Выпрямителей

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНЫХ НЕУПРАВЛЯЕМЫХ И УПРАВЛЯЕМЫХ

Цель работы:

Изучение принципа работы однополупериодной и мостовой однофазных схем неуправляемых и управляемых выпрямителей; исследование основных характеристик выпрямителей.

1.1. Теоретические сведения.

1.1.1. Неуправляемые выпрямители.

Выпрямителем называется устройство, преобразующее переменное напряжение, полярность которого изменяется, в пульсирующее,

полярность которого остается постоянной. Для получения постоянного напряжения из пульсирующего на выходе выпрямителя ставят сглаживающие фильтры. Таким образом, выпрямитель совместно с фильтром является устройством, преобразующим переменное напряжение в постоянное. При питании от однофазной сети применяются следующие схемы выпрямителей:

· однополупериодные;

· двухполупериодные:(мостовая \схема Греца\, с нулевым выводом).

Однополупериодная схема наиболее проста и содержит всего один диод V1 (рис. 1.1.а.). В положительный полупериод напряжения на вторичной обмотке трансформатора диод V1 находится в проводящем состоянии и через него протекает ток в нагрузку; а в отрицательный - диод закрыт и тока в нагрузке нет. Следовательно, ток в нагрузке протекает в одном направлении и только в один положительный полупериод напряжения вторичной обмотки трансформатора Т1.

Мостовая схема выпрямителя (рис. 1.1.б.) содержит четыре вентиля V1 - V4; в положительный полупериод напряжения на вторичной обмотке трансформатора T1 пропускает ток вентили V1, V4, а в отрицательный - вентили V2, V3. При этом ток в нагрузке протекает в одном направлении, указанном стрелкой. К закрытому вентилю прикладывается обратное напряжение Uvd, повторяющее по форме напряжение вторичной обмотки трансформатора. Схемы выпрямителей представлены на рис. 1.1.

Максимальное значение обратного напряжения на вентиле равно Е2m,

где Е2m - амплитуда напряжения вторичной обмотки трансформатора. Среднее значение выпрямленного напряжения:

Если учесть, что действующее значение напряжения на вторичной обмотке Е2 связано с амплитудным соотношением:

можно получить другое соотношение для определения среднего значения выпрямленного напряжения:

Схема однополупериодного выпрямителя

а. б.

Рис. 1.1.

В схеме Греца в первичной и вторичной обмотках при работе на активную нагрузку протекает синусоидальный ток. Схема Греца характеризуется хорошим использованием элементов выпрямителя и трансформатора. Поэтому в настоящее время она находит наибольшее применение для выпрямления однофазного тока.

Схема со средней точкой содержит два вентиля V1 и V2 и трансформатор T1, имеющий две одинаковые вторичные обмотки, включенные последовательно и согласно. В положительный полупериод сетевого напряжения открыт вентиль V1. В отрицательный полупериод открыт вентиль V2. При этом ток обоих вентилей протекает через нагрузку в одном направлении. Формы напряжения и тока такие же, как и в мостовой схеме. Однако амплитудное значение обратного напряжения на вентиле в два раза больше, чем в схеме Греца. Недостатком схемы является плохое использование трансформатора, так как имеются две вторичные обмотки, работающие по полпериода каждая. Основная область применения данной схемы – низковольтные выпрямители. В ней последовательно с нагрузкой включен только один вентиль, что при низких выпрямленных напряжениях позволяет получить более высокий к.п.д.

1.1.2. Управляемые выпрямители.

Управляемым называется такой выпрямитель, который, кроме

выпрямления переменного напряжения, одновременно осуществляет регулирование напряжения. Управляемый выпрямитель (УВ) получается из обычного заменой в нем неуправляемых вентилей (диодов) управляемыми вентилями - тиристорами. Регулирование осуществляется задержкой отпирания очередного тиристора в пределах полупериода сетевого напряжения. Угол задержки отпирания тиристора, называемый углом управления a, отсчитываемого от момента естественного отпирания вентиля, т.е. от момента, в который к вентилю начинает прикладываться положительное напряжение. Для выпрямителей, питающихся от однофазной сети, этот момент совпадает с моментом перехода сетевого напряжения через ноль.

Схема УВ, собранного по схеме с нулевой точкой, показана на рис. 1.2.

Схема управляемого выпрямителя

Рис. 1.2.

Преимущество этой схемы состоит в наличии общей точки катодов тиристоров VI и V2. При этом упрощается подключение системы управления к выпрямителю. На вход выпрямителя переменное напряжение от двух вторичных обмоток Т1. Эти напряжения сдвинуты на угол в 180 эл. градусов. Система управления (СУ) вырабатывает

импульсы управления, временное положение которых можно изменять в пределах полупериода сетевого напряжения. До подачи импульса управления тиристоры закрыты и напряжение на нагрузке равно нулю. В момент подачи импульса управления открывается соответствующий тиристор и с этого момента к нагрузке прикладывается напряжение вторичной обмотки трансформатора. Изменяя угол управления a, можно регулировать среднее значение выпрямленного напряжения, которое определяется из выражения:

где Ucp₀ = 2E2m/n - среднее значение выпрямленного при угле управления a = 0, т.е. выпрямленное напряжение обычного неуправляемого выпрямителя.

