Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
“Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина”
Нижнетагильский технологический институт (филиал)
Кафедра Автоматизации технологических процессов и систем
Оценка________________
Лабораторные работы
Выполнил: Куцанин С. А.
Группа: МС-39106-ЭиЭП
Руководитель: Исаев И. Н.
Н.Тагил
2012 Г. Содержание
Опыт 1. Однополупериодная схема………………………………………3
Опыт 2. Двухполупериодный выпрямитель……………………………...5
Опыт 3. Мостовая схема выпрямления…………………………………...7
Опыт 4. Трехфазные схемы выпрямления ( Нулевая схема)…………...9
Опыт 5. Нулевая реверсивная схема выпрямления ……………………11
Опыт 6. Трёхфазная мостовая схема выпрямления
(Схема Ларионова) ……………………………………………………….14
Опыт 7. Трехфазная мостовая реверсивная схема выпрямления ……..17
Опыт 8. Схема управляемого тиристора (Управляемый тиристор) …..19
Опыт 9. Автономный инвертор напряжения (Преобразователь частоты со звеном постоянного тока)……………………………………………..22
Опыт 10. Непосредственный преобразователь частоты……………….25
Лабораторная работа №1 Однополупериодная схема.
Выпрямитель является схемой одностороннего ограничения, преобразующей входной сигнал переменного тока в выходной сигнал постоянного тока. Выпрямитель ограничивает или устраняет отрицательную часть входного сигнала переменного тока. Напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт, всё падение напряжения происходит на вентиле, а напряжение на нагрузке Uн равно нулю.
Самая наипростейшая схема – однополупериодная схема. (pис.1). Кoгдa нa диoд сo втopичнoй oбмoтки тpaнсфopмaтopa пoстyпaет нaпpяжeние пoлoжительнoй пoляpнoсти (''+'' пpилoжeн к аноду диoдa), диод открывается и чеpез нaгpyзкy пpoтекaет тoк, а при oтpицaтeлнoй полярности тoк не пpoтекaет.
Рис.1 Однополупериодный выпрямитель
Рис.2 Модель схемы в программной среде Matlab
Рис.3 Результат опыта
Вывод:Данная схема выпрямления имеет токовую паузу длительностью полпериода, и как следствие низкий кпд использования мощности источника, большие пульсации, которые необходимо сгладить фильтром
Лабораторная работа №2
Двухполупериодный выпрямитель
Двухполупериодная схема (pис.4). Этy сxeмy мoжнo paссмaтpивaть кaк сoчетaние двyx однополупериодных выпрямителей, включенных на одну нагрузку. При положительном полупериоде работает только один диод, и ток протекает только через диод, нагрузку и одну часть обмотки трансформатора. При отрицательном полупериоде работает только второй диод и ток протекает через него, вторую часть обмотки трансформатора и нагрузку
Рис.4 Схема принципиальная
Модель в матлабе:
Рис.5 Модель схемы в программной среде Matlab
Рис.6 Результат опыта
Вывод:Данная схема действительно выпрямляет и положительный и отрицательный период, имеет меньше пульсаций, работает весь период изменения сигнала.
Достоинства(по сравнению с однополупериодной схемой):
- Более высокий КПД;
- Меньший коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения;
- Вдвое большая частота выпрямленного напряжения.
Недостатки:
- это необходимость второй обмотки или вывода средней точки.
Лабораторная № 3
Мостовая схема выпрямления
Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке 7
Рис 7. Однофазная мостовая схема (сxемa Гpeца)
U2 - Напряжение вторичной обмотки трансформатора
Uн – Напряжение на нагрузке.
Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.
Основная особенность данной схемы – использование одной обмотки трансформатора при выпрямлении обоих полупериодов переменного напряжения.
При выпрямлении положительного полупериода переменного напряжения ток проходит по следующей цепи: Верхний вывод вторичной обмотки – вентиль V2 – верхний вывод нагрузки – нагрузка - нижний вывод нагрузки - вентиль V3 – нижний вывод вторичной обмотки – обмотка.
