Тема 3. Выпрямители

Принцип действия однотактных и двухтактных трехфазных выпрямителей, их параметры, влияние индуктивностей рассеяния обмоток трансформатора, сопротивлений диодов и резистивных сопротивлений обмоток трансформатора на работу выпрямителя, а также их внешние характеристики следует изучать по /1,2,3,4/. Исследование этих выпрямителей проводится в лабораторной работе №2 «Исследование трехфазных нерегулируемых выпрямителей».

Домашнее задание к лабораторной работе №2 «Исследование трехфазных нерегулируемых выпрямителей»

1.Начертите схемы трехфазных выпрямителей. Покажите на схемах включение приборов для измерения токов, протекающих через вентиль, первичную и вторичную обмотки трансформатора и нагрузку, а также приборов для измерения напряжений на вторичной обмотке трансформатора и нагрузке. Приборы, каких систем следует применять для измерения этих токов и напряжений? Пронумеруйте вентили так, как показано на рис. 2.1, а и рис. 2.2, а.

2. Изобразите временные диаграммы фазных напряжений. Используя их и соблюдая один масштаб по оси wt, постройте временные диаграммы токов и напряжений, указанных в табл. 2.1. Нагрузка активная. Индексы означают:
1 - первичная обмотка трансформатора;
2 - вторичная обмотка трансформатора;
0 - нагрузка;
а - вентиль;
А, В, С - фазы трехфазной сети. Например, u_а5 - напряжение на 5-м вентиле; i_2C - ток, протекающий через вторичную обмотку трансформатора фазы С. Номер варианта узнайте у преподавателя.

Таблица 2.1

Номер варианта	Схема выпрямления
Трехфазная с нулевым выводом	Схема Ларионова
	uа1, iа2	uа1, i а5, i2A
	uа2, iа3	uа3, i а6, i2B
	uа3, u0	uа3 , i а1, i2C
	iа1, uа2	uа4 , i а2, i1A
	iа3, uа3	uа5 , i а3, i1B
	iа3, uа1	uа6 , i а4, i1C
	u0 , i2A	iа1 , uа1, u0
	i2A , uа3	iа2 , u а2, i 2A
	i2B , uа2	iа3 , uа3, i 2B
	i2C , uа1	iа4 , uа4, i2C
	iа1, uа2	iа1 , uа1, u0
	iа3, uа1	iа4 , uа4, i2C
	uа1, iа2	iа3 , uа3, i 2B
	i2A , uа3	iа4 , uа4, i1A
	i2B , uа2	uа3, i а6, i1A
	i2C , uа1	iа2 , u а2, u0
	u0 , i2A	iа4 , uа4, i 2B
	i2A , uа2	iа3 , uа3, i1A
	iа3, uа3	uа3, i а6, i 2B
	uа2, iа3	iа2 , u а2, i 2B

3. Заполните таблицу 2.2. Правая часть граф, поделенных на две, предназначена для внесений экспериментальных данных.

Таблица 2.2

U0/U2

I2/I0

Ia/I0

ST/P0

Uобр max/U0

Iamax/I0

m

KП

Схема с нулевым выводом

Схема Ларионова

4. Приведите уравнения внешних характеристик исследуемых выпрямителей, работающих на активную нагрузку, с учетом индуктивностей рассеяния обмоток трансформатора.

Принцип построения однотактных и двухтактных однофазных выпрямителей изучайте по /1,2,3,4/. Влияние на работу этих выпрямителя характера нагрузки, индуктивностей рассеяния обмоток трансформатора, сопротивлений диодов и резистивных сопротивлений обмоток трансформатора проанализировано в /1,2,3/. Анализ выпрямителей при нагрузках с различной реакцией рассмотрен в /1,2,3,4/.

Внешние характеристики этих выпрямителей рассмотрены в /1,2,3/. Особенности работы трансформатора в выпрямителе и порядок расчета характеристик выпрямительных устройств лучше изучать по /1,3/. В /1/ приведены примеры расчета однофазных выпрямителей, работающих на нагрузку различного характера.

В качестве примера выпрямителя с умножением по /1,2,4/ следует изучить работу схемы удвоения.

Проверкой готовности к выполнению лабораторной работы являются выполненное домашнее задание и (или) результаты тестирования по этой теме.

Домашнее задание к лабораторной работе №3 «Исследование однофазных выпрямителей»

1. Начертите схемы выпрямителей, указанные в таблице 3.1. Покажите включение приборов для измерения напряжения и тока на вторичной обмотке трансформатора U ₂ и I ₂, выпрямленных напряжения U ₀ и тока I ₀.

2. Начертите временные диаграммы работы этих схем. Характер нагрузки и виды временных диаграмм указаны в таблице 3.1. Индексы означают:
2 - вторичная обмотка трансформатора;
0 - нагрузка;
а - вентиль.
Номер варианта выберите по указанию преподавателя.

