yagubov_z.h._elektronnye_mikroprocessornye_i_preobrazovatelnye_ustroystva_ch.1._2009

26

где Ud~ - действующее значение переменной составляющей выпрямленного напряжения; Ud - среднее значение выпрямленного напряжения.

11

Электрическая схема соединений (продолжение)

12

2.2. Перечень аппаратуры

2.3. Указания по проведению эксперимента

•Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

•Соедините гнезда "ТК" источника GI.

•Соедините гнезда защитного заземления "^" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" источника G1.

•Соедините вилки питания 220 В устройств, используемых в эксперименте, сетевыми шнурами с розетками удлинителя.

•Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

•Переключатели реостата А10 установите в положение "50 Ом".

•Переключатели блока дросселей А11 установите в положение "3 Гн".

•Переключатели номинальных фазных напряжений вторичных полуобмоток трансформаторов A3 и А4 установите в положение "73 В".

•Тумблеры делителей напряжения коннектора А18 установите в положение "1:1".

•Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А19. войдите в каталог с программным обеспечением учебного комплекса и запустите прикладную программу "ВП Преобразовательная техника.ехе".

25

Лабораторная работа № 1.4. Определение параметров и показателей, характеризующих работу трехфазного мостового зависимого инвертора

1. Краткая теория

Инверторы характеризуются по ряду признаков, основными из которых являются: 1). Тип коммутирующих приборов - тиристорные и транзисторные; 2). Принцип коммутации - ведомые сетью и автономные инверторы;

3). Род преобразуемой величины - инверторы тока и инверторы напряжения. Тиристорные инверторы – инверторы большой выходной мощности. Транзисторные

инверторы выполняют преобразование энергии на малую и среднюю мощность, не превышающую нескольких киловатт.

Инверторы, ведомые сетью, осуществляют преобразование энергии постоянного тока в энергию переменного тока. Такие инверторы часто используются на электрическом транспорте.

Автономные инверторы осуществляют преобразование постоянного тока в переменный с неизменной или регулируемой частотой и работают на автономную нагрузку.

Автономный инвертор применяют в тех случаях, если необходимо:

¾Иметь переменный ток требуемой частоты, когда источниками питания являются устройства прямого преобразования энергии — топливные элементы, МГД-генераторы, термо- и фотоэлектрические генераторы, аккумуляторы и др.

¾Преобразовать постоянное напряжение одного значения в постоянное напряжение требуемого значения.

¾Получить переменный ток высокой частоты для электротермических установок, с помощью которых плавят металлы, сушат и закаливают изделия.

Взависимых инверторах переключение тиристоров осуществляется напряжением сети переменного тока. Выходные частота и напряжение этих инверторов соответствуют параметрам сети.

Широкое применение нашли схемы зависимых инверторов: однофазная со средней точкой (рис. 1.22, а) и трехфазная мостовая (рис. 1.22, б). Основными параметрами инвертора являются:

¾Коэффициент полезного действия инвертора:

где P2 - активная мощность, отдаваемая инвертором в сеть переменного тока; Pd - активная мощность, потребляемая инвертором от источника постоянного тока.

¾ Коэффициент мощности инвертора:

где S2 - полная мощность, отдаваемая инвертором в сеть переменного тока.

¾Коэффициент искажения кривой тока, отдаваемого инвертором в сеть переменного тока:

где I, I(1) — действующие значения тока, отдаваемого инвертором в сеть переменного тока и его первой гармоники.

¾ Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения:

24

•Вращая регулировочную рукоятку тиристорного преобразователя А8, установите угол управления, например, 30° (значения угла управления отображаются на цифровом индикаторе преобразователя). Ток и напряжение на выходе тиристорного преобразователя наблюдайте на амперметре Р 1.2 и вольтметре Р1.!.

•Выберите режим работы каналов запущенной программы, а именно переключатель режима работы каналов АСН0-АСН8 установите в положение "ЗА/ЗВ", входов ACII2ACH10 - в положение "600В/ЗВ", остальных входов - в положение "Откл".

•В главном меню программы выберите пункт "Анализатор спектра". В открывшемся окне задайте вход исследуемого сигнала и вход напряжения сети. Используя возможности программы:

9Определяйте частоту первой гармоники и ее отношение к частоте сети.

9Наблюдайте на гистограмме нормированный спектр сигнала.

9Определяйте действующее, среднее, действующее переменной составляющей, действующее первой гармоники и т. д. значения сигнала.

9Задавайте нормированное напряжение - любое из вышеперечисленных значений или вводите другое.

9Определяйте уровень интересующих гармоник по отношению к нормированному напряжению.

