Лабораторная работа #3 по ЭЭА

3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ИССЛЕДОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ОДНОФАЗНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ И НЕУПРАВЛЯЕМОГО ТРЕХФАЗНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ
Цель работы: изучить принцип действия и основные характеристики управляемого однофазного выпрямителя и неуправляемого трехфазного выпрямителя.
3.1 Краткие теоретические сведения
Для преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение применяют выпрямительные устройства. В выпрямительное устройство обычно входят трансформатор, один или несколько вентилей, сглаживающий фильтр, электронный стабилизатор постоянного напряжения. В зависимости от условий работы отдельные элементы выпрямительного устройства могут отсутствовать.
Довольно часто в различных устройствах требуется регулировать величину выпрямленного напряжения. Такие выпрямители получили название управляемых выпрямителей. В них в качестве управляемых вентилей в настоящее время применяются тиристоры.
Тиристор – полупроводниковый переключатель – изготавливается из кремния и имеет три p-n перехода (рисунок 3.1,а). Напряжение питания подается на тиристор так, что переходы П1 и П3 открыты, а переход П2 закрыт. Ток Iа, проходящий через тиристор, при этом будет определяться высоким сопротивлением закрытого перехода. На рисунке 3.1,б приведены вольтамперные характеристики тиристора для положительных значений напряжений. С увеличением напряжения uа ток тиристора возрастает незначительно. Но при достижении напряжения uвкл (рисунок 3.1,б) наступает электрический пробой в переходе П2. При этом происходит лавинообразное увеличение числа носителей зарядов за счет лавинного умножения носителей в переходе П2 движущимися дырками и электронами. В результате этого ток Iа увеличивается скачком, и напряжение на тиристоре уменьшается.
В анодную цепь тиристора для ограничения тока включают резистор Rа. При скачкообразном росте анодного тока увеличивается падение напряжения на резисторе Rа и напряжение на тиристоре уменьшается. Изменение анодного тока после наступления электрического пробоя производится изменением величины Rа или Eа. Если снять питающее напряжение, то свойства p-n перехода П2 восстанавливаются.
Напряжение uвкл можно снизить введением дополнительных носителей в любой из слоев, образующих переход П2. Появление дополнительных носителей увеличивает число актов ионизации атомов в переходе, и поэтому напряжение uвкл уменьшается. Дополнительные носители зарядов, образующие ток Iу, вводятся в тиристор вспомогательной цепью от источника питания Eу. Влияние величины тока Iу на работу тиристора видно из рисунка 3.1,б.

Рисунок 3.1 – Структурная схема (а) и вольтамперные характеристики (б) тиристора
При включении тиристора в обратном направлении переходы П1 и П3 будут закрыты, и в нем появится весьма небольшой ток. Во избежание пробоя тиристора в обратном направлении необходимо, чтобы обратное напряжение было меньше uобр.доп..
Управление в выпрямителе сводится к управлению моментом отпирания тиристоров. Наиболее распространенный способ управления тиристорами – импульсно-фазовый; при этом на управляющий электрод тиристора периодически подаются импульсы напряжения uу, которые могут сдвигаться во времени по отношению к моменту появления положительной полуволны коллекторного напряжения тиристора uк.
В тех случаях, когда по условиям эксплуатации выпрямителя допускается некоторый разброс моментов отпирания тиристоров, вместо импульсного управления может быть применено фазовое управление синусоидальным током. Если, например, тиристор включить последовательно с сопротивлением нагрузки (рисунок 3.2,а) и управлять моментом включения тиристора сигналами переменного тока, то через нагрузку будут протекать импульсы тока (рисунок 3.2,б).
В приведенной схеме момент включения определяет фазовый сдвиг
· напряжения управления. Фазовый сдвиг создает регулируемый фазовращатель, включенный в цепь управляющего электрода.

