3779

Практическая работа № 1

РАСЧЕТ ОДНОФАЗНЫХ И ТРЕХФАЗНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Формулы и расчетные соотношения

1. Среднее значение выпрямленного (выходного) напряжения

1 T

Uн.ср

uнd t ,

(1)

T

0

/

/ – для двух-

2

– для однополупериодного выпрямителя;

2

2

U2д

U2д

полупериодного выпрямителя с нулевым выводом и для двухполупериодного мостового

выпрямителя;

выпрямителя с нулевым выводом;

3 6 U2д / 2 – для трехфазного

3

– для трехфазного мостового выпрямителя.

6 U2д /

2. Средние значения выпрямленного (выходного) тока

1 T

Iн.ср

iн d t ,

(2)

T

0

Uн.ср / Rн – для всех типов рассмотренных выпрямителей.

3. Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения К П .

К П

2

,

(3)

n 2 1

где п 2 – номер основной гармоники выпрямленного напряжения (число пульсаций выпрямленного напряжения за период питающего напряжения).

Для однополупериодного выпрямителя КП = 1,57.

4. Частота выпрямленного напряжения fн : fн 0,5 fвх – однополупериодный выпрямитель; fн fвх – двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом и двухполупериодный мостовой выпрямитель; fн 3 fвх – трехфазный выпрямитель с нулевым вы-

водом;	fн 6 fвх – трехфазный мостовой выпрямитель,
5.	Максимально допустимый средний прямой ток вентиля IFAVm : Iн.ср		– однопо-
лупериодный выпрямитель;		Iн.ср / 2 – двухполупериодный выпрямитель с нулевым выво-
дом и двухполупериодный мостовой выпрямитель; Iн.ср / 3 – трехфазный выпрямитель с
нулевым выводом и трехфазный мостовой выпрямитель.
6.	Максимальное обратное напряжение на вентиле U RRM : Uн.ср – однополупе-
риодный выпрямитель и		двухполупериодный выпрямитель с нулевым	выводом;

41

Uн.ср / 2 – двухполупериодный мостовой выпрямитель; 2 Uн.ср / 3– трехфазный вы-

	прямитель с нулевым выводом;	Uн.ср / 3 – трехфазный мостовой выпрямитель.
	7. Коэффициент использования мощности вторичной обмотки питающего
	трансформатора
	k			I н.ср Uн.ср	100% ,	(4)
		ис		m I2.д U2.д
			I2д U2д .			(5)
				Rн

В приведенных формулах и расчетных соотношениях: uн – выпрямленное напряжение;

U2д – действующее значение напряжения вторичной обмотки питающего трансформатора (для двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом действующее значение напряжения вторичной полуобмотки);

iн – выпрямленный ток;

fвх – частота на входе в выпрямитель;

m – число фаз вторичной обмотки питающего трансформатора;

I2д – действующее значение тока вторичной обмотки питающего трансформатора; Rн – сопротивление нагрузки.

Приведенные расчетные соотношения получены для идеальных схем выпрямления при следующих допущениях:

активные и индуктивные сопротивления обмоток трансформатора не учитываются;

нагрузка имеет чисто активный характер;

диод идеальный;

ток намагничивания трансформатора не учитываются;

напряжение и ток обмоток трансформатора строго синусоидальны.

Задание на расчет

Используя расчетные соотношения и исходные данные приложения 3, рассчитать параметры выпрямителей (n1–n6). Результаты расчетов занести в табл. 1. В эту же таблицу занести результаты моделирования параметров выпрямителей, полученные в лабораторных работах 1, 2, 3, 4 и 5.

В основных выводах дать оценку:

1. Степени схождения результатов расчетов параметров для идеальных схем выпрямления и полученных при моделировании.

2.Сложности каждой из рассмотренных схем выпрямления.

3.Качеству выпрямленного напряжения по параметру КП.

42

4.Параметрам для выбора диодов (IFAV и URRM).

5.Использованию мощности вторичной обмотки по параметру Кис.