Таблица 3.1

Номер варианта	Схема выпрямления
однополупериодная	двухполупериодная с нулевым выводом	мостовая	удвоения
	RC(ia , u0)	RL(i2 , ua)
	RL(ia , u0)	RC(ia , ua)
		RL(ia , u0)		RC(i2 , ua)
		RC(ia , ua)		RL(i2 , u0)
	RC(ia , u0)		RL(i2 , u2)
	RL(ia , ua)		RC(i2 , ua)
			RL(ia , ua)	RC(i2 , ua)
			RC(ia , u0)	RL(i2 , ua)
		RL(ia , ua)	RC(i2 , u0)
		RC(i2 , ua)	RL(ia , u0)
	RC(ia , u0)	RL(ia , u0)
		RC(ia , u0)	RL(ia , u0)
			RC(ia , u0)	RL(ia , ua)
	RL(ia , u0)			RC(ia , ua)
	RC(i2 , u0)			RL(ia , u0)
		RC(i2 , u0)	RL(ia , u0)
		RL(ia , u0)	RC(ia , ua)
		RL(i2 , u0)		RC(ia , u0)
	RC(ia , ua)		RL(ia , ua)
			RC(ia , u0)	RL(ia , ua)

3. Заполните таблицу 3.2.

Таблица 3.2

Схема (нагрузка активная)	U0/U2	I0/I2	Iamax/I0	Uобрmax/U0	ST/P0	KП
однополупериодная
двухполупериодная
Мостовая

4. Рассчитайте выпрямитель, создающий на нагрузке постоянное напряжение 20 В при токе 0,2 А. Напряжение сети равно 220 В, частота 50Гц. Конденсаторы, входящие в схему выпрямителя и фильтра, имеют общую емкость 200 мкФ. Выберите ту схему выпрямления из рассмотренных в п.1 и п.2, характер нагрузки которой активно-емкостный. Необходимо выбрать диоды, а также определить типовую мощность и коэффициент трансформации трансформатора, коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения.

5. Приведите уравнения внешних характеристик рассматриваемых выпрямителей. Чем они отличаются?

Сглаживающие фильтры, их параметры, однозвенные и многозвенные фильтры, основные схемы пассивных и активных фильтров рассмотрены в /1,2,3,4/. Основы расчета фильтров также можно изучать по одному из выше приведенных источников, но проще расчет к лабораторной работе №4 «Исследование сглаживающих фильтров» выполнять по /4/. Проверкой готовности к выполнению лабораторной работы являются выполненное домашнее задание и (или) результаты тестирования по этой теме.

Домашнее задание к лабораторной работе №4 «Исследование сглаживающих фильтров»

1. Определите параметры простейшего фильтра. Учитывая параметры нагрузки, выберите тип простейшего фильтра и рассчитайте индуктивность дросселя (или емкость конденсатора). Напряжение на нагрузке U­ ₀=20 В, частота тока f_c =50 Гц, выпрямитель собран по мостовой схеме. Величина параметра Н=200, сопротивление фазы выпрямителя r =30 Ом. Данные для расчета простейших фильтров приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Номер варианта	Сопротивление Rн, Ом	Коэффициент пульсаций КП
		0,006
		0,08
		0,03
		0,08
		0,006
		0,1
		0,03
		0,08
		0,006
		0,1
		0,006
		0,08
		0,03
		0,08
		0,006
		0,1
		0,03
		0,08
		0,006
		0,1

2. Приведите схему фильтра, рассчитайте коэффициент сглаживания q и коэффициент пульсаций на его выходе. Напряжение на выходе выпрямителя U ₀=20В, частота тока f _c =50Гц, выпрямитель собран по мостовой схеме. Определите напряжение на выходе фильтра и КПД. Данные для расчета параметров пассивных фильтров приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2

Номер варианта	R н, Ом	Параметры фильтра	Тип фильтра
		С 1= С 2=1000 мкф; L =1,3 Гн; rL =40 Ом	П-образный, LC
		С =1000 мкф; L =1,3 Гн; rL =40 Ом	Г-образный, LC
		С 1=200 мкф; С 2=2000 мкф; rL =80 Ом	П-образный, LC
		С =1000 мкф; L =1,2 Гн; rL =80 Ом	Г-образный, LC
		С 1= С 2=1000 мкф; L =1,3 Гн; rL =40 Ом	П-образный, LC с послед. резонансом
		L =1,2 Гн; rL =40 Ом	Г-образный, LC с послед. резонансом
		R ф=30 Ом; С 1= С 2=1000 мкф	П-образный, RC
		R ф=30 Ом; С = 1000 мкф	Г-образный, RC
		С 1= С 2=1000 мкф; L =1,2 Гн; rL =80 Ом	П-образный, LC
		С =2000 мкф; L =1,2 Гн; rL =80 Ом	Г-образный, LC
		С 1=С2=1000 мкф; L =1,2 Гн; rL =80 Ом	П-образный, LC
		С =2000 мкф; L =1,2 Гн; rL =80 Ом	Г-образный, LC
		R ф=30 Ом; С 1= С 2=1000 мкф	П-образный, RC
		С =1000 мкф; L =1,2 Гн; rL =80 Ом	Г-образный, LC
		R ф=30 Ом; С 1= С 2=1000 мкф	П-образный, RC
		С =2000 мкф; L =1,2 Гн; rL =80 Ом	Г-образный, LC
		С 1= С 2=1000 мкф; L =1,2 Гн; rL =80 Ом	П-образный, LC
		R ф=30 Ом; С = 1000 мкф	Г-образный, RC
		R ф=30 Ом; С 1= С 2=1000 мкф	П-образный, RC
		С =1000 мкф; L =1,2 Гн; rL =80 Ом	Г-образный, LC