9Определяйте действующее значение интересующей гармоники.

9Определяйте кратность частоты первой гармоники исследуемого сигнала к частоте сети.

•Зарисуйте характеристики, полученные на экране компьютера, при различных значениях параметров схемы. Сравните их и сделайте вывод.

•По завершении эксперимента отключите от сети питания блоки А8, А17. PI, G1.

Контрольные вопросы

1.Какие составляющие содержит кривая выпрямленного напряжения?

2.Нарисовать кривые выпрямленного напряжения трехфазной мостовой схемы и сделать выводы.

3.Из чего состоит кривая переменного тока, потребляемая выпрямителем из питающей сети?

4.Нарисовать график зависимости высших гармоник выпрямленного напряжения от угла регулирования, сделать соответствующие выводы.

5.Какие схемы относятся к многофазным? Преимущества и недостатки каждой из них.

6.Расскажите о лабораторной установке: назначение отдельных блоков, приборов и т.д.

7 . Расскажите последовательность выполнения работ.

13

•Включите выключатель "СЕТЬ" тиристорного преобразователя / регулятора А8. блоков мультиметров P I , Р2, блока датчиков тока и напряжения А17.

•Включите источник G1. О наличии фазных напряжений на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

•Нажмите кнопку "ЗФ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ" на лицевой панели преобразователя А8 и удерживайте до тех пор. пока не загорится расположенный рядом с ней светодиод.

•Вращая регулировочную рукоятку тиристорного преобразователя А8, установите угол управления, например, 30° (значения угла управления отображаются на цифровом индикаторе преобразователя). Ток и напряжение на выходе тиристорного преобразователя наблюдайте на амперметре Р1.2 и вольтметре Р1.1.

•Выберите режим работы каналов запущенной программы, а именно переключатель режима работы каналов АСН0-АСН8. АСН2-АСН10 и АСН4-АСН12 установите в положение "ЗА/ЗВ", входов АСН1-АСН9. АСНЗ-АСНИ и АСН5-АСГ13 - в положение

"600В/ЗВ".

•В главном меню программы выберите пункт "Параметры преобразователей". В раскрывающемся списке нового окна выберите пункт "Параметры выпрямителя". На экране отобразятся рассчитанные параметры, а именно:

9Коэффициент повышения расчетной мощности, kn .

9Коэффициент полезного действия выпрямителя, η.

9 Коэффициент мощности выпрямителя, χ •

9Коэффициент искажения кривой тока, потребляемого выпрямителем из питающей сети, v .

9Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения. Kпульс.

•Рассчитать данные параметры выпрямителя по вышеприведенным формулам и сравнить с данными эксперимента. Сделать вывод.

•По завершении эксперимента отключите от сети питания блоки АХ, А17, Р1, P2/GI.

Контрольные вопросы

1.Что такое выпрямитель, его назначение и применение?

2.Нарисовать временную диаграмму однофазного и трехфазного мостового управляемого выпрямителя.

3.Назвать основные параметры и показатели, характеризующие работу выпрямителя.

4.Что такое коэффициент пульсаций?

5.В каких пределах расположен коэффициент пульсаций в зависимости от схем соединений?

6.От чего зависит коэффициеЕгг искажения?

7.Способы улучшения качества потребляемой энергии при использовании выпрямителей средней и большой мощностей.

8.Способы повышения коэффициента мощности.

9.Кратко рассказать о проведении эксперимента и сделать выводы.

10.Различие между активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузками.

14

Лабораторная работа № 1.2. Определение параметров и показателей, характеризующих условия работы вентилей в трехфазном мостовом управляемом выпрямителе, работающего на активно-индуктивную нагрузку

1. Краткая теория

Основным свойством управляемого вентиля является возможность произвольной задержки момента его отпирания при наличии на нем прямого напряжения. Это свойство вентиля позволяет создать схемы выпрямителей с регулированием выходного напряжения, а также в некоторых случаях осуществить быстродействующую систему защиты выпрямителя.

Управляемые выпрямители могут быть подразделены на две группы: неполностью управляемые вентили и полностью управляемые вентили. К неполностью управляемым вентилям относятся вентили, включение которых возможно только при прохождении текущего через них тока через нуль. Говоря точнее, вентиль может быть выключен снижением его прямого тока ниже определенной весьма малой величины, называемой удерживающим током.

Вполностью управляемых вентилях можно управлять как процессом включения, так и процессом выключения. При этом ток через вентиль может быть прерван с помощью самого вентиля.

