Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Силовые полупроводниковые приборы. Учебно-методическое пособие
.pdf
ветственно, с сигналом управления
U (на рис. 2.4, в эти моменты от-
y
мечены узкими импульсами, изображенными утолщенными линиями);
5)
блоки памяти – триггеры TG1 и TG2 формируют «широкие» им-
пульсы управления
F и
y1,2
F длительностью 180 эл. град., которые
y3,4
поступают в качестве отпирающих импульсов на управляющие электроды тиристоров
Т,Т
12
и
Т,Т
34
соответственно.
2.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
Этап предварительной подготовки
1. Составить имитационную модель силовых цепей и системы
управления выпрямителя.
2. Задать параметры элементов в модели силовой схемы в соответ-
ствии с индивидуальными исходными данными.
3. Задать параметры элементов в модели системы управления в со-
ответствии с индивидуальными исходными данными.
Режим активно-индуктивной нагрузки при
1. Задать номинальную величину сигнала управления
UU
yyном
UU .
yуном
2. Запустить процесс моделирования.
3. Получить графическую информацию о мгновенных значениях:
e
а)
i
и
d
d
; б)
i
u
и
1a
.
1a
Документировать полученные графики в отчете.
4. Получить и оформить в виде таблицы численную информацию
об интегральных параметрах
eiu
dd a
i
и
.
1
1a
,,
5. Проанализировать полученную графическую и числовую информацию, сопоставить полученные результаты с результатами аналитического расчета.
Режим активно-индуктивной нагрузки при
1. Задать величину сигнала управления
y
5В.U
5ВU
y
2. Запустить процесс моделирования.
31
3. Получить графическую информацию о мгновенных значениях:
F
F
e
i
i
а)
и
d
; б)
d
u
и
1a
.
1a
Документировать полученные графики в отчете.
4. Получить и оформить в виде таблицы численную информацию
об интегральных параметрах
eiu
dd a
i
и
.
1
1a
,,
5. Проанализировать полученную графическую и числовую информацию, сопоставить полученные результаты с результатами эксперимента п. 2.3.2.
Режим активно-индуктивной нагрузки при
1. Задать величину сигнала управления
UU .
yу(гр)
UU
yугр
()
2. Запустить процесс моделирования.
3. Получить графическую информацию о мгновенных значениях:
e
i
i
а)
и
d
; б)
d
u
и
1a
.
1a
Документировать полученные графики в отчете.
4. Получить и оформить в виде таблицы численную информацию
об интегральных параметрах
eiu
dd a
i
и
.
1
1a
,,
5. Проанализировать полученную графическую и числовую информацию, сопоставить полученные результаты с результатами эксперимента п. 2.3.3.
Результаты моделирования системы управления
1. Задать величину сигнала управления
y
5В.U
3. Запустить процесс моделирования.
4. Получить графическую информацию о мгновенных значениях:
а)
,иuu U; б)
oп1 oп2 y
1,2
и
3,4
; в)
F и
y1,2
F .
y3,4
Документировать полученные графики в отчете.
5. Проанализировать полученную информацию, сопоставить ее с
графическими построениями, показанными на рис. 2.4.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие свойства тиристоров используются в схемах управляемых
выпрямителей?
2.
Сформулируйте условия включения и выключения одноопера-
ционного тиристора.
32
3. Поясните, почему для включения собственно тиристора достаточно использовать «узкий» импульс управления.
Каким образом определяется величина среднего значения темпе-
4.
ратуры структуры тиристора?
Поясните, какой вид имеет эквивалентная схема замещения ти-
5.
ристора в состоянии высокой проводимости. Какие параметры ее характеризуют?
6.
Начертите эквивалентную электрическую схему замещения
управляемого выпрямителя однофазного тока, работающую на активно-индуктивную нагрузку.
Поясните, что подразумевается под понятием «режим прерыви-
7.
стого тока нагрузки» управляемого выпрямителя.
Поясните, что подразумевается под понятием «режим непрерыв-
8.
ного тока нагрузки» управляемого выпрямителя.
Поясните процесс формирования кривой обратного напряжения
9.
на тиристоре в управляемом выпрямителе, работающем на активноиндуктивную нагрузку при угле регулирования
10.
