Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
ОСНОВИ СИЛОВОЇ ПЕРЕТВОРЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Систем управління
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2011
Тип роботи:
Методичні вказівки
Предмет:
Електротехніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
IМЕНІ МИХАЙЛА ОСТРОГРАДСЬКОГО
ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОМЕХАНІКИ, ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ І
СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
ЩОДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ
З НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ
«ОСНОВИ СИЛОВОЇ ПЕРЕТВОРЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ»
ДЛЯ СТУДЕНТІВ ДЕННОЇ ТА ЗАОЧНОЇ ФОРМ НАВЧАННЯ
З НАПРЯМУ 6.050702 – «ЕЛЕКТРОМЕХАНІКА»
КРЕМЕНЧУК 2011 Методичні вказівки щодо виконання лабораторних робіт з навчальної дисципліни ” Основи силової перетворювальної техніки ” для студентів денної та заочної форм навчання з напряму 6.050702 – «Електромеханіка»
Укладачі: старш. викл. С.В. Сукач, асист. М.А. Кобилянський, асист. О.В. Мозговой, асист. А.Л. Величко
Рецензент: доц.,к.т.н. Т.В. Коренькова
Кафедра САУЕ
Затверджено методичною радою КНУ імені Михайла Остроградського
Протокол №____ вiд “_____” _________ 2011 р.
Заступник голови методичної ради __________доц. С.А. Сергієнко
ЗМІСТ
Вступ………………………………………………………………………………….4
Техніка безпеки під час виконання лабораторних робіт……………………..…...6
Перелік лабораторних робіт…………………………………………………………
Лабораторна робота №1 Моделювання та дослідження часових діаграм однофазного однопівперіодного випрямляча (програма схемотехнічного моделювання NI Circuit DesignSuite)………………………………………………7
Лабораторна робота №2 Моделювання, дослідження характеристик та часових діаграм роботи різноманітних видів однофазних мостових випрямлячів в системи NI Circuit Design Suite ………………………………………………...14
Лабораторна робота №3 Дослідження характеристик та часових діаграм роботи силової частини тиристорного перетворювача (БУ 3609) з однофазною мостовою схемою з’єднання вентилів на активно-індуктивне навантаження……………………………………………………………………… 22
Лабораторна робота № 4 Моделювання, дослідження характеристик та часових діаграм роботи різноманітних видів трифазних випрямлячів в системи NI Circuit Design Suite …………………………………………………..................27
Лабораторна робота № 5 Дослідження характеристик та часових діаграм роботи силової частини тиристорного перетворювача з трифазною нульовою схемою з’єднань вентилів (ЕВ 3-11-00) при різних видах навантаження…………………………………………………………………….....41
Лабораторна робота № 6 Дослідження характеристик та часових діаграм роботи силової частини тиристорного перетворювача з трифазною мостовою схемою з’єднань вентилів (ЕТУ 3601) при різних видах навантаження……………………………………………………………………….50
Лабораторна робота № 7 Дослідження характеристик та часових діаграм роботи силової частини перетворювачів частоти (ACS 300 та Mitsubishi Electric) за умов підключення до асинхронного двигуна…………………..……………...62
Список літератури……………………………..…………………………………..72
ВСТУП
Дисципліна «Основи силової перетворювальної техніки» є одним з базових спеціальних курсів для електротехнічних та електроенергетичних спеціальностей ВНЗ. Курс «Основи силової перетворювальної техніки» розрахований на вивчення протягом двох семестрів і складається з трьох основних частин:
– перетворення змінного струму в постійний струм - випрямлячі;
– імпульсне регулювання постійного і змінного напруги - імпульсні перетворювачі;
регулювання частоти напруги або струму – перетворювачі частоти.
Даний курс лабораторних робіт присвячений першій із зазначених частин основ перетворювальної техніки. Зміст курсу та послідовність викладу матеріалу в ньому в цілому відповідає програмі дисципліни «Основи силової перетворювальна техніки» за напрямом 6.050702 – «Електромеханіка».
Метою лабораторного практикуму (Ӏ частина) є надбання студентами знань теоретичних і практичних навичок про випрямлячі, та їх складові елементи, топологію, математичний опис, основні методи аналізу, розрахунку і раціонального вибору складових елементів.
Завдання курсу полягають у засвоєнні теорії фізичних явищ в елементах випрямлячів і визначенні розрахункових співвідношень, що дозволяють за заданим режимом роботи споживача (навантаження) визначити електричні параметри для вибору напівпровідникових приладів, трансформаторів, фільтрів, дроселів та інших елементів, а також у придбанні практичних навичок використання методів аналізу і розрахунку електричних параметрів для вирішення широкого кола інженерних завдань.