При выпрямлении отрицательного полупериода переменного напряжения ток проходит по следующей цепи: Нижний вывод вторичной обмотки – вентиль V4 – верхний вывод нагрузки - нагрузка – нижний вывод нагрузки – вентиль V1 – верхний вывод вторичной обмотки – обмотка.
Как мы видим, в обоих случаях направление тока через нагрузку (выделено курсивом) одинаково.
Однофазная мостовая схема (сxемa Гpeца)
Рис. 8 Модель схемы в программной среде Matlab
Рис.9 Результат опыта
Вывод: Данная схема выпрямления имеет схожую осциллограмму с предыдущей, выпрямляется и положительный и отрицательный полупериод.
Преимущества: По сравнению с однополупериодной схемой мостовая схема имеет в 2 раза меньший уровень пульсаций, более высокий КПД, более рациональное использование трансформатора и уменьшение его расчетной мощности. По сравнению с двухполупериодной схемой мостовая имеет более простую конструкцию трансформатора при таком же уровне пульсаций. Обратное напряжение вентилей может быть значительно ниже, чем в первых двух схемах.
Недостатки:
1. Происходит двойное падение напряжения по сравнению с однополупериодным выпрямлением (на выпрямительных элементах), это иногда нежелательно. 2. Сложность применения в высоковольтных выпрямителях на большие токи нагрузки, выпрямительными элементами которых являются газоразрядные приборы (из-за сложности цепей питания их накала). Увеличение числа вентилей и необходимость шунтирования вентилей для выравнивания обратного напряжения на каждом из них.
Лабораторная работа №4
Трехфазные схемы выпрямления. Нулевая схема.
Нулевая трехфазная схема (схема Миткевича Рис.10) состоит из трех
вентилей, аноды которых присоединяются к выводам вторичной обмотки
трансформатора, соединенной звездой, а катоды присоединяются общей точкой к нагрузке.
Второй зажим нагрузки присоединяется к нулевой точке вторичной
обмотки трансформатора. Ток через вентиль проходит в течение одной трети
периода, а потом переходит на другой вентиль.
В данный момент времени будет открыт тот вентиль, у которого самый
положительный анод, так как у катодов-вентилей одинаковый потенциал.
Рассмотрим
работу схемы. На рисунке изображена
трехфазная система напряжений вторичных
обмоток трансформатора. В момент 
,
когда
положительно,
а
и
отрицательны,
ток будет проходить только через
вторичную обмотку и
.
Мгновенное значение этого
тока:
(2.1.26)
Вследствие протекания тока потенциал
катода
будет
равен потенциалу его анода, т.е.
.
Т.к. катоды вентилей всех фаз объединены,
то потенциалы катодов
и
тоже
будут равны
.
Поэтому пока напряжение фаз
и
меньше
напряжения
, вентили 
и
не
будут проводить ток. В момент
.
Вентиль
начинает
проводить ток, направление которого в
нагрузке совпадает с направлением тока
в предыдущую треть периода. К
оказывается
приложенным отрицательное напряжение
(
)
и он заперт. Точно также в момент
проводящим
становится
,
а
заперт.
Всегда работает тот вентиль, анод
которого находится под наиболее
положительным потенциалом. Вентиль
работает 1/3 периода. Токи вентилей
складываются в ток нагрузки (
).
Напряжение на вентиле в проводящую
часть периода равно нулю. В остальное
время (2/3 периода) напряжение на аноде
определяется потенциалом этой фазы, а
на катоде - потенциалом фаз проводящих
вентилей,
Рис. 10
Рис. 11 Модель схемы в программной среде Matlab
Рис.12
Вывод: Данная схема имеет 3 пульсации за период, амплитуда равна половине амплитуды источника.
Достоинства:
-Меньшее число вентилей
-Отсутствие бестоковой паузы
-Ток не падает до нуля
Недостатки:
-Необходим трансформатор.
-Соединение трансформатора только звезда
-Низкий КПД, снижение амплитуды в 2 раза