Поясните функциональное назначение системы импульсно-
= 60о.
фазового управления в управляемых выпрямителях.
Поясните, какой блок в модели системы импульсно-фазового
11.
управления и каким образом определяет моменты времени, когда
начинают формироваться импульсы управления для тиристоров
T
и
.
2
12.
Поясните характер связи между величиной угла регулирова-
ния
и величиной сигнала управления
U в системе импульсно-
y
T
1
фазового управления, модель которой реализована в настоящей лабораторной работе.
33
Лабораторная работа № 3
ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ РАБОТЫ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
В ПРЕРЫВАТЕЛЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА,
РАБОТАЮЩЕГО НА МОСТОВУЮ СХЕМУ
ВЫПРЯМЛЕНИЯ ОДНОФАЗНОГО ТОКА
В РЕЖИМЕ СТАБИЛИЗАЦИИ СРЕДНЕГО
ЗНАЧЕНИЯ ТОКА НАГРУЗКИ
Цели работы
1. Продолжение знакомства с многообразием условий работы силовых полупроводниковых приборов в схемах силовой электроники.
2. Исследование влияния параметров нагрузки на форму анодного
тока и интегральные параметры токовой загрузки приборов в исследуемой схеме.
3. Исследование влияния параметров нагрузки на мощность основных потерь и тепловую загрузку приборов в предложенной схеме.
Метод исследования
Численный эксперимент с использованием программного обеспечения, предназначенного для моделирования электромагнитных процессов в электромеханических системах.
34
3.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СХЕМЫ
R
F
R
F
Схема силовых цепей, диаграммы токов и напряжений
Эквивалентная схема замещения силовых цепей исследуемого в
лабораторной работе преобразователя переменного тока в постоянный
показана на рис. 3.1.
Мостовой выпрямитель однофазного тока с вентильным комплектом на диодах
DD
ленное напряжение
ся со стороны питающей сети
двух соединенных встречно-параллельно тиристоров
работает на активную нагрузку
14
u
на выходе вентильного комплекта регулирует-
d
e
прерывателем переменного тока из
2
Т
и
1
. Выпрям-
d
Т
. Вклю-
2
чение тиристоров осуществляется импульсами, формируемыми системой импульсно-фазового управления СИФУ.
Временные диаграммы токов и напряжений в предположении идеальной питающей сети показаны на рис. 3.2.
На интервале времени , когда ЭДС
имеет положительные значения (рис. 3.2, б), тиристор
e
питающей сети
2
Т
находится
1
под прямым напряжением (рис. 3.2, г), однако он пока еще выключен.
Т
В момент времени на управляющий электрод
пирающий импульс
От источника питающей сети
Т
стором
ет протекать ток
, диодами
1
i
ii i I
21 ()
Td dm
(рис. 3.2, а), и тогда он включается.
y1
e
по контуру, образованному тири-
2
D
D
и
1
(рис. 3.2, б и д):
d
eE
22
RR
dd
и сопротивлением нагрузки
2
2
sin( ) sin( ) (0 ).
поступает от-
1
, начина-
d
(3.1)
В момент времени анодный ток тиристора
Т
спадает до ну-
1
ля и он выключается, разрывая контур протекания тока и отключая
нагрузку от питающей сети.
На интервале времени 2, когда синусоида питающей ЭДС
е
отрицательная (рис. 3.2, б), во включенном состоянии может нахо-
2
Т.
диться тиристор
Он вступает в работу в момент времени ,
2
когда на его управляющий электрод поступает отпирающий импульс
(рис. 3.2, а).
y2
35
Рис. 3.1. Эквивалентная схема силовых цепей преобразователя
R
Т
, диоды
2
е
снова начинает протекать ток, но
2
D
D
и
3
и далее через сопро-
4
От источника питающей сети
теперь уже через тиристор
тивление нагрузки
. При этом направление протекания тока в
d
нагрузке не изменяется (рис. 3.2, д). В то же время ток в питающей сети начинает протекать в противоположном направлении (рис. 3.2, б).
Т
Выключается тиристор
в момент времени = , когда его анод-
2
ный ток спадает до нуля.
На последующих полупериодах ЭДС питающей сети
ренные выше процессы поочередного включения тиристоров
е
рассмот-
2
Т
1
и
Т
2
просто повторяются.
