билоус / ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2
.docЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В НЕУПРАВЛЯЕМЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЯХ
Цель работы. Экспериментально определить внешние характеристики, соотношения между напряжениями на стороне постоянного и переменного тока, между токами нагрузки и токами вентилей и обмоток трансформатора для неуправляемых выпрямителей, выполненных по трехфазным нулевой и мостовой схемам, а также однофазной мостовой, при их работе на активно-индуктивную нагрузку с противо-ЭДС; результаты эксперимента сравнить с расчетными данными.
План работы
1. Ознакомиться с электрооборудованием стенда, записать паспортные данные машин и приборов.
2. Начертить в рабочей тетради принципиальные электрические схемы исследуемых выпрямителей согласно рис. 1, проставить на них номера выбранных аппаратов и приборов.
3. Для каждой схемы экспериментально определить:
а) внешнюю характеристику в зоне непрерывных и прерывистых токов ;
б) зависимость от среднего значения тока нагрузки:
- среднего и действующего значения анодного тока вентиля и ;
- действующего значения токов вторичной и первичной обмоток питающего трансформатора и ;
в) зависимость угла коммутации от среднего значения тока нагрузки ;
г) величину ЭДС преобразователя;
д) максимальное значение обратного напряжения на вентиле;
е) форму напряжения на нагрузке и форму тока вторичной обмотки трансформатора для одного значения тока нагрузки в режиме непрерывных токов и для одного значения в режиме прерывистых токов.
4. Для каждой схемы расчетным путем на основе экспериментальных данных определить:
а) зависимость мощности вторичной и первичной цепей трансформатора, а также габаритной мощности трансформатора от мощности цепи выпрямленного тока S2 (Рd,) и S1 (Рd,);
б) величину индуктивного сопротивления анодной цепи преобразователя.
5. Для каждой схемы вывести значения следующих коэффициентов:
Коэффициенты определяются в предположении идеальной сглаженности тока нагрузки и мгновенной коммутации и сравниваются с их экспериментальными значениями.
6. Оформить отчет.
Методические указания к выполнению работы
Для исследования рабочих процессов, протекающих в неуправляемых выпрямителях, собирается схема по рис. 1. В этой схеме могут исследоваться характеристики трехфазных схем выпрямителей, мостовой (замкнут рубильник PI и соединены точки 1 и 2), нулевой (замкнут рубильник PI и соединены точки 1 и 3) и однофазной мостовой (разомкнут рубильник PI и соединены точки 1 и 2).
Так как в данной работе исследуются неуправляемые выпрямители, то для ограничения пусковых токов испытуемого двигателя используется нагрузочный реостат RН , который должен быть полностью выведен при проведении эксперимента.
Порядок запуска схемы в работу:
1. В исходном состоянии напряжение со схемы полностью снято, рубильник Р2 разомкнут, переключатель П находится в одном из рабочих положений, положение движка потенциометра R1 соответствует нулевому значению напряжения на его выходе. Первой должна быть подготовлена трехфазная мостовая схема: рубильник PI замкнут и соединены точки 1 и 2 .
2. Подают постоянное напряжение на цепи возбуждения всех машин постоянного тока, а затем - переменное напряжение 280 В на первичную обмотку преобразовательного трансформатора и 380 В - на статор асинхронного двигателя.
Необходимо помнить, что недопустима подача напряжения на якорь невозбужденного двигателя, так как в этом случае его момент и ЭДС будут определяться только остаточным магнитным потоком, и ток якоря при выведении сопротивления RH может достичь недопустимо больших значений.
3. Выведением сопротивления RH выводят ИД на естественную характеристику.
4. Регулируя ток возбуждения машины МП2, а в случае необходимости и его полярность, устанавливают нулевое показание вольтметра и замыкают рубильник Р2.
Схема готова к эксперименту.
При отключении схемы, сначала снимают переменное напряжение 280 и 380, затем - постоянное и после этого, отключают рубильник Р2 и вводят сопротивление RH.
В схеме (см. рис. 1) приборы AI, A2, A3, VI, V2 должны замерять действующие значения тока или напряжения, а А4, А5,V3 -среднее значение. Поэтому первые должны быть электромагнитной или электродинамической системы, последние – магнитоэлектрической.
Рис. 1
Усовершенствованная схема (рис. 1а) свободна от недостатков, отмеченных во введении. Безопасность студентов при переходе от одной схемы к другим обеспечивается контакторным способом управления при выборе нужной схемы. Нажатием одной из кнопок КНП1-КНПЗ осуществляется выбор желаемой схемы в силовой части выпрямителя. При включении контактора КМ1 создаются цепи трехфазной мостовой схемы выпрямителя. При включении КМ2 создается трехфазная нулевая, при включении КМ3 – однофазная мостовая схемы. Предусмотрена электрическая блокировка исключающая возможность включения другой схемы, если предыдущая схема не выключена кнопкой КНС1. Кнопки КНП4 и КНС4 и контактор КМ4 обеспечивают подачу напряжения на питающий трансформатор Тр-р. Для того, чтобы величина выпрямленного напряжения, подаваемого на щетки двигателя М1, оставалась постоянной и не зависела от выбранной схемы выпрямителя, на вторичной обмотке питающего трансформатора «Тр-р» выполнены по три вывода на каждой фазе. По этой причине упрощается расчет и анализ внешних характеристик исследуемых схем.
