Преобразовательная техника: Методические указания к проведению лабораторных работ. - Челябинск: Учтех-Профи, 2014.

Методические указания предназначены для студентов средних и высших учебных заведений, в которых предусмотрено изучение курсов «Преобразовательная техника», «Энергетическая электроника», «Промышленная электроника». Методические указания также могут быть использованы для обучения учащихся профессионально-технических училищ и слушателей отраслевых учебных центров повышения квалификации инженерно-технических работников.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение .< . . .................................................................. . _ . . ...4

Описание лабораторного стенда ..............................

Общие рекомендации по выполнению лабораторных работ .....І3

Работа №1. Исследование однофазного однополупериодного неуправляемого выпрямителя... _ ..........

Работа №2. Исследование однофазных однополупериодных управляемых выпрямителей

Работа №3. Исследование схем трехфазных управляемых выпрямителей...27

Работа №4 Исследование режимов работы трехфазных управляемых выпрямителей......_..___.............................. .................. ..35

Работа №5 Исследование энергетических показателей управляемого выпрямителя ............................................................. . .40

Работа №6 Исследование двухкомплектного реверсивного преобразователя ......................................................... ..46

Работа №7 Исследование импульсных преобразователей и стабилизаторов постоянного напряжения ..............

Работа №8 Исследование трехфазного автономного инвертора напряжения ......... .....58

Работа №9 Исследование двухзвенного преобразователя частоты............67

Работа №10. Исследование однофазного преобразователя переменного напряжения

Работа №11. Исследование однофазного мостового выпрямителя с корректором коэффициента мощности......... ............ ..77

Работа №І2. Исследование источника вторичного электропитания .....83

Введение

Методические указания предназначены для студентов средних и высших учебных заведений, в которых предусмотрено изучение курсов «Преобразовательная техника», «Энергетическая электроника», «Промышленная электроника». Методические указания также могут быть использованы для обучения учащихся профессионально-технических училищ и слушателей отраслевых учебных центров повышения квалификации инженерно-технических работников.

Основная задача данного цикла лабораторных работ - предоставить студентам возможность практически изучить основные типы устройств преобразовательной техники. Студенты должны приобрести навыки работы с электронными схемами и закрепить материал, изученный теоретически.

Особое внимание при выполнении лабораторных работ уделяется развитию навыков работы с электронным осциллографом.

Для более глубокого изучения материала студенты дома до выполнения лабораторной работы проводят предварительные расчеты и построения. Каждый студент получает индивидуальное задание. Лабораторная работа в значительной степени является проверкой предварительно выполненного задания. При отсутствии домашнего задания выполнение лабораторной работы нецелесообразно.

Для проверки знаний студентов перед лабораторной работой проводится коллоквиум на основе контрольных вопросов, помешенных в пособии.

После выполнения лабораторной работы студенты составляют индивидуальные отчеты. Отчеты содержат как результаты проверки индивидуальных заданий, так и результаты общих экспериментальных исследований.

1. Описание лабораторного стенда

Технические характеристики

- Электропитание от сети

- Частота питающего напряжения

- Потребляемая мощность, не более

- Габаритные размеры

- Масса, не более

- Диапазон рабочих температур

- Влажность до

3х380 В

50 Гц

750 ВА

1500х800х450 мм

100 кг

+10...35°С

80%

Состав

Стенд содержит два каркаса, в которых размещены модули (рис. 1).

Перечень модулей и их краткие технические характеристики приведены в табл. 1

Описание исследуемых модулей приведено в соответствующих лабораторных работах и техническом описании стенда. Краткое описание модулей, используемых для питания и измерения, приведено ниже.