Таблица 1

Параметры выпрямителя

	Тип выпрямителя	U н.ср ,	Iн.ср ,	Кп	fн ,	IFAVm ,	U RRM ,	kис ,
		В	А		Гц	А	В	%
	Однополупериодный	*
	выпрямитель
		**
	Двухполупериодный	*
	выпрямитель с нулевым выводом
		**
	Двухполупериодный мостовой	*
	выпрямитель
		**
	Трехфазный выпрямитель	*
	с нулевым выводом
		**
	Трехфазный мостовой	*
	выпрямитель
		**

*– значение параметра по результатам моделирования;

**– расчетное значение параметра.

Практическая работа № 2

РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Формулы и расчетные соотношения

1. Зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от угла управления в управляемом выпрямителе

	1				1 cos
Uн.ср			2 U2.д sin td t Uн.ср 0			.	(6)
					2

2. Зависимость коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения от угла

управления

					2
	К	П					1 n2 tg 2 ,		(7)
				n2	1

где п 2 – номер основной гармоники выпрямленного напряжения (число пульсаций выпрямленного напряжения за период питающего напряжения).

Задание на расчет

1. Используя формулу (7) и исходные данные приложения 3, рассчитать средние значения выпрямленного напряжения при различных углах управления однополупериодного управляемого выпрямителя. Результаты расчетов занести в табл. 2. В эту же таблицу

занести результаты моделирования.

43

Таблица 2

Среднее значение напряжения,U н.ср , В

Угол управления

расчетное

по результатам моделирования

α=0°

α= α1

α= α2

2.Используя формулу (6) и исходные данные приложения 3, построить регулировочную характеристику однополупериодного управляемого выпрямителя.

3Используя формулу (7) и исходные данные приложения 3, построить семейство зависимостей коэффициента пульсации от величины угла управления (глубины управле-

ния) КП f ( ) для рассмотренных однофазных двухполуперидных и трехфазных выпрямителей (для построения регулировочной характеристики и семейства зависимостей КП f ( ) рекомендуется использовать программу Mathcad Prime 3.0).

4. В основных выводах дать оценку степени схождения результатов расчетов параметров, для идеальных схем выпрямления и полученных при моделировании, а также оценить влияние величины угла управления на качество выпрямленного напряжения.

Практическая работа № 3

РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ РАЗЛИЧНОГО ТИПА

Формулы и расчетные соотношения

1. Коэффициента полезного действия (КПД) полупроводникового выпрямителя

	Т В		Т	,	(8)
		1	а Uа
			Uн.ср

где Т – коэффициент полезного действия трансформатора (0,98 – 0,99);В – коэффициент полезного действия вентильной группы;

Uа – падение напряжения на проводящем вентиле (принимаем равным 1,5 В);

Задание на расчет

1. Используя формулу (8) и исходные данные приложения 3 рассчитать КПД однофазных и трехфазных выпрямителей при Т 0,98 . Результаты расчетов занести в табл. 3.

44

		Таблица 3
Тип выпрямителя	В
Однополуперионый выпрямитель
Двухполуперионый выпрямитель с нулевым выводом
Двухполуперионый мостовой выпрямитель
Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом
Трехфазный мостовой выпрямитель

2.Используя формулу (8) и исходные данные приложения 3 с учетом того, что Uн.ср Iн.ср Rн , построить зависимость f (Iн.ср ) .

3.Используя формулы (8) и (6), а также исходные данные приложений 3 и 4 по-

строить зависимость КПД управляемого однополупериодного выпрямителя от глубины управления f ( ) (для построения зависимости f (Iн.ср ) и f ( ) рекомендуется

использовать программу Mathcad Prime 3.0).

4. В основных выводах дать оценку зависимости КПД от схемы выпрямления; от величины выпрямленного тока; от глубины управления.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи : учеб. для вузов ж.-д. трансп. – М. Транспорт, 1999. – 464 с.

2.Лукутин Б.В. Силовые преобразователи в электроснабжении : учебное пособие / Б.В. Лукутин, С.Г. Обухов. – Томск : Изд-во ТПУ, 2007. – 144 с.

3.Петрович В.П. Силовые преобразователи электрической энергии : учебное пособие / В.П. Петрович, Н.А. Воронина, А.В. Глазачев. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 240 с.

