Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Некерований мостовий випрямляч трифазного струму
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут енергетики та систем керування
Факультет:
РТ
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2012
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Промислова електроніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
Національний університет “Львівська політехніка”
Інститут енергетики та систем керування
Некерований мостовий випрямляч трифазного струму
Методичні вказівки
до лабораторної роботи та самостійного вивчення теми з дисципліни ”Промислова електроніка та перетворювальна техніка ” для студентів всіх форм навчання базового напряму 6.050701 “Електротехніка та електротехнології”
Затверджено на засіданні кафедри “Електропостачання промислових підприємств, міст та сільського господарства”.
Протокол № від ” ” 2012 р.
Львів – 2012
Некерований мостовий випрямляч трифазного струму. Методичні вказівки
до лабораторної роботи та самостійного вивчення теми з дисципліни ”Промислова електроніка та перетворювальна техніка” для студентів всіх форм навчання базового напряму 6.050701 “Електротехніка та електротехнології” / Укл. М.Й. Олійник, В.Г. Федишин. – Львів: Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2012-15с.
Укладачі: Олійник М.Й., канд. техн. наук, доц.
Федишин В.Г., канд. техн. наук, доц.
Відповідальний за випуск Маліновський А.А., доктор техн. наук, проф.
Рецензенти : Гоголюк П.Ф., канд. техн. наук, доц.
Турковський В.Г., канд. техн. наук, доц.
Метою лабораторної роботи є поглиблення знань щодо принципу роботи трифазної мостової схеми випрямлення на базі діодів та експериментальне дослідження на лабораторному стенді енергетичних показників й характеристик випрямляча.
1. Некерований мостовий випрямляч трифазного струму
1.1. Будова і принцип роботи випрямляча
Трифазний мостовий випрямляч складається з вентильної групи та трифазного трансформатора (рис. 1).
Рис. 1. Схема мостового випрямляча трифазного струму
Три діоди сполучені між собою катодами (катодна група), анодами вони приєднані до відповідних виводів вторинної обмотки трансформатора. Інші три діоди сполучені між собою анодами (анодна група), а катодами вони також приєднані до тих же виводів обмотки трансформатора. У нормальному режимі роботи в катодній групі діодів у відкритому стані буде той, на аноді якого буде найвища додатна напруга, а з анодної групи – діод, у якого на катоді буде найбільша від’ємна напруга порівняно з іншими вентилями. Через відкриті вентилі названими напругами будуть формуватися відповідно потенціали (+ – додатного полюса та (- – від’ємного полюса випрямляча. 1.2. Побудова кривої випрямленої напруги
Найбільші додатні поточні значення фазних напруг знаходяться між точками їх перетину 1-3, 3-5, 5-7 і т. д., а найбільші від’ємні поточні значення відповідно між точками 2-4, 4-6 і т.д. (рис. 2).
Рис. 2. Часові діаграми струмів та напруг трифазної мостової схеми випрямлення
Точки перетину визначають моменти природного вступу діодів в роботу. Відповідно до нумерації діодів на схемі випрямляча (рис. 1) на кривих фазних напруг рис. 2 проставлена їх черговість вступу в роботу [2]. З рис. 2 видно, що у провідному стані завжди знаходяться як мінімум два діоди: один з катодної групи, а інший – з анодної, але різних фаз, що обумовлюється фазовим зсувом у 120( напруг трифазної системи живлення.
Миттєве значення випрямленої напруги ud визначається за формулою [1]
ud = ( + - (-, (1)
і, зважаючи на спосіб формування потенціалів (+ і (- , представляє собою різницю двох фазних напруг, тобто лінійну напругу. Звідси можна зробити висновок, що трифазна мостова схема випрямляє лінійну напругу. Більше того, ще й ту лінійну напругу, яка найбільша в даний (поточний) момент часу, оскільки через відповідні діоди, черговість провідності яких показана на рис. 2, подається на додатній та від’ємний полюси завжди найбільші поточні значення фазних напруг. Виходячи з цього для побудови форми випрямленої напруги достатньо нарисувати відповідні лінійні напруги та взяти їх ділянки, де вони найбільші. Для побудови використаємо той факт, що в точках перетину відповідних фазних напруг їх різниця рівна нулю, а посередині між цими точками лінійна напруга досягає амплітуди. Наприклад, на ділянці 2-3 випрямлена напруга ud = uа – uс = uас . Для побудови додатного півперіоду лінійної напруги uас спроектуємо на вісь часу ( точки перетину 1 та 4 фазних напруг uа та uс , в яких напруга uас=0. Посередині ділянки 1(- 4( відкладаємо амплітуду лінійної напруги Uас макс =U2 і рисуємо її додатній півперіод, пам’ятаючи, що крива лінійної напруги змінюється за синусоїдним законом. Легко зауважити, що додатні півперіоди лінійних напруг, які виникають на полюсах випрямляча, зміщені між собою на 60(. З рис. 2 видно, що найбільші поточні значення лінійних напруг знаходяться між точками їх перетину 1-2; 2-3; 3-4…Вони і формують випрямлену напругу (на рис. 2 зліва вони виділені потовщеною лінією ).
