Лабораторная работа № 1 Исследование трехфазных нерегулируемых выпрямителей

Цель работы:

Исследовать внешние характеристики, определить основные параметры трехфазной схемы выпрямления с нулевым выводом и схемы Ларионова. Снять осциллограммы токов и напря­жений выпрямителя, определить степень отличия их от теоретических.

Объекты исследования:

1. Трехфазная схема выпрямления с нулевым выводом.

2. Трехфазная мостовая схема (Ларионова).

Оборудование и приборы

1. Стенд "Исследование трехфазных нерегулируемых выпрямителей ЭС5А"

2. Осциллограф

Трехфазные выпрямителиТрехфазные выпрямители являются устройствами средней и большой мощности.       Трехфазные выпрямители с нулевым выводом (рис. 1,а) содержат трехфазный трансфор­матор, 3 вентиля и нагрузку. Вторичная обмотка трансформатора обязательно соединя­ется звездой (). В течение времени сдо. ВентильVD1открыт, ток проходит только через вторичную обмотку фазы А иVD1. Величина этого токаa)

б)

Рис. 1. Трехфазная схема выпрямления с нулевым выводом (а) и временные диаграммы при активной нагрузке (б)

      Вследствие протекания тока потенциал катода VD1будет равен потенциалу его анода, т. е.. Так как катоды вентилей всех фаз объединены , то потенциалы катодовVD1иVD3тоже будут равны. Поэтому пока,вентилиVD2иVD3закрыты. В момент, вентильVD2открывается и пропускает ток, направление которого в нагрузке совпадает с направлением тока в предыдущую треть периода. К вентилюVD1приложено отрицательное напряжениеи он заперт. Точно также в моментпро­водящим становится вентильVD3, аVD1иVD2заперты. Открыт тот вентиль, анод кото­рого находится под наиболее положительным потенциалом.       Вентиль открывается на 1/3 периода. В это время напряжение на нем равно нулю (наVD1в первую треть пе­риода). В остальные 2/3 периода напряжение на аноде определяется потенциалом этой фазы, а на катоде - потенциалом фаз проводящих вентилей, т. е.u_a1= u_2A-u_2B      (открыт VD2); u_a1= u_2A-u_2C      (открыт VD3).       Максимальное обратное напряжение равно амплитуде линейного напряженияСреднее значение выпрямленного напряжения (постоянная составляющая)Форма тока во вторичной обмотке трансформатора совпадает с формой тока вентиля. Ток в первичной обмотке имеет ту же форму, но без постоянной составляющей. Частота пульса­ций в 3 раза выше частоты сети, а коэффициент пульсацийгдеm- отношение частоты пульсаций основной гармоники к частоте сети.       Основным недостатком трехфазной схемы является наличие потока вынужденного на­магничивания трансформатора, создаваемого протекающей через вторичную обмотку не­скомпенсированной постоянной составляющей. Поэтому типовая мощность трансформатора в 1,35 раз выше мощности P₀, выделяемой в нагрузке.       Трехфазная мостовая (схема Ларионова) содержит 6 вентилей, объединенных в 2 группы: анодную (VD1, VD3, VD5) и катодную (VD2, VD4, VD6).       Обмотки трансформатора могут быть соединены в. Все вентили работают попарно: один из анодной группы и один из ка­тодной. В катодной группе ток проводит тот вентиль, анодное напряжение которого больше, а в анодной тот, который имеет наиболее отрицательный потенциал на катоде. На схеме на­правление тока показано для моментаt.       Смена пар вентиля происходит через 1/6 периода. Ток через нагрузку течет в одном на­правлении. Положительные полуволны синусоиды выпрямляются вентилями катодной группы. В результате к нагрузке оказывается приложенной сумма выпрямленных напряже­ний анодной и катодной групп. Мгновенные значения напряжений этой суммы представляют разность фазных напряжений, т. е. линейное напряжение чередующихся фаз вторичной об­мотки. Поэтому ток в нагрузке с моментадо(VD2 и VD3 открыты);(VD2 и VD5 окрыты); Происходит выпрямление линейного напряжения, а среднее значение выпрямленного на­пряжениячто в два раза больше, чем в трехфазной схеме с нулевым выводом. а)

б)

Рис. 2 Трехфазная мостовая схема выпрямления (а) и временные диаграммы при активной нагрузке (б)

     В непроводящие 2/3 периода к вентилю приложено обратное напряжение, форма и вели­чина которого такая же, как в трехфазной схеме с нулевым выводом, однако по отношению к величине выпрямленного напряжения в 2 раза меньше:Токи вторичной и первичной обмоток не содержат постоянной составляющей, поэтому ти­повая мощность трансформатора меньше:Частота основной гармоники, а коэффициент пульсацийТаким образом преимущества трехфазной мостовой схемы следующие:

1. меньшая типовая мощность трансформатора;

2. высокая частота пульсаций и малый коэффициент пульсаций;

3. хорошее использование вентилей по напряжению ();

4. высокое выпрямленное напряжение.

     К недостаткам схемы следует отнести наличие шести вентилей вместо трех.      Для сглаживания пульсаций в мощных выпрямителях обычно применяются индуктивные фильтры (см. разд. "Однофазные выпрямители" к лабораторной работе №2). Домашнее задание

1. Начертите схемы трехфазных выпрямителей. Покажите на схемах включение прибо­ров для измерения токов, протекающих через вентиль, первичную и вторичную об­мотки трансформатора и нагрузку, а также приборов для измерения напряжений на вторичной обмотке трансформатора и нагрузке. Приборы каких систем следует при­менять для измерения этих токов и напряжений? Пронумеруйте вентили так, как по­казано на рис. 1 и 2.

2. Изобразите временные диаграммы фазных напряжений. Используя их и соблюдая один масштаб по оси , постройте временные диаграммы токов и напряжений ука­занных в табл. 1. Нагрузка активная. Индексы означают:

1 - первичная обмотка трансформатора; 2 - вторичная обмотка трансформатора; 0 - нагрузка; а - вентиль; A, B, C - фазы трехфазной сети.

     Например - напряжение на пятом вентиле;- ток, протекающий через вторичную обмотку трансформатора фазыС. Номер варианта выберите по указанию преподавателя.

Таблица 1

Номер варианта	Схема выпрямления
	Трехфазная с нулевым вы­водом	Схема Ларионова
1	,	,,
2	,	,,
3	,	,,
4	,	,,
5	,	,,
6	,	,,
7	,	,,
8	,	,,
9	,	,,
10	,	,,

3. Заполните табл. 2. Правая часть граф, поделенных на две, предназначена для внесения экспериментальных данных.

Таблица 2

Схема с нулевым выводом

Схема Ларионова