Таблица 1

№	Наименование	Краткая техническая характеристика
1.	Модуль питания стенда	Ввод ~3х380В, ВИП +/-15В, +5В, автоматический выключатель
2.	Модуль питания (трехвазный)	Автоматический выключатель, питание ~3х380В,~220 В
3.	Модуль измерительный	Стрелочные приборы для измерения постоянных и переменных токов в цепях преобразователей
4.	Модуль «Мультиметры»	Цифровые приборы (в основном для измерения напряжений)
5.	Модуль «Тиристорный преобразователь»	Исследование трехфазных выпрямителей, ведомых и реверсивных преобразователей. Напряжение на выходе регулируемое до ±110 В, ток до ±1 А
6.	Модуль «Преобразователь постоянного напряжения»	Исследование широтно-импульсного преобразователя и стабилизатора постоянного напряжения, а также ключевого режима транзисторов (биполярных, полевых и ІGВТ). Напряжение на входе регулируемое до =27 В, ток до =1,0 А
7.	Модуль «Преобразователь частоты»	Исследование двухзвенного преобразователя частоты и трехфазного автономного инвертора напряжения. Напряжение на выходе регулируемое трехфазное до ~110 В, ток до ~1 А, частота до 50 Гц
8.	Модуль «Нагрузка»	Дискретно-регулируемые активно-индуктивно-емкостные нагрузки
9.	Модуль «Корректор коэффициента мощности»	Исследование неуправляемого выпрямителя, работающего на емкостной фильтр без корректора коэффициента мощности и с корректором коэффициента мощности. Напряжение на входе ~16 В, ток до ~2,0 А
10.	Модуль «Источник вторичного электропитания»	Исследование обратноходового источника вторичного электропитания
11.	Модуль «Тиристоры»	Исследование тиристоров, симисторов, запираемых тиристоров, управляемого выпрямителя преобразователя переменного напряжения. на входе +15 В, ~12 В, ток до 100 мА
12.	Модуль «Диоды»	Исследование диода, диода Шоттки, неуправляемого однофазного выпрямителя, светодиода и стабилитрона. Напряжения: ±15 В, ~9 В, ток до 100 мА.
13.	Модуль «Миллиамперметры»	Измерение постоянного тока в 4-х пределах измерения: 100 мкА, 1мА, 10 мА и 100 мА.
14.	Измеритель мощности	Универсальный цифровой прибор для измерения постоянных и переменных напряжений, токов, мощностей, частоты и энергетических показателей (,)
15.	Осциллограф	GОЅ-620. Снятие осциллограмм

Модуль питания стенда

Модуль питания стенда (МПС) предназначен для ввода трехфазного напряжения из сети в лабораторный стенд, защиты стенда от токов короткого замыкания и подачи силовых и маломощных напряжений питания на модули стенда.

Внешний вид модуль представлен на рис. 2.

Модуль содержит автоматический трехполюсный выключатель QF1, вторичный источник питания напряжениями ±15 В и +5В маломощных цепей модулей. Подключение стенда к напряжению питания, подача силового и маломощного напряжений на модули выполняется с помощью жгутов, подключаемых с тыльной стороны модуля.

На лицевой части имеется индикация подачи силового напряжения по фазам А, В и С, а также маломощных напряжений питания +5В, +15В и -15В. Кроме этого возможны низковольтных напряжений с лицевой панели (выведены соответствующие клеммы напряжений и общего провода).

Модуль питания

Модуль питания (МП) предназначен для подачи трехфазного напряжения на модули с помощью соединительных проводов с лицевой стороны модуля и защиты подключенных модулей от токов короткого замыкания.

Внешний вид модуля представлен на рис. 3. На лицевой панели модуля расположены автоматический трехполюсный выключатель QF2, гнезда трехфазного напряжения А, В, С и нейтрали N (гнезда продублированы), индикация наличия фазных напряжений, гнезда фазного напряжения ~220В. К гнездам =220В ничего не подключено, в данном варианте стенда они не используются.

Модуль «Мультиметры»

Модуль «Мультиметры» (рис. 4) содержит два универсальных цифровых прибора типа МY67(68) и используется в основном для измерения напряжений.

Диапазоны измерений приведены в табл. 2.

Таблица 2

Измеряемый параметр	Диапазоны измерения	Класс точности
Постоянное напряжение	0…±1000 В	1,5
Постоянный ток	0…±400 мкА; 0…±400 мА; 0…±10 А	1,5
Переменное напряжение	0…750 В	1,5
Переменный ток	0…400 мкА; 0…400 мА; 0…10 А	1,5

Примечание: Будьте внимательны, при измерении тока соединительные провода мультиметра необходимо подсоединять к клеммам «мА» (либо «10 А») и к «com»!

