2756

9.Разомкнуть переключатели SA1 и SA2.

10.Установить через диоды обратный ток I0, определённый по графику вольтамперных характеристик. Записать показания вольтметров V1 и V2. Сравнить полученные результаты со значениями напряжений, полученными из графиков вольтамперных характеристик.

11.Не изменяя первоначально установленной величины обратного тока I0, снять зависимость распределения обратного напряжения на диодах и обратного

тока через них от величины Rш. Следует учесть, что с уменьшением Rш обратный ток будет возрастать. Результаты измерения занести в таблицу 2.3.

Таблица 2.3

Зависимость распределения обратного напряжения на диодах от величины Rш

12. Отметить показания вольтметров V1 и V2 при рассчитанном и при минимальном (5 кОм) Rш. Рассчитать небаланс обратных напряжений на последовательно соединенных диодах по формуле

для рассчитанного и для минимального Rш. Сравнить результаты расчётов.

Содержание отчета

1.Принципиальная схема стенда для исследования последовательного соединения мощных силовых диодов.

2.Таблицы результатов измерений.

3.График вольтамперных характеристик.

Контрольные вопросы

1.Для чего применяется последовательное соединение мощных полупроводниковых диодов?

2.Почему напряжение между последовательно соединенными диодами делится неравномерно?

3.Какие меры необходимо принять, чтобы напряжение между последовательно включенными диодами делилось равномерно?

4.Как рассчитать величину Rш?

5.Почему нежелательно устанавливать Rш меньше расчетной величины?

6.Что такое класс диода? Как по нему определить допустимое обратное напряжение?

7.Расшифруйте обозначение диодов В200-6; ДЛ163 – 500 – 14.

11

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Исследование трёхфазной трёхпульсовой схемы выпрямителя

Цель работы: изучение схемы выпрямителя, определение основных соотношений напряжений и токов в схеме.

Краткие теоретические сведения

Работа любого выпрямителя характеризуется следующими электрическими параметрами:

-среднее значение выпрямленного напряжения Ud;

-среднее значение выпрямленного тока Id;

-мощность постоянного тока на выходе выпрямителя Pd = UdId;

-действующее значение тока и напряжения на вторичной обмотке трансформатора I2, U2;

-действующее значение тока и напряжения на первичной обмотке трансформатора I1, U1;

-расчетная мощность первичной, вторичной обмоток и типовая мощность

трансформатора S1, S2, ST;

-средний ток диода (вентильного плеча) Ia;

-максимальное обратное напряжение на закрытом диоде (вентильном

плече) Ubmax;

- внешняя характеристика выпрямителя Ud = f(Id).

Трёхфазная трёхпульсовая схема выпрямителя содержит трансформатор, включённый по схеме «звезда-звезда» и три диода, аноды которых подключены к выводам вторичных обмоток, а катоды объединены в общую точку. Положительный полюс выпрямителя образует общая точка катодов диодов, а отрицательный – общий провод от нулевой точки вторичных обмоток [1]. Схема выпрямителя представлена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Трёхфазная трёхпульсовая схема выпрямителя

В рассматриваемой схеме в каждый момент времени ток нагрузки пропускает только один диод, потенциал анода которого максимален относительно нулевой точки вторичных обмоток. Каждый диод в течение одного

12

периода проводит ток одну третью часть – 120 эл. град. Временная диаграмма работы выпрямителя представлена на рис. 3.2.

t

ud

Рис. 3.2. Временная диаграмма работы трёхфазного трёхпульсового выпрямителя

Среднее значение выпрямленного напряжения

где U2m, U2 – соответственно амплитудное и действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Средний ток диода

Обратное напряжение на закрытом диоде фазы а определяется как разность потенциалов анода диода VD1 и катодов диодов VD2 и VD3. Это напряжение состоит из линейных напряжений Ubc и Uca. Следовательно, максимальное обратное напряжение на закрытом диоде равно амплитуде линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора:

13

Ток в фазе вторичной обмотки

2π

Токи вторичных обмоток содержат постоянную составляющую, которая создает в каждом из трех стержней магнитопровода однонаправленный поток вынужденного подмагничивания трансформатора. Это может вызвать насыщение магнитопровода, если не увеличить размеры трансформатора (т.е. его типовую мощность ST).

Для удобства запоминания основных соотношений токов и напряжений в трёхфазном трёхпульсовом выпрямителе они представлены в виде таблицы.

Из-за наличия индуктивности обмотки трансформатора происходит задержка закрывания диода фазы, выходящей из работы. В течение некоторого времени ток проводят два диода, например, диод фазы В, вступивший в работу, и диод фазы А, заканчивающий работу. Такое явление называется коммутацией вентильных токов. Коммутация приводит к уменьшению среднего значения

где А – коэффициент схемы выпрямителя;

uк – напряжение короткого замыкания трансформатора.

Уменьшение выходного напряжения выпрямителя из-за коммутации отражает зависимость выходного напряжения от выходного тока Ud = f(Id). Такая зависимость называется внешней характеристикой выпрямителя. График внешней характеристики представлен на рис. 3.3.

14

Рис. 3.3. График внешней характеристики выпрямителя

Порядок выполнения работы

Лабораторная работа выполняется на универсальном стенде ЭС5А. Для выполнения работы в стенд необходимо установить сменный блок № 1.