Знання та навички, отримані при вивченні даного курсу, є базою для освоєння дисциплін: «Теорія електроприводу», «Автоматизований електропривод типових промислових механізмів», «Системи управління електроприводами» та інших.
ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ ПІД ЧАС ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ
1. Усі студенти, які працюють в лабораторії, повинні бути ознайомлені з правилами техніки безпеки.
2. Студенти, які вперше розпочинають роботи, після одержання інструктажу з техніки безпеки розписуються у контрольному журналі.
3. Перед тим, як приступити до виконання лабораторних робіт, необхідно ознайомитися із джерелом живлення в лабораторії, щоб з’ясувати наявність у ньому небезпечної для життя людини напруги.
4. Кожну роботу виконувати тільки за допомогою призначеного для виконання даної роботи обладнання.
5. Брати прибори з інших робочих місць без дозволу викладача або лаборанта забороняється.
6. До виконання роботи можна приступати тільки після ознайомлення з приладами та обладнанням, що необхідне для проведення роботи.
7. Після подачі живлення із щита лабораторії необхідно декілька хвилин прогріти апаратуру і тільки після цього приступати до виконання роботи.
8. Перед початком роботи необхідно перевірити положення всіх реостатів і потенціометрів відповідно до вказівок інструкції з даної лабораторної роботи.
9. Під час проведення роботи не торкатися руками до затискачів і провідників, які перебувають під напругою. Наявність напруги на затискачах приладів або елементах схем перевіряти тільки вимірювальними приладами, які забезпечені щупами з ізольованими наконечниками.
10. При виявленні несправних приладів, а також при виникненні будь-яких неузгодженостей у режимі роботи схеми або при зникненні напруги живлення мережі необхідно негайно відключити схему від мережі й повідомити викладача.
11. Не залишати ввімкнену схему без догляду.
12. Покидати лабораторію можна лише з дозволу викладача.
13. Зняття експериментальних даних для максимально допустимих параметрів приладів необхідно виконувати швидко і знімати навантаження негайно після запису результатів дослідів.
14.Тільки після затвердження всіх даних дослідів викладачем можна закінчити роботу, вимкнути стенд, що досліджується, і прилади від мережі і навести порядок на робочому місці.
15. Категорично забороняється самостійно виконувати будь-які перемикання на загальних лабораторних розподільних щитах, вмикати і вимикати перемикачі (автомати) головного щита.
16. Не слід торкатися щита затискачів відключених ланцюгів з конденсаторами, тому що на них може довгий час зберігатися висока напруга. Відключивши такий ланцюг, необхідно розрядити його спеціальним розрядним шнуром.
17. Після проведення робіт перевести всю регулювальну та комутуючу апаратуру у вихідне положення.
18. Перед виходом із лабораторії необхідно перевірити, чи не залишилися увімкненими допоміжні вимірювальні прилади (осцилограф, звуковий генератор та ін.).
ПЕРЕЛІК ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1
МОДЕЛЮВАННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ЧАСОВИХ ДІАГРАМ ОДНОФАЗНОГО ОДНОПІВПЕРІОДНОГО ВИПРЯМЛЯЧА (ПРОГРАМА СХЕМОТЕХНІЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ NI CIRCUIT DESIGN SUITE)
Мета роботи: закріплення знань щодо принципів дії однофазних однопівперіодичних схем випрямлення, розрахунок, моделювання та дослідження часових діаграм.
Короткі теоретичні відомості
Випрямлячем називається статичний перетворювач електричної енергії змінного струму в постійний струм. Перетворювач являє собою електричний агрегат, силова частина якого складається з наступних основних вузлів:
а) трансформатор;
б) блок напівпровідникових елементів;
в) вихідний фільтр.
Випрямлячі класифікують:
за потужністю;
за напругою;
за кількістю фаз без первинної обмотки трансформатора;
за схемою випрямлення;
за способом регулювання вихідного струму.
Випрямляч складається з трансформатора, до вторинної обмотки якого послідовно під’єднанні вентиль (діод VD1, тиристор VS) і резистор навантаження Rн.
На рис. 1.1 – 1.3 зображено різновид однофазних однопівперіодичних схем випрямлення.
