4 курс (заочка) / Учебные материалы / ЭУиСТ лабораторный практикум

Рис.7. Временные диаграммы шестифазной схемы выпрямления.

4.1. Исследование трехфазного выпрямителя.

Снятие внешней характеристики Uн = f ( Iн ) трехфазного выпрямителя осуществляется при U1 = 220 В = const и изменении тока нагрузки Iн . Для снятия внешней характеристики следует определить возможный диапазон изменения тока нагрузки. С этой целью следует подключить тумблером SA2 нагрузочный резистор RH и с помощью регулятора нагрузки определить возможный диапазон тока нагрузки, с тем, чтобы уточнить значения тока нагрузки при которых следует производить запись показаний приборов (следует производить запись показаний приборов для 4-х –5-ти значений тока нагрузки в диапазоне 0…IH

МАКС)

Результаты измерений и расчета заносятся в табл. 1, 2.

Таблица 1

11

Таблица 2

Расчетные данные

Расчетные данные определяются по формулам:

χ= P S1 .

где индексы 0 и 1 в скобках указывают соответственно нулевое значение тока нагрузки (режим холостого хода выпрямителя) и максимальное значение тока нагрузки, при которых определяется какой либо параметр выпрямителя:

P`1 – мощность, потребляемая одной фазой первичной обмотки трансформатора;

U0~- переменная составляющая напряжения, определяемая вольтметром В3-38 (в гнездах Г6, Г8) ;

С помощью осциллографа, подключаемого к соответствующим гнездам на стенде, определить и зарисовать при токе нагрузки Iн близком к максимальному значению форму тока фазы (гнезды Г4, Г5) и форму напряжения на выходе выпрямителя (гнезда Г6, Г8).

4.2. Исследование трехфазного мостового выпрямителя.

Установить переключатели SA1 в положение – “2. Снятие внешней характеристики Uн = f ( Iн ) трехфазного мостового выпрямителя осуществляется при U1 = 220 В = const и изменении тока нагрузки Iн от 0 до максимального значения. Результаты измерений и расчетов сводятся в таблицы 3 и 4 аналогичные таблицам 1 и 2.

Расчетные данные для трехфазной мостовой схемы определяются по формулам, приведенным выше в п. 1.

С помощью осциллографа определить для IН МАКС форму тока фазы вторичной обмотки трансформатора (Г4, Г5) и форму напряжения на выходе выпрямителя (Г6,Г8). Формы тока и напряжения должны быть представлены в отчете.

4.3. Исследование шестифазного выпрямителя.

12

Установить переключатели SA1 в положение “3”. Снятие внешней характеристики Uн = f( Iн ) осуществляется при U1 = 220 В = const и изменении тока нагрузки от 0 до максимального значения. Результаты измерений и расчета сводятся в таблицы 5 и 6, аналогичные таблицам 1 и 2.

Расчетные данные для шестифазной схемы определяются по формулам, приведенным выше в п.1. Габаритная мощность вторичной обмотки S2 определя-

ется как 6U2I2.

С помощью осциллографа определить и представить в отчете форму тока фазы вторичной обмотки трансформатора (Г4, Г5) форму напряжения на выходе выпрямителя (Г6,Г8) для максимального значения тока нагрузки.

Внешние характеристики Uн = f( Iн ) при U1 = 220 В всех трех выпрямителей при работе на нагрузку индуктивного характера начертить на одном графике и представить в отчете.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Объясните принцип работы трехфазного однотактного выпрямителя.

2.Объясните принцип работы трехфазного мостового выпрямителя.

3.Объясните принцип работы шестифазного выпрямителя.

4.Укажите области применения каждой из исследуемых схем многофазных выпрямителей.

5.В чем отличие потребляемой мощности от габаритной мощности для трансформатора, работающего в схеме выпрямителя?

6.Объясните, почему отличаются выходные напряжения Uн различных многофазных выпрямителей при одних и тех же значениях U2 и Iн?

