Исследование многофазных схем выпрямления и сглаживающих фильтров

Цель работы: Исследование основных характеристик многофазных схем выпрямления и различных схем сглаживающих фильтров.

Методические указания по подготовке к работе

В источниках питания средней и большой мощности чаще применяются многофазные схемы выпрямления. Многофазные схемы выпрямления имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с однофазными: меньше коэффициент пульсаций и больше частоту пульсаций выпрямленного напряжения,, меньше габариты и вес фильтра.

Многофазные схемы выпрямления классифицируют по числу фаз выпрямляемого напряжения (двухфазные, трехфазные, шестифазные); также различают однотактные и двухтактные схемы.

По своему содержанию данная работа является развитием и продолжением лабораторной работы № 1, так как в ней также исследуются схемы выпрямления и фильтры.

В работе изучаются следующие схемы выпрямления:

1. Двухфазная однотактная (2Ф1Т).

2. Трехфазная однотактная (3Ф1Т).

3. Трехфазная двухтактная (3Ф2Т).

Так же как в работе № 1, для этих схем снимаются нагрузочные характеристики (при активной нагрузке) и исследуется их работа на реактивную нагрузку.

Двухфазная однотактная схема по своим основным параметрам аналогична однофазной двухтактной схеме, исследуемой в лабораторной работе № 1. В этой схеме (рис. 2.1, а) работают поочередно диоды выпрямителя, причем каждый из них открыт ровно полпериода выпрямляемого переменного напряжения. В нагрузке токи вентилей суммируются.

В трехфазной однотактной схеме (рис. 2.1, б) в каждый момент времени работает только одна фаза, имеющая наибольший положительный потенциал относительно нулевой точки трансформатора и других фаз. Ток протекает через вентиль каждой фазы в течение 1/3 периода. Чередование фаз выпрямления соответствует порядку следования фаз вторичной обмотки трансформатора. Выпрямленный ток, являющийся суммарным током всех поочередно работающих вентилей, имеет форму кривой, совпадающей с формой огибающей фаз.

В трехфазной двухтактной схеме выпрямления (рис. 2.1,в) ток в любой момент протекает через два последовательно соединенных вентиля под воздействием наибольшего линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора, имеющего положительную полярность. Через каждую работающую пару вентилей ток течет 1/6 часть периода, а за период через каждый вентиль ток протекает 1/3 периода и состоит из двух импульсов, каждый продолжительностью 1/6 периода. Соответственно этому за период через каждую фазную обмотку протекает два импульса тока.

Относительно фильтров следует иметь в виду то же самое, что было приведено в лабораторной работе № 1.

Описание лабораторной установки

Для проведения исследований используется тот же макет, что и для лабораторной работы № 1 (рис. 1.2). Отличие заключается в другом наборе соединительных колодок S2, осуществляющих коммутации выводов обмоток трехфазного трансформатора и вентилей.

Порядок выполнения работы

1. Включить макет тумблером S1 "Сеть".

2. При проведении исследований необходимо зарисовать формы напряжений и токов, которые наблюдаются на экране осциллографа.

3. Исследовать две схемы выпрямления (2Ф1Т и 3Ф2Т) при работе на активную нагрузку (снятие нагрузочных характеристик). Для этого переключатель S5 установить в положение 1, тумблер S3 в положение «Вкл.», тумблер S4 в положение «Выкл.».

Изменяя величину сопротивления нагрузки с помощью переключателя S6, снять показания приборов, данные свести в табл. 1 соответственно для каждой схемы выпрямления. Размах пульсаций U_m измеряется с помощью осциллографа.

Таблица 1

Коэффициент пульсаций К _п1 на выходе выпрямителя рассчитывается только для первой гармоники по формуле:

, (1)

где U _m1=0,5 U _m - амплитуда первой гармоники пульсаций.

Построить графики зависимостей U _н = f(I _н ), К_П1 = f(I _н ).

4. Исследовать трехфазную однотактную схему выпрямления при работе на индуктивную нагрузку (в качестве фильтра включен только дроссель, S3 в положении «Выкл.», S4 в положении «Выкл.»). Снять нагрузочную характеристику схемы. Данные свести в таблицу, аналогичную табл. 1, но в последний столбец вместо К _п1 вписать К _п.

Рассчитать величину коэффициента пульсаций на выходе фильтра по формуле:

, (2)

где U_{m 1}=0,5 U _m – амплитуда первой гармоники пульсаций на выходе фильтра.

Построить графики зависимостей U _н = f(I _н ), I _ф = f(I _н ), К_П = f(I _н ).

5. Исследовать трехфазную двухтактную схему выпрямления при работе на емкостную нагрузку:

а) снять нагрузочную характеристику схемы: тумблер S3 в положении «Вкл.», тумблер S4 в положении «Вкл.». Данные свести в таблицу, аналогичную табл. 1. Коэффициент пульсаций на выходе фильтра считать по формуле (1). Построить графики зависимостей U _н = f(I _н ), I _ф = f(I _н ), К _П1 = f(I _н ).

б) исследовать влияние величины емкости конденсатора фильтра на работу схем выпрямления (тумблер S4 в положении «выкл», величина сопротивления активной нагрузки остается постоянной и небольшой, S6 в положении 2); коэффициент сглаживания рассчитывается по формуле:

,

где К _п1 – коэффициент пульсаций по первой гармонике, найденный при исследовании в п. 3 (при активной нагрузке); К _п – коэффициент пульсаций при наличии фильтра.

Данные свести в табл. 2, построить графики зависимостей U _н = f(С _ф ), I _н = f(С _ф ), К_с = f(С _ф ).

Таблица 2

6. Исследовать схему П–образного LC-фильтра (тумблер S3 в положении «Выкл.», тумблер S4 в положении «Вкл.», тумблер S5 в положении 2) с трехфазной двухтактной схемой выпрямления.

Данные свести в таблицу, аналогичную табл. 2, построить графики зависимостей U _н = f(С _ф ), I _н = f(С _ф ), К_с = f(С _ф ),

Оформление отчета

В отчете должны быть представлены:

1.Исследуемые схемы выпрямителей и фильтров (рис. 2.1).

2.Таблицы, содержащие результаты измерений и расчетов.

3.Графики зависимостей результатов измерений и расчетов.

4.Выводы по результатам работы.

Библиографический список

1. Электропитание устройств связи: Учебник для ВУЗов/Под ред. Ю.Д. Козлова. -М.: Радио и связь, 1998.-С. 69-118.

2. Иванов-Цыганов А. И. Электропреобразовательные устройства РЭС. М.: Высшая школа, 1991.с. 65–110.

3. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: уч. пособие для вузов / В. М. Бушуев и др. – М.: Горячая линия-Телеком, 2011. С. 143 - 157, 180 – 193.

_______________