Рисунок 3.2 – Схема (а) и временные диаграммы (б) управляемого тиристорного выпрямителя
Трехфазные выпрямители применяют в устройствах большой и средней мощности. На рисунке 3.3,а изображена одна из возможных схем трехфазного выпрямителя. Ток через каждый диод может проходить только тогда, когда потенциал на его аноде выше потенциала на катоде. Это возможно в течение 1/3 периода, когда напряжение в данной фазе выше напряжений в двух других фазах. Так, например, когда открыт диод Д1, через него и нагрузку RН проходит ток, определяемый uА. В это время диоды Д2 и Д3 заперты, т.к. потенциалы их катодов выше потенциалов анодов. В следующую треть периода открыт диод Д2 и т.д. Характер изменения напряжения фаз, соответствующий открытому состоянию диодов, показан на рисунке 3.3,б. Если считать диоды идеальными, то напряжение на нагрузке RН равно напряжению фазы с открытым диодом и, следовательно, ток в нагрузке изменяется по тому же закону, т.е. ток, проходящий через нагрузку, не падает до нуля, как это имело место в схемах одно- и двухполупериодного выпрямителей. Таким образом, пульсация тока в трехфазном выпрямителе относительно невелика и коэффициент пульсаций
·=0,25.
Среднее значение выпрямленного тока в нагрузке I0 = 0,827Im. В каждом диоде ток проходит в течении Т/3, и поэтому его среднее значение IСР = I0/3.
Выпрямленное напряжение на нагрузке U0 = 0,827Um, но так как Um =
·2U, где U – действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора, то U0 = 1,17U.
Очевидно, что максимально
·е значение обратного напряжения на каждом диоде определяется амплитудой линейного напряжения Uобр m =
·3Um, а так как Um = 1,21U0, то Uобр m = 2,09U0.

Рисунок 3.3 – Схема трехфазного выпрямителя (а) и фазные напряжения на нем (б)

3.2 Программа работы.
3.2.1 Эксперимент 1: Исследование управляемого однофазного однополупериодного выпрямителя.
Соберите схему, изображенную на рисунке (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 (схема не в ГОСТ’овых обозначениях!)
Настройки понижающего трансформатора аналогичны «Лаб. работе №2» (коэф. трансформации 25/1).
Сначала следует исследовать работу управляемого выпрямителя без емкостного фильтра C2, отключив его (ключ разомкнут). На вход А осциллографа подается входной сигнал, а на вход В – выходной. Сопротивление нагрузки R3 – максимальное из заданного диапазона. Зарисуйте полученную осциллограмму.
Затем подключите емкостный фильтр C2, замкнув ключ. Зарисуйте осциллограмму.
Измените значение C2 на C2’ и зарисуйте третью осциллограмму.
В отчете все осциллограммы приводятся на одних координатных осях масштаба.
Отключите емкостный фильтр (разомкните ключ).
Измерьте максимальные входные и выходные напряжения (по снятым ранее осциллограммам). Устанавливая различные значения сопротивления нагрузки выпрямителя по своему варианту (резистор R3), снимите показания вольтметра и амперметра, занеся их в таблицу 3.1. Постройте внешнюю характеристику однополупериодного управляемого выпрямителя, работающего без емкостного фильтра. Величина угла
·1 определяется из снятой осциллограммы (см. рис.3.2).
Таблица 3.1 – Внешняя характеристика однополупериодного управляемого выпрямителя без фильтра (угол отпирания тиристора
·1)
Параметр

·1 =

Uн, В






Iн, мА






R3, Ом







Затем подключите емкостный фильтр С2, снимите и постройте внешнюю характеристику выпрямителя аналогично ранее описанному (таб.3.2).
Таблица 3.2 – Внешняя характеристика однополупериодного управляемого выпрямителя с емкостным фильтром С2 = .. (угол отпирания тиристора
·1)
Параметр

·1 =

Uн, В






Iн, мА






R3, Ом







Измените угол отпирания тиристора (изменив настройку резистора R1 с 80% до 20%) и повторите опыты с емкостным фильтром C2 и без фильтра и постройте внешние характеристики выпрямителя (табл. 3.3 и 3.4). Угол отпирания тиристора
·2 определяется аналогично
·1.