Рисунок 1.1 – Однофазна однопівперіодична схема випрямлення
Рисунок 1.2 – Однофазна однопівперіодична схема випрямлення зі змінним навантаженням
Рисунок 1.3 – Однофазна однопівперіодична керована схема
Основним елементом схем випрямлення є діод (вентиль).
Діодом називається нелінійний елемент, що має досить малий опір протікання струму в прямому напрямку в порівняно зі зворотним. У цей час найбільше поширення одержали напівпровідникові діоди. Їхні властивості визначаються р-n-перехідним контактом двох ділянок напівпровідникового матеріалу з різними типами провідності: електронної й діркової.
Вольт–амперна характеристика (ВАХ) напівпровідникового діода U=f(V), наприклад Д229Б, зображена на рис. 1.4. Для зазначених напрямків позитивні струм і напруга називаються прямими, від’ємні зворотними.
Рисунок 1.4 – Вольт–амперна характеристика напівпровідникового діода
Основними параметрами діодів є максимальний струм Іпр.max і припустиме значення зворотної напруги Uзв.
Номінальний струм вказується, як середнє значення (постійна складова) прямого струму.
При проходженні через діод прямого струму, який дорівнює номінальному, спадання напруги на ньому для більшості діодів не перевищує одного вольта.
Прикладена до діода зворотня напруга приводить до виникнення зворотного струму величиною від декількох мікроамперів до міліамперів.
Надалі, розглядаючи принципи роботи схем випрямлення й фільтрів, будемо вважати діоди ідеальними тоді, коли пряме спадання напруги на них і зворотний струм дорівнюватимуть нулю.
Однопівперіодична схема випрямлення однофазного змінного струму містить один діод рис. 1.5.
Вхід схеми підключається до вторинної обмотки трансформатора, а до вихідних клем схеми підключається навантаження.
Рисунок 1.5 – Однопівперіодична схема випрямлення однофазного змінного струму
У будь-якій вентильній схемі випрямлений струм Id має пульсуючий характер і поряд з постійною складовою Id містить змінну складову Id. Змінна складова Id представляє суму вищих гармонік випрямленого струму. Аналогічно, випрямлена напруга Ud містить постійну Ed і змінну складові.
Для схеми приймемо наступні позначення:
– миттєві значення напруги і струмів первинних і вторинних обмоток трансформатора.
Миттєве значення фазної напруги вторинної обмотки трансформатора
де , – значення напруги первинної і вторинної обмоток трансформатора, що діють; , – дійсне значення струмів первинної і вторинної обмоток трансформатора відповідно.
На рис. 1.6 зображені часові діаграми однофазної однопівперіодичної схеми випрямлення:
Рисунок 1.6 – Часові діаграми однофазної однопівперіодичної схеми випрямлення
Порядок виконання роботи
. Розрахунок однофазної однопівперіодичної схеми випрямлення.
Дані для розрахунку наведені у (табл. 1.1).
Середньовипрямлена напруга перетворювача :
звідки:
Так як звичайна напруга мережі задана, коефіцієнт трансформації:
Постійна складова випрямленого струму:
Амплітуда струму через вентиль:
Амплітуда зворотної напруги:
Зворотня напруга на вентилі:
,
2. За здобутими значенням: з довідника [8] обираємо відповідний вентиль з його експлуатаційними параметрами, заданими заводом.
Таблиця 1.1 – Дані для розрахунку
№ варіанту
E2 В
Rd ,Ом
№ вар.
E2 В
Rd ,Ом
1
100
1
13
160
5
2
120
5
14
130
3
3
150
5
15
140
20
4
180
10
16
180
18
5
200
10
17
150
14
6
50
15
18
120
20
7
130
6
19
50
5
8
140
12
20
70
10
9
160
1
21
60
13
10
110
4
22
80
17
11
100
10
23
170
25
12
110
15
24
190
8
3. Побудова моделі однофазної однопівперіодичної схеми випрямлення (програма схемотехнічного моделювання NI Circuit DesignSuite).
На рис. 1.8 зображена модель однофазної однопівперіодичної схеми випрямлення, а також рис. 1.9 часові діаграми роботи однофазної однопівперіодичної схеми випрямлення.
Рисунок 1.8 – Модель однофазної однопівперіодичної схеми випрямлення
Рисунок 1.9 – Часові діаграми роботи однофазної однопівперіодичної схеми випрямлення
Зміст звіту
1. Мета і програма досліджень.
2. Розрахунок однофазної однопівперіодичної схеми випрямлення.
3. Розробка схеми у пакеті NI Circuit DesignSuite.
4. Дослідження часових діаграм схеми.