Основные расчетные соотношения
Среднее значение напряжения на нагрузке
EU E d
dd
1
2 sin( ) (1 cos ).
2
2
E
2
(3.2)
Среднее значение тока в нагрузке
U
I
d
RR
2
E
d
dd
2
(1 cos ) .
(3.3)
36
Среднее значение анодных токов тиристоров
I
T( )
I
av
2
E
d
22
R
2
(1 cos ) .
d
(3.4)
Действующее значение анодных токов тиристоров
2
EE
Id
eff
T( )
11sin(2)
222
22
sin( ) 1 .
RR
dd
2
(3.5)
Рис. 3.2. Временные диаграммы токов и напряжений в схеме
37
Коэффициент формы анодных токов тиристоров
R
sin(2 )
1
eff
av
1cos()
2
.
(3.6)
I
K
T( )
f
I
T( )
Характер влияния величины угла регулирования на коэффициент
формы анодных токов тиристоров иллюстрирует графическая зависимость, показанная на рис. 3.3.
Рис. 3.3. Зависимость коэффици-
ента формы анодного тока тиристора от величины угла регули рования
Алгоритм функционирования СИФУ
Временные диаграммы, поясняющие алгоритм функционирования
системы импульсно-фазового управления, показанные на рис. 3.4, полностью соответствуют аналогичным диаграммам в СИФУ управляемого выпрямителя (см. рис. 2.4 в методических указаниях к лабораторной
работе № 2). По этой причине здесь мы их детально анализировать не
будем.
Алгоритм формирования сигнала управления
По условиям функционирования рассматриваемой системы сопротивление нагрузки
может изменяться в широких пределах. При этом
d
38
среднее значение тока в нагрузке
I
должно поддерживаться неизмен-
d
ным на заданном уровне. Отсюда следует, что СИФУ должна быть
U
способной корректировать величину сигнала управления
в соот-
y
ветствии с величиной сопротивления нагрузки. В реальных условиях
подобные задачи решают, замыкая контур отрицательной обратной
связи по току нагрузки.
Рис. 3.4. Временные диаграммы сигналов СИФУ
Мы, однако, используем несколько иной подход (заметим, вовсе не
самый оптимальный), превратив нашу систему управления в своеобразный «микрокалькулятор», с тем чтобы можно было решить стоящую задачу аналитическими методами.
1.
Для начала учтем в первом приближении влияние падения
напряжения на силовых элементах схемы на среднее значение напряжения на выходных зажимах вентильного комплекта:
2(1cos)
E
39
2
(3.7)
UE U U
dd TO TO
33,
() ()
где
R
R
R
R
U – пороговое напряжение тиристоров (по условиям экспери-
()TO
мента пороговое напряжение диодов принимается таким же).
Среднее значение тока в нагрузке по аналогии с (3.3)
2.
2(1cos)3
EU
U
Поскольку по условиям функционирования системы варьируе-
3.
I
d
d
RR
dd
мым параметром является сопротивление нагрузки
2()
TO
.
(3.8)
, а стабилизиру-
d
емым на заданном уровне (и, следовательно, известным) параметром –
среднее значение тока нагрузки
тельно
:
d
2(1cos)3
R
d
I
, развернем формулу (3.8) относи-
d
EU
2()
I
d
TO
.
(3.9)
Выражение (3.9) позволит нам в дальнейшем по заданному диапазону значений угла регулирования α определить допустимые гранич-
ные значения сопротивления нагрузки
4.
Еще раз развернем формулу (3.8), но уже относительно cos( ) :
(3)2
IR U E
5.
Теперь учтем, что при «косинусоидальных» опорных сигналах
cos .
dd TO
на рис. 3.4, б связь между величиной сигнала управления
регулирования
определяется соотношением
.
d
() 2
2
E
2
(3.10)
U и углом
y
Из (3.11) с учетом (3.10) получаем окончательное выражение,
6.
yопmax
cos( ).UU (3.11)
устанавливающее связь между текущим значением сопротивления
нагрузки
и требуемой величиной сигнала управления:
d
IR U
UU
yопmax
3
2
()
E
2
dd TO
40
1.
(3.12)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]