Учебное пособие 800401

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения по первой гармонике:

К(1)П U(1)m 0,67.

Ud

Среднее значение тока диода (анодной цепи)

Iа Id . 2

Ток в нагрузке протекает в течение обоих полупериодов переменного напряжения, как и ток во вторичной обмотке трансформатора имеющий форму синусоиды.

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора

Ток в первичной обмотке

Поскольку и в первичной и во вторичной обмотке трансформатора протекает синусоидальный ток, отсутствует вынужденное намагничивание сердечника трансформатора.

Расчетные мощности обмоток трансформатора и полная расчетная мощность трансформатора равны между собой:

Схема имеет лучший из всех однофазных схем выпрямления коэффициент использования трансформатора по мощности равный:

P

K тр S d 0,815Pd .

тр

Такая схема применяется при выпрямленных напряжениях от десятков до сотен вольт [12].

141

СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ

Сглаживающие фильтры применяются для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения и тока. Основными элементами фильтров являются конденсаторы и индуктивные катушки (реакторы).

Простейший емкостный фильтр представляет собой конденсатор, включенный параллельно нагрузочному резистору, а простейший индуктивный фильтр – реактор, включенный последовательно с нагрузочным резистором. Такие фильтры

работают эффективно при XC ω1C R d и XL ωL R d .

Исходя из этого, емкостный фильтр применяют в маломощных выпрямителях (при больших значениях Rd), а индуктивный – в выпрямителях средней и большой мощности (при малых значениях Rd). Наряду с простыми, также применяют и многозвенные фильтры.

Уменьшение пульсаций сглаживающим фильтром объясняется шунтирующим действием конденсатора для переменной составляющей выпрямленного напряжения и значительным падением этой составляющей напряжения на реакторе. Принцип действия сглаживающих фильтров заключается в накоплении энергии в реактивных элементах.

Рассмотрим принцип работы простейшего емкостного фильтра. В этом случае для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения параллельно нагрузке подключают конденсатор достаточно большой емкости, как показано на рис.

4.9.

В этом случае режим работы выпрямителя изменяется. Диоды открываются по очереди в те моменты времени, когда положительная полуволна напряжения U2, приложенного к аноду диода, больше напряжения конденсатор (см. рис. 4.10). Половину времени, в течение которого протекает ток через ди-

142

од принято называть углом отсечки . В те моменты времени, когда диоды закрыты, происходит разряд конденсатора на нагрузку. В результате кривая выпрямленного напряжения получается сглаженной.

Рис. 4.9

Как правило, конденсатор подбирают таким образом, чтобы диоды находились в открытом состоянии примерно одну треть от времени закрытого состояния. В связи с чем, амплитуда импульса тока через диоды и обмотки трансформатора в три, пять раз превышает ток через диоды при активноиндуктивной нагрузке. Данный режим является наиболее тяжелым для выпрямителя, поскольку происходит перегрузка диодов и обмоток трансформатора по току. Особенно опасен момент включения выпрямителя, так как время первоначальной зарядки конденсатора затягивается и возникающий при этом импульс тока может вывести из строя полупроводниковые приборы.

В однополупериодном выпрямителе применение такого фильтра, кроме описанных особенностей, приводит к увеличению максимального обратного напряжения прикладываемого к

143

вентилю, так как во время закрытого состояния к диоду прикладывается напряжение равное разности напряжения вторичной обмотки трансформатора и напряжения заряженного конденсатора [12].

Рис. 4.10 [12] 144

ЗАДАНИЕ НА ПОДГОТОВИТЕЛЬНУЮ РАБОТУ

1.Изучить устройство и принцип действия однофазного выпрямителя для режимов холостого хода и под нагрузкой.

2.Определить минимальные и максимальные значения токов и напряжений для выбора измерительных приборов.

3. Подготовить таблицу для записи экспериментальных данных при исследовании выпрямителя в различных режимах.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

Объектом исследования является однофазный мостовой выпрямитель, схема которого собрана на диодах типа Д242. Максимально допустимые параметры диодов этого типа: обратное напряжение – 100В; среднее значение прямого тока – 5А. В качестве источника питания используется трансформатор, выходное напряжение которого U2=18В.

Нагрузка выпрямителя носит активный характер, максимальное сопротивление нагрузочного резистора 150 Ом, минимальное 13,5 Ом.

Схема лабораторной установки для исследования выпрямителя показана на рис. 4.11. Эта схема собрана на специальной плате и устанавливается на панели лабораторного стенда.

Рис. 4.11

145

1.Установить плату с исследуемой схемой на панель стенда. Подключить к ней измерительные приборы. Выбор приборов производится по роду тока и по величине пределов измерения. Переключатель на стенде установите в положение «~».