7.Чему равны значения частот первой гармоники пульсации напряжения на нагрузке для различных схем выпрямления и способы их определения?

8.Чему равны значения коэффициентов пульсации по первой гармоники на

входе сглаживающего фильтра для каждой из схем выпрямления (для идеальных выпрямителей) и способы определения их?

9. Что такое внутреннее сопротивление выпрямителя? Объясните, за счет чего получается неодинаковый наклон внешних характеристик различных многофазных выпрямителей?

13

В выпрямительных устройствах используют полупроводниковые управляемые (тиристоры) и неуправляемые (диоды) вентили. Обозначение диода приведено на рис. 2 а. Свойства диода определяются его вольт-амперной характеристикой ВАХ, которая приведена на рис. 2б. для идеального и реального вентиля. Идеальный диод в отличие от реального обладает односторонней проводимостью. При положительном потенциале анода относительно катода (прямое напряжение) через диод протекает ток в прямом направлении (сопротивление диода равно нулю ). При обратном напряжении, когда потенциал анода отрицателен, сопротивление идеального диода и вентиль не пропускает ток . ВАХ зависит от температуры окружающей среды и электронно-дырочного перехода. На рис. 2 б. приведена ВАХ диода при t=+50 (пунктирная линия) и при t=+20 (сплошная линия).

Рис. 2 а. Условное обозначение диода.

б)

Рис. 2 б. Вольт-амперная характеристика идеального и реального диода.

Сглаживающий фильтр СФ уменьшает пульсации выпрямленного напряжения или тока до величины, допустимой для работы нагрузки.

Кривая выпрямленного напряжения представляет собой периодическую несинусоидальную функцию, которая содержит постоянную и переменную составляющие. Разложение кривой выпрямленного напряжения в ряд Фурье дает следующее выражение:

где - постоянная составляющая выпрямленного напряжения; - амплитуда -й гармоники;

15

- фазовый сдвиг -й гармоники;

- номер гармоники;

– круговая частота напряжения сети;

- число фаз выпрямления.

По тому, сколько раз за период работает каждая фаза вторичной обмотки трансформатора, выпрямительные устройства различаются на однотактные и двухтактные.

Воднотактных ВУ каждая фаза вторичной обмотки трансформатора в течение периода работает только один раз и ток в каждой фазе имеет постоянную составляющую.

Вдвухтактных же каждая фаза вторичной обмотки работает за период два раза. При этом токи, протекающие через обмотку за период, имеют равные величины, но противоположное направление. Поэтому в каждой фазе трансформатора двухтактного ВУ нет постоянной составляющей.

2.Однофазная однополупериодная однотактная схема выпрямления (работа ВУ на активную нагрузку).

При данном подключении анод вентиля VD подключен к началу вторичной обмотке трансформатора . Нагрузка включена между катодом вентиля и концом вторичной обмотки трансформатора. Схема представлена на рис. 3, а.

VD

+ (-)

- (+)

а)

Рис. 3, а. Однополупериодный выпрямитель (принципиальная электрическая схема выпрямителя).

При включении данного выпрямителя в сеть синусоидального тока во вторичной обмотке трансформатора наводится синусоидальная ЭДС. Эта ЭДС и напряжение (рис. 3, б) будут одинаковы по величине и форме (вентиль и трансформаторы принимаются, как идеальные).

В интервале от 0 до анод диода VD находится под положительным потенциалом, вентиль открыт и под действием напряжения через вторичную обмотку трансформатора, открытый вентиль и активную нагрузку протекает ток

.

16

Вентиль идеальный, потери напряжения на нем равны нулю и, следовательно, проходя по нагрузке ток, создает на ней падение напряжения, равное мгновенному значению (рис. 3, г). Вентиль открыт, пока его анод положителен по отношению к катоду, т.е. на интервале от до в течение первого периода, а также во все другие положительные полупериоды напряжения .