Для упрощения силовой части схемы в качестве нагрузочного устройства используется машина М2 и тиристорный преобразователь ЭТ6, работающий в инверторном режиме. Регулирование нагрузки осуществляется воздействием на систему управления ЭТ6. В этом ТП регулируется не напряжение, а ток и таким образом выбирается необходимый тормозной режим для машины М2, а следовательно и нагрузка испытуемого двигателя М1. Предусмотрен контактор КМ5 для подачи питающего напряжения на преобразователь ЭТ6. Отдельной кнопкой включается система управления ТП. Для предотвращения бросков тока при подаче выпрямленного напряжения на М1 предусмотрен предварительный разгон этого двигателя посредством ЭТ6 и машины М2. ЭТ6 включается в выпрямительном режиме, а М2 – в двигательном.
Разгоном М1 до номинальной скорости заранее создается встречная ЭДС этой машины, вследствие чего при подаче выпрямленного напряжения (т.е. при включении КМ4) броска тока не происходит. Тем не менее предусмотрено сопротивление RП и его шунтирование контактором КМ7 для ограничения пускового тока М1.
Контактор КМ6 предусмотрен для исследования формы выпрямленного напряжения каждого из схем выпрямления при работе на активную нагрузку (RH). По сравнению со схемой (Рис.6) в усовершенствованной предусмотрена автоматическая подача питающего напряжения на цепи возбуждения машин М1 и М2.
Рис. 1а
Подпункты За, 36, Зв, Зг плана работы выполняют, изменяя нагрузку преобразователи от холостого хода до максимального тока, ограничиваемого пределом измерения приборов или допустимым значением тока машин, используемых в схеме, и длительность интервалов коммутации. Эти интервалы замеряют с помощью осциллографа, наблюдая на его экране кривую выходного напряжения выпрямителя. В опыте необходимо зафиксировать граничный режим (режим начально-непрерывных токов).
Результаты опыта заносят в табл. 1.
Таблица 1
№ п/п |
I1 |
I2 |
I3 |
I4 |
I5 |
U1 |
U1 |
U3,A |
0 |
|
А |
В |
дел. |
град. |
|||||||
1 2 … |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Величину ЭДС преобразователя Еd0 определяют после построения его внешней характеристики. Для этого ее линейную часть продолжают до пересечения с осью ординат. Их точка пересечения и определяет величину ЭДС Еd0.
Максимальное значение обратного напряжения на вентиле определяют с помощью осциллографа, наблюдая на его экране кривую напряжения на одном из вентилей преобразователя. Цену деления шкалы осциллографа по оси У определяют в соответствии с положениями рукояток усиления вертикального отклонения луча.
Форму напряжения на выходе преобразователя и тока вторичных обмоток трансформатора определяют путем осциллографирования на электронно-лучевом осциллографе сигнала с выхода преобразователя и с амперметра во вторичной цепи трансформатора.
По результатам опыта для каждой точки рассчитывают значения коэффициентов:
, а в граничном режиме определяют соотношения и .
Результаты расчета заносят в табл. 2.
Таблица 2
№ п/п |
|
|
|
|
|
Примечание |
|
1 2 … |
|
|
|
|
|
|
|
Указанные соотношения представляются графически в виде зависимостей:
На этот же график наносят горизонтали расчетных значений указанных соотношений, полученных при предположении идеальной сглаженности токов и мгновенной коммутации.
По результатам опыта строят зависимость . Мощность цепи выпрямленного тока Рd , а также вторичная, первичная и габаритная мощности трансформатора рассчитывают по выражениям:
Результаты расчета сводят в табл. 3.
Таблица 3
№ п/п |
, А |
Рd, Вт |
I2, A |
S2, BA |
I1, A |
S1,BA |
STP |
||||
1 2 … |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По результатам расчета строят графики зависимостей
; ; .
Величину индуктивного сопротивления анодной цепи преобразователя находят по величине угла коммутации в соответствии с выражением
откуда при получают для трехфазных схем:
для однофазной мостовой схемы:
Содержание отчета
1. Таблицы паспортных данных электрических машин, аппаратов, приборов, использованных в работе.
2. Принципиальная электрическая схема лабораторной установки.
3. Таблицы экспериментальных и расчетных данных по каждой схеме.
4. Графики зависимостей , , построенные на основе экспериментальных данных.
5. Графики зависимостей от тока выпрямленной цепи . Эти графики строят в одних координатных осях для каждой схемы отдельно.
На эти же графики наносят теоретические значения всех коэффициентов. Масштабы по обеим осям для облегчения их сопоставления должны быть одинаковыми.
6. Результаты экспериментального и расчетного определения ; диаграммы напряжения на нагрузке и тока вторичной обмотки трансформатора; расчет индуктивного сопротивления анодной цепи преобразователя.
7. Графики зависимостей . Эти графики строят для всех схем в общих координатных осях.
8. Анализ полученных результатов. Выводы по работе.
Вопросы для самопроверки
1. Дайте понятия среднего и действующего значения величины.
2. Приборы какой системы применяются для замера среднего значения, действующего значения?
3. Расскажите о рабочих процессах, протекающих в преобразователях, выполненных по исследованным схемам.
4. Что понимается под коммутацией в вентильном преобразователе? Как она влияет на среднее значение выпрямленного напряжения? Что такое угол коммутации, от каких факторов он зависит в неуправляемых преобразователях?
5. Выведите зависимости для всех исследуемых схем.
6. Выведите зависимости .
7. Нарисуйте диаграммы напряжений на нагрузке, тока нагрузки вторичной и первичной обмоток трансформатора, напряжения и тока вентиля в каждой из исследуемых схем в режимах непрерывных и прерывистых токов.
8. Сравните исследованные схемы:
- по жесткости внешних характеристик;
- по величине;
- по ширине зоны прерывистых токов;
- по величине UХХ ,
- по величине угла .
Объясните результаты сравнения.
10. В каких исследованных схемах возникает поток вынужденного намагничивания трансформатора, и в каких не возникает? Какова причина его появления, каково его влияние на режим работы схемы в целом и трансформатора в частности?