Электронные преобразовательные устройства лабораторный практикум3

2.5. Вращая регулировочную рукоятку преобразователя А8, установить по его индикатору минимальное значение угла управления α.

2.6.В соответствии с выбранной для исследования схемой нажать кнопку «1Ф ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ» или «3Ф ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ» на лицевой панели преобразователя А8 и удерживать ее до тех пор, пока не загорится расположенный рядом с ней светодиод.

2.7.Включить источник G1. О наличии фазных напряжений на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

2.8.При необходимости можно выключить стенд, следуя в порядке, обратном порядку включения, и изменить участки, на которых необходимо проанализировать параметры токов/напряжений.

3. Определить характеристики.

3.1.Включить собранную схему в порядке, указанном в предыдущей части.

3.2.Переключатели реостата А10 установить в положение

50 Ом.

3.3.Переключатели блока дросселей А11 установить в положение 3 Гн.

3.4.Переключатели блока конденсаторов А12 установить в положение 10 мкФ.

3.5.Переключатели номинальных фазных напряжений вторичных полуобмоток трансформаторов А3 и А4 установить в положение 73 В.

3.6.Подключить осциллограф в соответствии со схемой на

рис. 4.2.

3.7.Включить выключатели «СЕТЬ» тиристорного преобразователя А8, блока мультиметров Р1.1, Р1.2, блока датчиков тока и напряжения А17.

3.8.Включить источник G1. О наличии фазных напряжений на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

41

3.9.Нажать кнопку «3Ф ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ» на лицевой панели преобразователя А8 и удерживать ее до тех пор, пока не загорится расположенный рядом с ней светодиод.

3.10.Вращая регулировочную рукоятку тиристорного преобразователя А8, установить угол управления, равный, например, 30° (значение угла управления отображается на цифровом индикаторе преобразователя). Ток и напряжение на выходе тиристорного преобразователя наблюдать на амперметре Р1.2 и вольтметре Р1.1.

3.11.Снять осциллограммы входного и выходного напря-

жения.

3.12.По завершении эксперимента отключить источник G1, питание блока мультиметров Р1.1, Р1.2 и блока датчиков тока и напряжения А17.

3.13.Вычислить коэффициент сглаживания фильтра по

формуле

Sc = U'dпер / U"dпер.

Содержание отчета

1.Рисунок схемы соединения блоков, на основе которой проходила соответствующая часть лабораторной работы.

2.Осциллограмма исследованных участков схемы.

3.Сводная таблица данных и диаграмма для каждой части лабораторной работы, где было необходимо построить те или иные характеристики преобразователя.

4.Графики экспериментально полученных характеристик.

Контрольные вопросы

1.Что такое коэффициент пульсации?

2.Какими параметрами определяется качество напряжения на выходе выпрямителя и на нагрузке?

3.От чего зависит коэффициент пульсации выходного напряжения выпрямителя без фильтра?

42

4.Какие типы фильтров используются в выпрямителях?

5.Что такое коэффициент сглаживания?

6.Почему при использовании емкостного фильтра значения напряжения и пульсации на нагрузке зависят от значения ее сопротивления?

7.Какую форму имеет ток, потребляемый из сети, при работе выпрямителя с емкостным фильтром?

43

Лабораторная работа № 5 СРАВНЕНИЕ РАБОТЫ НЕУПРАВЛЯЕМОГО И УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Продолжительность работы – 4 часа

Цели работы: получить экспериментальное подтверждение теоретическим знаниям, определить внешние характеристики выпрямителей, получить осциллограммы напряжений выпрямителя.

Основные теоретические положения

Внешней характеристикой ТП называется зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от среднего значения токанагрузки принеизменнойвеличинеуглауправления α.

Внешняя характеристика определяется внутренним сопротивлением преобразователя, которое приводит к снижению выпрямленного напряжения с ростом нагрузки.