Середнє значення випрямленої напруги трифазного некерованого випрямляча визначається за формулою
Udо =(3U2)/(, (2)
де U2 - дієве значення фазної напруги вторинної обмотки трансформатора.
Середнє значення випрямленої напруги досить високе і для даної схеми Udо (2,34U2. Крім того коефіцієнт пульсацій випрямленої напруги найнижчий і становить [1]
q1= = 2/(62 -1)=0,057,
тобто 5,7% по відношенню до середнього значення випрямленої напруги.
Розглянутий випадок побудови кривих випрямленої напруги для умови ідеального трансформатора живлення ха=0 не враховує процесів комутації діодів. Реальний трансформатор та мережа живлення мають певну індуктивність. Наявність індуктивності протидіє миттєвій зміні струму діода, який вступає в роботу, від 0 до усталеного значення (d та від (d до 0 для діода, який виходить з роботи. Впродовж тривалості цих змін струмів в одній із груп діодів (анодній чи катодній) одночасно в провідному стані буде два діоди. З моменту вступу в роботу чергового за порядком діода починається процес комутації. Комутація струму триває від моменту вступу в роботу чергового діода протягом інтервалу ( і закінчується коли струм діода, який вступає в роботу, досягне значення (d , а струм діода, який виходить з роботи, досягне нульового значення.
Наявність в провідному стані двох діодів однієї групи на етапі комутації, наприклад, першого і третього призведе до того, що потенціал додатного полюса випрямляча буде визначатися півсумою напруг фаз, вентилі яких комутують (1(
(+=(uа+uв)/2. (3)
Зміна потенціалу (+ показана на рис. 2 справа. Після завершення процесу комутації потенціал додатного полюса буде формувати напруга
фази В аж до початку комутації третього і п’ятого вентилів.
Випрямлена напруга на ділянці комутації менша від напруги в режимі без комутації на величину комутаційного спаду напруги (udγ, миттєві значення якого заштриховані у правій частині рис. 2. Якщо від напруги ud в режимі без комутації „вирізати” комутаційні спади (udγ , тобто відняти їх від огинаючої синусоїди, яка формує криву ud в режимі без комутації, то отримаємо закон її зміни на ділянках комутації ud(. Для такої побудови від кривої відповідної лінійної напруги на часовій діаграмі напруги ud відкладаємо вниз величину бокової сторони заштрихованої ділянки комутаційного спаду (udγ, взяту як різницю між відповідною фазною напругою та напругою комутації uк на межі заштрихованої ділянки. Отримані точки слід з’єднати між собою. Точний закон зміни напруги ud( на ділянці комутації вентилів VS1 і VS3 також можна описати аналітично
ud( =(uа+uв)/2 - uс. (4)
На міжкомутаційних ділянках закон зміни ud буде визначатися відповідною лінійною напругою.
Середнє значення випрямленої напруги з врахуванням комутаційних процесів визначається за формулою (1(
Ud = Udo – (3(dХа )/(, (5)
де Ха - сумарний індуктивний опір трансформатора і джерела живлення.
1.3. Побудова форми зворотної напруги вентиля мостового випрямляча
Напруга вентиля uв= uА-uК – це різниця напруг між анодом і катодом вентиля у процесі роботи випрямляча. Вона має різні значення у стані провідності і у закритому стані вентиля. У стані провідності ця напруга майже незмінна і не перевершує значення 0,5 – 2 В, що дорівнює спаду напруги на вентилі під час проходження прямого струму. У закритому стані від’ємна напруга вентиля називається зворотною, а додатна – прямою, яка триває до моменту відкриття вентиля (переходу до стану провідності).