4.Гельман М.В. Преобразовательная техника : учебное пособие / М.В. Гельман, М.М. Дудкин, К.А. Преображенский. – Челябинск : Издательский центр ЮУрГУ, 2009. –

425 с.

45

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

КОМАНДЫ РЕДАКТИРОВАНИЯ СХЕМЫ

Следующие команды редактирования схемы и кнопки, доступны в основном меню, на основной инструментальной панели, инструментальной панели схемы и контекстных меню схемы.

№	Условное	Команды и кнопки
	обозначение
1		Show schematic window (F2). Показать окно схемы.
2		Schematic Tools. Инструменты работы со схемой.
3		Check schematic. Проверить схему.
4		Sheets. Открыть диалоговое окно «Sheets» (Листы).
5		Groups. Открыть диалоговое окно «Groups» (Группы).
6		Parts list. Показать список компонентов в окне Properties.
Attributes ►
7	Name. Показать имена компонентов на схеме.
8	Value. Показать значения главного параметра компонентов на схеме.
9		Copy to clipboard. Скопировать изображение окна схемы в буфер обмена.
10		Save as BMP. Сохранить изображение окна схемы в файле формата «bmp».
11		Save as JPG. Сохранить изображение окна схемы в файле формата «jpg».
12		Cut (Ctrl-X). Вырезать выделение (скопировать в буфер обмена и удалить)
13		Copy (Ctrl-C). Скопировать выделение в буфер обмена.
14		Paste (Ctrl-V). Вставить из буфера обмена.
15		Delete (Del). Удалить выделение.
16		Undo edit (Ctrl-Z). Отменить операцию.
17		Redo edit (Ctrl-Y). Выполнить повторно отмененную операцию.
18		Select All (Ctrl-A). Выделить все элементы схемы.
19		Select Net. Выделить элемент и все проводники, подсоединенные к нему непосред-
		ственно и через этикетки (включая другие листы).
20		Format. Форматировать выделенные элементы.
21		Preferences. Открыть диалоговое окно Preferences.
22		Help (F1). Помощь об окне схемы. Для помощи о компоненте, выделите компонент
		и нажмите F1.
Панель инструментов (Toolbar) и контекстное меню
23		Selection. Включить режим Selection.
24		Draw wire. Включить режим Wire.
25		Scrolling. Включить режим Scrolling.
26		Draw line. Включить режим Line.
27		Draw rectangle. Включить режим Rectangle.
28		Draw oval. Включить режим Oval.
29		Insert text. Ввести и разместить на схеме текст.
30		Insert variables. Разместить на схеме список переменных схемы.
33		Zoom-in (PgUp). Установить курсор в центр и увеличить схему.
34		Zoom-out (PgDn). Установить курсор в центр и уменьшить схему.
35		Schematic to the screen (Ctrl-Home). Вывести схему во весь экран.
		46

36		Selection to the screen (Shift-Home). Вывести выделенную часть схемы во весь
		экран.
37		Rotate right (Ctrl-R). Повернуть выделенный элемент, блок, или новый компонент
		направо (по часовой стрелке).
38		Rotate left (Ctrl-L). Повернуть выделенный элемент, блок, или новый компонент
		налево (против часовой стрелки).
39		Mirror (Ctrl-M). Отразить выделенный элемент, блок, или новый компонент (во-
		круг вертикальной оси).
40		Flip (Ctrl-F). Перевернуть выделенный элемент, блок, или новый компонент (во-
		круг горизонтальной оси).
41		Next view. Выбрать следующий вид выделенного или нового компонента.
42		Rotate attributes (Ctrl-T). Повернуть атрибуты выделенного компонента.
43		Edit text. Редактировать выделенный текст.
44		Run script. Выполнить скрипт из текста.
45		Edit component. Открыть диалоговое окно Edit component. Доступно только для
		настраиваемых компонентов (конфигурируемых пользователем).
46		Open subcircuit. Открыть файл, в котором находится подсхема компонента. До-
		ступно только для компонентов с моделью SubCir, если задано имя файла под-
		схемы.
47		Enable. Включить выделенные элементы.
48		Disable. Выключить выделенные элементы.
Add trace ►
49		Voltage. Добавить кривую напряжения переходного процесса для выделенного ком-
		понента. Если выделен проводник, сначала будет добавлена новая этикетка.
50		Current. Добавить кривую тока переходного процесса для выделенного компо-
		нента.
51		Power. Добавить кривую мощности для выделенного компонента.
Zoom ►
55	25%…250%. Масштабировать схему в заданных процентах.

