Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Дослідження однофазного керованого випрямляча
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Радіотехніка
Кафедра:
Телекомунікації
Інформація про роботу
Рік:
2008
Тип роботи:
Методичні вказівки
Предмет:
Електротехнічні пристрої РЕЗ
Група:
К
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
М Е Т О Д И Ч Н І В К А З І В К И
до лабораторної роботи „Дослідження однофазного керованого випрямляча”
з дисципліни „Електроживлення комплексів зв’язку” для студентів базового напряму 6.0924 „Телекомунікації”
та дисципліни «Електротехнічні пристрої РЕЗ»
для студентів базового напряму 6.0907 « Радіотехніка»
Затверджено на засіданні
кафедри РЕПС
протокол № ____ від__________2008 р
Л Ь В І В 2008
Методичні вказівки до лабораторної роботи “Дослідження однофазного керованого випрямляча” з дисципліни „Електроживлення комплексів зв’язку” для студентів базового напряму 6.0924 „Телекомунікації” та дисципліни «Електротехнічні пристрої РЕЗ» для студентів базового напряму 6.0907 «Радіотехніка». /Укл.: В.Г.Сторож, І.Г.Яковенко. -Львів: НУ”ЛП”, 2008. -16 с.
Укладачі :
В.Г. Сторож, канд. техн. наук, ст. викл.
І.Г.Яковенко, ст. викл.
Відповідальний за випуск: І.Н.Прудиус, д-р техн. наук, проф.
Рецензенти:
В.І. Оборжицький, канд. техн. наук, доц.
М.Й. Николишин, канд. техн. наук, доц.
ДОСЛІДЖЕННЯ ОДНОФАЗНОГО КЕРОВАНОГО ВИПРЯМЛЯЧА
Мета роботи: вивчення принципу роботи керованого випрямляча, дослідження його основних характеристик та визначення параметрів.
Теоретичні відомості
Керованим називається такий випрямляч, який крім випрямлення змінної напруги дозволяє здійснювати регулювання випрямленої напруги. Керований випрямляч можна отримати із звичайного заміною некерованих вентилів (діодів) керованими вентилями - тиристорами.
Тиристор являє собою чотиришарову p-n-p-n структуру з трьома p-n переходами. Структурну схему, умовне позначення на принципових схемах та вольт-амперну характеристику тиристора показано на рис.1.
Якщо струм керуючого електрода КЕ відсутній, прямий струм малий і слабо зростає з підвищенням прямої напруги (ділянка ОА). Ввімкнення тиристора спостерігається за напруги UBmax. Цьому відповідає точка А на характеристиці, у якій відбувається переключення тиристора та його перехід із стану низької провідності до стану високої провідності (ділянка АВ). Після переходу у стан високої провідності (ділянка ВС) тиристор не відрізняється від некерованого вентиля.
Якщо в колі керування струм керування ІКЕ' > ІКЕ = 0, то перехід тиристора з одного стану в інший (ввімкнення) здійснюється за меншої напруги UB1<UBmax. Якщо зменшувати пряму напругу, струм тиристора зменшується до величини ІВИКЛ і тиристор повертається до закритого стану, який відповідає низькій провідності тиристора.
Тиристор - інерційний пристрій. Він характеризується часом ввімкнення (одиниці мікросекунд) та часом вимкнення (десятки мікросекунд). Ці параметри визначають можливості використання тиристорів на підвищених частотах, а також в імпульсних перемикаючих схемах.
За структурою всі керовані випрямлячі можна розділити на дві групи: а - з керуванням по первинній обмотці трансформатора, б - з керуванням по вторинній обмотці трансформатора (рис.2):
Рис.2. Структурні схеми керованих випрямлячів.
У першому варіанті керованих випрямлячів у первинну обмотку трансформатора вмикаються два тиристори, з(єднані зустрічно-паралельно (рис.3) так, що вони утворюють двосторонній ключ, здатний комутувати коло змінного струму. Величина струму у первинній обмотці трансформатора регулюється за рахунок зміни його кута відсічки, що призводить до зміни напруги на виході вторинної обмотки трансформатора. У схемі рис.3 один з тиристорів може бути замінений діодом. У цьому випадку кут відсічки змінюється тільки для однієї з півхвиль змінного струму, що зменшує межі регулювання, але і практично знімає зворотну напругу, яка у схемі рис.3 досягяє величини UC((2, де UC - напруга силової мережі.