У паспортних даних вентилів (діодів, тиристорів, тощо) задається значення номінальної зворотної напруги Uв ном. Тому необхідно навчитися аналізувати форму та визначати значення зворотної напруги на вентилі у схемі перетворювача.
Побудуємо зворотну напругу першого діода VD1 спершу без врахування комутаційних процесів. До анода першого діода прикладена напруга фази А, а до катода напруга фази В, коли у провідному стані буде діод VD3, або напруга фази С, коли у провідному стані буде діод VD5. Отже, зворотна напруга діода VD1 буде формуватися з фрагментів лінійних напруг uав між точками 3-5 та uас між точками 5-7 (див. рис. 2 зліва).
З врахуванням процесів комутації ((0( зворотна напруга четвертого діода за формою буде дещо складнішою, але, як і у попередньому випадку, вона буде формуватися фрагментами лінійних напруг uав та uас. Відмінність буде лише на комутаційних ділянках.
До першого діода VD1 напруга uав буде прикладена після закінчення комутації першого та третього діодів. Коли відбувається комутація другого та четвертого діодів до анода першого діода замість напруги uа буде прикладена комутаційна напруга uк = (uа + uс )/2. Це призведе до зменшення зворотної напруги на цьому інтервалі комутації на величину комутаційного спаду напруги (ud( . Отже, від кривої напруги uав віднімаємо цей комутаційний спад, тобто „вирізаємо” його з кривої uав. Отримані точки з’єднуємо між собою. На інтервалі комутації третьтого та п’ятого діодів до катода першого діода замість напруги uв буде прикладена напруга комутації uк = (uв + uс )/2, що призведе до збільшення зворотної напруги (див. рис. 2 справа). Але! Якщо б не було процесу комутації, то відразу була б прикладена напруга uас. З врахуванням процесу комутації напруга uас буде меншою на комутаційний спад (ud( . Знову ж таки від кривої напруги uас слід відняти комутаційний спад напруги (ud( , тобто „вирізати” його з кривої uас. І, нарешті, коли відбувається комутація четвертого та шостого діодів, до анода першого діода замість напруги uа буде прикладена напруга комутації uк =(uа+uв)/2, що призведе до збільшення напруги uас (див. рис. 2 справа). Цей самий результат ми отримаємо, якщо від напруги uвс відняти знову ж таки комутаційний спад напруги (ud( , тобто „вирізати” його з напруги uвс і з’єднати отримані точки так, як це показано на рис. 2. Надалі аж до моменту вступу в роботу четвертого діода до нього буде прикладена напруга uас. Звертаємо увагу, що лінійна напруга uвс не має відношення до зворотної напруги четвертого діода. Вона використана як допоміжна з метою єдності запропонованої методики побудови зворотної напруги діода: від трьох лінійних напруг uав, uас (вони ж формують зворотну напругу) та допоміжної uвс кожен раз на комутаційній ділянці слід віднімати комутаційний спад напруги, а отримані точки з’єднати так, як це показано на рис. 2.
1.4. Побудова струмів первинних та вторинних обмоток трансформатора
Струм в одній з вторинних обмоток трансформатора, наприклад, фази А може формуватись тільки струмами четвертого та першого діодів, які під’єднані до цієї фази (див. схему рис. 1). Контур проходження струму четвертого та першого діодів замикається через обмотку фази А. Приймаючи один з цих напрямків (наприклад, зліва направо) за позитивний, формуємо відповідно додатну та від’ємну півхвилю струму фази А (рис. 2 ). Нагадаємо, що дієве значення струму вторинної обмотки трансформатора визначається за формулою [3]
(2 = Іd . (6)
Побудова кривої струму фази А для умов, коли ((0( нічим не відрізняється: додатні та від’ємні півхвилі повторюють форми струмів відповідних діодів (рис. 2). Струми у первинних обмотках трансформатора будуть повторювати струми вторинних, оскільки вторинні стуми змінні та симетричні.