Полярность положительного полупериода выпрямляемого напряжения показана на рис. 3, а. знаками «+» и «-». При смене полярности напряжения анод вентиля становится отрицательным относительно катода. На интервале от до вентиль находится под обратным напряжением, амплитуда которого для данной схемы равна амплитуде напряжения на вторичной обмотке. Таким образом, ток нагрузки получается пульсирующим. Он имеет форму однонаправленных импульсов (рис. 3, в) длительностью в половину периода. Такова же форма выпрямленного напряжения (рис. 3, г)

Выпрямленное напряжение содержит как постоянную составляющую , так и ряд гармонических составляющих, создающих пульсацию. Число фаз выпрямления равно единице, так как за один период питающего напряжения через нагрузку проходит один импульс тока. Постоянная составляющая тока нагрузки проходит по вторичной обмотке трансформатора, подмагничивая сердечник. Подмагничивание сердечника ухудшает параметры трансформатора – возрастают потери в стали и ток холостого хода трансформатора. Что бы избежать этого увеличивают сечение сердечника, что в свою очередь вызывает увеличение габаритов и массы трансформатора.

Постоянная составляющая тока в отличие от переменных не трансформируется в первичную обмотку трансформатора. Для определения величины и формы тока в первичной обмотке необходимо вычесть из тока вторичной обмотки постоянную составляющую и мгновенные значения полученного тока изменить n раз, т.е.

,

= – коэффициент трансформации.

График изменения тока первичной обмотки показан на рис. 3, д. Достоинства схемы:

-простота;

-минимальное число элементов;

-невысокая стоимость;

-возможность работы без трансформатора. Недостатки:

-низкая частота пульсации;

-высокое обратное напряжение на вентиле;

-вынужденное намагничивание трансформатора;

-не работает на индуктивную нагрузку.

17

Рис. 3 (б - е). Однополупериодный выпрямитель (диаграммы токов и напряжений, поясняющих работу устройства). б – напряжение вторичной обмотки; в – ток вентиля, вторичной обмотки и нагрузки; г – напряжение на нагрузке; д – ток первичной обмотки; е – обратное напряжение на вентиле.

18

3. Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой во вторичной обмотке трансформатора при питании от однофазной сети переменного тока (работа ВУ на активную нагрузку).

Рис. 4, а. Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой вторичной обмотки трансформатора ( принципиальная электрическая схема выпрямителя).

Выпрямитель состоит из трансформатора ТР вентилей VD1 и VD2 (рис. 4, а). Трансформатор имеет одну первичную обмотку и вторичную обмотку с выводом от средней точки. В данной схеме вторичную обмотку можно рассматривать как две одинаковые вторичные обмотки, соединенные между собой. Схема представляет собой сочетание двух однополупериодных схем выпрямления, работающих на общую нагрузку поочередно. Так как фактически у трансформатора две вторичные обмотки и каждая из них работает только в один полупериод, то эту схему можно назвать двухфазной однотактной схемой.

При включении ВУ в сеть переменного тока во вторичных обмотках индуцируется ЭДС. Тогда в первый полупериод на интервале от до напряжение на вторичной обмотке будет сориентировано так: верхний конец вторичной обмотки положителен относительно нулевой точки, а нижний конец той же обмотки отрицателен (рис 4, а). В этом случае вентиль VD1 будет открыт, так как его анод положителен по отношению к катоду. От нулевой точки по верхней половине вторичной обмотки трансформатора через первый вентиль VD1, нагрузку и опять к нулевой точке вторичной обмотки потечет ток ( рис. 4, в). Вентиль VD2 будет закрыт отрицательным напряжением (рис. 4, ж).

Во второй полупериод на интервале от до напряжение на вторичных обмотках изменит свою полярность, откроется вентиль VD2, а вентиль VD1 закроется. Ток потечет от нулевой точки по нижней половине вторичной обмотки через вентиль VD2, через нагрузку к нулевой точке

(рис. 4, г). Вентили работают поочередно, а ток через нагрузку проходит все

19