В схемах такого типу відповідним вибором коефіцієнта трансформації можна одержати або струм у навантаженні, що перевищує допустимий струм тиристорів, або напругу на навантаженні, що перевищує допустиму для тиристора. Враховуючи, що спадок напруги на тиристорі є вищим від спадку напруги на некерованому діоді, з метою одержання вищого к.к.д. в низьковольних випрямлячах, де вихідна напруга є сумірною зі спадком напруги на тиристорі, доцільно виконувати регулювання у первинній обмотці трансформатора.
У другому варіанті керованих випрямлячів тиристори виконують одночасно функції випрямлення змінної напруги у постійну і регулювання її величини. Це дозволяє одержати виграш за масо-габаритними характеристиками керованих випрямлячів.
Використовуючи тиристори у схемах типу б), слід мати на увазі, що стрибкоподібна зміна його опору в моменти відкривання може привести до великих кидків струму в колі тиристора. Особливо великі кидки будуть при роботі на ємнісне навантаження. Тому у випрямлячах тиристори краще працюють на навантаження індуктивного характеру.
Розглянемо роботу деяких схем керованих випрямлячів на різні види навантаження. Для пояснення процесів, які в них відбуваються, використаємо часові діаграми.
Робота керованого випрямляча на активне навантаження.
При аналізі роботи вважаємо, що випрямляч ідеальний, тобто прямий спад напруги в режимі насичення на тиристорі дорівнює нулю, активні опори обмоток трансформатора теж дорівнюють нулю (рис.4). Таким чином, в момент відкривання тиристора ((t=() напруга на навантаженні стрибком зростає і далі до моменту (t=( змінюється за законом фазної ЕРС в межах інтервалу ( ( (t ( (.
Зміна струму в навантаженні і2
повторює зміну напруги на навантаженні (рис. 5).
На часових діаграмах (рис.5) показані зміни струмів у кожному з тиристорів VD1 та VD2, напруги між електродами керованих вентилів та струму первинної обмотки трансформатора і1.
Постійна складова випрямленої напруги Е0( визначається за формулою:
, (1)
бо E0 = (2 (E2m)/( - постійна складова випрямленої напруги при ( = 0.
Рівняння (1) описує регулювальну характеристику керованого випрямляча Е0( = f (() при RH = const. Як видно з рівняння (1), граничний кут регулювання (ГР, за яким Е0( = 0, дорівнює 180(.
Діюче значення струму вторинної обмотки трансформатора (він же струм вентиля) І2 = ІВ дорівнює:
(2)
де КФ = І/І0 - коефіцієнт форми кривої зміни струму, який є функцією кута регулюванн (. При збільшенні ( зростає КФ , а це у свою чергу призводить до зростання розрахункової потужності вторинної обмотки трансформатора та зменшення її коефіцієнта використання:
(3)
Діюче значення струму первинної обмотки трансформатора визначається з тих самих міркувань, як і для некерованого випрямляча.
Суттєвою особливістю роботи керованого випрямляча є відставання першої гармоніки первинного струму ІГ1 від фазної ЕРС на кут ( навіть за чисто активного навантаження. Розкладанням функції струму і1(t) у ряд Фур’є можна визначити кут зсуву (. При цьому кут ( є досить складною функцією кута регулювання (, але для діапазона регулювання 0 < ( <180( можна користуватися наближеним виразом:
(4)
Іншим, більш суттєвим недоліком керованих випрямлячів, є високий коефіцієнт пульсацій випрямленої напруги, який визначається за першою гармонікою випрямленої напруги:
(5)
і збільшується із зростанням кута регулювання (рис.6).
Робота випрямляча за індуктивного характеру навантаження може відбуватися у двох характерних режимах, які визначаються співвідношенням індуктивного опору XL дроселя L та опору RH навантаження (рис.7):
а) в режимі неперевного струму в навантаженні, коли накопичена у магнітному колі дроселя енергія достатня для підтримання струму у колі навантаження до моменту ввімкнення наступного тиристора;
б) у режимі перервного струму, коли енергія, накопичена у магнітному колі дроселя, недостатня для підтримання струму у колі навантаження до моменту ввімкнення наступного тиристора.
