Изучение принципов работы, определение основных характеристик трехфазных выпрямителей

Лабораторная работа 5.3 Трехфазные выпрямители

Цель работы.Изучение принципов работы, определение основных характеристик трехфазных выпрямителей.Файлы для моделирования данных выпрямителей расположены в папке Lab_5_3\Модели.

                                             Основные теоретические положения            

В настоящее время более одной трети всей вырабатываемой  электроэнергии используется потребителями постоянного тока. Это объясняется главным образом следующими причинами:

- многие энергоемкие производства по технологическим нормам требуют использования постоянного тока;

- в тяговом и промышленном электроприводе использование постоянного тока предпочтительно.

Элементами схем выпрямления являются:

- источник переменной ЭДС (генератор переменного тока, трансформатор);

- вентильная группа, преобразующая переменный ток в выпрямленный;

- сглаживающий фильтр, необходимый для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения (используется при необходимости).

Схемы выпрямления различают:

- по числу фаз первичной обмотки трансформатора (трехфазные, шестифазные и т.д.);

- по количеству используемых полупериодов переменного напряжения (однополупериодные и двухполупериодные).

1 Трехфазный нулевой выпрямитель

Применение многофазных выпрямителей позволяет:

- создать равномерную нагрузку на все три фазы сети;

- уменьшить пульсацию выпрямленного напряжения;

- уменьшить расчетную мощность трансформатора.

Трехфазные нулевые выпрямители применяются в блоках питания средней мощности.

Данный выпрямитель состоит из трех схем однополупериодных однотактных выпрямителей (рис. 1, 2; файлы L5_v_3_01.ewb, L5_v_3_02.ewb). Этим объясняются его недостатки. Ток во вторичной обмотке трансформатора (на схеме не показан) протекает только в одном направлении, когда диод открыт, и, следовательно, имеет постоянную составляющую.

Это вызывает подмагничивание сердечника трансформатора, уменьшается его магнитная проницаемость, снижается индуктивность обмоток трансформатора.

Следствием является рост холостого хода, увеличение потерь в трансформаторе и снижение кпд выпрямителя.

Переменное входное напряжение трех фаз преобразуется в пульсирующее напряжение с помощью диодов. Диоды работают поочередно, каждый в течение трети периода, когда потенциал начала одной из фазных обмоток более положителен, чем двух других.

При выборе диодов учитывается максимально допустимый средний прямой ток и амплитудное значение обратного напряжения.

Рис. 1 Схема трехфазного нулевого выпрямителя

Рис. 2 Схема трехфазного нулевого выпрямителя с измерительными приборами

В выпрямленном напряжении присутствует постоянная и переменная составляющая. Для снижения пульсаций может использоваться сглаживающий фильтр. Усилитель К в схеме (рис. 2) используется для преобразования действующего значения напряжения в амплитудное для проведения измерения обратного напряжения на диоде.

Среднее значение напряжения Ud,выпрямленный ток (среднее значение) в нагрузке Id, обратное напряжение на диоде U_ОБР, напряжение пульсаций dU(в схеме &U):

 

           

 

Другое назначение схемы – выбор наибольшего по величине напряжения. В этом случае открыт только один диод, остальные закрыты и исключают короткое замыкание между источниками напряжений. Достоинством выпрямителя является его простота, недостатки: относительно большие пульсации.

2 Трехфазный мостовой выпрямитель (схема Ларионова)

В этой схеме используются обе полуволны питающих переменных напряжений  (рис.3, файл L5_v_3_03.ewb).

Рис. 3 Схема трехфазного мостового выпрямителя с измерительными приборами

Через сопротивление нагрузки ток в любой момент времени протекает в одном направлении через два открытых диода от разных фаз. Открытые диоды в каждый момент времени разные. Усилитель К в схеме (рис. 3) используется для преобразования действующего значения напряжения в амплитудное для проведения измерения обратного напряжения на диоде. Второй усилитель К (коэффициент усиления равен 1) используется для обеспечения возможности измерения осциллографом напряжения между двумя участками схемы, с потенциалами, ни один из которых не равен 0 (осциллограф проводит измерение относительно 0).

Преимущества трехфазной мостовой схемы – низкий уровень пульсаций, высокий коэффициент использования трансформатора. Недостатком является большое количество вентилей.

Ток во вторичной обмотке трансформатора протекает в обоих направлениях, следовательно, отсутствует постоянная составляющая. Выпрямитель име­ет высокий кпд и используется в мощных блоках питания. Недостаток схемы – усложнение за счет использования шести диодов.

Среднее значение напряжения Ud,выпрямленный ток (среднее значение) в нагрузке Id и обратное напряжение на диоде U_ОБР, напряжение пульсаций dU:

 

На рис. 4 (файл L5_v_3_04.ewb) изображена схема трехфазного мостового выпрямителя, из которой следует, что она состоит из двух схем трехфазных нулевых выпрямителей. В каждый момент времени открыты по одному диоду из каждой схемы. Источники напряжения продублированы для удобства анализа схемы. С помощью этой модели удобно определять частоту пульсаций в выпрямленном напряжении.

Рис. 4 Схема трехфазного мостового выпрямителя

Задание 1. Изучить работу выпрямителей (рисунки 1,..., 4; файлы L5_v_3_01.ewb,..., L5_v_3_04.ewb).

Задание 2. Для схем (файлы L5_v_3_01.ewb, L5_v_3_02.ewb) измерить: среднее напряжение Ud в нагрузке, ток I_d в нагрузке, определить частоту пульсаций F(рис. 5) и величину напряжения пульсаций dU на выходе выпрямителя(в схеме &U), обратное напряжение на диодах Uобр. Напряжение источника питания U= 100В. Результаты занести в таблицу 1. Для измерений использовать осциллограф, амперметр, вольтметры.

Измеренные величины к заданию 2                                                                                         Таблица 1

№ схемы	Определяемые величины
	dU, В	F, Гц	Ud, В	Id, мА	Uобр, В
Схема L5_v_3_01.ewb, L5_v_3_02.ewb

Для тех же схем вычислить величину средневыпрямленного значения напряжения Ud и тока I_d в нагрузке, частоту пульсаций F и величину напряжения пульсаций dU на выходе выпрямителя, обратное напряжение на диодах Uобр. Напряжение источника питания U= 100В. Результаты занести в таблицу 2.

Рассчитанные величины к заданию 2                                                                                     Таблица 2

№ схемы	Определяемые величины
	dU, В	F, Гц	Ud, В	Id, мА	Uобр, В
Схема L5_v_3_01.ewb, L5_v_3_02.ewb

Задание 3. Для схем (файлы L5_v_3_03.ewb, L5_v_3_04.ewb) измерить: среднее напряжение Ud в нагрузке, ток I_d в нагрузке, определить частоту пульсаций Fи величину напряжения пульсаций dU на выходе выпрямителя, обратное напряжение на диодах Uобр. Напряжение источника питания U= 100В. Для измерений использовать осциллограф, амперметр, вольтметры. Результаты занести в таблицу 3.

Измеренные величины к заданию 3                                                                                        Таблица 3

№ схемы	Определяемые величины
	U, В	F, Гц	Ud, В	Id, А	Uобр, В
Схема L5_v_3_03.ewb, L5_v_3_04.ewb

Для тех же схем вычислить величину средневыпрямленного значения напряжения Ud и тока I_d в нагрузке, частоту пульсаций F и величину напряжения пульсаций dU на выходе выпрямителя, обратное напряжение на диодах Uобр. Напряжение источника питания U= 100В. Результаты занести в таблицу 4.

Рассчитанные величины к заданию 3                                                                                     Таблица 4

№ схемы	Определяемые величины
	U, В	F, Гц	Ud, В	Id, А	Uобр, В
Схема L5_v_3_03.ewb, L5_v_3_04.ewb

Задание 4. Объяснить некоторое различие расчетных и измеренных значений величин.

Рис 5 Определение частоты пульсаций по периоду Dt