1.5. Умови вибору елементів схеми
Нагадаємо дві основні умови вибору вентилів
Uв ном ( Uв, Іа ном ( Іа,
де Uв , Іа – зворотна напруга та середнє значення струму вентиля в конкретній схемі увімкнення діода; Uв ном , Іа ном – відповіно зворотна номінальна напруга та номінальний струм діода (паспортні дані діода).
Для трифазної мостової схеми випрямлення (див рис. 2) зворотна напруга дорівнює амплітуді міжфазної напруги, тобто
Uв =U2 . (7)
Згідно з принципом роботи кожен з діодів у відкритому стані знаходиться 120( (T =2π/3), а протягом наступних 240( він закритий. Отже три діоди схеми по черзі формують випрямлений струм і, відповідно, несуть струмове навантаження
Іа=Іd /3. (8)
Вказані значення зворотної напруги (7) та струму діода (8) є розрахунковими для трифазної мостової схеми випрямлення.
Потужність трансформатора визначається з виразу [1]
Sтр = (π/3)·Pd ( 1,047·Pd . (9)
Отже, у трифазній мостовій схемі випрямлення для забезпечення потужності навантаження Pd необхідно потужність Sтр трансформатора всього на 5% більшу від Pd . Це найвище використання трансформатора серед схем випрямлення.
2. Програма лабораторних досліджень
Скласти схему лабораторних досліджень трифазного мостового випрямляча та навести її у звіті до лабораторної роботи.
Виміряти дієве значення напруги вторинної обмотки трансформатора U2 та розрахувати середнє значення напруги на полюсах випрямляча в режимі неробочого ходу Udo .
Виміряти середнє значення напруги на полюсах випрямляча в режимі неробочого ходу Udo та порівняти його з визначеним у п. 2.
Зняти та побудувати зовнішню характеристику випрямляча Ud = f(Id) для активно-індуктивного навантаження (xd →∞).
Для заданого викладачем значення випрямленого струму Id визначити: а) комутаційні втрати середнього значення випрямленої напруги (Udγ та відобразити їх на графіку зовнішньої характеристики випрямляча;
б) виміряти дієве значення струму вторинної обмотки трансформатора І2 ;
в) розрахувати дієве значення струму І2 та порівняти його з виміряним в п. 5б;
г) визначити значення індуктивного опору трансформатора ха та середнє значення струму діода Іа .
За допомогою осцилографа дослідити та навести їх у звіті наступні часові діаграми струмів та напруг випрямляча: ud = f(); uв = f(); ia = f(); id = f() та i2 = f().
Розрахувати максимальне значення зворотної напруги діода, яке задає досліджувана схема випрямляча.
Перевірити чи виконується залежність (9) щодо співвідношення потужностей трансформатора та навантаження.
3. Методичні настанови
1. До пункту 1. Під час складання схеми лабораторних досліджень випрямляча слід звернути увагу на особливість схеми трифазного трансформатора та відобразити її у звіті.
2. До пункту 2. Для визначення середнього значення випрямленої напруги на полюсах випрямляча в режимі неробочого ходу слід використовувати формулу (2).
3. До пункту 5а. Для визначення комутаційних втрат середнього значення випрямленої напруги (Udγ вираз (5) слід записати у
наступній формі Ud = Udo –(Udγ , тобто (Udγ = Udo - Ud .
4. До пункту 5в. Дієве значення струму І2 визначається з виразу (6).
5. До пункту 5г. Друга складова виразу (5) визначає комутаційні втрати середнього значення випрямленої напруги (Udγ , тобто
(Udγ =(3(dХа )/(.
Отриманий вираз дозволяє визначити індуктивний опір трансформатора ха , оскільки індуктивний опір системи живлення хс , як правило, малий і ним можна знехтувати ( Ха=хс+ха ).
6. До пункту 7. Для визначення максимального значення зворотної напруги діода слід використовувати формулу (7).
7. До пункту 8. Потужність трансформатора визначається потужністю первинних або вторинних обмоток Sтр=3U1I1= 3U2I2 . Тому для перевірки залежності (9) слід зробити виміри всіх необхідних величин, наприклад, U2 , I2, Ud , Іd .
Контрольні запитання
Яким чином напівпровідниковий діод проводить струм ?
