Исследование трехфазных выпрямителей (Лабораторная работа № 11)

Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Электротехника и электроника»

ЭЛЕКТРОНИКА

Лабораторные работы (практикум)

для студентов электротехнических специальностей

Часть 2

Минск 2009

УДК 621.38 (076.5)

ББК 32.85я7

Э 45

Составители:

Ю.В.Бладыко, Е.И.Германович, С.В.Домников, М.И.Полуянов, Т.Е.Жуковская, Г.А.Михальцевич

Под общей редакцией Ю.В.Бладыко

Рецензенты С.Д.Гавриленко, Т.Т.Розум  

Лабораторный практикум является продолжением «Электроника. Лабораторные работы (практикум) для студентов электротехнических специальностей, часть 1» и предназначен в качестве учебного пособия по курсам «Электроника» и «Электроника и информационно-измерительная техника» для студентов электротехнических специальностей. Содержание практикума соответствует действующим программам курсов и включает девять лабораторных работ. Работы предусматривают расчетную и экспериментальную части. Предварительный расчет к эксперименту студенты должны выполнять в период самостоятельной подготовки к работе, затем проверить полученные результаты опытным путем, провести дополнительные экспериментальные исследования.

К печати работы подготовили: Е.И.Германович – № 11; С.В.Домников – № 12; Л.С.Пекарчик – № 13; М.И.Полуянов – № 14; Ю.В.Бладыко – № 15, 17, 19; Т.Е.Жуковская – № 16; Г.А.Михальцевич - № 18. В лабораторном практикуме использованы описания к стендам Скачко К.Г., Лапидуса А.И., Лившица В.С., Сычика В.А., Силюка В.Ф.

ISBN 978-985-479-                                                   © Белорусский национальный

технический университет, 2009

Лабораторная работа № 11

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Цель работы:  Ознакомление с работой схем выпрямления трехфазного тока; экспериментальная проверка основных соотношений между токами и напряжениями в схемах; ознакомление с формой кривых тока и напряжения в различных цепях и с ходом внешних характеристик обеих схем выпрямления.

Общие сведения

Трехфазная схема выпрямления с нулевым выводом. Трехфазная схема выпрямления с нулевым выводом (рис. 11.1, а) содержит трехфазный трансформатор и три вентиля (VD1, VD2, VD3). Первичная обмотка трансформатора, в зависимости от величины питающего напряжения, может быть соединена в звезду или в треугольник, вторичная - только в звезду. Нагрузка включается между нулевой точкой вторичной обмотки трансформатора и обшей точкой катодов вентилей.

Схема выпрямления является однополупериодной.

Рассмотрим работу идеальной схемы (рис. 11.1, а) на активную нагрузку. В любой момент времени ток протекает только в той фазе, в которой на аноде вентиля имеется наибольший положительный потенциал (рис. 11.1, б).

Если предположить, что индуктивное сопротивление рассеяния обмоток трансформатора X_Т равно нулю, и переход тока от одного вентиля к другому – коммутация – происходит мгновенно, то чередование работы вентилей происходит в момент пересечения положительных полуволн фазных ЭДС, в так называемых точках естественного зажигания. На отрезке t₁ - t₂ работает вентиль фазы а, на отрезке t₂ - t₃ вентиль фазы  b, и т.д. Выпрямленный ток, проходящий через нагрузку, складывается из чередующихся анодных токов i_а1, i_а2, i_а3, длительность протекания которых составляет одну треть периода (рис. 11.1, в), I_а = I_н/3.

Форма напряжения u_Н на нагрузке представляет собой огибающую фазных напряжений вторичной обмотки трансформатора. Как известно, среднее значение выпрямленного напряжения определяется по формуле:

.

Рис. 11.1

Для схемы с нулевым выводом (т = 3) напряжение холостого хода . Пульсация выпрямленного напряжения частотой 150 Гц достигает значительной величины q= 0,25.

В непроводящую часть периода к каждому вентилю прикладывается разность двух фазных напряжений (собственной фазы и смежной работающей фазы, как это видно из заштрихованной области на рис. 11.1, б). Максимальное обратное напряжение достигает амплитуды линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора:

.

Большим недостатком схемы с нулевым выводом является наличие потока вынужденного намагничивания трансформатора как результат протекания во вторичных обмотках токов одного направления. Эти потоки замыкаются через кожух и воздух. Они вызывают нагрев кожуха и увеличивают потери в трансформаторе. Во избежание насыщения и связанного с этим увеличения намагничивающего тока первичной обмотки трансформатора приходится увеличивать сечение сердечника или применять схему соединения обмоток «зигзаг».

Из-за большого спектра гармоник расчетная мощность трансформатора значительно превышает мощность нагрузки, S_Т = 1,34 P_н.

На работу реальных схем выпрямления оказывают существенное влияние индуктивности рассеяния обмоток трансформатора и характер нагрузки.

Как видно из диаграммы рис. 11.2, б, в момент времени t₁ ток фазы а не может мгновенно снизиться до нуля, а ток фазы b  не может возрасти скачком до максимума, так как ЭДС самоиндукции, наводимая в индуктивности рассеяния трансформатора, препятствует быстрому изменению тока. Поэтому в течение времени коммутации gобе смежные фазы работают параллельно. ЭДС самоиндукции, наводимая в индуктивности рассеяния обмоток, складывается с напряжением фазы aи вычитается из напряжения фазы b. Результирующие напряжения параллельно работающих фаз уравниваются, а их величина определяется полусуммой фазных напряжений. В этом случае мгновенные значения выпрямленного напряжения (на нагрузке) уменьшаются относительно огибающей трехфазной системы напряжений на величину ординат заштрихованных участков (рис. 11.2, а).