Для управляемого вентиля существует понятие «идеальный вентиль». Полагают, что сопротивление идеального управляемого вентиля в обратном направлении, а также и в прямом закрытом равно бесконечности. В открытом состоянии прямое сопротивление идеального управляемого вентиля равно нулю.

При проектировании и разработке выпрямителей необходимо произвести расчет схемы выпрямления с целью выявления условий работы ее основных элементов и определения требуемых параметров этих элементов.

Исходными данными для расчета выпрямителя являются величины выпрямленного тока и напряжения, а также действующее значение напряжения питающей сети.

Вданной лабораторной работе используется трехфазный мостовой управляемый выпрямитель, основными параметрами и показателями которого, характеризующими его работу, являются:

Коэффициент использования вентилей по напряжению:

где Uоб.м , – максимальное обратное напряжение на вентиле; Ud - среднее значение выпрямленного напряжения.

Коэффициент использования вентилей по действующему значению тока:

К = Iв / I d (1.10)

где Iв – действующее значение тока вентиля; Id - среднее значение выпрямленного тока.

Коэффициент использования вентилей по среднему значению тока:

где Iв.ср – среднее значение тока вентиля.

23

2.2. Перечень аппаратуры

2.3. Указания по проведению эксперимента

•Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети

•электропитания.

•Соедините гнезда "ТК" источника G1.

•Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" источника G1.

•Соедините вилки питания 220 В устройств, используемых в эксперименте, сетевыми шнурами с розетками удлинителя.

•Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений. Переключатели реостата А10 установите в положение "50 Ом". Переключатели блока дросселей А11 установите в положение "3 Гн". Переключатели номинальных фазных напряжений вторичных полуобмоток трансформаторов A3 и А4 установите в положение "73 В".

•Тумблеры делителей напряжения коннектора А18 установите в положение "1:1"

•Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А19, войдите в каталог с программным обеспечением учебного комплекса и запустите прикладную программ}7 "ВП Преобразовательная техника.ехе".

•Включите выключатель "СЕТЬ" тиристорного преобразователя / регулятора А8, блоков мультиметров Р1Э блока датчиков тока и напряжения А17.

•Включите источник G1. О наличии фазных напряжений на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

•Нажмите кнопку "ЗФ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ" на лицевой панели преобразователя А8 и удерживайте до тех пор, пока не загорится расположенный рядом с ней светодиод.

20

Рис. 1.21. а) трёхфазная мостовая схема на неуправляемых вентилях; б) кривые фазных напряжений; в) кривая выпрямленного напряжения (полная)

Если защита от сверхтоков обладает низкой чувствительностью по параметрам срабатывания, то для проверки работы защиты и зоны ее действия рассчитывают токи и в минимальном режиме токов короткого замыкания.

Максимальный расчетный режим характеризуется:

1)минимальным сопротивлением питающей сети и наибольшей величиной ЭДС источников;

2)неблагоприятным моментом возникновения короткого замыкания;

3)минимальным углом регулирования (для управляемых выпрямителей). Минимальный расчетный режим характеризуется:

1)максимальным сопротивлением питающей сети и наименьшей величиной ЭДС

источников;

2)благоприятным моментом возникновения короткого замыкания;

3)максимальным углом регулирования (для управляемых выпрямителей).

17

2.2. Перечень аппаратуры

•Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

•Соедините гнезда "ТК" источника G1.

•Соедините гнезда защитного заземления устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" источника G1 .

•Соедините вилки питания 220 В устройств, используемых в эксперименте, сетевыми шнурами с розетками удлинителя.

•Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

•Переключатели реостата А10 установите в положение "50 Ом".

•Переключатели блока дросселей Al 1 установите в положение "3 Гн".

•Переключатели номинальных фазных напряжений вторичных полуобмоток трансформаторов A3 и А4 установите в положение "73 В".

•Тумблеры делителей напряжения коннектора А18 установите в положение "1:1".

•Приведите в рабочее состояние персональный компьютер Л19. войдите в каталог с программным обеспечением учебного комплекса и запустите прикладную программ)' "ВП 1 Преобразовательная техника.ехе".

•Включите выключатель "СЕТЬ" теристорного преобразователя / регулятора А8, блока мультиметров Р1. блока датчиков тока и напряжения А17.

•Включите источник GI. О наличии фазных напряжений на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

18

•Нажмите кнопку "ЗФ ПРКОБРАЗОВАТВЛЬ" на лицевой панели преобразователя А8 и удерживайте до тех пор, пока не загорится расположенный рядом с ней светодиод.

