попарно формы напряжения на тиристорах VS1, VS3 или VS2, VS4, совместив эти графики с графиком напряжения на нагрузке для двух различных (по заданию преподавателя) значений Rн, Lн, Ск.

2.2. Исследовать работу однофазного последовательного инвертора тока (резонансного инвертора).

2.3. Исследовать работу однофазного параллельно-последовательного инвертора тока (резонансного инвертора);

2.4. Сделать сравнительный анализ исследованных схем однофазных резонансных инверторов тока.

3. Методические указания по выполнению лабораторной работы

Описание схем электрических соединений

Внешний вид и компоновка модулей, используемых для исследования однофазных инверторов тока, представлен на рис. 1.1.

Электропитание всех модулей стенда осуществляется от однофазного источника питания G1 (на рис. 1.1 не показан). Источник G1 оформлен как все блоки стенда в виде модуля и служит для питания потребителей однофазным током промышленной частоты 50 Гц на напряжении 220 В и обеспечивает их защиту от сверх токов и нарушении изоляции.

Источник питания G2 используется для питания постоянным током автономного инвертора тока или резонансного инвертора, включающего блок дросселей А6 (выполняет роль сглаживающего реактора), автономный тиристорный преобразователь А7 и блок коммутирующих конденсаторов А4.

Нагрузочный резистор А2 и дроссель А3 выполняют роль активной и индуктивной нагрузки автономного инвертора тока (резонансного инвертора).

Перед сборкой любой схемы убедиться, что источник сетевого питания G1, модуль G2 и модуль преобразователя А7 отключены.

К пункту 2.1.

Включить питание «Сеть» модуля G1. Включить питание «Сеть» модуля G2 и по индикатору регулятором выставить одно из рекомендованных напряжений, согласно табл. 1 (15 В или 25 В). Включить питание «Сеть» модуля тиристорного преобразователя А7. Нажимая на кнопку «Режим» модуля А7 по индикатору выставить «Режим-1, однофазный инвертор тока». Переключатель «Управление» модуля А7 переключить влево на «Ручное». ВЫКЛЮЧИТЬ питание «Сеть» источника G2.

Собрать блочно-модульную схему однофазного параллельного инвертора тока (резонансного инвертора) согласно рис. 1.5. Значения изменяемых параметров элементов схемы установить согласно табл. 1 (номер опыта – 1).

Рис. 1.5. Блочно-модульная схема однофазного параллельного инвертора тока

Таблица 1. Рекомендованные значения параметров схемы однофазного инвертора тока

Параметр	№ модуля	Номер опыта
		1	2	3	4
Напряжение источника питания PV1, В	G2	15	15	25	25
Частота выходного напряжения, Гц	A7	50	50	50	50
Индуктивность реактора Ld1, Гн	A6	3.0	0.5	3.0	0.5
Индуктивность реактора Ld2, Гн	A6	3.0	0.5	3.0	0.5
Ёмкость коммутирующего конденсатора Ск1, мкФ	A4	20	20	20	20
Ёмкость коммутирующего конденсатора Ск2, мкФ	A4	20	20	20	20
Индуктивность нагрузки Lн, Гн	A3	0.3	0.5	0.3	0.5
Сопротивление нагрузки Rн, Ом	A2	60	100	60	100

Включить питание «Сеть» источника G2 и по показаниям приборов PV2 и PA2 убедиться, что инвертор работоспособен. Подключить осциллограф параллельно нагрузке и проконтролировать форму напряжения на нагрузке (форма напряжения должна соответствовать “синусоиде” без видимых искажений). Изменяя значение сопротивления нагрузки Rн в диапазоне 50…200 Ом и индуктивности нагрузки Lн в диапазоне 0,1…0,9 Гн, зафиксировать предельные значения Rн и Lн в этом диапазоне, при которых форма выходного напряжения инвертора не искажается относительно синусоидальной. Выключить питание «Сеть» источника G2.

Для снятия и построения входной и внешней характеристик инвертора необходимо изменять нагрузку на его выходе Rн и Lн таким образом, чтобы соотношение Lн/Rн, определяющее cos(φ_н), оставалось относительно неизменным. Данные эксперимента занести в табл. 2.