КОМАНДЫ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА

Команды и кнопки доступные в основном меню, на инструментальной панели переходного процесса и в контекстных меню.

56		Open/Show transient window (F5) – открыть/показать окно переходного процесса.
57		Transient Settings – открыть диалоговое окно Transient Settings.
58		Transient Data – показать окно Transient Data.
59		Start (F6) – запустить анализ.
60		Pause (Space) – приостановить анализ (Пауза).
61		Continue (F7, Space) – продолжить анализ.
62		Stop – остановить анализ.
63		Single transient mode – режим одиночного запуска.
64		Scope transient mode – режим осциллографа.
	47

65		Continuous transient mode – непрерывный режим.
66		Log – показать журнал регистрации анализа.
67		Sweep – запустить серию анализов с изменяемым параметром.
68		Save IC – сохранить текущее состояние в начальные условия.
69		Preferences – открыть диалоговое окно Preferences.
Инструментальная панель и контекстные меню – Toolbar and some context menus
70		Cursors. Перемещение курсоров.
71		Zoom. Масштабирование.
72		Scrolling. Прокрутка.
73		Horizontal Zoom-in (Ctrl-PgUp) – горизонтальное увеличение.
74		Horizontal Zoom-out (Ctrl-PgDn) – горизонтальное уменьшение.
75		Fit the screen horizontal (Ctrl-Home) – автомасштабировать горизонтально.
76		Fit cursors to screen – привести курсоры к экрану.
77		Vertical Zoom-in (PgUp) – вертикальное увеличение.
78		Vertical Zoom-out (PgDn) – вертикальное уменьшение.
79		Fit the screen vertical (Home) – автомасштабировать вертикально.
80		Fit the screen (Shift-Home) – автомасштабировать горизонтально и вертикально.
81		Reset vertical scale (set Multiplier=1, Offset=0) – сбросить вертикальный множитель
		и смещение.
82		Undo scale (Backspace). Отменить прокрутку или масштабирование.
83		Redo scale. Выполнить повторно отмененную прокрутку или масштабирование.
84		Show/hide Cursors – скрыть/показать курсоры.
85		Show/hide Data Table – скрыть/показать таблицу данных.
86		Show/hide Legend – скрыть/показать условные обозначения (список кривых).
87		Separate traces – разделить кривые.
88		Right maximum. Переместить активный курсор к ближайшему справа максимуму
		выделенной кривой.
89		Left maximum. Переместить активный курсор к ближайшему слева максимуму вы-
		деленной кривой.
90		Right minimum. Переместить активный курсор к ближайшему справа минимуму
		выделенной кривой.
91		Left minimum. Переместить активный курсор к ближайшему слева минимуму вы-
		деленной кривой.
92		Maximums. Переместить один курсор к ближайшему справа максимуму, а другой –
		к ближайшему слева максимуму.
93		Minimums. Переместить один курсор к ближайшему справа минимуму, а другой – к
		ближайшему слева минимуму.
Команды контекстного меню окна графиков – Graph commands
94		Cursors – открыть диалоговое окно Cursors.
Traces ► (Следующие команды применяются только к кривым, показанным на графике)
95		Open – загрузить кривые из файла данных типа ―nlt‖.
96		Import – импортировать кривые из текстового файла формата ―txt‖ или ―csv‖.
97		Save – сохранить кривые в файл данных типа ―nlt‖.
		48

