4.3.Снятие регулировочной характеристики трехфазного мостового управляемого выпрямителя в целом

Измерять напряжение задания угла регулирования U­_уa и напряжение на выходе управляемого выпрямителя при активно-индуктивном характере нагрузки. Данные измерений свести в табл.4.4.

Таблица 4.4. Регулировочная характеристика управляемого выпрямителя в целом U_d = f(U­_уa).

U­уa , В
a, град
Ud, В

По данным табл. 4.4 на графике №4 построить регулировочную характеристику выпрямителя в целом U_d = f(U­_уa). Дать оценку линейности регулировочной характеристики управляемого выпрямителя в целом. Определить коэффициент передачи управляемого выпрямителя в целом.

Исследование электромагнитных процессов

Выполнить осциллографирование временных диаграмм токов и напряжений при трех видах нагрузки и двух углах регулирования:

- напряжения переменного тока питающей сети;

- напряжения нагрузки;

- напряжения на тиристоре;

- тока нагрузки.

Контрольные вопросы

1.Сформулируйте принцип работы трехфазной мостовой схемы выпрямления.

2. Объясните причину необходимости подачи «сдвоенных» импульсов управления на каждый тиристор трехфазной мостовой схемы.

3.Укажите во сколько раз максимальное напряжение на закрытом вентиле трехфазной мостовой схемы выпрямления больше среднего напряжения нагрузки.

4.Укажите во сколько раз расчетная мощность трансформатора трехфазной мостовой схемы выпрямления больше мощности нагрузки.

5. Чему равна частота пульсаций выпрямленного напряжения трехфазной мостовой схемы выпрямления?

6. Определите коэффициент пульсации выпрямленного напряжения трехфазной мостовой схемы выпрямления при α=0.

Требования к оформлению отчета:

1.Отчет оформляется на листах формата А4.

2.Отчет должен содержать следующие разделы:

- цель работы;

- наименование опыта и схемы, необходимые для его проведения;

- таблицы опытных и расчетных данных (с примерами расчетов параметров);

- графики зависимостей, построенных по результатам опытов;

- осциллограммы электромагнитных процессов исследуемой схемы;

- оценка полученных результатов.

5.Лабораторная работа №4

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО ОДНОТАКТНОГО УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Цель работы:

1. Изучить принципы построения и работы трехфазных управляемых выпрямителей.

2. Изучить регулировочные характеристики трехфазного однотактного управляемого выпрямителя.

3. Экспериментально исследовать работу трехфазного управляемого выпрямителя на активную, активно-индуктивную и двигательную нагрузку на универсальном лабораторном стенде "Основы электропривода и

преобразовательной техники".

Краткие теоретические сведения [2]. Трехфазный однотактный выпрямитель, или трехфазный выпрямитель с выводом нулевой точки вторичной обмотки трансформатора, имеет в своем составе вентильный блок и сетевой трансформатор, вторичная обмотка которого соединена в звезду с выводом нулевой точки этой обмотки. Тиристоры подключены к выводам вторичных обмоток своими анодами, а катоды их соединены в общую точку. Нагрузка подключена между нулевой точкой вторичной обмотки и общей точкой катодов вентилей. Общая точка катодов венти­лей служит положительным полюсом выходного напряжения, а нулевая точка вто­ричной обмотки трансформа­тора – отрицательным полю­сом. Вентили поочередно пропускают ток через цепь нагрузки.

На рис. 5.1 приведена электрическая схема трехфазного однотактного управляемого выпрямителя.

Рис. 5.1 - Схема трехфазного однотактного управляемого выпрямителя

Работа схемы иллюстрируется диаграммами, приведенными на рис. 5.2. Токи в вентиле и соответствующей фазе вторичной обмотки трансформатора равны i_в=i₂ (для конкретных фаз i_в1=i_а, i_в3=i_в, i_в5=i_c) и протекают только на одном полупериоде напряжения переменного тока в течение временного такта θ=2π/3. Поэтому этот преобразователь называют трехфазным однотактным. Начало ведения тока вентилем определяется моментом подачи импульсов управления u_у.в на этот вентиль и ха­рактеризуется углом регулирования (или управления) α, отсчиты­ваемым от точек пересечения фазных напряжений k, l, m – точек естественного открытия вентилей, в сторону отставания. Опережение им­пульсами управления точек k, l, m не приведет к естественной коммутации тока вентилей, так как в таком случае ток должен переходить с вентиля, имеющего более высокий потенциал анода, на вентиль с меньшим анодным потенциалом, что может быть осуществлено только с применением устройств принудительной коммутации или двухоперационных и полностью управляемых вентилей. На диаграмме рис.5.2 принято α=0. В каждый момент времени мгновенное значение выпрямленного напряжения u_d (утолщенная кривая на рис. 5.2) определяется мгновенным значе­нием кривой напряжения той фазы, с которой соединен работающий вен­тиль.

Среднее значение выпрямленного напряжения U_d зависит от угла управления и от режима работы схемы, который при этом имеет место. Так, для режима, соответствующего активно – индуктивному характеру нагрузки (L_d=∞) и α>π/6, прохождение анодного тока через вентиль не прекращается в течение такта θ, не­смотря на то, что к концу интервала работы вентиля в фазе вторичной обмотки трансформатора появляется отрицательное напряжение. Это объ­ясняется тем, что возникающая в процессе снижения анодного тока по­ложительная ЭДС самоиндукции на L_d уравновешивает отрицательное фазное напряжение, падение напряжения в вентиле и активное падение напряжения в анодной цепи. Поэтому при L_d=∞ ток непрерывен при любом значений угла α и выражение для среднего значения выпрямленного напряжения имеет вид

(5.1)

где

U_dα – среднее значение выпрямленного напряжения управляемого выпрямителя при α>0^о;

;

U₂ – действующее значение вторичного фазного напряжения трансформатора;

k_сх – коэффициент преобразова­ния схемы, для трехфазного однотактного преобразователя k_сх=1,17.