Снижение напряжения обусловлено тремя факторами:

1.Коммутационным падением напряжения ( Uk ).

2.Падением напряжения в активных сопротивлениях це-

пей преобразователя, по которым протекают токи ( UR ).

3. Падением напряжения в вентилях ( Uв ).

Соответственно, внешнюю характеристику ТП (при ωLн = ∞) (рис. 5.1) можноописатьв виде следующегоуравнения:

Ud = Ud 0 cosα − Uk − UR − Uв.

В зависимости от мощности выпрямителя влияние активных и реактивных элементов схемы в этом процессе различно. Обычно в маломощных выпрямителях преобладает влияние активного сопротивления обмоток трансформатора, а в мощных – индуктивного сопротивления.

44

Но следует учитывать, что внешние характеристики ТП меняют свой вид при малых токах нагрузки.

Рассмотрим физические процессы для режимов непрерывных и прерывистых токов при работе ТП на якорь двигателя постоянного тока. Нагрузка в этом случае представляется как нагрузка с противоЭДС, имеющая также активное сопротивление RH и индуктивное сопротивление X H = wLH . На рис. 5.2 изо-

бражена схема трехфазного нулевого ТП, работающего на якорь двигателя постоянного тока (ДПТ).

Рис. 5.2. Схема трехфазного нулевого ТП, работающего на якорь ДПТ

Для увеличения индуктивного сопротивления нагрузки часто последовательно с якорем ДПТ включают сглаживающий реактор LP , назначениекоторого– сглаживание тока якорядвигателя.

45

Для мгновенных значений напряжения якорной цепи при отсутствии перекрытия вентилей (γ = 0) справедливо уравнение

жения в вентилях; e2 и i – мгновенные значения вторичной ЭДС трансформатора и тока; Eя – ЭДС якоря двигателя.

В выражении (5.1) ЭДС трансформатора изменяется по синусоидальному закону. ЭДС двигателя в установившемся режиме изза инерционности вращающихся масс не может заметно измениться за время интервала пульсаций и считается постоянной. Приэтом разность ЭДС, стоящая в левой части уравнения, в какие-то моменты положительна, а в некоторые моменты оказывается отрицательной. Однако при больших токах в индуктивностях якорной цепи запасается такое количество электромагнитной энергии, которого достаточно для поддержания тока прежнего направления в промежутках времени, когда (e2 – Eя) < 0, и даже на протяжении части отрицательной полуволны напряжения трансформатора, когда e2 < 0. Ток в анодной цепи вентиля поддерживается за счет

при достаточно больших значениях индуктивности и тока последний не прерывается, и выпрямленная ЭДС преобразователя определяется средним значением ЭДС трансформатора за интервал повторяемостивыпрямленнойЭДС(Tп = 2π/mп).

Режим работы ТП при малых токах нагрузки встречается достаточно часто. Имеется много электроприводов, обслуживающих механизмы с пульсирующим, либо знакопеременным моментом, или требующим частого изменения направления вращения, т.е. реверса механизма. Во всех этих случаях ток снижается до 0 или даже изменяет свое направление. Для выполнения таких функций используются реверсивные ТП, состоящие из двух преобразователей, позволяющих изменять на-

46

правление тока. При этом ТП часто работает с малыми токами, имеющими иногда нулевое значение. В таком случае внешние характеристики ТП меняют свой вид, так как здесь в действие вступают совсем другие соотношения, которые описывают другие физические процессы (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Работа ТП в зоне непрерывных токов

Уравнение (5.1) справедливо лишь тогда, когда ток в нагрузке протекает непрерывно. Непрерывность тока имеет место при любых его значениях, если принято, что индуктивность Lн в цепи выпрямленного тока бесконечно большая.

Но реальная индуктивность нагрузки не только не в состоянии идеально сгладить выпрямленный ток, но она даже не может обеспечить его непрерывность. Если Lн имеет конечную величину, то непрерывное протекание тока возможно лишь при превышении последним некоторого граничного значения Id гр.