98		View/Export – посмотреть и экспортировать кривые в текстовом виде (―txt‖ или
		―csv‖ формат).
99		Copy – скопировать кривые в буфер обмена.
100		Paste – вставить кривые из буфера обмена.
101		Copy to clipboard. Скопировать изображение окна переходного процесса в буфер
		обмена.
102		Save as BMP. Сохранить изображение окна переходного процесса в файле формата
		«bmp».
103		Save as JPG. Сохранить изображение окна переходного процесса в файле формата
		«jpg».
Команды хранения данных – Storage command
104		Move Run to storage – перенести последние данные симуляции в storage.
105		Remove – удалить выделенные данные из storage.
106		Clear storage – удалить все данные из storage.
107		Rename – переименовать выделенные данные.
108		Store last Run – в начале анализа сохранять последние данные под именем Last.
109		Selected only – виды отображения storage.
110		Selected and dimmed– виды отображения storage.
111		All – виды отображения storage.
Команды аннотаций – Annotation commands
112		Annotate selected trace – аннотировать выделенную кривую.
113		Annotate all traces – аннотировать все кривые.
114		Edit annotation – редактировать аннотацию.
115		Delete annotation – удалить аннотацию.
116		Delete all – удалить все аннотации.
Команды текста – Text commands
117		Insert text – вставить текст на графике.
118		Edit text – редактировать текст.
119		Delete text – удалить текст.

Команды таблицы данных – Data table commands

120Hide trace name – не показывать данную кривую в таблице.

121Separate window – показать таблицу в отдельном окне. Команды legend – условных обозначений – Legend commands

122Hide trace name – не показывать данную кривую на графике.

123	Remove – удалить данную кривую.
124	Rename – переименовать данную кривую.
125	Duplicate – сдублировать данную кривую.
126	Copy – скопировать данную кривую в буфер обмена.
127	Paste – вставить кривые из буфера обмена.
128	Find component – показать компонент на схеме.

49

								ПРИЛОЖЕНИЕ 2
	Компоненты схем, используемых в настоящем практикуме
УГО	Наименование				Параметры компонента
	компонента
		УО	Наименование		Размерность			Примечание
		V1	Voltage amplitude		V	*
	Источник напряже-	V0	Voltage baseline		V	0
		–	Period		s	0,02
	ния (Voltage source)
		–	Phase		deg	**0
		–	Delay		s	0		Delay before sine signal starts
		I1	Pulse On current		А	1
		I0	Pulse Off current		А	0
			Period		s	0,02
	Источник тока		Width		s			Pulse width (Period – Delay)
	(Current source)
			Slope			Lintar		Slope type: Lintar/Cos/Exp
			Rise		s	0		Pulse	rise length
			Fall		s	0		Pulse	fall length
			Delay		s	***		Delay before first
		L1	L1 inductance		H	1e-6		По умолчанию
		L2	L2 inductance		H	1e-6		По умолчанию
	Трансформатор	K	Coupling coefficient			*		(-1…1)
	(Custom coupled in-
		IC1	L1 initial condition:		А			Leave blank if IC1 not defined.
	ductors)		current.					Не заполняется
		IC2	L2 initial condition:		А			Leave blank if IC2 not defined.
			current.					Не заполняется
		Vd	Forward voltage		V	1,5
			drop
	Диод (Diode)
		IC	Initial condition:		-	Off
			On/Off
		Vd	Forward voltage		V	1,5
			drop
	Тиристор (Current	Ihold	Holding current		А	1
	controlled thyristor)
			Threshold		А	0
		IC	Initial condition:		-	Off
			On/Off
	Емкость	C	Capacitance		F	*
			Initial condition:					Leave blank if IC not defined
	(Capacitor)	IC			V
			voltage.					Не заполняется
	Индуктивность	L	Inductance		H	*
			Initial condition:					Leave blank if IC not defined
	(Inductor)	IC			А
			current.					Не заполняется
	Сопротивление	R			Ohm	*
	(Resistor)
	Амперметр
	(Amperemeter)
	Вольтметр
	(Voltmeter)
Примечания:
* - задается согласно варианту задания.
** - для однофазных выпрямителей – 0; для трехфазных выпрямителей: фаза А – 0; фаза В – 120; фаза С – 240.
*** - задается согласно варианту задания. Delay (задержка сигнала во времени) связана с углом управления α, заданным в
градусах, простым соотношением: Delay 0,02 .
			360
			50