2756

4.Проверить, соответствует ли напряжение холостого хода выпрямителя результату, рассчитанному по формуле (4.1).

5.Включить переключатель SA4. Записать таблицу 4.1 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 (4.2) и (4.4).

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 К6 и К5, зарисовать график тока в диоде Iа. Подключить осциллограф к контрольным точкам К5 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 значению, рассчитанному по формуле (4.3).

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

(4.5).

9.Построить внешнюю характеристику выпрямителя.

Содержание отчета

1.Принципиальная схема стенда для исследования трехфазного мостового выпрямителя.

2.Таблица результатов измерений.

3.Расчеты по формулам (4.1)–(4.5).

4.Графики временных диаграмм работы.

5.График внешней характеристики выпрямителя.

Для удобства запоминания основных соотношений токов и напряжений в трёхфазном мостовом выпрямителе заполните таблицу.

Контрольные вопросы

1.Нарисуйте схему трёхфазного мостового выпрямителя.

2.Нарисуйте временную диаграмму работы трёхфазного мостового выпрямителя.

3.Напишите основные расчётные формулы.

4.Назовите преимущества мостовой схемы выпрямителя.

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

21

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Исследование трехфазной схемы выпрямителя «Две обратные звезды с уравнительным реактором»

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

Краткие теоретические сведения

В выпрямителе используется трехфазный трансформатор, включенный по схеме «звезда – две обратные звезды». Вторичные обмотки трансформатора образуют две трехфазные системы, сдвинутые по фазе на 1800. К выводам вторичных обмоток анодами подсоединены шесть диодов, включенных с общим катодом. Это – положительный полюс выпрямителя. Отрицательный полюс образует общая точка уравнительного реактора, крайние выводы которого подключены к нулевым точкам вторичных обмоток трансформатора О1 и О2 [1]. Схема выпрямителя представлена на рис. 5.1.

А В С

Рис. 5.1. Схема выпрямителя «Две обратные звезды с уравнительным реактором»

Применение уравнительного реактора обеспечивает одновременную работу обеих звезд в результате выравнивания потенциалов на анодах двух диодов: одного в прямой и одного в обратной звездах. Выравнивание потенциалов достигается тем, что под действием разности потенциалов между точками О1 и О2 в контуре (обозначен штриховой линией) возникает ток iк. Напряжение uк на реакторе делится в точке О пополам, и напряжение uк/2 прибавляется к фазному напряжению ub6 и вычитается из фазного напряжения ua1. В результате диоды проводят ток одновременно, каждый по Id/2, что приводит к выравниванию намагничивающих сил и уменьшает вынужденное подмагничивание трансформатора.

Временные диаграммы работы выпрямителя представлены на рис. 5.2.

22

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

Средний ток диода

Максимальное обратное напряжение на закрытом диоде:

23

Внешняя характеристика выпрямителя «Две обратные звезды с уравнительным реактором» имеет пик холостого хода из-за режима работы без токов уравнительного реактора на малом токе нагрузки.

Порядок выполнения работы

Лабораторная работа выполняется на универсальном стенде для исследования выпрямителей тяговых подстанций. Для выполнения работы в стенд необходимо установить сменный блок – выпрямитель «Две обратные звезды с уравнительным реактором».

1. Ознакомиться со схемой стенда, представленной на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Схема стенда для исследования выпрямителя «Две обратные звезды

с уравнительным реактором»

24

2.В стенде установлена активная нагрузка на выходе выпрямителя. Управление величиной тока нагрузки производится переключателем «НАГРУЗКА», имеющим четыре положения. Первое крайнее левое положение – нагрузка выключена (холостой ход). Второе положение – 2Rн, третье Rн и четвертое 0,5Rн. Поставить переключатель «НАГРУЗКА» в крайнее левое положение. Подключить цифровой вольтметр к контрольным точкам К1 и К2 для измерения величины U2.

3.Включить стенд переключателем «СЕТЬ». Записать в таблицу 5.1 показания измерительных приборов на холостом ходу (х. х.) выпрямителя.

Таблица 5.1

Результаты измерений токов и напряжений в выпрямителе

4.Проверить, соответствует ли напряжение холостого хода выпрямителя результату, рассчитанному по формуле (5.1). Письменно объяснить результат расчёта.

