Внешняя характеристика выпрямителя

Внешняя характеристика выпрямителя – это зависимость средневыпрямленного напряжения от изменения тока нагрузки. На рисунке 3.11 представлена схема замещения выпрямительного устройства со стороны постоянного тока. Здесь R_ВН – внутреннее сопротивление выпрямителя (активное сопротивление потерь), которое включает активные потери в обмотках трансформатора - R_КЗ, потери в дросселе сглаживающего фильтра - R_ф и потери в диодах - RДИН, U_пор – начальное смещение ВАХ вентиля, N_Д – число вентилей, одновременно проводящих ток. Очевидно, что внешняя характеристика имеет падающий характер. Всегда имеет место U₀< U_{0хх .}

Рисунок 3.11 – Схема замещения выпрямителя

– 31 –

Для анализа влияния индуктивности рассеяния трансформатора на внешнюю характеристику выпрямителя в трёхфазной схеме с нулевым выводом вводят параметр , учитывающий влияниеL_s. С увеличением тока нагрузки спад внешней характеристики (рисунок 3.12) будет больше.

Рисунок 3.12 – Внешняя характеристика с учетом индуктивности рассеяния трансформатора

Влияние магнитной асимметрии на работу выпрямителя

На входе выпрямителя, как правило, установлен трёхфазный трансформатор с объединенной магнитной системой, у которого обмотки расположены на трех стержнях (рисунок 3.13). В таком трансформаторе, вследствие различия магнитных сопротивлений для разных фаз

Рисунок 3.13 – Трехфазный трансформатор с объединенной магнитной системой

намагничивающие токи фазных обмоток не равны между собой: токи крайних фаз (I_ОА иI_ОС) больше тока средней фазы (I_ОВ). Это приводит к нарушению фазовой симметрии (углы сдвига отличаются от 120 градусов). Для уменьшения магнитной асимметрии трехстержневого манитопровода, т.е. уменьшения магнитного сопротивления потокам крайних фаз, сечение верхнего и нижнего ярма делают на 10…15% больше, чем стержня. Однако, асимметрия всё равно остаётся и влечёт асимметрию фазных напряжений (рисунок 3.14).

– 32 –

Напряжение в фазе В больше напряжения других фаз из - за снижения потерь в магнитопроводе, а векторы фазных напряжений А и С имеют отклонения относительно симметричной магнитной системы на угол α.

Рисунок 3.14 - Векторная диаграмма трехфазной системы

Асимметрия фазных напряжений приводит к искажению формы выпрямленного напряжения (рисунок 3.15), изменению уровня среднего напряжения на выходе выпрямителя и появлению низкочастотных составляющих пульсаций, что снижает качественные показателя выходного напряжения.

Рисунок 3.15 –Временные зависимости напряжений

3.4 Порядок выполнения работы

Лабораторная работа №3 состоит из двух отдельных работ:

• Лабораторная работа №3.1. Исследование однофазного мостового неуправляемого выпрямителя (Файл S1mostn);

• Лабораторная работа №3.2. Исследование трехфазного неуправляемого выпрямителя (Файл S3mostn).

– 33 –

Лабораторная работа №3.1 Исследование однофазного мостового неуправляемого выпрямителя (Файл s1mostn)

Схема выпрямителя (модель выпрямителя в формате EWB) представлена на рисунке 3.16.

Схема содержит следующие элементы:

• источник напряжения переменного тока U1;

• однофазный трансформатор TV1;

• однофазный мостовой выпрямитель VD;

• ключ К, шунтирующий резистор 10 кОм;

• нагрузочный резистор RН;

• измерительные приборы.

Рисунок 3.16 – Модель выпрямителя

1 Выберите данные в соответствии с вариантом задания (таблица 3.1).