а) діод проводить струм у прямому напряму, а у зворотному не проводить;
б) діод проводить струм у прямому напряму за рахунок основних носіїв зарядів, а у зворотному проводить струм за рахунок неосновних носіїв зарядів;
в) діод проводить струм у прямому напряму за рахунок основних носіїв зарядів, а у зворотному проводить за рахунок струмів витоку;
г) діод проводить струм у прямому напряму за рахунок основних та неосновних носіїв зарядів, а у зворотному не проводить;
д) правильної відповіді нема.
Яке максимальне значення зворотної напруги вентиля UВ у трифазному мостовому випрямлячі:
а) ; б) ; в) ; г) ;
д) ?
Середнє значення випрямленої напруги трифазного мостового випрямляча у режимі неробочого ходу визначається виразом:
а) ; б) ; в) ; г) ;
д) ?
Середнє значення струму діода Іа для трифазного мостового випрямляча визначається за виразом:
a) Іа=Іd /3; б) Іа=Іd /2; в) Іа=Іd /π ; г) Іа=Іd /; д) Іа=Іd /.
5. В умові вибору напівпровідникового діода Uв ≤ Uв ном :
а) Uв – дієве значення зворотної напруги діода в заданій схемі його увімкнення;
б) Uв – середнє значення зворотної напруги діода в заданій схемі його увімкнення;
в)Uв – масимальне значення зворотної напруги діода в заданій схемі його увімкнення;
г) Uв – дієве значення напруги живлення схеми його увімкнення;
д) Uв – середнє значення напруги живлення схеми його увімкнення.
6. В умові вибору діода Іа ≤ Іа ном :
а) Іа – дієве значення струму діода в схемі його увімкнення;
б) Іа – середнє значення струму діода в схемі його увімкнення;
в) Іа – масимальне значення струму діода в схемі його увімкнення;
г) Іа – дієве значення струму живлення його схеми увімкнення;
д) Іа – середнє значення струму живлення його схеми увімкнення.
7. У рівнянні зовнішньої характеристики Ud = Udo – (3(dХа )/(, друга складова визначає:
а) втрати середнього значення випрямленої напруги у фільтрах схеми;
б) втрати середнього значення випрямленої напруги на реактивних елементах навантаження випрямляча;
в) комутаційні втрати середнього значення випрямленої напруги;
г) втрати середнього значення випрямленої напруги під час вимкнення діода;
д) втрати середнього значення випрямленої напруги під час увімкнення діода.
8. Для вибору напівпровідникового діода є завжди обов’язковими дві основні умови:
а) Іа ном ( Іа; Uв ном ( Uв; б) Іа ном ( І2; Uв ном ( U2;
в) Іа ном ( Іа; Uв ном ( Uв; г) Іа ном ( І2; Uв ном ( U2;
д) правильної відповіді нема,
де Іа ном , Uв ном – відповідно середнє номінальне значення струму та максимальне номінальне значення зворотної напруги діода; Іа ,Uв - відповідно середнє значення струму та максимальне значення зворотної напруги діода, які задає його схема увімкнення; І2, U2 – дієві значення відповідно струму та напруги фази вторинної обмотки трансформатора схеми увімкнення діода.
9. Для трифазного мостового випрямляча за умови його роботи на активно- індуктивне навантаження хd( ( потужність трансформатора визначається через потужність в колі випрямленого струму за формулою:
а) STP=1,11Pd; б) STP=1,34Pd; в) STP=1,48Pd; г) STP=1,23Pd;
д) STP=1,047Pd.
Список літератури
Руденко В.С. та інш. Промислова електроніка: підручник для техн. вузів. – К.: Либідь. 1993. - 430 с.
Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Учебник для вузов. – М.: Высш. школа, 1982. – 496 с.
Горбачёв Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника: Учебник для вузов/ Под ред. В.А. Лабунцова.–М.: Энергоатомиздат, 1988.– 320с.
НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ
Некерований мостовий випрямляч трифазного струму
Методичні вказівки
до лабораторної роботи та самостійного вивчення теми з дисципліни ”Промислова електроніка та перетворювальна техніка” для студентів всіх форм навчання базового напряму 6.050701 “Електротехніка та електротехнології”
Укладачі: Олійник М.Й., канд. техн. наук, доц.
Федишин В.Г., канд. техн. наук, доц.
Редактор
Комп’ютерне складання
02.04.2017 12:04-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора