ОПТ Л.Р.2 (Лисин, Чиркин, Шерстюк) З-66

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)

Отчет по лабораторной работе №2

«Исследование трехфазных выпрямителей»

Вариант № 20

Выполнили

студенты группы З-66

_________ Лисин Д.Т.

________ Чиркин О.Д

______ Шерстюк П.В.

Проверил

Старший преподаватель

_______Мишуров В.С.

Томск 2020

Цель работы: исследование трехфазных выпрямителей мостового и с выводом средней точки с индуктивным фильтром при учете индуктивностей рассеяния трансформатора.

Ход работы

1. В программе NI Multisim была собрана схема трехфазного мостового выпрямителя с индуктивным фильтром (Рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема трёхфазного мостового выпрямителя с индуктивным фильтром

Исходные данные сведены в Таблицу 1.

Таблица 1 – Исходные данные к лабораторной работе № 2 (трехфазный мостовой выпрямитель)

Вариант	В	Гц	kтр	kсг	мГн	Ом
20	100	500	9	7	0,019	0,59

Расчёт индуктивности дросселя фильтра L_ф произведён по следующей формуле:

где R_dmax=R'_d=10R_d=5,9 Ом

Допущения:

- диоды идеализированные;

- внутренние сопротивления амперметров и активные сопротивления обмоток трансформатора принять равными нулю;

- внутренние сопротивления вольтметров принять равными бесконечности.

Сопротивления резисторов, выполняющих роль шунтов, Ом.

Собранная в программе NI Multisim схема представлена на Рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема трехфазного мостового выпрямителя с индуктивным фильтром в NI Multisim.

2. Для расчёта внешней характеристики выпрямителя используем следующую формулу:

Принимаем α, ∆U_r, ∆U_пр равными нулю, тогда формула принимает вид:

Или:

Тогда U_d0:

Чтобы найти напряжение на нагрузке U_d и ток нагрузки I_d используем основные соотношения и формулы:

Функция, описывающая внешнюю характеристику U_d(I_d):

3. Для получения внешней характеристики используем экспериментальные данные. Так как характеристика являет собой прямую, то для её построения используем значения при нагрузке R_d=0,59 Ом (U_d =21,969 В; I_d = 37,236 A) и при нагрузке R'_d=5,9 Ом (U_d =24,019 В; I_d = 4,071 A).

Внешние характеристики получены с использованием PTC "MathCAD" и приведены на Рисунке 3.

Рисунок 3 - Внешние характеристики трёхфазного мостового выпрямителя с индуктивным фильтром.

4. При сопротивлении нагрузки =5,9 Ом с помощью вольтметров и осциллографа определяем следующие соотношения:

(расходится с табличным на 7%)

(расходится с табличным на 44%)

5. При сопротивлении нагрузки =0,59 Ом и с помощью амперметров определили соотношение (расходится с табличным на 5%)

6. При величине сопротивления нагрузки сняли диаграммы соответствующих токов с помощью осциллографа и низкоомных резисторов , синхронизировав их с напряжением

Рисунок 4 - Диаграммы u_A0 - i_R1

Рисунок 5 - Диаграммы u_A0 - i_R2

Рисунок 6 - Диаграммы u_A0 - i_R3

Рисунок 7 - Диаграммы u_A0 - i_R4

Рисунок 8 - Диаграммы u_A0 - i_R5

Рисунок 9 - Диаграммы u_A0 - i_R6

7. Экспериментально с помощью осциллографа замерили амплитуду переменной составляющей напряжения U_(2)m=37,05 мВ на сопротивлении нагрузки . Проверили получившийся коэффициент сглаживания фильтра, используя формулу:

(больше заданного в 8 раз)

8. В программе NI Multisim была собрана схема трехфазного выпрямителя с выводом средней точки вторичных обмоток трансформатора и индуктивным фильтром (Рисунок 10).

Рисунок 10 - Схема трёхфазного выпрямителя с выводом средней точки вторичных обмоток трансформатора и индуктивным фильтром

Исходные данные сведены в Таблицу 2.

Таблица 2 – Исходные данные к лабораторной работе № 2 (трехфазный мостовой выпрямитель)

Вариант	В	Гц	kтр	kсг	мГн	Ом
20	200	500	5	7	0,08	1,23

Расчёт индуктивности дросселя фильтра L_ф произведён по следующей формуле:

где R_dmax=R'_d=10R_d=12,3 Ом

Допущения:

- диоды идеализированные;

- внутренние сопротивления амперметров и активные сопротивления обмоток трансформатора принять равными нулю;

- внутренние сопротивления вольтметров принять равными бесконечности.

Сопротивления резисторов, выполняющих роль шунтов, Ом.

Собранная в программе NI Multisim схема представлена на Рисунке 2.

Рисунок 11 – Схема трехфазного выпрямителя с выводом средней точки вторичных обмоток трансформатора и индуктивным фильтром в NI Multisim.

9. Для расчёта внешней характеристики выпрямителя используем формулы из п.2 настоящей работы:

Функция, описывающая внешнюю характеристику U_d(I_d):

3. Для получения внешней характеристики используем экспериментальные данные. Так как характеристика являет собой прямую, то для её построения используем значения при нагрузке R_d=1,23 Ом (U_d =41,746 В; I_d =33,940 A) и при нагрузке R'_d=12,3 Ом (U_d =45,472 В; I_d =3,697 A).

Внешние характеристики получены с использованием PTC "MathCAD" и приведены на Рисунке 12.

Рисунок 12 - Внешние характеристики трехфазного выпрямителя с выводом средней точки вторичных обмоток трансформатора и индуктивным фильтром.

4. При сопротивлении нагрузки =12,3 Ом с помощью вольтметров и осциллографа определяем следующие соотношения:

(расходится с табличным на 2%)

(расходится с табличным на 8%)

5. При сопротивлении нагрузки =1,23 Ом и с помощью амперметров определили соотношение (расходится с табличным на 5%)

6. При величине сопротивления нагрузки сняли диаграммы соответствующих токов с помощью осциллографа и низкоомных резисторов , синхронизировав их с напряжением

Рисунок 13 - Диаграммы u_A0 - i_R1

Рисунок 14 - Диаграммы u_A0 - i_R2

Рисунок 15 - Диаграммы u_A0 - i_R3

Рисунок 16 - Диаграммы u_A0 - i_R4

Рисунок 17 - Диаграммы u_A0 - i_R5

Рисунок 18 - Диаграммы u_A0 - i_R6

7. Экспериментально с помощью осциллографа замерили амплитуду переменной составляющей напряжения U_(2)m=325,862 мВ на сопротивлении нагрузки . Проверили получившийся коэффициент сглаживания фильтра, используя формулу:

(больше заданного в 4,5 раза)

10. В ходе выполнения лабораторной работы были исследованы трехфазные выпрямители мостового и с выводом средней точки с индуктивным фильтром при учете индуктивностей рассеяния трансформатора. Полученные коэффициенты сглаживания превзошли заданные, что возможно ошибкой не является, поскольку при разработке схем различных устройств элементы выбираются с запасом прочности. Опять же, выходные коэффициенты пульсаций были получены в стационарных режимах работы выпрямителей, а фильтр должен обеспечивать должное сглаживание пульсаций и при переходных режимах работы.

Погрешности соотношений, полученных экспериментально, объясняются неидеализированностью некоторых элементов схемы, а именно трансформаторов и измерительных приборов, характеристики которых приближены к реальным.