3.6 Контрольні питання

1. які характеристики нелінійних елементів відносяться до статичних?

2. які характеристики нелінійних елементів відносяться до динамічних?

3. у чому принципова відмінність статичних характеристик від динамічних?

4. який вигляд повинна бути ВАХ нелінійного елементу, щоб його можна було використовувати для випрямляння електричного струму.

5. приведіть форму струму на виході однонапівперіодного випрямляча у відсутності фільтра.

6. приведіть форму напруги на виході однонапівперіодного випрямляча в наявності фільтра

7. приведіть форму струму на виході двонапівперіодного випрямляча у відсутності фільтра

8. Що оцінює коефіцієнт пульсацій?

9. Як визначити коефіцієнт пульсацій за наслідками вимірювань проведених в лабораторній роботі?

10. Як визначити коефіцієнт пульсацій за наслідками розкладання функції сигналу вихідного струму в ряд Фур’є?

Лабораторна робота №6 ДОСЛІДЖЕННЯ трифазних ЛАНЦЮГІВ, ЩО МІСТЯТЬ несиметричні нелінійні ЕЛЕМЕНТИ

6.1. Мета роботи: Дослідження трифазних ланцюгів, що містять несиметричні нелінійні елементи, у колах з синусоїдальними сигналами. Експериментальне підтвердження здатності нелінійних елементів випрямляти змінний електричний струм. Проведення порівняльного аналізу різних схем трифазних випрямлячів.

6.2 Зміст роботи:

- провести дослідження характеристик різних схем випрямлячів, відповідно до порядку виконання роботи;

- побудувати необхідні осцилограми струмів і напруги, провести розрахунок вказаних величин;

- зробити висновки за результатами роботи.

6.3 Теоретичні відомості

Пристрої з електричними вентилями, призначені для перетворення змінної напруги в постійне, називаються випрямлячами. Про якість судять по величині коефіцієнта пульсацій К_П. Коефіцієнт пульсацій є відношення величини діючого значення змінної складової на виході випрямляча до його постійної складової.

(6.1)

Чим менша величина коефіцієнта пульсацій, тим краще якість випрямляння.

Всі випрямляючі схеми можна розділити за основними ознаками:

4. по числу фаз первинної обмотки трансформатора - на однофазні і 3^х - фазні;

5. по числу імпульсів струму у вторинній обмотці трансформатора за період - на одне і двонапівперіодні;

6. некеровані і керовані.

Для спрощення аналізу випрямляча заздалегідь розглядатимемо його роботу на чисто активне навантаження, вважаючи трансформатор і вентилі ідеальними. Це означає, що втрати в трансформаторі відсутні, а вентилі мають ідеальну вольт-амперну характеристику. Для правильного вибору трансформатора і вентилів необхідне знання параметрів, якими характеризується робота кожного з елементів випрямної схеми. Заданими є: середні значення випрямленої (вихідної) напруги U₀ і струму I₀ та необхідний коефіцієнт пульсацій К_п.

Трифазна схема випрямляння з нульовим дротом.

Схема трифазного випрямляча з нульовим дротом показана рис 6.1.

Рисунок 6.1 - Схема трифазного випрямляча з нульовим дротом

Трифазна схема випрямляння з нульовим дротом містить трифазний трансформатор, 3 вентилі і навантаження R_H. Вторинна обмотка обов'язково з'єднується «зіркою». На рисунке 6.2 зображена напруга трифазної системи вторинних обмоток трансформатора.

У момент t, коли U_2A позитивно, а U_2B и U_2C негативні, струм проходитиме тільки через вторинну обмотку і VD1. Миттєве значення цього струму:

(4.15)

Унаслідок протікання струму, потенціал катода VD1 буде рівний потенціалу його анода, тобто U_2A. Оскільки катоди вентилів всіх фаз об'єднані, то потенціали катодів VD2 і VD3 теж будуть рівні U_2A.

Рисунок 6.2 – епюри напруги і струмів в схемі трифазного випрямляча з нульовим дротом

Тому поки напруга фаз B і C менше напруги U_2A, вентилі VD2 і VD3 не проводитимуть струм. У момент t₂ напруга U_2A стає рівною U_2В і вентиль VD2 починає проводити струм, напрям якого в навантаженні співпадає з напрямом струму в попередню третину періоду. К VD1 прикладена негативна напруга (U_2A < U_2В) і він виявляється закритим. Точно також в момент t₃ відкритим стає VD3, а VD2 - закритим. крапки (t_1, t_2, t₃) називаються точками комутації. Таким чином, завжди працює той вентиль, анод якого знаходиться під найбільш позитивним потенціалом. Вентиль працює 1/3 періоду. Струми вентилів складаються в струм навантаження ().Напруга на вентилі в провідну частину періоду рівна нулю. У решту часу (2/3 періоду) напруга на аноді визначається потенціалом цієї фази, а на катоді - потенціалом фаз провідних вентилів, тобто

(струм проводить VD2)

(струм проводить VD3)

Максимальна зворотна напруга на вентилі рівна амплітуді лінійної напруги, тобто

(4.16)

Постійна складова випрямленої напруги:

(4.17)

Максимальний струм діода:

(4.18)

Форма струму у вторинній обмотці трансформатора співпадає з формою струму вентиля. Струм в первинній обмотці має ту ж форму, але без постійної складової. Частота пульсацій в 3 рази вища за частоту мережі. Коефіцієнт пульсації:

(4.19)

Основним недоліком трифазної схеми є наявність потоку вимушеного намагнічення трансформатора, що створюється струм некомпенсованій постійній складовій, який протікає через вторинну обмотку.