Среднее за период значение тока вентиля

(5.2)

где i_а – ток фазы а вторичной обмотки трансформатора на интервале

проводящего состояния вентиля VS1 равен току нагрузки:

i_a=I_d.

Рис. 5.2 - Временные диаграммы, поясняющие работу трехфазного однотактного выпрямителя

Действующее значение фазного тока схемной обмотки (вторичной) трансформатора и действующее значение тока вентиля

(5.3)

Напряжение на каждом вентиле равно разности фазных напряжений - фазы, подключенной к аноду того вентиля, на котором определяет на­пряжение, и фазы, подключенной к аноду работающего вентиля. Например, при работе вентиля VS3 напряжение на вентиле VSI u_в1=u_а-u_в, а при работе вентиля VS5 u_в1=u_а-u_с (cм. рис. 5.2). Следователь­но, максимальное значение обратного напряжения на вентиле равно ам­плитуде линейного вторичного напряжения трансформатора

(5.4)

При α=π/2 в соответствии с (5.1) U_d=0, что и определяет диа­пазон изменения угла регулирования выпрямителя при активно – индуктивном характере нагрузки (L_d=∞): 0≤ α ≤ π/2.

При чисто активной нагрузке (L_d=0) прерывистый ток получается при углах регулирования α>π/6, а среднее значение выпрямленного напряжения при α>π/6 определяется по формуле

(5.5)

Нетрудно видеть, что в этом случае выходное напряжение будет равно нулю только при α=5π/6 . Напомним, что временные диаграммы рис. 5.2 характеризуют работу трехфазного неуправляемого выпрямите­ля с нулевым выводом при угле регулирования α=0.

Режим работы трансформаторов в этой схеме выпрямления, так же как и в других схемах выпрямления, су­щественно отличается от работы их в линейных цепях переменного тока. В основе этого лежит несинусоидальность токов в схемных (вторичных) обмотках и в ряде схем еще и однополупериодность (однотактность) протека­ния токов по фазам вторичных обмоток. В результате создаются условия, приводящие к образованию постоянных составляющих токов во вторичных обмотках трансформатора [см. рис. 5.2, кривую тока i_в1=i_а=f(ωt)].

Несинусоидальность токов вторичных обмоток обуславливает также несинусоидальность токов в фазах первичных обмоток, но в токах этих обмоток отсутствуют постоянные составляющие. Дополнительной особен­ностью, связанной с различной формой первичных и вторичных токов, является различная величина действующих значений этих токов по отношению к среднему значению выпрямленного тока I_d и, следовательно,

различная величина расчетной мощности обмоток трансформаторов.

Частота пульсаций выпрямленного напряжения трехфазного однотактного выпрямителя f_п=k_тm₂ f_c =1·3 f_c=3 f_c.

Порядок выполнения работы:

1. Изучить краткие теоретические сведения о трехфазных управляемых

выпрямителях.

2. Теоретически рассчитать и построить регулировочные характеристики

для трехфазного однотактного управляемого выпрямителя для заданного типа нагрузки:

- для активной нагрузки;

- для активно - индуктивной нагрузки.

3. Исследовать работу трехфазного управляемого выпрямителя на активную нагрузку.

4. Исследовать работу трехфазного управляемого выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку.

5. Исследовать работу трехфазного управляемого выпрямителя на двигательную нагрузку.

6. Сравнить экспериментально снятые регулировочные характеристики

по п. 3, 4, 5 с теоретически построенными по п.2 и сделать выводы.

7. Оформить отчет по лабораторной работе и сделать заключение по результатам работы.

Описание универсального лабораторного стенда [1].

Для проведения необходимых экспериментальных исследований универсальный лабораторный стенд в своем составе имеет трехфазный управляемый выпрямитель. Управляемый выпрямитель собран на тиристорах, ток которых составляет 25 А.

В трехфазном режиме работы тиристоры VS1, VS3, VS5 образуют катодную группу, реализуя положительный выход выпрямителя, а нулевой вывод трехфазной сети реализует отрицательный выход трехфазного однотактного выпрямителя (см. рис.5.1).

Поскольку в лабораторном стенде НТЦ-25 отсутствует сетевой трансформатор, вместо нулевой точки вторичной обмотки создан искусственный ноль.

Работа тиристоров управляемого выпрямителя в трехфазном режиме

контролируется с помощью микроконтроллера, основной задачей которого

является выдача сигналов на тиристоры.

Универсальный стенд позволяет исследовать работу трехфазного управляемого выпрямителя на активную, активно - индуктивную и двигательную (активно-индуктивную с противо - ЭДС) нагрузку.

Для проведения необходимых измерений в состав универсального стенда

входят измерительные приборы, позволяющие измерять действующие и

средние значения постоянного и переменного тока и напряжения.

Для измерения параметров цепи переменного тока, питающей УВ, дополнительно включен измерительный комплект К – 50.

Стенд также позволяет осуществить индикацию измеренных величин и

передачу данных на компьютер через интерфейс RS485.

Для более детального исследования работы трехфазного управляемого

выпрямителя необходим осциллограф (желательно с памятью).

Порядок проведения опытных исследований