При малых нагрузках (рис. 5.4) ток под действием противоЭДС двигателя снижается до 0 (момент Θ2) раньше момента включения последующего вентиля. В результате ток через якорь при малых нагрузках на валу двигателя проходит не непрерывно, а отдельными импульсами.

В режиме прерывистых токов выражение (5.1) справедливо только для интервалов времени, в течение которых ток прохо-

дит по цепи якоря. В промежутках между импульсами тока

47

вращение якоря поддерживается за счет механической энергии вращающихся масс, а напряжение на выходных клеммах преобразователя равно ЭДС якоря двигателя (Eя).

Рис. 5.4. Работа ТП в зоне прерывистых токов

Этим объясняется тот факт, что в режиме прерывистого тока среднее значение выпрямленного напряжения, измеряемого на нагрузке и определяемое площадью между кривой abcde и осью абсцисс, деленной на интервал повторяемости, по мере снижения нагрузки резко возрастает. Чем меньше ток, тем раньше наступит его прерывание и тем выше окажется среднее выпрямленное напряжение. В результате этого крутизна внешних характеристик ТП при малых нагрузках резко возрастает.

На рис. 5.5 изображены внешние характеристики трехфазного нулевого ТП, работающего на якорь ДТП.

Рис. 5.5. Внешние характеристики ТП с учетом режима прерывистых токов

48

Линейная часть внешних характеристик – это зона непрерывных токов ТП. Нелинейная часть – зона прерывистых токов. Они отделены друг от друга величиной граничных токов – точки пересечения внешних характеристик с эллипсом, определяющим значения граничных токов.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему для исследования работы выпрямителя.

1.1.Перед началом сбора схемы все блоки должны быть выключены(т.е. кнопки включения всеть не должны светиться).

1.2.Собрать требуемую схему вентилей на основе схем соединения отдельных блоков, расположенных согласно рис. 5.6. Номера необходимых блоков указаны на рисунке в правом нижнем углу каждого блока в схеме.

Рис. 5.6. Схема соединения управляемого выпрямителя

1.3. Обязательно следует соединить гнезда защитного за-

земления устройств, используемых в эксперименте, с гнездом РЕ источника G1 с помощью специальных проводов.

49

1.4.Для исследования величин токов и напряжений схемы необходимо включить в нее измерительную аппаратуру:

– амперметр включить последовательно с нагрузкой;

– вольтметр параллельно нагрузке (удобнее включить на выход преобразователя).

1.5.После того как схема собрана, необходимо, чтобы преподаватель проверил ее правильность.

2.Произвести настройку и включение блоков стенда.

2.1.Переключатели номинальных фазных напряжений вторичных полуобмоток трансформаторов А3 и А4 установить в положение 73 В.

2.2.Включить выключатели «СЕТЬ» блока мультиметров Р1.1, Р1.2.

2.3.Включить выключатель «СЕТЬ» преобразователя А5.

2.4.Включить выключатель «СЕТЬ» датчиков тока и напряжений А17.

2.5.Вращая регулировочную рукоятку преобразователя А5, установить по его индикатору минимальное значение угла

управления α.

2.6.В соответствии с выбранной для исследования схемой нажать кнопку «1Ф ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ» или «3Ф ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ» на лицевой панели преобразователя А5 и удерживать ее до тех пор, пока не загорится расположенный рядом с ней светодиод.

2.7.Включить источник G1. О наличии фазных напряжений на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

2.8.При необходимости можно выключить стенд, следуя в порядке, обратном порядку включения, и изменить участки, на которых необходимо проанализировать параметры токов/напряжений.

3. Определить внешние характеристики управляемого выпрямителя

3.1.Собрать схему в соответствии с рис. 5.6.

3.2.Включить выключатель «СЕТЬ» блока мультиметров Р1.1, Р1.2.

50