3. Приведите схему транзисторного фильтра, поясните его принцип действия и назначение элементов схемы. Рассчитайте q, k _пвых, Напряжение на выходе выпрямителя U ₀=20 B, f _c=50 Гц, выпрямитель собран по мостовой схеме. На выходе выпрямителя, то есть на входе фильтра включен конденсатор С 1. В базовой цепи транзистора КТ808А находится Г-образный RC-фильтр. Данные для расчета активного фильтра приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3

Номер варианта	С 1, мкф	С, мкф	R, Ом

4. Составьте таблицы для записи результатов экспериментального определения зависимостей коэффициента пульсаций на выходе k _пвых, КПД, коэффициента сглаживания q от тока нагрузки I ₀. В таблицах должны быть графы для внесения показаний приборов, по которым будут рассчитаны указанные зависимости, а также результатов расчета k _пвых, q, КПД.

Управляемые (тиристорные) выпрямители вынесены на самостоятельное изучение. Материал подробно изложен в /1,2,3,4/. Следует рассмотреть режимы работы двухполупериодного выпрямителя на нагрузку с резистивной, индуктивной реакцией, с обратным диодом, их регулировочные характеристики, но проще расчет к лабораторной работе №5 «Исследование управляемого выпрямителя» выполнять по /4/. Проверкой готовности к выполнению лабораторной работы №5 являются выполненное домашнее задание и (или) результаты тестирования по этой теме.

Домашнее задание к лабораторной работе №5 «Исследование управляемого выпрямителя»

1. Начертите схему однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя с импульсно-фазовым управлением. Изучите его работу. Покажите включение приборов для измерения напряжения на вторичной обмотке силового трансформатора U ₂, выпрямленных напряжения U ₀ и тока I ₀.

2. Начертите временные диаграммы работы этой схемы. Характер нагрузки и виды временных диаграмм указаны в табл. 5.1. Индексы означают:

2 - вторичная обмотка силового трансформатора;

0 - нагрузка;

а1 - первый тиристор;

а2 - второй тиристор;

К1 - коллектор транзистора VТ1 схемы управления;

К2 - коллектор транзистора VТ2 схемы управления;

RL с VD – RL-нагрузка с обратным диодом.

Сначала приведите временные диаграммы напряжения на вторичной обмотке силового трансформатора, и импульсы напряжения управления u _у.

Таблица 5.1

Номер варианта	Угол управления
30º	60 º	90 º	150 º
	R (uk1, uy1, u0)
	RL (uk1, uy1, u0)
		R (uy1, ua1, u0)
		RL (uy1, ua1, u0)
			R (uy2, ua2, u0)
				R (uy2, ia2, ua2)
	RL (uy1, u0, ua1)
		RL (ia1, ua1, u0)
			RL (ia1, ua2, u0)
				R (uk2, ia2, u0)
	RL (ia1, ua1, u0)
		RL с VD(uk2, ia2, u0)
			RL (uy1, ua1, u0)
			RL с VD (uy1, ua1, u0)
		RL (uy1, ua1, u0)
				RL с VD (uy1, u0, ua1)
	RL с VD(ia1, ua1, u0)
		R (uk1, uy1, u0)
			RL (uy2, ia2, ua2)
				R (uk1, uy1, u0)

3. Приведите регулировочную характеристику выпрямителя с нагрузкой, указанной в табл. 5.1.

4. Напряжение на вторичной обмотке силового трансформатора, U ₂=20 В. Угол управления и характер нагрузки заданы табл. 5.1. Определите постоянное напряжение на нагрузке, максимальное обратное и максимальное прямое напряжения на тиристоре.

5. Перечислите достоинства и недостатки управляемых выпрямителей. В чем причина повышенного потребления реактивной мощности управляемым выпрямителем? Какие меры применяются для повышения коэффициента мощности управляемого выпрямителя?

Дата добавления: 2015-07-13