Исследование широтно-импульсных преобразователей постоянного напряжения. Исследование трёхфазного автономного инвертора напряжения

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

1.1  Ознакомиться с принципом действия широтно-импульсных преобразователей постоянного напряжения (ШИП).

1.2  Приобрести навыки анализа работы ШИП.

2  САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА

2.1  Изучите данные методические указания, рекомендуемую литературу  [1, с4 -46; 2, с405-435; 3, с187-225; 4, с321-347] и конспект лекций.

2.2  Ответьте на следующие вопросы:

- для каких целей используются ШИП?

- какие типы ШИП исследуются в данной лабораторной работе?

- как определить коэффициент заполнения импульсного напряжения?

- какие правила техники безопасности должны соблюдаться при выполнении лабораторной работы?

- как изменить скважность импульсов на выходе системы управления (СУ) ШИП?

- поясните принцип синхронизации лабораторного стенда и осциллографа?

3  ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Лабораторный стенд выполнен в  виде съёмного модуля, устанавливаемого в нишу стола. На лицевой панели модуля изображены принципиальные схемы силовой части различных ШИП: понижающего (рисунок 3.1), повышающего (рисунок 3.2), инвертирующего (рисунок 3.3) и структурная схема системы управления ШИП (рисунок 3.4).

Слева установлены переменные резисторы, позволяющие изменить:

- частоту генератора опорного напряжения СУ – «Частота»;

- величину управляющего напряжения СУ – «Уровень»;

- сопротивление нагрузки – «R_н»;

- входное напряжение ШИП – «U_вх».

          Переключатели S1 и S2 позволяют коммутировать схему силовой части ШИП в соответствии с таблицей 3.1.

Таблица 3.1

Тип ШИП	Положение переключателей
	S1	S2
Понижающий	1	1
Повышающий	любое	2
Инвертирующий	2	1

          Переключателем S3 изменяется величина индуктивности L1, причём в положении «1» индуктивность минимальна, а в положении «2» - максимальна.

С помощью переключателя S4 производится подключение (положение «1») конденсатора С1 параллельно нагрузке.

 

Рисунок 3.1 - Принципиальная схема силовой части понижающего ШИП

 

Рисунок 3.2 - Принципиальная схема силовой части повышающего ШИП

 

Рисунок 3.3 - принципиальная схема силовой части инвертирующего ШИП

 

ГПН – генератор опорного (пилообразного) напряжения

НО  - нуль-орган с суммированием входных сигналов

ВФ – выходной формирователь

Рисунок 3.4 Структурная схема системы управления ШИП

В нижней части лицевой панели модуля расположены гнезда Х1-Х14 для подключения осциллографа и прибора В7-35.

На гнезда Х13-Х14 выведено напряжение синхронизации. Рекомендуется подключать к этим гнездам первый канал осциллографа, а второй использовать для наблюдений.

Сопротивление шунтов RS1-RS4 1Ом.

4  ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1  Исследуйте СУ ШИП.

4.1.1  Пронаблюдайте осциллограммы опорного (к.т. Х9-Х7), управляющего (к.т. Х10-Х7), выходного (к.т. Х11-Х7) напряжений СУ при изменении частоты.

4.1.2  Установите минимальную частоту и пронаблюдайте те же осциллограммы при изменении управляющего напряжения.

4.1.3  Зарисуйте эти осциллограммы в отчёт для заданной преподавателем величины управляющего напряжения.

4.1.4  Рассчитайте коэффициенты скважности и заполнения напряжения на выходе нуль – органа для заданной величины управляющего напряжения.

4.2  Исследуйте силовую схему понижающего ШИП.

4.2.1  Установите наибольшее значение входного напряжения (к.т. Х12-Х7). Измерьте и зафиксируйте в отчёте значение этого напряжения.

4.2.2  Пронаблюдайте форму тока в дросселе L1 (к.т. Х5-Х1). Изменяя поочерёдно скважность, частоту, сопротивление нагрузки, величину индуктивности дросселя L1 и характер нагрузки сделайте выводы об их влиянии на форму этого тока.

4.2.3  Зарисуйте осциллограммы следующих напряжений и токов:

- напряжение на транзисторе VT1 (к.т. Х6-Х7);

- напряжение на диоде VD1 (к.т. Х9-Х3);

- напряжение на дросселе L1 (к.т. Х5-Х1);

- напряжение на нагрузке (к.т. Х4-Х1);

- ток коллектора транзистора VT1 (к.т. Х9-Х6);

- ток диода VD1 (к.т. Х3-Х4);

- ток через дроссель L1 (к.т. Х5-Х1);

для величины управляющего напряжения по п.п. 4.1.3 для минимального сопротивления нагрузки, минимальной частоты и минимальной величины индуктивности дросселя L1 при работе ШИП с емкостным фильтром.

4.2.4  Повторите п.п. 4.2.3, изменив индуктивность дросселя на максимальную.

4.3  Исследуйте силовую схему повышающего ШИП.

4.3.1  Пронаблюдайте форму тока в дросселе L1 (к.т. Х5-Х8). Изменяя поочерёдно скважность, частоту, сопротивление нагрузки, индуктивность дросселя, характер нагрузки (R или RC), проанализируйте влияние этих параметров на форму тока в индуктивности. Сделайте выводы.

4.3.2  Зарисуйте комплект осциллограмм напряжений и токов для максимального значения индуктивности дросселя при максимальном сопротивлении нагрузки с емкостным фильтром и заданном напряжении управления:

- напряжение на транзисторе VT1 (к.т. Х6-Х1);

- напряжение на диоде VD1 (к.т. Х3-Х8);

- напряжение на дросселе L1 (к.т. Х12-Х5);

- напряжение на нагрузке (к.т. Х4-Х1);

- ток коллектора транзистора VT1 (к.т. Х8-Х6);

- ток диода VD1 (к.т. Х3-Х4);

- ток через дроссель L1 (к.т. Х5-Х8).

4.3.3  Повторите п.п. 4.3.2, изменив индуктивность дросселя на минимальную.

4.4 Исследуйте работу инвертирующего ШИП.

4.4.1  Установив заданную величину управляющего напряжения зарисуйте    следующие осциллограммы токов и напряжений:

- напряжение на транзисторе VT1 (к.т. Х6-Х7);

- напряжение на диоде VD1 (к.т. Х1-Х3);

- напряжение на дросселе L1 (к.т. Х4-Х5);

- напряжение на нагрузке (к.т. Х1-Х8);

- ток коллектора транзистора VT1 (к.т. Х8-Х6);

- ток диода VD1 (к.т. Х3-Х4);