2.Исследовать работу выпрямителя в режиме холостого хода при работе без фильтра и с фильтром.

3.Поставьте переключатель около панели в положение «~» и, изменяя нагрузку выпрямителя последовательным замыканием тумблеров, исследовать режим работы выпрямителя под нагрузкой при работе без фильтра и с фильтром. Результаты измерений по п.п. 2 и 3 занести в табл. 4.1.

Таблица 4.1

4.Снять осциллограммы напряжений u2, uVD, ud на элементах выпрямителя, работающего в режиме нагрузки, при работе без фильтра и с фильтром.

5.Определить по опытным данным коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения.

6.Исследовать влияние емкостного фильтра на величину пульсаций выпрямленного напряжения.

7.Провести анализ полученных результатов и сделать соответствующие выводы.

146

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.По каким параметрам выбирают диоды для работы в схемах выпрямления?

2.Поясните вольтамперную характеристику диода и укажите на ней предельно допустимые значения прямого тока

иобратного напряжения.

3.Объясните принцип работы однофазного мостового выпрямителя. Укажите его достоинства и недостатки.

4.Как определяется коэффициент пульсаций? Назовите его величину для различных схем выпрямления.

5.Как определяется ток, проходящий через диод в различных схемах выпрямления?

6.Объясните назначение емкостных фильтров.

7.Какие функции выполняет трансформатор в выпрямительной установке.

147

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данное учебное пособие содержит материал, необходимый для проведения лабораторных работ по курсу «Электротехника и электроника». Эта дисциплина является одной из основных общетехнических дисциплин, на которой основывается изучение многих специальных дисциплин.

Темы лабораторных работ, приведенных в пособии, охватывают практически важнейшие разделы изучаемого курса. Порядок проведения лабораторных работ соответствует порядку изучения перечисленных тем в курсе «Электротехника и электроника».

Данное учебное пособие поможет студентам самостоятельно готовиться к выполнению лабораторных работ, а также будет полезно при непосредственном выполнении работы и оформлении результатов эксперимента.

Лабораторный практикум также может использоваться студентами других специальностей, изучающих курсы «Электротехника», «Электроника», «Электротехника и электроника».

148

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Кононенко, А.В. Проектирование силовых трансформаторов для автоматизированных систем электроснабжения [Текст]: учеб. пособие / А.В. Кононенко, Д.А. Тонн. – Воронеж: Издательство «Кварта», 2007. – 70 с.

2.Кононенко, Е.В. Электрические машины постоянного тока и трансформаторы [Текст]: учеб. пособие / Е.В. Кононенко, К.Е. Кононенко, Ю.В. Писаревский. – Воронеж: Издатель-

ство «Кварта», 2002. – 112 с.

3.Попова, Т.В. Анализ линейных электрических цепей, электротехнических машин и аппаратов: лабораторный практикум: учеб. пособие / Т.В. Попова, Д.А. Тонн. Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2016. – 206 c.

4.http://en.ppt-online.oug/283796.

5. Вольдек, А.И. Электрические машины [Текст]: учебник для студентов высш. техн. учеб. заведений. Изд 2-е, перераб. и доп. / А.И. Вольдек. – М.: «Энергия», 1974, – 840 с.

6. Усольцев, А.А. Электрические машины [Текст]: учеб. пособие / А.А. Усольцев. – СПб: НИУ ИТМО, 2013, – 416 с.

7.http://electricremont.ru/kak-rabotaet-asinhronnyj-dvigatel.html

8.http://900igr.net/prezentacija/filosofija/glavnoe-upravlenie- obrazovanija-i-nauki-dnepropetrovskoj-oblastnoj-gosudarstvennoj- administratsii-110502/korotkozamknutyj-rotor-16.html.

9.http://covint.ru/poleznaya-informaciya/silovaya-chast-sxemy- upravleniya.html.

10.Кононенко, Е.В. Электрические машины переменного тока [Текст]: учеб. пособие / Е.В. Кононенко, К.Е. Кононенко, В.И. Волчихин. – Воронеж: Издательство «Кварта», 2002. – 120 с.

11.https://studfiles.net/preview/1005432/page:5/.

12.Преобразовательная техника. [Текст]: учеб. пособие / А. А. Лопатин, В.Б. Молодецкий, А.В. Казанцев. – Красноярск:

ИПЦ ПИ СФУ, 2007. –51 с.

149

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………….……….. 3 Указания по технике безопасности…………….….………. 6 Требования к подготовке и оформлению лабораторных работ…………………………………………..……...……… 7

ротором.……………………..……………………………...... 98 Лабораторная работа № 4. Исследование однофаз-

ного неуправляемого выпрямителя………………………... 123 Заключение………………………….………………………. 148 Библиографический список….……………………………... 149

150