2909

11

3.6.3.Для заданного вариантом угла управления тиристорами определить (по выражению (9)) ток короткого замыкания и (по выражениям (5) и (8)) построить теоретическую внешнюю характеристику.

3.6.4.Изменяя ток источника тока в ветви 24 (при неизменном активном сопротивлении) зафиксировать форму выходного напряжения и тока, входные токи выпрямителя, одно из линейных напряжений на входе преобразователя, напряжение на одном из тиристоров и определять среднее выходное напряжение. Рекомендуется взять три точки на участке внешней характеристики, описываемом уравнением (5), и две точки на участке, описываемом уравнением (8). Точки модельной внешней характеристики отложить на графике теоретической внешней характеристики, полученной в пункте 3.6.3.

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

4.1.Форма токов и напряжений на элементах преобразователя при различном характере нагрузок в зависимости от угла управление тиристорами.

4.2.Процесс коммутации тока в преобразователе. Влияние процесса коммутации на внешние характеристики преобразователя.

4.3.Режимы коммутации, границы этих режимов.

4.4.Порядок включения и выключения тиристоров в зависимости от режима

коммутации, угла управления и характера нагрузки.

11

12

Лабораторная работа № 2 ТРЕХФАЗНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследование формы напряжений на элементах автономного трехфазного инвертора; анализ работы схемы управления; определение гармонического состава выходного напряжения инвертора.

2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Полная принципиальная схема автономного трехфазного инвертора представлена на рисунке 1, а упрощенная схема силовой части на рисунке 2.

Рис.2 Упрощенная схема силовой части автономного трехфазного инвертора

Полупроводниковые ключи К1,…,К6, нумерация которых соответствует порядку их включения, подключают фазы нагрузки ZA, ZB, ZC к источнику постоянного напряжения Е, формируя на нагрузке переменное напряжение.

Каждый ключ состоит из транзистора и включенного встречно диода. Схема управления обеспечивает отпирание транзистора ключа в течение 150 эл. градусов. Однако транзистор открывается только при прямом направлении тока через него. Обратный ток, возникающий при разряде индуктивности, протекает через диод. При формировании напряжения в фазе А нагрузки возможны три варианта подключения ее к остальным фазам, которые показаны на рисунке 3.

Рис.3 Варианты соединения фаз

При симметричной нагрузке напряжение фазы А составляет, соответственно, 1/3, ½ и 2/3 напряжения постоянного тока. Форма фазного напряжения показана на рисунке 4.

Рис.4 Форма фазного напряжения при активной нагрузке.

Действующее значение первой гармоники фазного напряжения при активном харак-

тере нагрузки равно En (1 3) 0.435En .

2

Схема управления инвертором состоит из счетчика (микросхема DD1) с ге-

12

13

нератором тактовых импульсов и двухступенчатого дешифратора. Первая ступень дешифратора (микросхемы DD2, DD3) преобразует двоичный код счетчика в единичный и обеспечивает сброс счетчика из 12-го в нулевое состояние. Вторая ступень дешифратора (DD5,…,DD9) формирует управляющие сигналы для силовых транзисторов инвертора. Для отпирания транзисторов VT1, VT3, VT5 требуются дополнительные согласующие транзисторы VT7, VT8, VT9.

Исследование работы схемы управления является целью лабораторной работы, поэтому ниже дается описание работы только отдельных элементов.

Микросхема 7469 (два 4-х разрядных двоичных счетчика)

Микросхема состоит из двух независимых 4-х разрядных нереверсивных суммирующих двоичных счетчиков. Первый триггер первого счетчика не связан внутри микросхемы со вторым триггером (то есть может работать независимо).

Назначение выводов:

VCC – положительное напряжение питания (5В); GND – общая точка напряжения питания;

1CLKA, 1CLKB – счетные входы первого и второго триггера первого двоичного счетчика (счет по заднему фронту импульса);

2CLK – счетный вход второго двоичного счетчика;

1CLR’, 2CLR’ – входы установки нуля (установка осуществляется нулевым уровнем);

1QA,…,1QD, 2QA,…,2QD – выходы счетчиков (А– младший, D– старший).

Микросхема 7442 (дешифратор двоично-десятичного кода в инвертированный единичный)

Назначение выводов:

A, B, C, D – входы двоично-десятичного кода; 0, 1,…, 9 – выходы единичного кода.

На выходе, номер которого соответствует входному коду, сигнал нулевого уровня, а на остальных выходах единичного уровня.

Микросхема 7430 (8-входовой элемент И-НЕ)

A, B,…,H – входы элемента; Y – выход.

Реализуемая функция Y A & B & ... & H A B ... H . Элемент И-НЕ можно считать элементом ИЛИ для инвертированных значений входных переменных.

13

14

3. ПРОГРАММА ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

3.1.Исследование влияния характера нагрузки на форму выходного напряжения и тока инвертора.

3.1.1.Для трех значений активной и индуктивной составляющих нагрузки зарегистрировать форму напряжения фазы А нагрузки и напряжения на активном сопротивлении этой фазы, пропорциональное току фазы.

3.1.2.Нарисовать схемы подключения сопротивления фазы для всех характерных участков в первом или втором полупериоде фазного напряжения.

3.2.Исследование работы схемы управления.

3.2.1.Зарегистрировать, с помощью индикатора логических сигналов, напряжения, поступающие на транзисторы силовой части инвертора.

3.2.2.Использую сведения о работе отдельных элементов построить временную диаграмму работы схемы управления, включая генератор тактовых сигналов, счетчик и обе ступени дешифратора.

3.3. Исследование гармонического состава выходного напряжения.

Определение амплитуды k-той гармоники выходного напряжения в лабора-

u(t) через измерительный преобразователь PU1, обеспечивающий потенциальную развязку, поступает на блок умножения FDD1, где умножается на sin( k t) (реально устанавливается частота в Гц). Результат умножения поступает на интегратор INTEGR1. Время интегрирования определяется ключами К1 и К2. Через 30 mс на выходе интегратора напряжение равно амплитуде соответствующей гармоники.

3.3.1. Определить амплитуды гармоник, номера которых указаны в задании, при чисто активной нагрузке инвертора. Рассчитать действующее значение первой гармоники выходного напряжения U1 и сравнить его с теоретическим значением.

Примечание: При чисто активной нагрузке в выходном напряжении инвертора теоретически должны присутствовать гармоники с номерами k 6n 1, где n=0,1,2,….

3.3.2. Приближенно определить коэффициент нелинейных искажений по

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

4.1.Описать работу отдельных элементов схемы.

4.2.Общая работа схемы управления.

4.3.Объяснить влияние характера нагрузки на форму выходного напряжения и тока инвертора.

14

15

15

16

Библиографический список Основная литература

1. Онищенко, Г.Б. Силовая электроника. Силовые полупроводниковые преобразователи для электропривода и электроснабжения: учеб. пособие / Г.Б. Онищенко, О.М. Соснин. - М.: ИНФРА-М, 2018. - 122 с. [Электронный ресурс; Режим доступа http://www.znanium.com]. - (Высшее образование: Бакалавриат).

Дополнительная литература 2. Ткаченко, Ф.А. Электронные приборы и устройства : учебник / Ф.А. Ткаченко. -

Минск : Новое знание ; М. : ИНФРА-М, 2017. - 682 с. : ил. - (Высшее образование). [Электронный ресурс; Режим доступа http://www.znanium.com].

Поляков Сергей Иванович

СИЛОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА В МЕХАТРОНИКЕ И РОБОТОТЕХНИКЕ

Методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 15.03.06 Мехатроника и робототехника, профиль - Управление в мехатронных и робототехнических системах (уровень бакалавриата)

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

РИО ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». УОП ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8

16