3431 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

И ТРЕБОВАНИЕ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

 

Целью выполнения лабораторных работ по курсу «Преобразовательная техника» является изучение наиболее широко используемых в РЭА устройств вторичного электропитания, таких как выпрямители, фильтры, стабилизаторы и преобразователи напряжения.

При подготовке к выполнению лабораторных работ необходимо изучить указание и рекомендуемую литературу. Перед каждым занятием проводится опрос с целью определения степени готовности каждого студента к выполнению работы. Студенты, недостаточно подготовленные или не имеющие предварительного протокола лабораторной работы, не допускаются к выполнению эксперимента. Результаты экспериментального исследования предъявляются преподавателю в виде графиков, временных диаграмм. По итогам работы оформляется отчет, который должен содержать краткие выводы о полученных экспериментальных результатах.

Материалы отчета должны быть оформлены в соответствии с ЕСКД. После оформления отчета лабораторная работа защищается.

Перед началом цикла работ по курсу «Преобразовательная техника» студенты должны ознакомиться с требованиями техники безопасности и получить дополнительный инструктаж у ведущего занятия преподавателя. Следует помнить, что установки и схемы, питаемые от сети переменного и постоянного тока, представляют опасность поражения электрическим током, поэтому в процессе выполнения работы необходимо осторожно обращаться с измерительными приборами и соблюдать правила техники безопасности:

- не загромождайте рабочее место, поддерживайте в лаборатории порядок;

- не передвигайте и не переносите электроприборы, находящиеся под напряжением;

- не оставляйте без наблюдения схему, находящуюся под напряжением;

- нельзя производить переключения в схеме, не отключив питание макета лабораторной работы;

- после выполнения работы необходимо выключить измерительные приборы, лабораторный макет и обесточить стенд.

 

 

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

 

Цель работы

 

Исследование основных схем однофазного выпрямителя и выяснение влияния типа нагрузки на параметры и характеристики источников питания.

 

1. Основные сведения из теории

 

Выпрямитель является важнейшим узлом источника вторичного электропитания. Он содержит:

- трансформатор, согласующий напряжение потребителя с напряжением сети;

- комплект вентилей;

- фильтр для сглаживания пульсаций постоянного напряжения.

Однофазные выпрямители могут быть выполнены по одной из следующих схем: однополупериодной; двухполупериодной с нулевой точкой; мостовой.

 

1.1. Работа однофазных выпрямителей на активную нагрузку

 

Схема однополупериодного выпрямителя показана на рис.1. Она содержит трансформатор Т, диод VD. Работает схема следующим образом. Когда потенциал точки “a” положительный по отношению к точке “b”, в схеме течет ток: точка “a” – VD – Rн – точка “b”. Поскольку падение напряжения на открытом вентиле Uв близко к нулю (рис.2,а), напряжение на нагрузке Ud (рис. 2,б) близко к напряжению вторичной обмотки.

Вентиль сохраняет свою проводимость до момента t=T/2. В этот момент изменяется полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т. Следовательно, в интервал времени от Т/2 до Т потенциал точки “a” отрицателен относительно точки “b”; вентиль VD закрыт, к нему прикладывается обратное напряжение, максимальная величина которого равна амплитудному значению напряжения вторичной обмотки Е2m. Форма обратного напряжения на диоде является синусоидальной.

На рис.2 показаны осциллограммы напряжения на вентиле Uв, тока нагрузки id ,напряжения на нагрузке еd и напряжения вторичной обмотки е2.


Найдем основные соотношения для однополупериодного выпрямителя.

Выпрямленное напряжение на нагрузке:

.                     (1)

Коэффициент пульсаций определяется как

.                                                 (2)

Схема, кроме большого коэффициента пульсаций, обладает еще рядом недостатков, например плохим использованием трансформаторов.

; ,                              (3)

где h - коэффициент полезного действия, h=Udm/E2m,

ток вентиля равен току нагрузки Ia=Id.

Схема с выводом нулевой точки трансформатора представлена на рис. 3. Здесь имеются два вентиля, катоды которых соединены вместе, а аноды присоединяются к концам вторичной обмотки трансформатора с выведенной нулевой точкой. Между общей точкой катода и нулевой точкой трансформатора присоединяется нагрузка.

В ту часть периода, когда потенциал точки “а” положительный, а точка “b” – отрицательный по отношению к нулевой точке трансформатора, ток идет через вентиль VD1, нагрузку и обмотку трансформатора. В другую часть периода, когда по отношению к нулевой точке потенциал точки “a” будет отрицательным, ток пройдет через вентиль VD2, нагрузку и фазу трансформатора е2 . В результате в нагрузке ток течет в одном направлении весь период. Когда вентиль 1 тока не пропускает, на его электродах действует обратное напряжение, максимальное значение которого равно двойному значению амплитуды фазового напряжения. Линейные диаграммы фазных напряжений и напряжения на вентиле VD1 представлены на рис. 4,а. На рис. 4,б


представлена форма тока и напряжения на нагрузке.


Основные соотношения для этой схемы имеют вид:

.                        (4)

.

Частота пульсаций fn равна удвоенной частоте сети fc.

;     .                                     (5)

Условия работы вентиля:

.                                  (6)

Двухполупериодная мостовая схема представлена на рис. 5. Здесь имеются две группы вентилей. В одной группе соединены вместе катоды, а в другой - аноды. Вентили образуют мост, в одну диагональ которого подключена нагрузка, в другую - трансформатор.

Линейные диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующие работу этой схемы, показаны на рис. 6. В тот полупериод, когда потенциал точки “а” положительный по отношению к точке “b”, ток проходит последовательно через вентиль VD3, нагрузку и вентиль VD1, на электродах вентилей VD2 и VD4 действует обратное напряжение, равное значению напряжения вторичной обмотки трансформатора. В следующий полупериод ток проходит через вентиль 2, нагрузку и вентиль 4. В цепи нагрузки ток протекает в одном направлении в течение всего периода. Ток в обмотке трансформатора синусоидальный.


Выражения (4) справедливы и для мостовой схемы выпрямителя. Соотношения между мощностью обмоток и мощностью, выделяющейся в нагрузке:

.                               (7)

Максимально обратное напряжение на вентиле равно Е2m.

1.2. Работа однофазных выпрямителей на                         индуктивно – активную нагрузку

 

Индуктивность может присутствовать в нагрузке выпрямителя либо в качестве фильтра, либо как собственная реакция потребителя ( например, при работе выпрямителя на электродвигатель). В случае применения L - фильтра ослабление пульсаций выпрямленного напряжения связано с тем, что индуктивность  накапливает энергию при увеличении тока и отдает ее при его спаде.

Схема однополупериодного выпрямителя с индуктивной нагрузкой показана на рис.7. В схеме однополупериодного выпрямителя наличие L – фильтра приводит к увеличению длительности прохождения тока и появлению участка отрицательного напряжения в кривой перед фильтром U¢d. Отрицательный участок появляется вследствие того, что под действием ЭДС самоиндукции ток проходит через вентиль и в отрицательный полупериод напряжения вторичной обмотки. Осциллограммы тока, напряжения U¢d и напряжения на вентиле приведены на рис. 8.

Наличие индуктивности в однополупериодной схеме приводит к броску обратного напряжения на вентиле. Для устранения броска в схему включают нулевой диод VD0. Ток в однополупериодной схеме, работающей на активно- индуктивную нагрузку, является прерывистым.




 
изменения объема масла. трансформатору от кВА Ввод. могут конкурировать с новыми трансформаторами