Этапы выполнение задания.

1. По данным своего варианта задания, используя формулы (2.3)–(2.11), рассчитать параметры источника тока и нагрузки .

2. Набрать в программе Matlab–Simulink структурную схему, показанную на рисунке 2.2. В случае необходимости к этой схеме добавляют отдельные вольтметры, подключаемые к резонансным элементам: индуктивности L и ёмкости C.

3. Рассчитать переходные процессы в схеме и убедиться в совпадении найденных расчётом действующих значений токов и напряжений, и тех же токов и напряжений, регистрируемых осциллографами математической модели.

4. Изменять во много раз - на порядок и больше как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения – значения параметров нагрузки и . Убедиться при этом, что ток нагрузки остаётся неизменным и равным номинальному значению . При этом измерять токи на элементах L и C. Убедиться, что при увеличении сопротивления нагрузки напряжения на этих элементах возрастает до недопустимо больших значений. Таким образом, подтвердить, что для ПИТ режим холостого хода является недопустимым.

5. Собрать схему решающего устройства RU и наблюдать изменение активной и реактивной мощностей ПИТ. С помощью измерителей тока и напряжения убедиться, что коэффициент мощности фазы А, в которую включен трансформатор, всегда (при любых параметрах нагрузки) равен единице, т.е. напряжение совпадает по фазе с током .

6. Для настройки ПИТ на любое другое значение тока нагрузки , используя формулы (2.6), (2.7), вычислить параметры L и C реактивных элементов с соблюдением условия (2.1). Значение тока можно брать в диапазоне . Проверить работоспособность схемы на рисунке 2.2, состоящую в том, что происходит стабилизация другого уровня тока .

Отчёт по лабораторной работе должен содержать тему и цель работы, схему ПИТ, расчёт параметров её элементов. Привести схему набора математической модели в Matlab–Simulink и результаты исследований: графики токов и напряжений в разных частях схемы при изменяющейся нагрузке. Сделать выводы о возможностях и особенностях рассматриваемой схемы ПИТ. Обосновать практически абсолютную мягкость внешних характеристик ПИТ.

5. Трёхфазный параметрический источник тока.

Цель работы: математическое моделирование параметрического источника тока на основе индуктивно-емкостных преобразователей по схеме «трёхфазная звезда».

Порядок выполнения работы

Индуктивно-емкостной преобразователь, получивший название «трёхфазная звезда», предполагает использование трансформатора как обязательного элемента при питании нагрузки через выпрямитель. Схема «звезда» нашла широкое применение в качестве источника питания электротермических установок, например таких как: дуговые вакуумные печи, плазменные электротермические установки, электронные плавильные установки. В лабораторной работе рассмотрим схему трёхфазного параметрического источника тока (рис.3.1), применяемого для питания плазмотронов и нитей накала катодов электронных лучевых установок.

Трёхфазный трансформатор представляет симметричную нагрузку. Поэтому для анализа работы схемы достаточно составить уравнения для одной его фазы, например, для фазы А, с включенной в неё первичной обмоткой. Учтём, что , и , где - коэффициент трансформации идеального трансформатора. В соответствии с законами Кирхгофа составим следующие уравнения

(3.1)

Если разрешить данную систему уравнений относительно тока нагрузки , то получим для него следующее соотношение

. (3.2)

Условие источника тока, вытекающее из (3.2), имеет вид

, (3.3)

которое эквивалентно равенству реактивных сопротивлений

. (3.4)

Это условие такое же, что и (2.1) для однофазного индуктивно-емкостного преобразователя.

Тогда ток вторичной обмотки, приведенный к первичной, при условии (3.4) будет равен

, (3.5)

где - действующее значение фазного напряжения первичной обмотки трансформатора.

Исследуем работу схемы с повышающим трансформатором, которая используется для стабилизации тока накала катода установок электронно-лучевого нагрева. Такие источники питания имеют напряжение в несколько киловольт с мощностью порядка нескольких киловатт и активной нагрузкой в виде нагретой нити катода, выполненной из тугоплавкого металла.

Исходные данные для расчёта приведены в таблице.

, Гц	, В	, В	, А
50	380	1000	2
50	380	2000	3
50	380	3000	1
50	380	4000	0.5

В этой таблице -частота сети; - линейное напряжение первичной обмотки трансформатора; - линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора; - номинальный ток вторичной обмотки трансформатора .

Коэффициент трансформации

. (3.6)

Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора

. (3.7)

Реактивное сопротивление стабилизирующих реактивных элементов определяется по формуле, следующей из (3.5)

. (3.8)

Индуктивность и ёмкость реактивных элементов равны

; . (3.9)

Полная мощность трансформатора

. (3.10)

Для трёхфазной мостовой схемы выпрямления справедливы соотношения

, . (3.11)

Тогда активное сопротивление нагрузки равно

. (3.12)

Схема набора математической модели трёхфазного источника тока представлена на рисунке 3.2. Основными элементами схемы являются: трёхфазный источник питания Three-Phase Source, индуктивно-емкостной преобразователь, состоящий из трёх пар LC элементов в совокупности с первичными обмотками трёхфазного трансформатора. Трансформатор Three-Phase Transformer 12 Terminals берётся в виде блока своей модели из библиотеки элементов SimPowerSystems. Как следует из исходных данных в нашем случае трансформатор повышающий, в первичную низковольтную обмотку которого включен индуктивно-емкостной стабилизатор тока. Трансформатор имеет двенадцать выводов: по два вывода на каждую обмотку с обеих его сторон. При задании технических данных трансформатора требуется указать его мощность S, частоту питающей сети f, линейные первичное и вторичное напряжения. Значения параметров - активные и реактивные сопротивления в относительных единицах – оставить без изменений те величины, что записаны по умолчанию. Имеются два трёхфазных измерителя тока и напряжения. Вторичные обмотки трансформатора соединены по схеме «звезда», к свободным концам которой подключается мостовая схема диодного выпрямителя Universal Bridge. К выходу выпрямителя подсоединена нагрузка как активное сопротивление . В разных частях схемы присутствуют одиночные вольтметры, амперметры и осциллографы.