Лабораторная работа №4 Исследование трехфазного двухполупериодного управляемого выпрямителя

Цель работы: исследование трехфазного двухполупериодного управляемого выпрямителя при работе на активную, активно-емкостную, активно-индуктивную нагрузку и активно-индуктивную нагрузку с обратным диодом.

1 Теоретические сведения

1. Основные сведения о работе выпрямителя

На рис. 4.1 приведена схема электрическая принципиальная трехфазного двухполупериодного управляемого выпрямителя.

Рис. 4.1. Схема электрическая принципиальная трехфазного мостового управляемого выпрямителя: Т₁-Т₆ – тиристоры; Zн – сопротивление нагрузки

В рассматриваемом случае тиристоры выполняют функцию диодов (и результаты анализа применимы также к неуправляемому выпрямителю).

Рассмотрим временные диаграммы токов и напряжений при активной нагрузке (рис. 4.2), характеризующие работу схемы.

Рис. 4.2. Осциллограммы токов и напряжений для трехфазного мостового двухполупериодного управляемого выпрямителя при активной нагрузки и угле управления 0⁰

Через U_m обозначено амплитудное значение линейных напряжений u_ab, u_bc, u_ca

На временной диаграмме напряжения U_вых для каждого отрезка указано совпадающее с ним линейное напряжение, а на временной диаграмме тока i_вых — совпадающий с ним ток включенной пары тиристоров.

Обратимся к отрезку с номером 1 (0 ≤ ωt ≤ π/3)‚

На этом отрезке максимальным по модулю является напряжение u_bc. Однофазный выпрямитель, питающийся напряжением u_bc , образуется тиристорами Т₂, Т₃, Т₅, Т₆.

Так как u_bc < 0, открыты тиристоры Т₃ и Т₅ причем U_вых =- u_bc. Аналогично выполняется анализ для других отрезков.

Опишем работу выпрямителя при подключении его к активной нагрузке. Изучаемый выпрямитель подобен однофазному мостовому, но получает питание от трехфазного источника напряжения, содержит шесть диодов.

Согласно осциллограммам, приведенным на рис. 4.2, частота пульсации выходного напряжения и тока на нагрузке в шесть раз больше частоты напряжения питающей сети, что сильно облегчает фильтрацию.

Особенность работы трехфазного мостового двухполупериодного управляемого выпрямителя на активную нагрузку при угле управления ۟>0⁰ заключается в задержке на угол α момента отпирания очередных тиристоров относительно точек естественного отпирания.

В лияние изменения угла α на кривую u_Н показана на рис. 4.3, 4.4.

Рис. 4.3. Напряжение на нагрузке трехфазного мостового двухполупериодного управляемого выпрямителя при α = 60⁰

Поскольку в трехфазной мостовой схеме выпрямлению подвергается линейное напряжение, кривая u_Н состоит из участков линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора

1.2 Основные параметры и расчетные соотношения

Выпрямители имеют следующие основные параметры:

а) среднее значение выходного напряжения U_ВЫХ :

(4.1)

где Т- период напряжения сети, с;

б) среднее значение выходного тока i_вых:

; (4.2)

в) коэффициент пульсаций выходного напряжения

(4.3)

где U_m - амплитуда основной гармоники выходного напряжения, В.

Рис. 4.4. Напряжение на нагрузке трехфазного мостового двухполупериодного управляемого выпрямителя при α > 60⁰

При проектировании выпрямителя широко применяются также следующие параметры, характеризующие его особенности:

а) действующее значение U_вх входного напряжения выпрямителя;

б) максимальное обратное напряжение U_обр.max на отдельном диоде. Это напряжение принято выражать через напряжение U_ср ;

в) среднее значении I_ср.д тока отдельного диода;

г) максимальное (амплитудное) значение тока I_д.макс отдельного диода.

Токи I_ср.д и I_д.макс принято выражать через I_ср. Значение U_обр.max используют для выбора диода по напряжению. Значения I_ср.д и I_д.макс используют для выбора диода по току.

К основным характеристикам выпрямителя относится также и зависимость напряжения на нагрузке от тока нагрузки U_н = f(I_н), которая называется внешней характеристикой.

В соответствии с выражениями (4.1 – 4.3) основные параметры этого выпрямителя выражаются следующим образом:

1) при α ≤ 60⁰;

2) при α ≥ 60⁰ ;

3) при α ≤ 60⁰;

4) при α ≥ 60⁰ .

Такой выпрямитель характеризуется высокими технико-экономическими показателями и широко используется на практике. Все шесть диодов выпрямителя помещают в один корпус. Широко используется интегральное исполнение диодного моста.