Перехід до режиму перервного струму настає при
.
Отже, умову неперервності струму в навантаженні можна записати у вигляді:
. (6)
Якщо індуктивність дроселя є меншою від LKP, де
(7)
або опір навантаження буде більшим, від RHmax ,
де
(9)
струм в дроселі стане рівним нулю раніше, ніж відкриється наступний тиристор. Як тільки струм дроселя дорівнюватиме нулю, працюючий тиристор знеструмиться і вимкнеться. Процеси в схемі випрямляча показані для обох режимів роботи на рис.8: в режимі неперевного струму - на рис.8,а; в режимі перервного струму - на рис.8,б.
Постійна складова випрямленої напруги, діючі значення струмів первинної та вторинної обмоток трансформатора визначаються виходячи з їх форми. Для випадку неперервного струму перша гармоніка струму первинної обмотки відстає від фазної ЕРС на кут (L = ( (рис.8,а). Хоча використання індуктивного фільтра приводить до згладжування кривої випрямленого струму, але при цьому зростає коефіцієнт пульсацій випрямленої напруги та зменшується cos(.
Робота схеми керованого випрямляча з нульовим (зворотним) діодом.
Схему такого випрямляча подано на рис.9. Ввімкнення в схему нульового діода VD виключає появу випрямленої напруги зворотної полярності, бо при досягненні кута (t=( струм дросселя, зменшуючись, створює таку ЕРС самоіндукції eL, яка дорівнює за величиною постійній напрузі на виході випрямляча.і прикладена "мінусом" до катодів тиристорів та нульового діода. При (t > ( наведена ЕРС дроселя стає більшою за випрямлену напругу і нульвий діод відкривається. Дросель розряджається через нульовий діод, а відкритий тиристор при цьому закривається. Робота схеми для цього випадку пояснюється часовими діаграмами (рис.10).
В схемі з нульовим діодом регулювальна характеристика Е0( = f(() та коефіцієнт пульсацій КП1 визначаються відповідно рівняннями (1) та (5), бо випрямлена напруга у цьому випадку відповідає режиму роботи випрямляча з чисто активним навантаженням.
Середнє та діюче значення струму вторинної обмотки трансформатора:
При цьому середнє та діюче значення струму через нульовий діод:
Перша гармоніка струму первинної обмотки трансформатора (показана пунктиром на рис.10) завжди зміщена відносно фазної ЕРС на кут (D = (/2.
За наведеними даними можна зробити наступні висновки::
перевагою керованого випрямляча є можливість плавного регулювання середнього значення керованої напруги, оскільки зміна кута регулювання від 0( до 180( плавно зменшує значення Е0 до нуля;
недоліками керованого випрямляча можна вважати:
а) ускладнення схеми випрямлення за рахунок наявності схеми керування тиристорами;
б) зростання коефіцієнта пульсацій випрямленої напруги та погіршення її гармонічного складу, що зумовлено спотворенням форми випрямленої напруги та появою стрибків напруги в момент відкривання тиристорів;
в) поява зсуву фази (D між струмом та напругою в первинній обмотці трансформатора, тому навіть за чисто активного характеру навантаження керований випрямляч споживає з мережі не лише активну, але і реактивну потужність.
Програма дослідження
1.Вивчити принцип роботи однофазних керованих випрямлячів. Дати відповіді на контрольні запитання.
2.Виконати розрахунок однофазних керованих випрямлячів для заданого варіанту технічних умов (табл.1).
Таблиця 1.
№ вар.
E0, B
Umax, B
Umin, B
Imax, A
f, Гц
1
25
30
20
9
50
2
15
18
12
4.5
400
3
24
27
21
8
50
4
10
13
8.5
7.5
400
5
9
12
7
9.5
50
6
8
10
6
9
50
7
24
29
21
3
400
8
12
15
10
10
400
9
5
6
4
2
50
10
30
35
28
2.5
400
11
7.5
9
6
8.5
50
12
18
20
16
2
50
Е0 – випрямлена напруга, Umax – максимальна напруга, Umin- мінімальна напруга, Imax – максимальний струм, f- частота мережі.
Розрахунок керованого випрямляча виконується із застосуванням пакету прикладних математичних програм MATHCAD. Після розрахунку здійснюється вибір елементної бази (тиристорів, діодів, конденсаторів, резисторів) з врахуванням наступних даних (табл.2):
Таблиця 2.