5. Висновки щодо роботи.
Контрольні питання
1. Що таке випрямляч і як вони класифікуються?
2. Із чого складається випрямляч? Наведіть принцип дії випрямляча?
3. Як залежить напруга пульсацій випрямляча від струму навантаження?
4. Що відбувається з вихідною напругою випрямляча при зростані струму навантаження: напруга росте, падає або залишається незмінною?
5. Принцип роботи діодів і тиристорів.
Література: [11 ст. 9-50]
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2
МОДЕЛЮВАННЯ І ДОСЛІДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТА ЧАСОВИХ ДІАГРАМ РОБОТИ РІЗНОМАНІТНИХ ВИДІВ ОДНОФАЗНИХ МОСТОВИХ ВИПРЯМЛЯЧІВ У СИСТЕМІ NI CIRCUIT DESIGN SUITE
Мета роботи: закріплення знань щодо принципів дії однофазних мостових випрямлячів; розрахунок, моделювання та дослідження часових діаграм.
Короткі теоретичні відомості
Однофазна мостова схема випрямлення рис.2.1 може працювати на будь-яке навантаження. Переваги схеми: частота пульсації вища, ніж в однофазній однопівперіодичний; невелика зворотня напруга; можливість роботи без трансформатора, безпосередньо від мережі; відсутність вимушеного намагнічування, криві струмів і напруги схеми зображені на рис. 2.2.
До недоліків схеми слід віднести: необхідність у чотирьох вентилях; підвищене падіння напруги у вентильному комплекті; неможливість встановлення однотипних напівпровідникових вентилів на одному радіаторі без ізолюючих прокладок.
Рисунок 2.1 – Однофазна мостова двонапівперіодна схема випрямлення
Рисунок 2.2 – Криві струмів і напруги двотактної схеми випрямлення
При роботі однофазної мостової схеми з кутом регулювання зображено рис. 2.3.
Відмінність полягає лише в тому, що амплітуда зворотної напруги на вентилі в мостовому випрямлячі буде в 2 рази менше, ніж в двопівперіодичному нульовому випрямлячі.
Рисунок 2.3 – Керований однофазний мостовий випрямляч
При активному навантаженні робота схеми характеризується наступними основними співвідношеннями:
– середнє значення випрямленої напруги:
– максимальне значення зворотної напруги на вентилях:
– максимальне значення струму вентиля:
– середнє значення струму вентиля:
значення струмів, що проходять через вентилі і обмотки працюючого трансформатора:
Однофазна мостова схема, що працює з кутом , має такі ж форми струмів і напруги на її елементах, як і в однофазному двопівперіодичному випрямлячі з середньою точкою.
Середнє значення вихідної напруги:
– при активному навантаженні:
де – середнє значення випрямленої напруги на виході схеми при куті ;
– при активно-індуктивному навантаженні, коли або має таке значення, що випрямлений струм безперервний:
Максимальні значення напруги на вентилях:
– при активному навантаженні:
– при активно-індуктивному навантаженні:
Максимальне значення струмів вентилів при активному навантаженні:
Порядок виконання роботи
Розрахунок схеми керованого однофазного випрямляча з активно-індуктивним навантаженням
Варіанти завдання наведені у табл. 2.1.
Схема однофазного мостового випрямляча з активно-індуктивним навантаженням наведена на рис. 2.4.
Рисунок 2.4 – Схема керованого однофазного мостового випрямляча
Розрахунок схеми керованого однофазного мостового випрямляча проводиться за наступними співвідношеннями.
Середнє значення випрямленої напруги визначимо як:
де – максимальна Е.Р.С. вторинної обмотки трансформатора;
– кут керування тиристора.
Середнє значення випрямленого струму:
де – активний опір навантаження.
Амплітуда прямої напруги на вентилі:
амплітуда зворотної напруги на вентилі:
Середнє значення струму у вентилі може бути розраховане в такий спосіб:
Діюче значення струму у вторинній обмотці трансформатора:
Діюче значення струму в первинній обмотці трансформатора:
де – коефіцієнт трансформації трансформатора.
;
;
Коефіцієнт потужності першої гармоніки первинного струму розраховується за наступним співвідношенням:
Діюче значення струму першої гармоніки в первинній обмотці трансформатора:
Коефіцієнт спотворення струму:
.
Коефіцієнт потужності випрямляча:
.
