3.4.1.1 Результаты работы

Подготовьте отчет по лабораторной работе.

3.4.1.2 Контрольные вопросы

1 Объясните принцип действия однофазного мостового выпрямителя. Достоинства и недостатки. Область применения.

2 В чем заключается принцип построения выпрямительных устройств? Критерии качества схемы выпрямления.

3 Получите выражение для средневыпрямленного значения напряжения в выпрямителях.

4 Объясните внешнюю характеристику выпрямителя.

5 Что включает в себя схема замещения выпрямителя?

3.4.2 Исследование трехфазного неуправляемого выпрямителя

На рисунке 3.21 представлена модель трехфазного выпрямителя в формате EWB.

Рисунок 3.21 – Модель трехфазного выпрямителя (Файл S3mostn)

Модель включает следующие элементы:

• трехфазная система напряжения переменного тока с разделенной магнитной системой, образуемая тремя генераторами переменного напряжения UA,UB,UC с фазовым сдвигом 120⁰ и однофазными трансформаторами T (групповой трансформатор);

• трехфазный мостовой выпрямитель, образуемый диодами VD1…VD6;

• нагрузочный реостат RН=50Ом;

• измерительные приборы (U2 – измеряет фазное напряжение U₂; UL измеряет линейное напряжение U_2Л; U0 – измеряет постоянную составляющую на нагрузке U₀; I₀ – измеряет ток нагрузки I₀ = U₀/R_Н; Um1– измеряет действующее значение переменной составляющей выпрямленного напряжения U_m1);

• переключатель S1 служит для получения однотактной схемы выпрямления (S1 в верхнем положении) или схемы Ларионова (S1 в нижнем положении) – управляется клавишей 1;

• переключатель S2 служит для переключения второго луча осциллографа либо к измерительному резистору R=0,1Ом для наблюдения тока вентиля, либо к вентилю – для наблюдения обратного напряжения на нем – управляется клавишей 2. Первый луч осциллографа (канал А) всегда подключен к нагрузке выпрямителя;

• ключ S3 управляется клавишей 3 и служит для создания режима холостого хода (х.х.) путем размыкания резистора 10 кОм.

1 Выберите данные в соответствии с вариантом задания (таблица 3.4).

Таблица 3.4 – Варианты задания

Номер бригады	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Напряжение UA,…UC, В	220	200	180	160	150	140	130	120	110	100
Частота fС, Гц	40	50	60	100	40	50	60	100	60	50

Установите уровень напряжения и частоту, открыв последовательно окна (рисунок 3.22) источников напряжения переменного тока.

Рисунок 3.22 – Окно источника напряжения переменного тока

2 Проверьте настройку приборов и параметры трансформатора TV. Для этого в положении значка «рука» на любом трансформаторе двойным щелчком откройте окно Transformer Properties. Выберите опцию Models; выделите строки default и ideal и нажмите клавишу Edit, как показано на рисунке 3.23.

Рисунок 3.23 – Окно трансформатора Transformer Properties

Откроется окно Transformer Model «ideal» Sheet 1 (рисунок 3.24) с основными характеристиками трансформатора.

Рисунок 3.24 – Окно Transformer Model «ideal» Sheet 1

Установите следующие параметры:

N = 5– коэффициент трансформации;

LE = 0,001 Гн – индуктивность рассеяния (L_S1);

LM = 5 Гн – индуктивность первичной обмотки (L₀):

RP = 10 Ом – активное сопротивление первичной обмотки (r₁);

RS = 2 Ом – активное сопротивление вторичной обмотки (r₂).

Выход из окна Sheet1 через клавиши « ОК».

Резистор RH в положении 50% (управляется клавишей R в латинском регистре).

Трехфазная однотактная схема выпрямления.

1 Ключ S1 переведите в верхнее положение. С помощью S2 подключите осциллограф к резистору R1 для наблюдения тока вентиля, ключ S3 – замкнут.

2 Включите схему. В верхней линейке панели инструментов нажмите значок , появится окно Analysis Graphs с изображением осциллографа (рисунок 3.25).

Рисунок 3.25 – Окно Analysis Graphs

Его развертка устанавливается автоматически, в зависимости от характера переходного процесса. По осциллографу проследите процесс установления выходного напряжения.

Когда нарастающая экспонента практически завершится, нажмите клавишу Pause, повторным нажатием значка закройте окно Analysis Graphs.

Спишите показания приборов (I₂ = 0,58 I₀ ) и проверьте основные соотношения для U₀ , K₀ , K₂ и K_П1 .

, , ,

Откройте осциллограф в схеме выпрямления и снимите осциллограммы тока и выходного напряжения.

3. Переведите ключ S2 в верхнее положение и включите схему. Откройте переднюю панель осциллографа и измерьте уровень обратного напряжения при помощи визирной линии, как показано на рисунке 3.26, где результат выделен прямоугольником.

Обратное напряжение на диоде определяется линейным напряжением на вторичной стороне трансформатора:

Рисунок 3.26 – Измерение уровня обратного напряжения

_{Проверьте выполнение данного соотношения. Погасите окно осциллографа.}

4. Зарисуйте синхронные осциллограммы выходного напряжения, тока вентиля и обратного напряжения на нем при двух значениях индуктивности рассеяния трансформатора LE₁ = 0,001Гн и LE₂ = 0,1Гн при RH = 10%.

Запишите показания приборов и объясните на какие характеристики выпрямителя влияет индуктивность рассеяния трансформатора.

5. Подготовьте таблицу 3.5 для снятия внешней характеристики.

Таблица 3.5 – Снятие внешней характеристики

LE	RН, %	ХХ	100	80	60	40	20	10
LE1	U0, В	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х
	I0, А	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х
	Um1, В	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х
	КП1	р	а	с	ч	е	т	ы
LE2	U0, В	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х
	I0, А	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х
	Um1, В	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х
	КП1	р	а	с	ч	е	т	ы

Режим ХХ обеспечивается размыканием ключа S3. При этом последовательно с нагрузкой включается резистор 10 кОм, что практически эквивалентно холостому ходу. Для дальнейших измерений ключ S3 – замкните.

Включите схему. Осциллоскопом (значок ) контролируйте окончание переходных процессов в схеме.

С помощью клавиши R изменяйте сопротивление нагрузки от 100% до

10% (движение в обратную сторону выполняется комбинацией клавиш Shift + R). Заполните таблицу и выключите схему. Постройте зависимости U₀ и K_П1 от тока нагрузки I₀ для двух значений индуктивности LE.

Найдите выходное сопротивление выпрямителя (R_вых), исходя из соотношения:

_,

_{где (I01; U01), (I02; U02) – измеренные характеристики при 10% и 100% реостата RH, соответственно. Восстановите значение LE = LE1.}

6 Исследуйте влияние фазовых углов напряжения питания на выпрямитель. Для этого в генераторах фазных напряжений установите начальные фазы 0^о, 115^о и 245^о градусов ( вместо 0^о, 120^о и 240^о градусов). Включите схему. После установления переходных процессов запишите показания приборов и зарисуйте форму выходного напряжения с указанием мгновенных значений. Найдите частоту первой гармоники пульсаций и сравните её с частотой сети. Объясните результаты. Верните фазы генераторов в исходное состояние.

Трехфазная мостовая схема выпрямления. Ключ S1 переведите в нижнее положение и повторите все измерения как в трёхфазной однотактной схеме, учитывая другие численные значения основных соотношений (для U₀ , K₀ , K₂ и K_П1 ).