1.Ознакомиться со схемой стенда, представленной на рис. 3.4.

2.Установить активную нагрузку на выходе выпрямителя. Для этого

переключателем SA3 замкнуть накоротко реактор Ld. Поставить переключатель Rн в положение 2Rн. Выключить переключатель SA4.

3.Включить стенд переключателем Q1. Записать в таблицу 3.1 показания измерительных приборов на холостом ходу (х. х.) выпрямителя.

Таблица 3.1

Результаты измерений токов и напряжений в выпрямителе

х. х.

2Rн

Rн

0,5Rн

4.Проверить, соответствует ли напряжение холостого хода выпрямителя результату, рассчитанному по формуле (3.1).

5.Включить переключатель SA4. Записать в таблицу 3.1 показания измерительных приборов при сопротивлении 2Rн, Rн и 0,5Rн. Выключить

переключатель SA4. Проверить, соответствуют ли токи Ia, I1 и I2 результатам, рассчитанным по формулам (3.2), (3.4) и (3.5).

6.Установить сопротивление нагрузки, равное Rн. Включить переключатель SA4. Подключить осциллограф к контрольным точкам К2 и К4, зарисовать график напряжения U2 фазы А. Подключить осциллограф к контрольным точкам К9 и К10

изарисовать график напряжения Ud. Подключить осциллограф к контрольным точкам К2 и К3, зарисовать график тока I2. Подключить осциллограф к контрольным точкам К3 и К7, зарисовать график напряжения на диоде Ub. Измерить осциллографом максимальную величину обратного напряжения на диоде Ubmax. Графики представить в виде временной диаграммы работы

выпрямителя.

7.Проверить, соответствует ли измеренное значение Ubmax рассчитанному значению по формуле (3.3).

8.По результатам измерений рассчитать мощности первичной S1 и вторичной S2 обмоток трансформатора и его типовую мощность ST по формуле (3.6).

9.Построить внешнюю характеристику выпрямителя.

15

Содержание отчета

1.Принципиальная схема стенда для исследования трехфазного трёхпульсового выпрямителя.

2.Таблица результатов измерений.

3.Расчеты по формулам (3.1)–(3.6).

4.График временных диаграмм работы.

5.График внешней характеристики выпрямителя.

Контрольные вопросы

1.Нарисуйте схему трёхфазного трёхпульсового выпрямителя.

2.Нарисуйте временную диаграмму работы трёхфазного трёхпульсового выпрямителя.

3.Напишите основные расчётные формулы.

4.Назовите преимущества и недостатки исследованной схемы выпрямителя.

5.Что такое внешняя характеристика выпрямителя? Почему выходное напряжение выпрямителя уменьшается с увеличением тока нагрузки?

6.Почему происходит подмагничивание сердечника трансформатора? Поясните это с помощью графика временных диаграмм.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Исследование трехфазной мостовой схемы выпрямителя

Цель работы: изучение схемы выпрямителя, определение основных соотношений напряжений и токов в схеме.

Краткие теоретические сведения

Трехфазная мостовая шестипульсовая схема выпрямителя содержит трансформатор, включенный по схеме «звезда-звезда» или «звездатреугольник» и шесть диодов. В схеме три диода (VD2, VD4, VD6) объединены в катодную группу, а три других (VD1, VD3, VD5) – в анодную группу. Диоды образуют трехфазный мост. Положительный полюс выпрямителя образует общая точка катодов диодов, а отрицательный – общая точка анодов диодов [1]. Схема выпрямителя представлена на рис. 4.1.

В схеме выпрямителя ток одновременно проводят два диода: один в анодной группе, потенциал катода которого минимален, другой в катодной группе, потенциал анода которого максимален. На схеме указано направление тока id для случая, когда наибольшее положительное напряжение на фазе а, наибольшее отрицательное напряжение на фазе с, ток проводят диоды VD1 и VD2. Очерёдность вступления в работу остальных диодов соответствует их номерам. График выпрямленного напряжения имеет шесть пульсаций за один период питающего напряжения (рис. 4.2). Токи в обмотках трансформатора имеют симметричную форму в положительный и отрицательный полупериоды.

Среднее значение выпрямленного напряжения:

17

где U2m, U2 – соответственно амплитудное и действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора.

A B C

Рис. 4.1. Схема трехфазного мостового выпрямителя

Средний ток диода

Максимальное обратное напряжение на закрытом диоде равно амплитуде линейного напряжения:

Типовая мощность трансформатора

18

t

ud

Ud t

i2a

t

i1a

t

Рис. 4.2. Временная диаграмма работы трёхфазного мостового выпрямителя

Порядок выполнения работы

Лабораторная работа выполняется на универсальном стенде ЭС5А. Для выполнения работы в стенд необходимо установить сменный блок № 2.

1.Ознакомиться со схемой стенда, представленной на рис. 4.3.

2.Установить активную нагрузку на выходе выпрямителя. Для этого

переключателем SA3 замкнуть накоротко реактор Ld. Поставить переключатель Rн в положение 2Rн. Выключить переключатель SA4.

3.Включить стенд переключателем Q1. Записать в таблицу 4.1 показания измерительных приборов на холостом ходу (х. х.) выпрямителя.

Таблица 4.1

Результаты измерений токов и напряжений в выпрямителе

19