5.Поставить переключатель «НАГРУЗКА» во второе положение. Записать в таблицу 5.1 показания измерительных приборов при сопротивлении 2Rн. Затем, переключая его в третье и четвертое положения (Rн и 0,5Rн), записать в таблицу

5.1показания измерительных приборов. Проверить, соответствуют ли токи Ia и I2 результатам, рассчитанным по формулам (5.2) и (5.4).

6.Установить сопротивление нагрузки, равное Rн. Подключить

осциллограф к контрольным точкам К1 и К2, зарисовать график напряжения U2 фазы А. Подключить осциллограф к контрольным точкам К23 и К24 и зарисовать

график напряжения Ud. Подключить осциллограф к контрольным точкам К7 и К8, зарисовать график тока I2 и одинаковый с ним график тока в диоде Iа. Подключить осциллограф к контрольным точкам К13 и К14, зарисовать график

напряжения на диоде Ub. Измерить осциллографом максимальную величину обратного напряжения на диоде Ubmax. Подключить осциллограф и контрольным точкам К19 и К20 и зарисовать график напряжения на уравнительном реакторе. Графики представить в виде временной диаграммы работы выпрямителя.

7.Проверить, соответствует ли измеренное значение Ubmax значению, рассчитанному по формуле (5.3).

8.Рассчитать ток первичной обмотки трансформатора I1 по формуле (5.5).

9.По результатам измерений рассчитать мощности первичной S1 и вторичной S2 обмоток трансформатора и его типовую мощность ST по формуле

(5.6).

10.Построить внешнюю характеристику выпрямителя.

Содержание отчета

1. Принципиальная схема стенда для исследования выпрямителя «Две обратные звезды с уравнительным реактором».

25

2.Таблица результатов измерений.

3.Расчеты по формулам (5.1)–(5.6).

4.График временных диаграмм работы.

5.График внешней характеристики выпрямителя.

Для удобства запоминания основных соотношений токов и напряжений в выпрямителе «Две обратные звезды с уравнительным реактором» заполните таблицу.

Контрольные вопросы

1.Почему использовали схему выпрямителя «Две обратные звезды с уравнительным реактором»?

2.Нарисуйте схему этого выпрямителя.

3.Нарисуйте временную диаграмму работы выпрямителя «Две обратные звезды с уравнительным реактором».

4.Напишите основные расчётные формулы.

5.Выделите на внешней характеристике выпрямителя режимы полного холостого хода, условного холостого хода и параллельной работы? Почему выходное напряжение выпрямителя на холостом ходу резко повышается? Почему выходное напряжение выпрямителя уменьшается с увеличением тока нагрузки?

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

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Исследование явления коммутации вентильных токов

Цель работы: измерение угла коммутации вентильных токов γ в двух трёхфазных выпрямителях: трёхпульсовом и шестипульсовом по мостовой схеме.

Краткие теоретические сведения

Рассмотрим процесс коммутации на примере мостовой шестипульсовой схемы при переключении тока с диода VD1 на диод VD3 (рис. 6.1).

Процесс коммутации начинается в момент, соответствующий точке 3 на временной диаграмме работы выпрямителя (рис. 6.2).

Ток коммутации увеличивается от нуля и имеет косинусоидальную зависимость, так как замыкается в цепи с индуктивным сопротивлением 2ωLа:

где U2 – действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора на холостом ходу.

26

С

VD2 VD4 VD6 −

Рис. 6.1. Схема коммутации вентильных токов в мостовом выпрямителе

Рис. 6.2. Временная диаграмма коммутации вентильных токов в мостовом выпрямителе

Угол коммутации для шестипульсовой и трехпульсовой схемы определяется по формуле:

При вычислении среднего значения выпрямленного напряжения с учётом потерь от коммутации для любой схемы трёхфазного выпрямителя можно воспользоваться формулой

27

характеристики выпрямителя. Зависимость коэффициента А от числа пульсов выпрямленного напряжения представлена в таблице 6.1.

Таблица 6.1

Зависимость коэффициента наклона внешней характеристики от числа пульсов выпрямленного напряжения

Как следует из выражения (6.7), чем больше пульсов в выпрямителе, тем более стабильной становится его внешняя характеристика. В технической литературе [1] формулу для расчёта выпрямленного напряжения (уравнение внешней характеристики) записывают в виде:

Следует отметить, что выражение (6.8) справедливо для режима работы выпрямителя без перегрузки, когда γ ≤ π3 .