Таблиця 2.1 – Дані для розрахунку
№ варіанту
Rd, Ом
, град
Е2m, В
1
10
45
100
2
12
30
120
3
15
60
150
4
17
30
180
5
20
45
200
6
8
60
80
7
10
30
100
8
15
45
120
9
17
60
150
10
20
30
180
11
8
30
200
12
17
60
80
13
20
30
200
14
8
30
80
Побудова моделі однофазного керованого випрямляча з активним навантаженням (програма схемотехнічного моделювання NI Circuit Design Suite)
На (рис. 2.5) зображена модель однофазного керованого випрямляча з активним навантаження, а також (рис. 2.6) часові діаграми роботи з модельованою схемою.
Рисунок 2.5 – Модель керованого однофазного мостового випрямляча
Рисунок 2.6 – Часові діаграми керованого однофазного мостового випрямляча
Зміст звіту
1. Мета і програма досліджень.
2. Розрахунок керованої однофазної мостової схеми випрямлення.
3. Розробка схеми у пакеті (NI Circuit DesignSuite).
4. Дослідження часових діаграм схеми.
5. Висновки щодо роботи.
Контрольні питання
1. У чому полягають переваги однофазної мостової схеми випрямлення у порівнянні з однофазною однопівперіодичною схемою.
2. Який принцип роботи однофазної мостової схеми випрямлення?
3. Наведіть основні параметри для вибору вентилів.
4. Що таке зона переривчастих струмів і від яких параметрів схеми вона залежить?
5. Що потрібно зробити в схемі, щоб зменшити зону переривчастих струмів?
Література:[ 2 ст. 33-78].
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3
ДОСЛІДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТА ЧАСОВИХ ДІАГРАМ РОБОТИ СИЛОВОЇ ЧАСТИНИ ТИРИСТОРНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА (БУ 3609) З ОДНОФАЗНОЮ МОСТОВОЮ СХЕМОЮ З’ЄДНАННЯ ВЕНТИЛІВ НА АКТИВНО-ІНДУКТИВНЕ НАВАНТАЖЕННЯ
Мета роботи: надбання навичок роботи з тиристорним перетворювачем (БУ 3609) при різних видах навантаження.
Короткі теоретичні відомості
Основна задача теорії випрямних пристроїв зводиться до визначення розрахункових співвідношень, що дозволяють за заданим режимом роботи споживача визначити електричні параметри елементів стабілізатора, регулятора, фільтра, а також вентилів, трансформатора випрямляча і потім зробити вибір цих елементів за каталогом, якщо необхідно, то розрахувати їх.
В залежності від числа фаз напруги живлення існують схеми одно-фазного і трьохфазного живлення. Незалежно від потужності випрямлячів усі схеми поділяють на однотактні та двотактні.
Однотактні схеми – схеми, в яких у вторинній обмотці трансформатора струм протікає тільки один раз за повний період. Відношення частоти пульсацій випрямленої напруги до частоти мережі в однотактних схемах дорівнює числу фаз вторинної обмотки трансформатора. У таких схемах виводиться нульова точка трансформатора. Однотактні схеми – це схеми з нульовим виводом (рис. 3.1 (б, д)).
Рисунок 3.1 – Основні схеми випрямлячів:
а) однофазний однопівперіодичний; б) однофазний з нульовим виводом; в) однофазний мостовий; д) трифазний з нульовим виводом; г) трифазний мостовий.
До двофазних відносять схеми, в яких у кожній фазі вторинної обмотки трансформатора струм протікає двічі за один період, причому у протилежних напрямках. Кратність пульсацій випрямленої напруги в таких схемах у два рази більше, ніж число фаз вторинної обмотки трансформатора (рис.3.1(в, г)).
У складних схемах кілька простих схем випрямлячів з'єднуються послідовно чи паралельно.
Основні характеристики і параметри випрямлячів:
– середнє значення випрямлених Ud, Id;
– коефіцієнт корисної дії (;
– коефіцієнт потужності (;
– зовнішня характеристика, що відображає залежність напруги на виході від струму навантаження, ((=(((((;
– регулювальна характеристика, що відображає залежність випрямленої напруги від кута керування (((=(((((
– Кп, що дорівнює відношенню амплітуди даної гармонічної складової випрямленої напруги (струму) до середнього значення випрямленої напруги (струму):
.
Випрямлячі, що сполучають випрямлену змінну напругу струм із керованою випрямленою напругою струмом, називають керованими випрямлячами.
Режими роботи схеми з керованим однофазним мостовим випрямлячем, форма кривих напруг і струмів, залежать від виду навантаження.
, тобто , – активне навантаження;
, тобто , – індуктивне навантаження;
, тобто , – активно-індуктивне навантаження;
Здвиг фаз між анодною напругою і напругою, що подається на керуючий електрод тиристора, називають кутом керування:
– для активного навантаження
– для активно – індуктивного навантаження
– для активного навантаження;
– для активно-індуктивного навантаження.
Дослідження однофазної мостової схеми проводимо на базі електропривода БУ 3609.
До схеми лабораторного стенда, що наведена на рис. 3.2, у неї входять:
– силовий трансформатор;
– електропривод ЕТУ 3601;
– силова комутаційна апаратура, призначена для комутації режимів роботи;
– двигун постійного струму;
– вимірювальні прилади;
– тиристорний перетворювач БУ 3609, призначений для живлення обмоток збудження двигунів;
– навантажувальна машина (двигун постійного струму).
Порядок виконання роботи
1. Порядок вмикання стенда
1.1. Подати живлення на стенд вмиканням вимикачів QF1, QF6, розташованих на бічній панелі стенду.
1.2. Подати живлення на комутаційний блок умиканням вимикача QF7, що розташований на лицьовій панелі стенда.
1.3. Встановити регулятором блока завдання R2 (Uз) V6 у нульове положення.
1.4. Подати живлення.
2. Дослідження регулювальних характеристик для активно-індуктивного навантаження.
2.1. Потенціометром блока завдання R2, змінюючи напругу (Uз) від 0 до Uзmax ( вольтметр V6) для 7-8 равноінтервальних точок, маємо показники Ud (вольтметр V2 і Id амперметр А2). Дані вимірів заносимо до табл. 3.1.
Таблиця 3.1 – Експериментальні дані
Uз,В (V6)
Ud,В (V2)
Id,A (A2)
, гр.
Регулятором блока завдання R2 установити Uз у нульове положення (V6):
2.3. За знятими показниками розрахувати за формулою:
2.4. За даними табл. 3.1 побудувати залежність Ud=f(Uз); Ud=f( ); Ud=f(Id).
Потенціометром блока завдання тиристорного перетворювача R2, змінюючи Uз від 0 до Uз max – (режим реверса), провести дослідження, зазначені у попередніх пунктах.
Рисунок 3.2 – Схема лабораторного стенда
Зміст звіту
1. Мета і програма досліджень.
2. Навести схему і короткий опис лабораторної установки.
3. Навести таблиці з даними досліджень і розрахункові параметри.
4. Побудувати графіки залежностей Ud=f(Uз); Ud=f(); Ud=f(Id).
5. Висновки з роботи.
Контрольні питання
1. Поясніть принципи роботи однофазної мостової схеми.
2. Поясніть тимчасові діаграми струмів і напруг однофазної мостової схеми при активному навантаженні.
3. Поясніть тимчасові діаграми струмів і напруг однофазної мостової схеми при активно–індуктивному навантаженні.
4. Поясніть тимчасові діаграми струмів і напруг при навантаженні з противно – Е.Р.С.
5. Навести силові схеми, які застосовуються в однофазних перетворювачах.
6. Які переваги і недоліки однофазної мостової схеми порівняно з однофазною нульовою схемою?
Література:[3 ст. 36-57].
ЛАБОРАТОНА РОБОТА № 4
МОДЕЛЮВАННЯ, ДОСЛІДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТА ЧАСОВИХ ДІАГРАМ РОБОТИ РІЗНОМАНІТНИХ ВИДІВ ТРИФАЗНИХ ВИПРЯМЛЯЧІВ В СИСТЕМИ NI CIRCUIT DESIGN SUITE
Мета роботи: закріплення знань щодо принципів дії трифазних випрямлячів; розрахунок, моделювання та дослідження часових діаграм.
Короткі теоретичні відомості
Схеми трифазних випрямлячів застосовуються в основному для живлення споживачів середньої та великої потужності. Первинна обмотка трансформаторів таких випрямлячів складається з трьох фаз і з'єднується або в зірку, або в трикутник.
Вторинні обмотки трансформатора (їх може бути декілька) також трифазні. За допомогою спеціальних схем з'єднання вторинних обмоток і всього випрямляча можна одержати випрямлену напругу з числом пульсацій за період mn, кратним трьом.
Зі збільшенням числа пульсацій значно скорочуються габаритні розміри згладжувальних електричних фільтрів, або взагалі відпадає необхідність у них.
Трифазні випрямлячі рівномірно навантажують мережу трифазного струму і вирізняються високим коефіцієнтом використання трансформатора.
Схеми трифазних випрямлячів використовуються для живлення статичних навантажень активного й активно – індуктивного характеру, статичних навантажень із противо-е.р.с., а також динамічних навантажень у вигляді електродвигунів постійного струму.
Найпростішим трифазним випрямлячем є схема із середньою точкою, запропонована Міткевичем (рис. 4.1).
В ідеалізованій схемі (( ( 0 (Ом), (( ( ( (Гн) комутація здійснюється миттєво, тобто в будь-який момент часу струм пропускає тільки один тиристор, анод якого має найбільш високий потенціал.
Тривалість роботи кожного тиристора (((= (((( при ( = 0. Випрямлена напруга і струм мають однакову форму і містять триразові пульсації за період.
Електричні параметри визначають у загальному виді для багатофазного випрямляча з числом пульсацій випрямленої напруги за період ((((( (навантаження активне, тобто ((=0 (Гн)).
а) б)
Рисунок 4.1 – Трифазний випрямляч із середньою точкою при активному навантаженні: а – часові діаграми струмів і напруг; б – схема
Трьохфазна вентильна схема (схема Ларіонова)
Вентилі 1, 3, 5 утворюють катодну, а вентилі 2, 4, 6 – анодну групи (рис. 4.2). З катодної групи струм пропускає той вентиль, до анода якого підводиться більша позитивна напруга.
* Слід зазначити, що нумерація вентилів в даній схемі має не випадковий характер, а відповідає порядку їх вступу до роботи за умови дотримання фазування трансформатора (рис. 4.2).
Рисунок 4.2 – Трьохфазна двотактна вентильна схема*
У будь-якому проміжку часу мають бути включені два вентилі – один з катодної, а інший з анодної групи. Почергова робота різних пар вентилів в схемі приводить до появи на опорі випрямленої напруги, що складається з частин лінійної напруги вторинних обмоток трансформатора (вісь 2 на рис. 4.3). З (рис. 4.3 (осі 1 і 2)) видно, що моменти комутації збігаються з моментами проходження через нуль лінійної напруги (коли рівні дві фазні напруги).
У проміжку (0–01) найбільше позитивне значення має напругу , що подається до анода вентиля 1, а найбільше негативне значення – напруга , що підводиться до катода вентиля 6. Отже, в цьому проміжку одночасно включені вентилі 1 і 6. Через вентиль 1 позитивна напруга підводиться до нижнього затиску опору , а через вентиль 6 негативна напруга підводиться до верхнього затиску опору . Тому випрямлена напруга
.
Рисунок 4.3 – Криві струмів і напруги при
У крапці 01 напруга , тому з анодної групи включається вентиль 2. Оскільки правіше крапки 01 напруга має найбільше негативне значення, вентиль 6 вимикається. У проміжку (01–02) одночасно ввімкнені вентилі 1 і 2 і випрямлена напруга .
Очевидно, що амплітуда випрямленої напруги:
.
До кожного закритого вентиля прикладена лінійна напруга, тому амплітуда зворотної напруги:
.
Число пульсацій випрямленої напруги .
Постійна складова випрямленої напруги (середнє значення) обчислюється для інтервалу повторюваності випрямленої напруги, рівної :
де – значення фазної напруги вторинних обмоток діючого трансформатора.
Значення струму вторинної діючої обмотки,:
Значення струму первинної діючої обмотки:
Максимальне значення струму вентиля:
Середнє значення струму вентиля:
Значення струму діючої вентиля:
Хай кут управління . У трифазній мостовій схемі на керованих вентилях, відмикаючи імпульси, поступають із затримкою на кут відносно нулів лінійної напруги або моментів пересічення синусоїд фазної напруги.
В результаті затримки моментів комутації тиристорів на кут середнє значення випрямленої напруги, утвореної з відповідних частин лінійної напруги, знижується. До тих пір, поки крива миттєвих значень випрямленої напруги залишається вищою за нуль, що відповідає діапазону зміни кута управління , випрямлений струм буде безперервним незалежно від характеру навантаження. Тому при кутах середнє значення випрямленої напруги для активного і активно-індуктивного навантаження буде рівне.
При кутах і активному навантаженні в напрузі і струмі з'являються інтервали з нульовим значенням, тобто настає режим роботи з переривистим випрямленим струмом.