Модуль «Измерительный»

Модуль «Измерительный» (рис. 5) предназначен для проведения измерений в цепях постоянного и переменного тока. Модуль содержит два амперметра постоянного тока магнитоэлектрической системы типа М42300 с пределом измерения +2 А и ±2 А, один амперметр переменного тока электромагнитной системы типа ЭА0700 с пределом измерения 1 А. И один вольтметр переменного тока типа Ц42300 с пределом измерения О...250 В.

Модуль «Измеритель мощности»

Модуль «Измеритель мощности» (рис. 6) предназначен для измерения параметров электрической цепи:

- действующего значения напряжения в поддиапазонах 0...30 В или 0...300 В;

- действующего значения тока в поддиапазонах 0...0,2 А или 0…2 А;

- активной мощности в диапазоне О...600 Вт;

- реактивной мощности в диапазоне 0. . .6О0 ВАР;

- полной мощности в диапазоне 0...600 ВА;

- частоты в диапазоне 5 ...2О0 Гц;

-

- угла сдвига между током и напряжением

Прибор содержит:

- гнезда для подачи входного измеряемого сигнала (генератора) А и N гнезда для подключения потребителя (нагрузки) А1 и N. Шунт для измерения тока нагрузки подключен между гнездами А и А1;

- индикатор жидкокристаллический четырехстрочный для вывода информации;

- выключатель «Сеть» для подключения питания прибора;

- тумблер «U» для изменения поддиапазона измерения напряжения;

- тумблер «І» для изменения поддиапазона измерения тока;

- кнопка «Р/Q/Ѕ» для изменения вывода информации в третьей строке индикатора, соответственно, активной, реактивной и полной мощности;

- кнопка «f//» для изменения вывода информации в четвертой строке индикатора, соответственно, частоты, косинуса и угла сдвига фаз между током и напряжением.

При одновременном нажатии, в течении порядка 2 сек, кнопок «Р/Q/Ѕ» и «f//» модуль «Измеритель мощности» переходит в режим измерения постоянного тока. Обратное переключение осуществляется повторным нажатием кнопок «Р/Q/Ѕ» и «f//».

Осциллографирование

При выполнении лабораторных работ рекомендуется использовать двухканальный осциллограф, например, СОЅ-620.

Электронный осциллограф предназначен для наблюдения на экране электронно-лучевой трубки функциональных зависимостей сигналов, изменений электрических сигналов во времени, а также для измерения различных электрических величин.

Полоса пропускания осциллографа СОЅ-620 составляет 20 МГц, максимальная чувствительность ~ 1 мВ/дел, минимальный коэффициент развёртки _ 0,2 мкс/дел.

На рис. 7 показана лицевая панель осциллографа СОЅ-620 с обозначением органов управления.

Включение питания осциллографа осуществляется кнопкой 6 «РОИ/ЕК». При его включенном состоянии загорается индикатор 5. Регулировка яркости и фокусировка изображения на экране осциллографа - позиция 33 - осуществляется вращением ручек 2 «INTEN» и 3 «FOCUS» соответственно. Изменение наклона изображения по горизонтали производится регулировкой 4 «TRACE ROTATION». На выходе калибратора- позиция 1 - «CAL» напряжение 2 В и частота 1 кГц.

Каналы ввода сигналов. Исследуемые сигналы подаются на входы каналов СН1 гнездо 8 и СН2 гнездо 20.

Переключатели 10 и 18 режимов входов усилителей «AC-GND-DC»: «AC» (закрытый вход) - пропускает только переменную составляющую; «DC» (открытый вход) - постоянную и переменную составляющую; «GND» - вход усилителя отключается от источника сигнала и заземляется.

Дискретное изменение масштаба по оси Y для 1 и 2 каналов СН1 и СН2 от 5 мВ/дел до 5 В/дел в 10 диапазонах осуществляется регуляторами 7 и 22 «VOLTS/DIV» (вольт на деление) соответственно, с внешним делителем 1:10 от 50 МВ/дел. до 50 В/дел. Плавное изменение масштаба производится ручками 9 и 21 «VARIABLE». Когда ручка вытянута «режим х5 раз» происходит дополнительное увеличение амплитуды в 5 раз. Масштабы будут соответствовать указанным, если ручки 9 и 21 находятся в крайнем правом положении. В канале СН2 также можно осуществлять инвертирование сигнала нажатием кнопки 16 СН2 «INV».