Таблица 3.3 – Внешняя характеристика однополупериодного управляемого выпрямителя с емкостным фильтром С2 = .. (угол отпирания тиристора
·2)
Параметр

·2 =

Uн, В






Iн, мА






R3, Ом







Таблица 3.4 – Внешняя характеристика однополупериодного управляемого выпрямителя без фильтра (угол отпирания тиристора
·2)
Параметр

·2 =

Uн, В






Iн, мА






R3, Ом







Вычислите для этих значений емкостей конденсатора фильтра среднее значение напряжения и коэффициент пульсаций.
3.2.2 Эксперимент 2: Исследование трехфазного однополупериодного выпрямителя.
Соберите схему, изображенную на рисунке (рисунок 3.5).
На вход А осциллографа подается входной сигнал, а на вход В – выходной (выпрямленный) сигнал.
Зарисуйте полученные осциллограммы.
Измерьте максимальные входные и выходные напряжения.
Устанавливая различные значения сопротивления нагрузки выпрямителя (резистор Rn), снимите показания вольтметра и амперметра, занеся их в таблицу 3.5.
Постройте внешнюю характеристику трехфазного выпрямителя.
Таблица 3.5 – Внешняя характеристика трехфазного однополупериодного выпрямителя без фильтра
Uн, В











Iн, мА











Rn, Ом












Рисунок 3.5 (схема не в ГОСТ’овых обозначениях!)
3.3 Контрольные вопросы
Назовите электроды тиристора.
Чему равен коэффициент пульсации для трехфазного выпрямителя? Сравните его значение со значением коэффициента пульсаций для однофазных выпрямителей.
Составьте структурную схему управляемого выпрямителя.
Как соотносятся токи и напряжения на входе и выходе трехфазного выпрямителя?

№ варианта
Эксперимент 1
Эксперимент 2

1
R3=60110 Ом
C2=240
·F, C2’=60
·F
Rn=10002000 Ом

2
R3=55120 Ом
C2=220
·F, C2’=40
·F
Rn=11002500 Ом

3
R3=80150 Ом
C2=215
·F, C2’=10
·F
Rn=9003000 Ом

4
R3=90250 Ом
C2=340
·F, C2’=45
·F
Rn=12002600 Ом

5
R3=40250 Ом
C2=210
·F, C2’=25
·F
Rn=15003000 Ом

6
R3=50150 Ом
C2=200
·F, C2’=20
·F
Rn=13003200 Ом

7
R3=50150 Ом
C2=200
·F, C2’=20
·F
Rn=11504000 Ом

8
R3=70230 Ом
C2=320
·F, C2’=20
·F
Rn=12003500 Ом

9
R3=70105 Ом
C2=215
·F, C2’=15
·F
Rn=10003800 Ом

10
R3=90250 Ом
C2=340
·F, C2’=45
·F
Rn=16005000 Ом

11
R3=70190 Ом
C2=245
·F, C2’=45
·F
Rn=13004600 Ом

12
R3=65200 Ом
C2=225
·F, C2’=25
·F
Rn=13504800 Ом

13
R3=100320 Ом
C2=385
·F, C2’=45
·F
Rn=8502500 Ом

14
R3=65220 Ом
C2=320
·F, C2’=50
·F
Rn=9002900 Ом

15
R3=90300 Ом
C2=330
·F, C2’=40
·F
Rn=19004000 Ом

16
R3=65150 Ом
C2=230
·F, C2’=50
·F
Rn=12005500 Ом

17
R3=65220 Ом
C2=225
·F, C2’=25
·F
Rn=9003400 Ом

18
R3=70125 Ом
C2=225
·F, C2’=15
·F
Rn=16003600 Ом

19
R3=55120 Ом
C2=220
·F, C2’=40
·F
Rn=11503500 Ом

20
R3=55150 Ом
C2=250
·F, C2’=55
·F
Rn=18006150 Ом

21
R3=100310 Ом
C2=385
·F, C2’=45
·F
Rn=12004600 Ом

22
R3=65220 Ом
C2=350
·F, C2’=50
·F
Rn=12503600 Ом

23
R3=95250 Ом
C2=390
·F, C2’=50
·F
Rn=13502150 Ом

24
R3=60110 Ом
C2=240
·F, C2’=60
·F
Rn=16003000 Ом


C1

C2



Заголовок 2 Заголовок 315

Приложенные файлы

  • doc 11404407
    Размер файла: 274 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий