лабораторная работа 22. Теоретические сведения и расчетные формулы
 Скачать 0.51 Mb.
|
|
5. ВНЕШНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ Под внешней характеристикой выпрямителя понимают зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от среднего значения тока нагрузки, т. е. Uср = f(Iср):  ,где Е2ср среднее значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора; UТр, Uв и Uф – активные падения напряжений на вторичной обмотке трансформатора, на одновременно открытых вентилях и на активном соп  ротивлении дросселя фильтра (рис. 22.7). Из выражения внешней характеристики видно, что с ростом выпрямленного тока Iср увеличивается падение напряжений на сопротивлениях  , а напряжение на сопротивлении нагрузки Uср уменьшается, т. е. наклон внешней характеристики выпрямителя определяется значениями внутренних сопротивлений обмотки трансформатора, выпрямителя, фильтра и характером нагрузки. Если в выпрямительное устройство включен фильтр, то зависимость Uср= f(Iср) изменяется. Уменьшение напряжения Uср выпрямителя с ёмкостным фильтром происходит более резко, чем без него. Это объясняется тем, что с увеличением тока нагрузки помимо причин, по которым уменьшалось напряжение Uср в выпрямителе без фильтра, накладывается снижение напряжения Uср, вызванное уменьшением постоянной времени = RнС разрядки конденсатора С из-за уменьшения сопротивления Rн. Выпрямленное напряжение при холостом ходе выпрямителя с П-образным СLС-фильтром такое же, как у выпрямителя с ёмкостным фильтром, т. е. равно ЭДС U2m, однако снижение напряжения с увеличением тока нагрузки у выпрямителя с CLC-фильтром меньше. УЧЕБНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ Задание 1. Запустить лабораторный комплекс Labworks и среду МS10 (щёлкнув мышью на команде Эксперимент меню комплекса Labworks). На рабочем поле среды MS10 собрать схему бестрансформаторного однофазного мостового неуправляемого выпрямителя (рис. 22.8) или открыть файл 22.8.ms10, размещённый в папке Circuit Design Suite 10.0 среды МS10. 1.1. Подготовить схему к проведению исследований. С этой целью:  установить параметры компонентов схемы, указанные на рис. 22.8: амплитуду ЭДС источника напряжения Е1m = 14,142 В (действующее значение Е  1 = 10 В), частоту ЭДС f = 50 Гц, начальный угол сдвига фазы e = 0; режим AC работы вольтметра V и режим DC работы вольтметра V1 и амперметра А1; разомкнуть ключи Q, A и B и замкнуть ключ W, сформировав, тем самым, однополупериодный выпрямитель при работе на нагрузку R2 (R2 = = 320 Ом) без сглаживающего фильтра с параметрами: C1 = 200 мкФ, L = = 1 Гн и C2 = 100 мкФ; подключить к соответствующим узлам схемы входы двухлучевого осциллографа XSC1 (для наблюдения и регистрации формы напряжения нагрузки uн и формы напряжения c выхода источника INUT, идентичной форме тока iв на выходе выпрямительного блока при коэффициенте передачи k = 1 Ом) и спектроанализатора XSA1 (для построения спектра напряжения uн и измерения амплитуды Um.ог его основной гармоники). Ориентировочные параметры настройки приборов XSС1 и XSA1 приведены на рис. 22.9; скопировать изображение схемы выпрямителя (см. рис. 22.8) на страницу отчёта; 1.2. Провести моделирование процессов, происходящих в однополупериодном выпрямителе. Для этого: запустить программу MS10 и после окончания моделирования спектра Umk(f) напряжения нагрузки uн, т. е. после вывода на экран прибора XSA1 значения Resolution Freq. = 2…5 Гц (см. обведенное эллипсом значение 5 Hz на рис. 22.9, б), занести показание (Ucp) вольтметра V1 и показание (Icp) амперметра А1 в первую строку табл. 22.1; Т а б л и ц а 22.1
задать на экране осциллографа XSС1 размер осциллограмм напряжения uн и тока iв, равные 0,4…0,5 шкалы по вертикали и не более двух-трёх периодов их изменения по горизонтали; установить визирную линию на максимальное значение U2m напряжения uн и занести его значение в табл. 22.1; скопировать изображение осциллограммы напряжения uн на страницу отчёта (см. рис. 22.9, а и рис. 22.10, а); установить визирную линию на экране спектроанализатора XSA1 на частоте основной гармоники выпрямленного напряжения f = 50 Гц (см. рис. 22.9, б) и занести значение амплитуды основной гармоники Um.ог в табл. 22.1. Вертикальный размер амплитуд напряжения на спектральной диаграмме Umk(f) можно регулировать с помощью закладки Range (см. обведённое эллипсом заданное значение 1 В/дел на рис. 22.9, б); замкнуть ключ A, подключив, тем самым, С1-фильтр к нагрузке R2. Запустить программу MS10 и выполнить измерительные процедуры, перечисленные в предыдущих абзацах п. 1.2. Осциллограммы напряжения uн и тока iв однополупериодного выпрямителя с С-фильтром приведены на рис. 22.10, б;  разомкнуть ключ W и замкнуть ключ В (сформировав, тем самым, СLC-фильтр и подключив его к нагрузке R2). Запустить программу MS10 и выполнить необходимые измерительные процедуры, перечисленные в предыдущих абзацах п. 1.2. Осциллограммы напряжения uн и тока iв однополупериодного выпрямителя с СLС-фильтром показаны на рис. 22.10, в; рассчитать коэффициенты пульсации qп, qп1, qп2 выходного напряжения и коэффициенты сглаживания kc1 и kc2 однополупериодного выпрямителя; занести их значения в табл. 22.1; снять ВАХ однополупериодного выпрямителя без фильтра и с СLC-фильтром. С этой целью, ступенчато изменяя в открывающемся окне резистора R2 (после двойного щелчка мышью на его изображении) значение сопротивления от R2 = 2 кОм до значения R2 = 50 Ом, заносить показания вольтметра V1 и амперметра А1 в табл. 22.2 вначале для выпрямителя без фильтра, а затем с СLC-фильтром. По результатам измерений построить в одном масштабе (на одном рисунке) вольтамперные характеристики Uср(Iср) однополупериодного выпрямителя без сглаживающего фильтра и с СLC-фильтром (см. рис. 22.7). Задание 2. Исследовать схему двухполупериодного (мостового) неуправляемого выпрямителя при работе без сглаживающего фильтра и с фильтрами С- и СLC-типа. С этой целью, замкнув ключ Q (посредством нажатия клавиши Q клавиатуры), провести эксперименты, аналогичные экспериментам, описанным в Задании 1, в том числе: Т а б л и ц а 22.2
скопировать три осциллограммы выходного напряжения uн (без фильтра и с фильтрами С- и CLC-типа) (см. рис. 22.11) на страницу отчёта;  записать показания приборов V1, А1, XSС1 и XSA1 в табл. 22.3 при запусках программы MS10 и окончании процессов моделирования, учитывая, что основная гармоника схемы двухполупериодного выпрямления имеет частоту f = 100 Гц; снять и построить (по данным табл. 22.4) в одном масштабе (на одном рисунке) вольтамперные характеристики Uср(Iср) двухполупериодного выпрямителя без сглаживающего фильтра и с СLC-фильтром. Задание 3. Собрать схему однофазного управляемого выпрямителя со средней точкой (рис. 22,12) или открыть файл 22.12.ms10, размещённый в папке Circuit Design Suite 10.0 среды МS10. Схема содержит источник синусоидального напряжения Е1; трансформатор Т1 со средней точкой; два тиристора VS1 и VS2; источник Е2 с регулируемым временем задержки tз (Delay Time) управляющих импульсов для отпирания тиристоров (задана длительность импульсов (Pulse Width) tи = 0,2 мс и период (Period) Т = = 10 мс); приборы для измерения и наблюдения за изменениями электрических величин; нагрузочный резистор R2. Т а б л и ц а 22.3
Т а б л и ц а 22.4
3.1. Подготовить схему к проведению исследований. С этой целью: установить параметры компонентов схемы, указанные на рис. 22.12; сформировать однополупериодный управляемый выпрямитель при работе на нагрузку R2, разомкнув ключ Q; подключить к соответствующим узлам схемы входы четырёхлучевого осциллографа XSC2: на канал А подать синусоидальное напряжение u2 от одной из двух вторичных обмоток трансформатора T1, на канал В – напряжение uн с нагрузки R2, на канал С – управляющие импульсы uу от источника прямоугольных импульсов Е2; скопировать изображение схемы (рис. 22.12) на страницу отчёта; 3.2. Провести моделирование процессов в однополупериодном управляемом выпрямителе: снять и построить регулировочную характеристику Iср() выпрямителя, последовательно задавая время задержки tз = 0,2; 2; 4; 6; 8 и 10 мс импульсов управления uу генератора Е2 и измеряя для заданных значений tз (соответствующих углов отпирания ) ток Iср нагрузки; скопировать осциллограммы напряжения uн на нагрузке при tз = 4 и 8 мс на страницу отчёта. В  качестве примера на рис. 22.13 приведены осциллограммы напряжений u2, uн и управляющих импульсов uу при времени их задержки tз = 2 мс (при угле отпирания = 36) по отношению к началу нарастания положительной полуволны синусоидального напряжения u2 с периодом Т = 20 мс. 3  .3. Провести исследования, аналогичные п. 3.2, для двухполупериодного управляемого выпрямителя (в предыдущей схеме замкнуть ключ Q). СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА 1. Наименование и цель работы. 2. Перечень приборов, использованных в экспериментах, с их краткими характеристиками. 3. Изображения электрических схем испытания выпрямителей и осциллограмм напряжения uн на нагрузке. 4. Таблицы результатов измерений и расчётов. 5. Расчётные формулы. 6. Выводы по работе. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||