Последнее выражение определяет регулировочную характеристику УВ. Из него видно, что среднее значение выпрямленного напряжения при изменении угла от 0 до 180 градусов плавно уменьшается от значения Uсро до 0. Таким образом, преимущество УВ состоит в возможности плавной регулировки среднего значения выпрямленного

напряжения.

Недостатки УВ следующие:

1. Усложнение схемы, так как необходима система управления выпрямителя.

2. Увеличение коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения и ухудшение его гармонического состава. Это происходит за счет искажения формы выпрямленного напряжения и появления скачков напряжения в момент отпирания тиристоров.

3. Появление сдвига по фазе между током и напряжением в

первичной обмотке трансформатора. Таким образом, даже при чисто

активной нагрузке УВ потребляет из сети реактивную мощность.

Если нагрузка начинается с емкости и тиристоры управляются

короткими импульсами, то из-за появления угла отсечки при малых

углах управления могут быть пропуски включения тиристоров (напряжение на конденсаторе больше, чем питающее напряжение). Поэтому УВ, как правило, не применяют для работы на нагрузку емкостного характера.

1.2. Подготовка к работе.

1.2.1. Изучить принцип работы однофазных неуправляемых и управляемых выпрямителей.

1.2.2. Изучить принцип построения схемы управления УВ.

1.2.3. Нарисовать схемы исследуемых выпрямителей.

1.2.4. Ознакомиться с порядком сборки схем на стенде.

1.3. План работы.

1.3.1. Собрать схему однополупериодного выпрямителя без

фильтра в соответствии с рис. 1.3. Приложение 1.

1.3.2. Подать на схему напряжение, снять и зарисовать для

номинального тока нагрузки (Iн =100mА) осциллограммы выпрямленного напряжения, напряжения на диоде, анодного тока диода, тока на выходе выпрямителя, тока вторичной и первичной обмоток трансформатора.

Осциллограммы рисовать в соответствии с их временным положением друг относительно друга для номинального значения тока нагрузки.

1.3.3. Снять и построить внешнюю характеристику выпрямителя, изменяя величину нагрузки сопротивлением R11.

1.3.4. Определить внутреннее сопротивление выпрямителя

в номинальном режиме.

Rвых = DUвых/DIвых

1.3.5. Собрать схему двухполупериодного выпрямителя согласно рис. 1.4. Приложение 1 и провести исследования, аналогичные п.п.1.3.2. - 1.3.4. (Iн = 200mA).

1.3.6. Собрать на стенде схему управляемого выпрямителя согласно рис. 1.5. Приложение 1.

1.3.7. Подать на схему напряжение, снять и зарисовать для номинального тока нагрузки (Iн =100тА) осциллограммы выпрямленного напряжения, напряжения на тиристорах, напряжения на управляющих электродах тиристоров (снимается относительно катодов тиристоров), тока на выходе выпрямителя, тока вторичной и первичной обмоток трансформатора.

Осциллограммы рисовать в соответствии с их временным положением друг относительно друга для номинального значения тока нагрузки.

1.3.8. Снять и построить внешние характеристики Ucp = f(Icp) выпрямителя для заданных преподавателем углов управления, изменяя величину нагрузки сопротивлением R2.

1.3.9. Снять и построить регулировочную характеристику

Ucp = f(a)

управляемого выпрямителя для номинального тока нагрузки. Угол управления изменяется резистором R3, а его величина определяется по осциллограмме выходного напряжения с помощью осциллографа.

1.3.10. Определить внутреннее сопротивление выпрямителя в номинальном режиме.

Rвых = DUвых/DIвых.

1.4.Контрольные вопросы.

1.4.1. Объясните принцип работы однофазной мостовой схемы выпрямителя и схемы со средней точкой.

1.4.2. Что такое внешняя характеристика выпрямителя? От чего зависит ее наклон?

1.4.3. Почему максимальное значение тока вентиля выпрямителя различно для разных видов нагрузки при одной и той же мощности в нагрузке?

1.4.4. Сравните мостовую схему выпрямителя со схемой со средней точкой.

1.4.5. Отчего зависит к.п.д. выпрямителя?

1.4.6. Объясните назначение и принцип работы УВ.

1.4.7. Объясните принцип построения и работу системы управления по принципиальной схеме (см. схему в паспорте к стенду).

1.4.8. Нарисуйте форму напряжений и токов в элементах схемы управления и силовой части при углах управления a = 30° и

1.4.9. Объясните внешнюю и регулировочную характеристики УВ.

1.4.10. В чем преимущества и недостатки УВ?

2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N2

Дата добавления: 2015-03-29