•Вращая регулировочную рукоятку теристорного преобразователя А8, установите угол управления, например, 30° (значения угла управления отображаются на цифровом индикаторе преобразователя). Ток и напряжение па выходе теристорного преобразователя наблюдайте па амперметре Р1.2 и вольтметре PI. 1.

•Выберите режим работы каналов запущенной программы, а именно переключатель режима работы канатов АСН0-АСН8, АСН1-АСН9 установите в положение "ЗА/ЗВ", входов АСН2-АСН10, АСНЗ-АСН11 - в положение "600В/ЗВ", остальных входов – в положение "Откл".

•В главном меню программы выберите пункт "Параметры преобразователей". В раскрывающемся списке нового окна выберите пуню "Параметры вентилей выпрямителя". На экране отобразятся рассчитанные параметры, а именно;

¾Коэффициент использования вентилей по напряжению: kU

¾Коэффициент использования вентилей по действующему значению тока:kI

¾Коэффициент использования вентилей по среднему значению тока: k I.cp

•Рассчитать данные параметры выпрямителя по вышеприведенным формулам сравнить

сданными эксперимента. Сделать вывод.

•По завершении эксперимента отключите от сети питания блоки А8. А17, PL G1.

Контрольные вопросы

1.Что такое управляемый и неуправляемый выпрямители? Отличие и область применения.

2.На какие группы делятся управляемые выпрямители?

3.Какие виды потерь существуют в управляемом выпрямителе?

4.Основные параметры управляемого выпрямителя.

5.Что такое "идеальный вентиль"?

6.Кратко рассказать о проведении эксперимента и сделать выводы.

19

Лабораторная работа № 1.3. Регистрация и отображение режимных параметров при коротком замыкании в трехфазном мостовом неуправляемом выпрямителе, работающем на активно-индуктивную нагрузку

1. Краткая теория

Неуправляемый полупроводниковый вентиль как элемент электрической цепи представляет собой нелинейное несимметрическое активное сопротивление, величина которого зависит от полярности и величины приложенного к нему напряжения.

Направление, в котором вентиль имеет малое сопротивление, называется прямым или проводящим, противоположное направление с большей величиной сопротивления называется обратным или запирающим.

Вкачестве главных параметров, определяющих работу неуправляемого вентиля в схеме выпрямителя, следует назвать номинальный прямой ток при работе вентиля в длительном режиме и номинальное обратное напряжение.

Трехфазная мостовая схема изображена на рис. 1.21, а, В этой схеме три вентиля объединены в катодную группу, а три других - в анодную. При работе схемы ток проводят всегда два вентиля: один в катодной группе, другой в анодной. В любой момент времени в катодной группе будет открыт тот вентиль, потенциал анода которого выше потенциалов анодов других вентилей в группе, а в анодной группе - вентиль, потенциал катода которого ниже потенциалов катодов других вентилей группы. Коммутация тока с одного вентиля на следующий, очередного в данной группе, происходит в момент пересечения синусоид фазных напряжений вторичной обмотки трансформатора.

На рис. 1.21, б построены кривые фазных напряжений. Как видно из этого рисунка, вентили схемы проводят ток в течение 1/3 периода. Очевидность вступления в работ)' вентилей соответствует их номерам (рис. 1.21, а).

Врезультате потенциал общих катодов схемы изменяется по верхней огибающей кривых фазных напряжений, а потенциал общих анодов - по нижней огибающей.

Выпрямленное напряжение Ud. равное разности потенциалов положительного и отрицательного полюсов выпрямителя, изображается ординатами, заключенными между верхней и нижней огибающими фазных напряжений. Ниже, на рис. 1.21, <?, кривая

выпрямленного напряжения Ud построена полностью. Кратность пульсаций выпрямленного напряжения по отношению к частоте сети равна шести.

При проектировании выпрямителя важно знать наибольшее и наименьшее значение токов короткого замыкания. Величина токов короткого замыкания зависит от:

a) режима работы сети и источников питания в интервале времени от начала возникновения до полного устранения короткого замыкания;

b) фазы ЭДС в момент возникновения короткого замыкания; c) режима работы выпрямителя.

Режимы работы, при которых возникают наибольшие и наименьшие токи, будут называться максимальными и соответственно минимальными расчетными режимами токов коротких замыканий. Токи в максимальном режиме токов короткого замыкания рассчитываются для проверки аппаратуры на электродинамическую и термическую устойчивость, а также отключающей способности выключателей и предохранителей. Величину и форму токов при максимальном расчетном режиме необходимо знать также для проверки полупроводниковых вентилей по допустимым действующему и амплитудному значениям тока, тепловому эквиваленту и температуре полупроводниковой структуры.