Балансировку каналов СН1 и СН2 можно выполнять с помощью регуляторов и 17 «DC BAL». Регулировка положения лучей обеих каналов по вертикали осуществляется соответственно ручками 11 и 19 «POSITION».

Для наблюдения на экране осциллографа одного уши одновременно двух сигналов используется переключатель 14 режима работы усилителя «МОDЕ». В СН1 и СН2 - на экране наблюдается сигнал канала 1 или 2 или входной X-оси или Y-оси для режима X-Y; «DUAL» - одновременное изображения сигналов обоих каналов; «ADD» - отображается сумма сигналов подаваемых на два канала СН1 и СН2 или их разность при нажатой кнопке СН2 «INV». При этом, когда кнопка 12 «ALT/CHOP» отжата в двухканальном режиме, режим работы коммутатора выбирается автоматически исходя из положения ручки «время/дел». При нажатии на кнопку коммутатор принудительно переключается в режим попеременного показа кривых.

Гнездо 15 «GND» - общий вывод, потенциально соединенный с общими выводами входов 8 и 20. В свою очередь «GND», при подключении осциллографа через евророзетку (трехпроводную сеть), будет заземлён (занулён) в зависимости от используемой в лаборатории электросети. Об этом следует помнить при обеспечении электробезопасности.

Развертка. Масштаб развертки устанавливается ручкой 29 «ТІМЕ/DIV» от 0,2 мкс/дел до 0,5 с/дел 20 ступенями. При переводе в положение Х-Y обеспечивается наблюдение функциональной зависимости двух напряжений (фигур Лиссажу). Плавная регулировка коэффициента развертки производится ручкой 30 «SWP.VAR». Перемещение изображения по горизонтали - ручкой 32 «РОЅІТION». При нажатой кнопке 31 «x10 MAG» - скорость развертки увеличивается в 10 раз.

Синхронизация. Выбор режима синхронизации осуществляется руЧК0Й 23 «ЅОURCE»: СН1 и СН2 4 ршвертка синхронизируется сигналом с первого или второго канала соответственно; «LINЕ» - развертка синхронизируется от сети 50 Гц; «ЕХT›› ~ внешняя синхронизация и для подачи исследуемого сигнала непосредственно на входной усилитель Х. Для входа внешней синхронизации используется вход 24 «TRIG IN»;

При нажатой кнопке 27 «ТRIF.ALT» - развертка поочередно синхронизируется сигналом с 1 и 2 каналов.

Переключатель 26 полярности синхронизирующего сигнала «ЅLОРЕ» «+» или «-» развертка синхронизируется положительным или отрицательным перепадом исследуемого сигнала.

Регулировка уровня исследуемого сигнала, при котором происходит запуск

развертки, производится ручкой 28 «LEVEL».

Выбор режима работы запуска развертки - позиция 25 - «TRIGER MODE»

(полярность сигнала должна быть при этом отрицательной): «АUТО» - если нет сигнала синхронизации, развертка переходит в автоколебательный режим; «NORM» - развертка запускается только при наличии входного сигнала; «ТV-V» и «ТV-Н» - синхронизация по вертикали (по кадрам) и по горизонтали (по строкам).

Входные кабели (шнуры). В комплект поставки включены следующие шнуры: два шнура без делителей для подключения к малым слаботочным клеммам и один шнур с переключаемым делителем 1:10 для силовых клемм.

Шнуры без делителей имеют по два вывода: красные - сигнальные и чёрные - общие. Общие выводы в осциллографе соединены между собой и с общей клеммой 15 «GND». Внимание! При подключении осциллографа к исследуемым цепям, черные (общие) выводы шнуров, соединённые с разными клеммами, приведут к короткому замыканию между ними, что может вывести исследуемый модуль из строя.

Шнур с делителем не имеет общего вывода и предназначен для подключения к силовым клеммам. Переключатель 1:1 - 1:10 находится на самом шнуре. При использовании шнура с делителем, в качестве общего вывода можно использовать чёрный вывод шнура без делителя либо провод, соединенный с клеммой 15 «GND».