Середнє значення випрямленої напруги для цього випадку може бути виражене таким чином:
де
Зауваження. У режимі з переривистим струмом для забезпечення роботи даної схеми, а також для її первинного запуску, на вентилі схеми слід подавати здвоєні відмикаючи імпульси з інтервалом або разові, але з тривалістю, більшою, ніж . Це пояснюється тим, що для утворення замкнутого ланцюга протікання струму id необхідно забезпечити одночасне ввімкнення вентиля анодної групи і вентиля катодної групи.
При зміні кута от 0 до регулювальна характеристика для активного і активно-індуктивного навантаження описується формулою:
.
При активно-індуктивному навантаженні і кутах, якщо або відношення таке, що забезпечується режим безперервного струму середнє значення випрямленої напруги також визначається за формулою: .
У трифазній мостовій схемі до навантаження підключена напруга:
,
де , а кут природного ввімкнення вентилів при становить .
Струм через навантаження визначається диференціальним рівнянням:
Загальний інтеграл вирішення рівняння:
де ;
кут навантаження; - постійна часу ланцюга навантаження; – постійна інтеграції, визначувана у кожному конкретному випадку з початкових умов.
Для визначення струму в будь-якому інтервалі часу зручно скористатися різницевими рівняннями.
У загальному випадку до навантаження може бути підключена напруга з проти- Е.Р.С.
,
де – проти-Е.Р.С. наприклад, акумуляторна батарея або якір двигуна постійного струму.
Порядок виконання роботи
Розрахунок схеми трифазного випрямляча із середньою точкою з активно-індуктивним навантаженням (схема Міткевича)
Діюче значення Е.Р.С. вторинної обмотки:
де – максимальна Е.Р.С. вторинної обмотки трансформатора.
Середнє значення випрямленої напруги визначимо як:
Середнє значення випрямленого струму:
де – кількість пульсацій випрямленої напруги за період;
– амплітудне значення струму вентиля:
де – опір навантаження.
Амплітуда зворотної напруги на вентилі:
Середнє значення струму у вентилі:
Коефіцієнт пульсації для q-ї гармоніки дорівнює:
де – номер гармоніки.
Амплітуда -ої гармоніки пульсацій при врахуванні, що період змінної складової напруги дорівнює:
Частота пульсацій для q-ї гармоніки дорівнює:
,
де – частота мережі.
Середнє значення потужності навантаження:
Розрахункова потужність вторинної обмотки трансформатора:
.
Розрахункова потужність первинної обмотки трансформатора:
.
Потужність трансформатора дорівнює:
Таблиця 4.1 – Дані для розрахунку
№ пор.
Rd, Ом
Е2m, В
1
10
150
2
12
120
3
15
150
4
17
180
5
20
200
6
8
80
7
16
150
8
15
110
Побудувати модель трифазного випрямляча із середньою точкою з активним навантаженням (програма схемотехнічного моделювання NI Circuit DesignSuite)
На рис. 4.2 зображена модель трифазного випрямляча із середньою точкою з активним навантаженням й часові діаграми (рис. 4.3).
Рисунок 4.2 – Модель трифазного випрямляча із середньою точкою при активному навантаженні
Рисунок 4.3 – Часові діаграми трифазного випрямляча із середньою точкою при активному навантаженні
Розрахунок схеми трифазного керованого мостового випрямляча (схема Ларіонова).
Діюче значення Е.Р.С. вторинної обмотки:
Середнє значення випрямленої напруги визначимо як:
Амплітуда зворотної напруги на вентилі:
Середнє значення струму у вентилі:
де – середнє значення випрямленого струму,
Ефективне значення струму у вентилі:
Діюче значення струму у вторинній обмотці трансформатора:
Діюче значення струму в первинній обмотці трансформатора:
де – коефіцієнт трансформації трансформатора.
Середнє значення потужності навантаження:
Розрахункова потужність трансформатора:
Відповідно до вищенаведених формул обчислимо трифазний мостовий випрямляч. Дані для розрахунку наведені у табл. 4.2.
Таблиця 4.2 – Дані для розрахунку
№ п/п
Rd,Ом
, град
Е2m, В
1
10
45
100
2
12
30
120
3
15
60
150
4
17
30
180
5
20
45
200
6
8
60
80
Побудова моделі трифазного випрямляча з активним навантаженням (програма схемотехнічного моделювання NI Circuit DesignSuite)
На рис. 4.6 зображена модель трифазного випрямляча з активним навантаженням й часові діаграми (рис. 4.7).
Рисунок 4.6 – Модель трифазного випрямляча при активному навантаженні
Рисунок 4.7 – Часові діаграми трифазного випрямляча при активному навантаженні
Зміст звіту
1. Мета і
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора