книги / Электронные преобразовательные устройства

3.10.Регулируя сопротивление реостата А10, установить по амперметру P1.2 выпрямленный ток преобразователя А8 равным, например, 0,5 А, но не более 1 А.

3.11.Подключить осциллограф в соответствии со схемой на рис. 3.8 и снять осциллограммы напряжения нагрузки преобразователя.

Рис. 3.8. Трехфазная нулевая схема включения преобразователя

3.12. По завершении эксперимента отключить источник G1, питание преобразователя А8, осциллограф, блок датчиков тока и напряжений А6, блоков мультиметров Р1.1, Р1.2.

Содержание отчета

1.Рисунок схемы соединения блоков, на основе которой проходила соответствующая часть лабораторной работы.

2.Осциллограмма исследованных участков схемы.

31

3.Сводная таблица данных и диаграмма для каждой части лабораторной работы, где было необходимо построить те или иные характеристики преобразователя.

4.Графики экспериментально полученных характеристик.

Контрольные вопросы

1.Равно ли значение пикового обратного напряжения на вентиле пиковому напряжению источника питания в однофазном мостовом выпрямителе, работающему наактивную нагрузку?

2.Что такое ложный запуск?

3.Каково основное различие между однополупериодными

идвухполупериодными выпрямительными схемами?

4.Почему импульсное включение тиристоров предпочтительнее?

5.Какова частота пульсаций на выходе:

–однофазного однополупериодного выпрямителя;

–однофазного двухполупериодного выпрямителя;

–трехфазного однополупериодного выпрямителя;

–трехфазного двухполупериодного выпрямителя?

32

Лабораторная работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА СГЛАЖИВАНИЯ LC-ФИЛЬТРА В ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Продолжительность работы – 4 часа

Цели работы: исследовать влияние LC-фильтра на выходное напряжение преобразователя, определить коэффициент сглаживания, получить экспериментальное подтверждение теоретическим знаниям, освоить процедуру снятия выходной характеристики преобразователя.

Основные теоретические положения

Кривая выходного напряжения выпрямителя всегда имеет пульсирующий характер независимо от схемы выпрямления. Ее можно представить как сумму постоянной и переменной составляющих. Чем меньше амплитуда переменной составляющей, тем меньше пульсация кривой выходного напряжения. Таким образом, качество выпрямленного напряжения можно оценивать по отношению амплитуды переменной составляющей к среднему значению выпрямленного напряжения. Это отношение называют коэффициентом пульсации q :

q = Un max , n Ud

где qn – коэффициент пульсации n-й гармоники; Un max – ам-

плитуда п-й гармоники.

Анализ показывает, что наиболее весома первая гармоника пульсирующей составляющей, поэтому при расчетах фильтров за коэффициент пульсации принимают отношение амплитуды первой гармоники U1 max к среднему значению выпрямленного

напряжения.

33

Коэффициент пульсации кривой выходного напряжения m- фазного выпрямителя по первой гармонике

Ниже приведены расчетные коэффициенты пульсации q, %, для m-фазных выпрямителей:

Очевидно, что с ростом числа фаз выпрямления резко уменьшается коэффициент пульсации, что свидетельствует об улучшении качества выпрямленного напряжения.

При питании конкретного потребителя требуемый коэффициент пульсации выпрямленного напряжения должен быть не выше заданного значения (от нескольких процентов до десятых долей процента). Для уменьшения коэффициента пульсаций необходимо снижать амплитуду пульсации выпрямленного напряжения. Обычно в качестве элементов фильтра используются реактивные элементы (дроссели и конденсаторы), так как значения их сопротивления зависят от частоты протекающего тока.

Параметры фильтра рассчитываются из условия подавления самой низшей гармоники выходного напряжения выпрямителя. Если совокупность реактивных элементов фильтра эффективно подавляет низкочастотную составляющую выходного напряжения, то высокочастотную составляющую фильтр тем более подавит. Степень эффективности (сглаживания) фильтра характеризуется коэффициентом сглаживания S-фильтра. Под коэффициентом сглаживания понимают отношение коэффициента пульсаций на входе фильтра qвх к коэффициенту пульса-

ции на выходе фильтра qвх :

S = qвх .

qвых

34

Сглаживающие фильтры делятся на простые, сложные и резонансные. На рис. 4.1 показаны основные типы сглаживающих фильтров, используемыхвустройствах силовойэлектроники.

Простой индуктивный фильтр (см. рис. 4.1, а) состоит из дросселя LΦ , включенного последовательно с сопротивлением

нагрузки RH . Поскольку активное сопротивление обмотки дросселя rL много меньше, чем сопротивление нагрузки RH , то постоянная составляющая напряжения на выходе выпрямителя Ud будет равна среднему значению напряжения на нагрузке UH , тогда как переменная составляющая выходного

напряжения выпрямителя распределится пропорционально значениям сопротивления по переменной составляющей между реактивным сопротивлением дросселя ( XL = ωпLΦ , где ωп –

угловая частота колебаний первой гармоники пульсирующего напряжения) и сопротивлением нагрузки RH .

Найдем коэффициент сглаживания фильтра по первой гармонике:

вая частота напряжения питающей сети, ωc = 2π fc ; т – число фаз выпрямления.

Для получения заданного коэффициента пульсации S1 необходимо, чтобы индуктивность дросселя фильтра

LΦ = RH πS12 − 1 . 2 m f

35

Рис. 4.1. Основные типы сглаживающих фильтров:

а– простой индуктивный; б – простой емкостный;

в– Г-образный RC-фильтр; г – Г-образный LC-фильтр;

д– многозвенный фильтр; е – резонансный фильтр

36

Как следует из полученного соотношения, индуктивность дросселя пропорциональна сопротивлению нагрузки, поэтому простой индуктивный фильтр целесообразно применять при нагрузках с малым активным сопротивлением (сильноточных).

Г-образный LC-фильтр (см. рис. 4.1, г). Параметры реактивных элементов фильтра выбираются таким образом, что X L >> XC << RH . В этом случае дроссель сглаживает ток нагруз-

ки, а конденсатор шунтирует нагрузку по переменной составляющей. Поскольку XC << RH , то коэффициент сглаживания

фильтра практически не зависит от сопротивления нагрузки. Как и для простого индуктивного фильтра, постоянная со-

ставляющая напряжения на выходе выпрямителя Ud будет равна среднему значению напряжения на нагрузке UH :

Как следует из полученных соотношений, коэффициент сглаживания фильтра зависит от произведения LΦ CΦ . Каждый

из этих сомножителей можно выбирать с учетом разных условий: оптимальных габаритных размеров, минимальной стоимости компонентов и др. Обычно индуктивность дросселя LΦ вы-

бирают из условия обеспечения непрерывности тока в дросселе.

37

Используя LC-фильтр, можно получить наибольший коэффициент сглаживания из всех однозвенных фильтров.

Г-образный RС-фильтр (см. рис. 4.1, в). При использовании RC-фильтра, Ud ≠ UH , найдем коэффициент сглаживания такого фильтра:

RC-фильтр используется при нагрузке, имеющей большое активное сопротивление, так как на активном сопротивлении RΦ имеет место потеря мощности от постоянной составляющей

тока нагрузки.

Простой емкостный фильтр (см. рис. 4.1, б) содержит кон-

денсатор CΦ , включенный параллельно сопротивлению нагрузки RH . В чистом виде емкостный фильтр существовать не мо-

жет, так как ток заряда конденсатора ничем не будет ограничен и диоды выпрямителя будут выходить из строя. Исходя из этого при работе выпрямителя с простым емкостным фильтром должно учитываться выходное сопротивление выпрямителя, т.е. сопротивление потерь rп , в состав которого входят значения со-

противления подводящих проводов и активное сопротивление обмоток трансформатора. В маломощных трансформаторах обычно rп = (0,04...0,06)RH . Расчет параметров фильтра можно

проводить так же, как и для RC-фильтра.

Если необходимо получить большой коэффициент сглаживания, то используют многозвенные фильтры. Пример такого фильтра показан на рис. 4.1, д. В приведенном примере фильтр представляет собой комбинацию простого емкостного фильтра и LC-фильтра. В этом случае результирующий коэффициент

38

сглаживания SΣ равен произведению коэффициентов сглаживания составляющих звеньев: SΣ = S1S2 S3

Резонансные фильтры (см. рис. 4.1, е) используются в случаях, когда необходимо подавить определенную гармонику в кривой выходного напряжения.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему для исследования работы управляемого выпрямителя.

1.1.Перед началом сбора схемы все блоки должны быть выключены(т.е. кнопки включения всетьне должнысветиться).

1.2.Собрать требуемую схему вентилей на основе схем соединения отдельных блоков, расположенных согласно рис. 4.2. Номера необходимых блоков указаны на рисунке в правом нижнем углу каждого блока в схеме.

1.3.Обязательно следует соединить гнезда защитного за-

земления устройств, используемых в эксперименте, с гнездом РЕ источника G1 с помощью специальных проводов.

1.4.Для исследования величин токов и напряжений схемы необходимо включить в нее измерительную аппаратуру:

– амперметр включить последовательно с нагрузкой;

– вольтметр параллельно нагрузке (удобнее включить на выход преобразователя).

1.5.После того как схема собрана, необходимо, чтобы преподаватель проверил ее правильность.

2. Произвести настройку и включение блоков стенда:

2.1.Переключатели номинальных фазных напряжений вторичных полуобмоток трансформаторов А3 и А4 установить в положение 73 В.

2.2.Включить выключатели «СЕТЬ» блоков мультиметров Р1.1, Р1.2.

2.3.Включить выключатель «СЕТЬ» преобразователя А8.

2.4.Включить выключатель «СЕТЬ» датчиков тока и напряжений А17.

39

40