Параметри тиристорів.
Тип
ІВТ, А
UВТ, В
UЗТ, В
ІЗТ, мА
(, мкс
КУ208А
5
2
100
5
10
2У208Г
5
2
400
5
10
КУ204В
2
3
200
1.5
4
КУ202М
10
2
200
10
10
2У203И
10
2
500
10
7
КУ109А
3
2
700
0.7
10
ІВТ- прямий струм відкритого тиристора, UВТ – спадок напруги на відкритому тиристорі, UЗТ- спадок напруги на закритому тиристорі, ІЗТ- максимальний струм закритого тиристора, (- час вимикання тиристора..
3. При дослідженнях однофазних керованих випрямлячів методом математичного моделювання використовується програма ELECTRONICS WORКBENCH. Порядок виконання цієї роботи є наступним:
- після завантаження програми відкриваються файли EJ2M1.ewb, EJ2M2.ewb і виконуються дослідження двох варіантів керованих випрямлячів;
- визначаються осцилограми та перехідні процеси методом математичного моделювання.
У звіті з проведених досліджень наводяться схеми випрямлячів, осцилограми, графіки перехідних процесів та висновки про вплив параметрів елементів на характеристики випрямлячів.
4.Провести експериментальне дослідження керованого випрямляча за наступною програмою:
1.Зняти та побудувати регулювальні характеричтики UН=f(() керованого випрямляча, змінюючи кут регулювання в межах від 0 до 180( з кроком ((=18(. Кут регулювання при цьому визначати за осцилограмою випрямленої напруги на вході згладжуючого фільтра. Регулювальні характеричтики зняти для двох випадків:
а) для ненавантаженого режиму ( RН = ();
б) для навантаженого режиму (RН ( 200 Ом) зі згладжуючим LC-фільтром та ввімкненим нульовим діодом.
2.Зняти та побудувати зовнішні характеристики випрямляча UН=f(ІН) при ввімкненому та вимкненому нульовому діоді для кутів регулювання: (1=18(, (2=54(, (3=90(. Визначити внутрішній опір випрямляча за знятими характеристиками.
3.При ввімкненому LC-фільтрі визначити кут регулювання (ГР, за яким у дроселі настає режим перервного струму. Зарисувати форму випрямленої напруги до режиму перервного струму та після початку цього режиму.
4.Підключити на виході випрямляча ємнісний згладжуючий фільтр. Зняти та побудувати зовнішню характеристику випрямляча при куті регулювання (=90(. Кут регулювання виставити за активного навантаження, після цього ввімкнути ємнісний фільтр та зняти зовнішню характеристику. Визначити при цьому внутрішній опір випрямляча.
Контрольні запитання
1.Який принцип використовується при регулюванні випрямленої напруги в керованому випрямлячі? У чому його перевага?
2.Які недоліки керованого випрямляча?
3.Пояснити призначення нульового діода та його вплив на режим роботи та характеристики керованого випрямляча.
4.Провести порівняння двох типів керованих випрямлячів: з керуванням по первинній або вторинній обмотці трансформатора.
5.Як змінюється коефіцієнт пульсацій випрямленої напруги при зміні кута регулювання?
6.Що таке критична індуктивність Lкр у згладжуючому LC-фільтрі та як її можна визначити?
7.До яких наслідків приведе зменшення індуктивності фільтра до значення L < LКР у схемі керованого випрямляча?
8.Чому при чисто активному навантаженні керований випрямляч може споживати від мережі не лише активну, але і реактивну потужність?
9.Чому споживання керованим випрямлячем реактивної потужності від мережі є його недоліком?
Література
1.Иванов-Цыганков А.И. Электропреобразовательные устройства РЭС: Учебник для вузов по специальности "Радиотехника".-М: Высш. школа, 1991.
2.Алексеев О.А., Китаев В.Е., Шихин А.Я. Электротехнические устройства. Учебник для вузов. -М.: Энергоиздат, 1981.
3.Векслер Г.С., Пилинский В.В. Электропитающие устройства электроакустической и кинотехнической аппаратуры. - К.: Высш. школа, 1986.
4.Диоды и тиристоры. / Под ред. А.А.Чернышева.-М: Энергия, 1980
17.03.2012 13:03-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора