Практика 2.14

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Инженерная школа энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Практическая работа № 2.14

«Исследование ОДНОФАЗНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ЗВЕНОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПРИ АКТИВНОЙ НАГРУЗКЕ»

по дисциплине:

Технические средства систем автоматики и управления

Выполнил: :
студент гр. 5А06				Сергеев А. С.
Проверил:
канд. техн. наук, доцент ОЭЭ ИШЭ				Богданов Е. П.

Томск – 2024

Цель работы: углубить и закрепить знания по теме «Преобразователи частоты» предмета «Технические средства систем автоматики и управления».

Ход работы:

Виртуальная модель преобразователя частоты содержит:

• Инвертор, выполненный на тиристорах VS1…VS4;

• Систему управления инвертором;

• Управляемый выпрямитель;

• Осциллограф;

• Нагрузочное сопротивление;

• Амперметр РА и вольтметр PV, измеряющие ток и напряжение инвертора;

• Набор конденсаторов.

Схема модели лабораторного стенда приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема модели лабораторного стенда

Задание 1. Кривые напряжения преобразователя в различных положениях движка системы управления инвертором

Крайнее левое положение:

Кривая напряжения для левого положения приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Кривая напряжения для левого положения

Частота выходного напряжения преобразователя рассчитывается по формуле:

где – скорость развертки;

– число точек, соответствующих периоду колебаний.

Среднее положение:

Кривая напряжения для среднего положения приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Кривая напряжения среднего положения

Частота выходного напряжения преобразователя рассчитывается по формуле:

Крайнее правое положение:

Кривая напряжения для правого положения приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Кривая напряжения для правого положения

Частота выходного напряжения преобразователя рассчитывается по формуле:

Задание 2. Определение соотношений между токами и напряжениями преобразователя

Соотношение токов из рисунка 4:

Соотношение напряжений из рисунка 4:

Задание 3. Определение коэффициента полезного действия преобразователя

Коэффициент полезного действия рассчитывается, как отношения выходной мощности к мощности на входе:

где и – выходная и входная мощности, соответственно.

Задание 4. Снятие нагрузочных характеристик преобразователя частоты U₂ = f(I₂)

На рисунках 5-7 приведены напряжения и токи нагрузки при напряжении выпрямителя, равном 220 В, трех положениях нагрузки и значении емкости 5 мкФ коммутирующих конденсаторов.

Рисунок 5 – Кривая напряжения для максимальной нагрузки

Рисунок 6 – Кривая напряжения для средней нагрузки

Рисунок 7 – Кривая напряжения для минимальной нагрузки

На рисунках 8-10 приведены напряжения и токи нагрузки при напряжении выпрямителя, равном 220 В, трех положениях нагрузки и значении емкости 2 мкФ коммутирующих конденсаторов.

Рисунок 8 – Кривая напряжения для максимальной нагрузки

Рисунок 9 – Кривая напряжения для средней нагрузки

Рисунок 10 – Кривая напряжения для минимальной нагрузки перед опрокидыванием

На рисунках 11-13 приведены напряжения и токи нагрузки при напряжении выпрямителя, равном 220 В, трех положениях нагрузки и значении емкости 0,5 мкФ коммутирующих конденсаторов.

Рисунок 11 – Кривая напряжения для максимальной нагрузки

Рисунок 12 – Кривая напряжения для средней нагрузки

Рисунок 13 – Кривая напряжения для минимальной нагрузки перед опрокидыванием

Полученные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты измерений

C = 5 мкФ	I, А	2	3,8	42,8
	U, В	214	214	214
C = 2 мкФ	I, А	2	4	23,8
	U, В	214	214	214
C = 0,5 мкФ	I, А	2	3,8	6,5
	U, В	214	214	214

По данным таблицы 1 построены нагрузочные характеристики преобразователя частоты, представленные на рисунке 14.

Рисунок 14 – Зависимость напряжения от тока нагрузки U₂ = f(I₂)

Задание 5. Определение тока опрокидывания инвертора

Схема частотного преобразователя при токе опрокидывания представлена на рисунке 15.

Рисунок 15 – Схема частотного преобразователя в режиме опрокидывания

При определенном значении нагрузки, приложенной к частотному преобразователю, значение тока достигает значения опрокидывания, которое равно .

Вывод: в ходе выполнения практической работы исследован преобразователь частоты, рассчитаны частоты выходного напряжения для крайнего левого, среднего и крайнего правого положения системы управления и определен КПД инвертора. Сняты нагрузочные характеристики при трех различных емкости конденсаторов. Нагрузочные характеристики имеют вид горизонтальных прямых. Диапазон работы инвертора зависит от емкости конденсаторов, при меньшей емкости возможно опрокидывание инвертора вследствие маленькой постоянной времени заряда конденсатора, которая прямо пропорциональна емкости. При низком значении постоянной времени конденсатора переходный процесс имеет высокую скорость, что приводит к быстрому уменьшению напряжения на конденсаторе и происходит одновременное открытие двух тиристоров, что приводит к короткому замыканию и опрокидыванию инвертора.

На осциллографе форма кривой напряжения имеет прямоугольный вид без участков плавного изменения напряжения из-за активного типа нагрузки.

Напряжение на выходе не меняется при изменении нагрузки, так как параллельно источнику питания подключены конденсаторы.

Список литературы:

1. Кляйн Р.Я. Электрические и электронные аппараты. Ч. IV. Исследование силовых электронных аппаратов: учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2011. – 130 с

2. Зайцев А. И. Силовая промышленная электроника: учеб. пособие / А.И. Зайцев. Воронеж: Издательство «Научная книга», 2007. Ч. 2. - 124 с.