Измерить угол коммутации вентильных токов можно с помощью осциллографа. Для этого необходимо измерить время коммутации в миллисекундах по калиброванной развертке по горизонтали и перевести это значение в электрические градусы. Пример измерения времени коммутации представлен на рис. 6.3.

Длительность пульсации

2 ms = 60 0Эл

Рис. 6.3. Измерение времени коммутации вентильных токов в мостовом выпрямителе

28

Угол коммутации вентильных токов рассчитывается по пропорции: 2ms – 60 0Эл;

0,2 ms – γ;

γ = (0,2 60)/2 = 6 0Эл.

Порядок выполнения работы

Лабораторная работа выполняется на универсальном стенде ЭС5А.

1.Поставить переключатель S1 стенда в нижнее положение.

2.Подключить цифровой вольтметр к контрольным точкам К2 и К4 для

измерения напряжения U2. Подключить осциллограф к контрольным точкам К9 и К10 для измерения угла коммутации вентильных токов. Включить переключатель SA4 и установить сопротивление нагрузки 2Rн.

3.Установить в стенд сменный блок № 1 для измерения угла коммутации вентильных токов трёхпульсового выпрямителя. Включить питание стенда переключателем Q1 «СЕТЬ».

4.Измерить осциллографом угол коммутации вентильных токов γ при

сопротивлении нагрузки 2Rн, Rн и 0,5Rн. Результаты измерений занести в таблицу 6.2. Выключить питание стенда.

5.Установить в стенд сменный блок № 2 для измерения угла коммутации вентильных токов шестипульсового выпрямителя. Включить питание стенда переключателем Q1 «СЕТЬ».

6.Измерить осциллографом угол коммутации вентильных токов γ при

сопротивлении нагрузки 2Rн, Rн и 0,5Rн. Результаты измерений занести в таблицу 6.2. Выключить питание стенда.

7. Рассчитать индуктивное сопротивление трансформатора X a = ωLa , выразив его из формулы (6.5). Результаты расчетов занести в таблицу 6.2.

Содержание отчета

1.Таблица результатов измерений.

2.Расчеты по формуле (6.5).

3.Временная диаграмма работы выпрямителей с учетом измеренного угла коммутации вентильных токов при 0,5Rн.

Контрольные вопросы

1.Что такое коммутация вентильных токов?

2.Как влияет коммутация вентильных токов на выходное напряжение выпрямителя?

3.Объясните результаты измерения угла коммутации вентильных токов для разных выпрямителей. Почему получились такие значения?

29

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

Исследование трёхфазной двенадцатипульсовой схемы выпрямления

Цель работы: изучение теории работы двенадцатипульсовой схемы выпрямления, экспериментальное определение основных соотношений между токами и напряжениями, построение внешней характеристики, исследование защиты от коротких замыканий в элементах схемы.

Краткие теоретические сведения

В настоящее время на вновь строящихся тяговых подстанциях и при замене старых преобразователей устанавливают только двенадцатипульсовые выпрямители, которые обладают преимуществами по сравнению с 6-пульсовыми схемами. Схема состоит из трехфазного трансформатора и двух трехфазных выпрямительных мостов. Трансформатор на первичной стороне имеет одну сетевую обмотку с числом витков равным ω1, а на вторичной стороне – две вентильные обмотки, соединенные в «звезду» и в «треугольник» с числами витков равными ω2Υ и ω2 . К этим обмоткам подключены выпрямительные мосты.

На рис 7.1 представлена схема двенадцатипульсового выпрямителя и векторная диаграмма напряжений в вентильных обмотках трансформатора.

Мгновенное и среднее значение выпрямленного напряжения выпрямителя равно сумме соответствующих напряжений первого и второго выпрямительных мостов, а ток каждого моста равен току нагрузки:

достигается разными коэффициентами трансформации. Для вентильной

Выпрямительные мосты работают независимо друг от друга. На каждом интервале проводящего состояния ток проводят четыре диода – два в мостовой схеме «звезды» и два в мостовой схеме «треугольника».

Среднее значение выпрямленного напряжения в двенадцатипульсовой схеме

напряжение на закрытом диоде Ub max = 0,52U d 0 .

30