Таблица 2. Результаты эксперимента

Ud=15, B	Rн, Ом
	Lн, Гн
	Yн, Ом-1
	Id, А
	Uн, В
	Iн, А
Ud=25, B	Rн, Ом
	Lн, Гн
	Yн, Ом-1
	Id, А
	Uн, В
	Iн, А

Используя данные табл. 2, вычислите значения проводимости нагрузки по формуле

Yн ==1/(Rн²+(2π f Lн)²) и занесите их в эту же таблицу.

Регулировочную характеристику резонансного инвертора Uн = f(Ud) снимать при изменении входного напряжения Ud в диапазоне 15…25 В. Установленные значения параметров нагрузки Rн и Lн и емкости коммутирующего конденсатора Ск уточнить совместно с преподавателем. Результаты эксперимента занести в табл. 3.

Табл. 3. Результаты эксперимента

Ud, А
Uн, В

Используя данные табл. 3, постройте зависимость Uн = f(Ud) выходного напряжения однофазного резонансного инвертора тока от входного.

При снятии зависимости Uн = f(Ск) необходимо кроме изменения емкости коммутирующего конденсатора Ск и контроля напряжения на нагрузке Uн контролировать форму напряжения на нагрузке с помощью осциллографа, подключенного параллельно нагрузке Rн. Достоверными значениями емкости коммутирующего конденсатора Ск будут те, при которых синусоидальная форма напряжения на нагрузке не будет иметь видимых искажений. Результаты эксперимента занести в табл. 4.

Табл. 4. Результаты эксперимента

Ск, мкФ
Uн, В

Используя данные табл. 4. постройте зависимость Uн = f(Ск) выходного напряжения однофазного резонансного инвертора тока от емкости его коммутирующего конденсатора.

Для анализа форм напряжения на тиристорах необходимо использовать одновременно два канала осциллографа, но учитывая, что оба канала осциллографа имеют «общую землю», подключать его щупы необходимо строго по правилу. Правило это заключается в следующем – щупы осциллографа, имеющие черный цвет, всегда должны быть объединены, т.е. подключены к точкам, имеющим один и тот же потенциал. Синхронизацию развёртки установить «По фронту». Наиболее рациональным будет подключение, согласно рис. 1.6.

Рис. 1.6. Пример подключения 2-х лучевого осциллографа к тиристорам инвертора

ВЫКЛЮЧИТЬ питание «Сеть» источника G2.

К пункту 2.2.

Собрать блочно-модульную схему однофазного последовательного инвертора тока (резонансного инвертора) согласно рис. 1.7. Значения изменяемых параметров элементов схемы установить согласно табл. 1 (номер опыта – 1).

Рис. 1.7. Блочно-модульная схема однофазного последовательного инвертора тока

Повторить действия, описанные в разделе «к пункту 2.1». Результаты измерений занести в табл. 5 и табл. 6, аналогичные табл. 1 и 2. Значения величин нагрузки Rн и Lн при которых сохраняется синусоидальность выходного напряжения для последовательного инвертора могут отличаться от корректных значений, определённых в предыдущем опыте.

Результаты экспериментов по снятию регулировочной характеристики Uн = f(Ud) и характеристики по влиянию емкости коммутирующего конденсатора Ск на выходное напряжение Uн занести в табл. 7. и табл. 8, аналогичные табл. 3 и 4.

ВЫКЛЮЧИТЬ питание «Сеть» источника G2.

К пункту 2.3.

Собрать блочно-модульную схему однофазного параллельно-последовательного инвертора тока (резонансного инвертора) согласно рис. 1.8. Значения изменяемых параметров элементов схемы установить согласно табл. 1 (номер опыта – 1).

Рис. 1.8. Блочно-модульная схема однофазного параллельно-последовательного инвертора тока

Повторить действия, описанные в разделе «к пункту 2.1». Результаты измерений занести в табл. 9 и табл. 10, аналогичные табл. 1 и 2. Значения величин нагрузки Rн и Lн при которых сохраняется синусоидальность выходного напряжения для последовательного инвертора могут отличаться от корректных значений, определённых в предыдущем опыте.

Результаты экспериментов по снятию регулировочной характеристики Uн = f(Ud) и характеристики по влиянию емкости коммутирующего конденсатора Ск на выходное напряжение Uн занести в табл. 11. и табл. 12, аналогичные табл. 3 и 4.

ВЫКЛЮЧИТЬ питание «Сеть» источника G2.