ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Петербургский государственный университет путей сообщения
Императора Александра I»
(ФГБОУ ВО ПГУПС)
Факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии»
Кафедра «Электрическая связь»
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
по дисциплине
«Электропитание и электроснабжение нетяговых потребителей»
ТЕМА РАБОТЫ
«Исследование управляемых выпрямителей»
Выполнили студенты группы
Санкт-Петербург
2022
Цель работы - исследование характеристик выпрямителей, выполненных по трехфазной мостовой схеме, при работе на активно-индуктивную нагрузку.
ОБЩАЯ ТЕОРИЯ
Назначение оборудования
а) Трёхфазный выпрямитель — устройство, применяемое для получения постоянного тока из трёхфазного переменного тока системы Доливо-Добровольского.
б) Основное назначение осциллографа – предоставление пользователю визуального отображения сигналов, поступающих на вход прибора с целью их последующего измерения и анализа в частотной, временной и логической области.
Классификация оборудования
а) Для классификации выпрямителей используют различные признаки: количество выпрямленных полуволн (полупериодов) напряжения, число фаз силовой сети, схему вентильного блока, тип сглаживающего фильтра, наличие трансформатора и др.
По количеству выпрямленных полуволн различают однополупериодные и двухполупериодные выпрямители. По числу фаз питающего напряжения различают однофазные, двухфазные, трехфазные и шестифазные выпрямители. При этом под числом фаз питающего напряжения понимают число питающих напряжений с отличными друг от друга начальными фазами.
б) По назначению и принципу действия осциллографы разделяются на: Универсальные, скоростные, стробоскопические, запоминающие и специальные.
По числу одновременно наблюдаемых сигналов их делят на одно-, двух- и многоканальные осциллографы.
По отображающему устройству осциллографы делят на электронно-лучевые и матричные (газоразрядные, плазменные, жидкокристаллические и т.п.).
По принципу обработки информации осциллографы делят на аналоговые и цифровые.
Краткая историческая справка оборудования
а) Наиболее распространены трёхфазный выпрямитель по схеме Миткевича В. Ф. (на трёх диодах), предложенный им в 1901 г., и трёхфазный выпрямитель по схеме Ларионова А. Н. (на шести диодах), предложенный им в 1924 году. В 1923 году в США также подаётся патент US1610837 A на трёхфазные выпрямители.
Менее известны трёхфазные выпрямители по схемам «три параллельных моста» (на двенадцати диодах), «три последовательных моста» (на двенадцати диодах) и др., которые по многим параметрам превосходят и схему Миткевича и схему Ларионова. При этом требуются диоды со средним током через один диод почти вдвое меньшим, чем в схеме Ларионова.
Выпрямитель Миткевича является четвертьмостовым параллельным, выпрямитель Ларионова является не полномостовым, как его часто считают, а полумостовым параллельным («три параллельных полумоста»). В зависимости от схемы включения трёхфазного трансформатора или трёхфазного генератора (звезда, треугольник) схема Ларионова имеет две разновидности: «звезда-Ларионов» и «треугольник-Ларионов», которые имеют разные напряжения, токи, внутренние сопротивления.
По схемам можно заметить, что схема Миткевича является неполной схемой Ларионова, а схема Ларионова является неполной схемой «три параллельных моста».
б) Электрический колебательный процесс изначально фиксировался вручную на бумаге. Первые попытки автоматизировать запись были предприняты Жюлем Франсуа Жубером в 1880 году, который предложил пошаговый полуавтоматический метод регистрации сигнала. Развитием метода Жубера стал полностью автоматический ондограф Госпиталье. В 1885 году русский физик Роберт Колли создал осциллометр, а в 1893 году французский физик Андре Блондель изобрел магнитоэлектрический осциллоскоп с бифилярным подвесом.
Подвижные регистрирующие части первых осциллографов обладали большой инерцией и не позволяли фиксировать быстротечные процессы. Этот недостаток был устранён в 1897 году Уиляьмом Дадделлом, который создал светолучевой осциллограф, использовав в качестве измерительного элемента небольшое лёгкое зеркальце. Запись производилась на светочувствительную пластину. Вершиной развития этого метода стали в середине XX века многоканальные ленточные осциллографы.
Практически одновременно с Дадделлом Карл Фердинанд Браун использовал для отображения сигнала изобретённый им кинескоп. В 1899 году устройство было доработано Йонатаном Зеннеком, добавившим горизонтальную развертку, что сделало его похожим на современные осциллографы. Кинескоп Брауна в 1930-е годы заменил кинескоп Зворыкина, что сделало устройства на его основе более надёжными.
В конце XX века на смену аналоговым устройствам пришли цифровые. Благодаря развитию электроники и появлению быстрых аналого-цифровых преобразователей к 1990-м годам они заняли доминирующую позицию среди осциллографов.
Достоинства и недостатки оборудования
а) Достоинства
Преимущества перед однофазными: 1) меньше пульсация выпрямленного напряжения; 2) лучше используется мощность трансформатора. 3) более высокое U н.ср используют для установок большой мощности.
Недостатки
Недостатками такой схемы выпрямления являются: Высокий уровень пульсации выпрямленного напряжения, низкий КПД, значительно больший, чем в других схемах, вес трансформатора и нерациональное использование в трансформаторе меди и стали. Данная схема выпрямителя применяется крайне редко и только в тех случаях, когда выпрямитель используется для питания цепей с низким током потребления.
б) Достоинства
Свечение люминофора исчезает не моментально. Это позволяет наблюдать несколько осциллограмм, которые накладываются друг на друга, фиксировать динамику изменения сигнала, а также глитчи и специфические аномалии; Отсутствие шумов внутренних цифровых схем осциллографа, в особенности АЦП прибора; Невысокая стоимость.
Недостатки
отсутствие возможности запоминания осциллограмм • громоздкость ЭЛТ и высоковольтного блока питания, невысокая точность. измерения параметров сигнала • ограниченные возможности автоматизации настройки и измерений. В настоящее время ведущие фирмы-изготовители контрольно-измерительной аппаратуры, полностью свернули выпуск аналоговых ЭЛО и перешли на выпуск цифровых осциллографов.
Электрическая схема
Рисунок 1 – мостовая схема трехфазного выпрямителя
Перечень элементов электрической схемы:
Т1 - Т6 – тиристоры;
Rd – сопротивление нагрузки
E2a – e2c – обмотки трансформатора
Описание принципа действия мостовой схемы трёхфазного выпрямителя:
Ток проводят в любой момент времени два последовательно соединенных тиристора, на аноде которого положительный наибольший потенциал и на катоде которого отрицательный наибольший потенциал. Схема является двухполупериодной, так как ток через нагрузку протекает в течение обоих полупериодов питающего напряжения. Схема является двухтактной, так как токи во вторичных обмотках протекают в течение обоих полупериодов питающего напряжения. Токи вторичных обмоток имеют синусоидальную форму, поэтому отсутствует вынужденное намагничивание сердечника трансформатора.