Лаба 1 / Моделирование_в_ЭТ_Лабораторная работа №1_Токарев_0421

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра РАПС

отчет

по лабораторной работе №1

по дисциплине «Моделирование в электротехнике»

ТЕМА: «Исследование однофазного двухполупериодного выпрямителя»

Студент гр. 0421		Токарев А.А.
Преподаватель		Армашев А.А.

Санкт-Петербург

2024

Цель работы: Исследование внешней и энергетических характеристик

однофазного двухполупериодного выпрямителя при работе на активно-

индуктивную нагрузку с обратным диодом без учета коммутации.

Основные теоретические сведения

Выпрямительные устройства – это устройства, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный ток. В общем случае они состоят из трех основных узлов: силового трансформатора, вентильного узла (выпрямителя) и сглаживающего фильтра.

Выпрямительные устройства характеризуются: выходными параметрами, параметрами, характеризующими режим работы вентилей, и параметрами трансформатора. Наиболее распространенный вентиль в маломощных устройствах – полупроводниковый диод.

Однофазный мостовой двухполупериодный выпрямитель (рисунок 1) является, вероятно, самой распространенной из всех схем выпрямления.

Рисунок 1 – Электрическая схема установки

При работе на RL нагрузку данное выпрямительное устройство характеризуется следующими соотношениями:

• Средние значения тока и напряжения на нагрузке

• Максимальное обратное напряжение на каждом диоде

• Среднее, действующее и максимальное значение прямого тока диодов

• Коэффициент использования трансформатора по мощности

• Действующее значение тока и напряжения вторичной обмотки трансформатора

• Минимальная требуемая мощность вторичной обмотки трансформатора

• Частота и коэффициент пульсаций на выходе выпрямителя

Соберем схему установки в Simulink. Схема установки представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема установки в MATLAB Simulink

Параметры блоков AC Voltage Source, Linear Transformer, Universal Bridge, Diode, Series RLC Branch, Fourier I1, Fourier I0, Fourier V0 представлены на рисунках 3-10.

Рисунок 3 – Параметры блока AC Voltage Source

Рисунок 4 – Параметры блока Linear Transformer

Рисунок 5 – Параметры блока Universal Bridge

Рисунок 6 – Параметры блока Diode

Рисунок 7 – Параметры блока Series RLC Branch

Рисунок 8 – Параметры блока Fourier I1

Рисунок 9 – Параметры блока Fourier I0

Рисунок 10 – Параметры блока Fourier V0

Изменяя сопротивление нагрузки от 10 Ом до 100 Ом с шагом 10 Ом и индуктивность нагрузки так, чтобы постоянная времени T_н = L_н/R_н оставалась постоянной, измерим и рассчитать основные характеристики выпрямителя. Результаты моделирования занесем в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты моделирования

Данные		Измерения
Lн	Rн	Iн	U­н	I1(1)max	φ1	UDmax	IDmax
Гн	Ом	А	В	А	Град	В	А
0,5	10	6,23	62,35	3,64	-26,22	7,43	6,43
1	20	3,61	72,35	2,16	-21,22	4,71	3,71
1,5	30	2,55	76,62	1,55	-18,79	3,61	2,61
2	40	1,97	79,01	1,22	-17,38	3,01	2,01
2,5	50	1,61	80,53	1,00	-16,50	2,64	1,64
3	60	1,36	81,59	0,86	-15,93	2,39	1,39
3,5	70	1,17	82,38	0,75	-15,58	2,21	1,21
4	80	1,04	82,98	0,67	-15,36	2,07	1,07
4,5	90	0,93	83,45	0,61	-15,24	1,96	0,96
5	100	0,84	83,84	0,56	-15,20	1,87	0,87

Полная мощность, потребляемая выпрямителем от источника питания по первой гармонике:

Активная мощность, потребляемая выпрямителем от источника питания по первой гармонике:

Мощность в нагрузке:

Рассчитаем полную и активную мощность, потребляемую выпрямителем от источника питания по первой гармонике, а также мощность в нагрузке, согласно формулам (1) – (3). В качестве примера расчета приведем первое измерение.

Рассчитаем полную и активную мощность, потребляемую выпрямителем от источника питания по первой гармонике, а также мощность в нагрузке для остальных измерений. Полученные результаты занесем в таблицу 2.

Таблица 2 – Результаты вычислений

Вычисления
S1(1)	P1(1)	Pн
ВА	Вт	Вт
564,20	506,15	388,44
334,80	312,10	261,18
240,25	227,45	195,38
189,10	180,47	155,65
155,00	148,62	129,65
133,30	128,18	110,96
116,25	111,98	96,38
103,85	100,14	86,30
94,55	91,22	77,61
86,80	83,76	70,43

По данным таблиц 1 и 2 построим внешнюю (нагрузочную характеристику) характеристику выпрямителя U_н = f(I_н), а также энергетические характеристики выпрямителя S₁(1) = f(P_н), P₁(1) = f(P_н), I₁(1)_max = f(I_н), I_Dmax = f(I_н). Характеристики представлены на рисунках 11-15.

Рисунок 11 – Внешняя характеристика выпрямителя

Рисунок 12 – Энергетическая характеристика выпрямителя S₁(1) = f(P_н)

Рисунок 13 – Энергетическая характеристика выпрямителя P₁(1) = f(P_н)

Рисунок 14 – Энергетическая характеристика выпрямителя I₁(1)_max = f(I_н)

Рисунок 15 – Энергетическая характеристика выпрямителя I_Dmax = f(I_н)

Осциллограммы тока питания, тока нагрузки и напряжения на нагрузке при R_н = 10 Ом, представлены на рисунке 16.

Рисунок 16 – Осциллограммы тока питания, тока нагрузки и напряжения на нагрузке

Осциллограммы напряжения на диоде и тока через диод представлены на рисунке 17.

Рисунок 17 – Осциллограммы напряжения на диоде и тока через диод

Выводы

1. При работе однофазного выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку ток через нагрузку представляет собой апериодический процесс с некоторыми колебаниями. Амплитудное значение тока нагрузки примерно в 2 раза больше амплитудного значения тока источника.

2. Напряжение на нагрузке имеет пульсирующую форму и частоту в 2 раза большую, чем частота источника напряжения. Амплитуда напряжения на нагрузке зависит от сопротивления нагрузки.

3. Внешняя характеристика однофазного мостового выпрямителя представляет собой фактически обратную линейную зависимость напряжения на нагрузке от тока через нагрузку. Такой вид внешней характеристики говорит о том, что наибольший КПД выпрямителя будет при минимальном токе, т.к. при таком токе будут наименьшие потери на диодах.

4. Энергетические характеристики S₁(1) = f(P_н) и P₁(1) = f(P_н) представляют собой прямую линейную зависимость. Такой вид этих энергетических характеристик говорит о том, что при увеличении сопротивления нагрузки уменьшается потребляемая источником как полная, так и активная мощность.

5. Энергетические характеристики I₁(1)_max = f(I_н) и I_Dmax = f(I_н) представляют собой прямую линейную зависимость. Такой вид этих энергетических характеристик говорит о том, что при увеличении сопротивления нагрузки уменьшается как ток, потребляемый источником из сети, так и максимальный ток через диоды.