Таблица 3.1 – Варианты задания

Номер бригады	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Напряжение U1, В	100	110	120	130	140	150	160	180	200	220
Частота fс, Гц	100	60	50	40	100	60	50	40	100	60

Установите в уровень напряжения и частоту, открыв окно (рисунок 3.17) источника напряжения переменного тока U1.

– 34 –

Рисунок 3.17 – Окно источника напряжения переменного тока

2. Перед началом измерений проверьте настройку приборов, параметры трансформатора T и выпрямительного моста.

Для этого в положении иконки «рука» на трансформаторе двойным щелчком откройте панель Transformer Properties. Выберите опцию Models; выделите строки Default и Ideal. Нажмите на клавишу Edit, открывается панель Sheet1 (рисунок 3.18) с основными характеристиками трансформатора.

Проверьте иустановите следующие параметры в соответствующих окнах:

N = 5 – коэффициент трансформации;

L_S1 = 0,01 Гн – индуктивность рассеяния;

L₀ = 5 Гн – основная индуктивность первичной обмотки;

r₁ = 10 Ом – активное сопротивление первичной обмотки;

r₂ = 0,2 Ом – активное сопротивление вторичной обмотки.

Рисунок 3.18 – Панель Sheet1 с основными характеристиками трансформатора

Выход из окна Sheet1 производится нажатием клавиши «ОК».

– 35–

Выпрямительный мост – идеальный. Его параметры устанавливать не надо! По умолчанию они соответствуют следующим величинам: динамическое сопротивление диода R_д= 0; пороговое напряжение –U_пор= 0,82 В.

АмперметрI2 должен иметь внутреннее сопротивление ® 0,1 Ом Проверьте это (рисунок 3.19)!

Рисунок 3.19 – Панель амперметра

Ключ К – замкнут (управляется клавишей 1). Реостат RHв положении 100 % (управляется клавишейRиShift+R). ПриборыI1,I2,U2 – измеряют действующие значения переменного тока;U0,I0 – постоянные составляющие на выходе выпрямителя.

3 Включите схему. Подождите несколько секунд, пока установится переходный процесс и выключите схему. Запишите показания приборов. Проверьте, выполняются ли нижеследующие соотношения (p= 2):

Если имеются расхождения, то объясните их причину.

Пренебрегая индуктивностью рассеяния (L_S1L₀), при чисто активной нагрузке рассчитайте кпд трансформатора:

_{3 Откройте переднюю панель осциллографа и установите развертку 2…5 mc/div, Y/T; канал А – 20 V/div, DC; канал В – 50 V/div, DC. Включите схему и после заполнения экрана осциллографа выключите ее. Зарисуйте полученные кривые с указанием осей и масштабов. Объясните их. Измерьте уровень обратного напряжения при помощи визироной линии, как показано на рисунке рисунок 3.20 и выделен результат измерения. Проверьте выполнение соотношения:}

Погасите окно осциллографа.

– 36 –

Рисунок 3.20 – Определение уровня обратного напряжения

4. Для снятия внешней характеристики выпрямителя подготовьте таблицу 3.2.

Таблица 3.2 –Снятие внешней характеристики выпрямителя

RН, %	ХХ	100	80	60	40	20	10
U0, В	x	x	x	x	x	x	x
I0, A	x	x	x	x	x	x	x
U2, B	x	x	x	x	x	x	x
I1, A	x	x	x	x	x	x	x
I2,A	x	x	x	x	x	x	x
K2	р	а	с	ч	е	т	ы
=P0/P1	р	а	с	ч	е	т	ы

Режим «холостого хода» (ХХ) обеспечивается размыканием ключа К. При этом, последовательно с нагрузкой включается резистор 10 кОм, что практически эквивалентно холостому ходу. Для дальнейших измерений ключ К замкнуть.

Включите схему. С помощью клавиши Rизменяйте сопротивлениеRН от 100% до 10% (для движения в обратную сторону используйте комбинациюShift+R), заполните таблицу и выключите схему. Рассчитайте К2и кпд. Постройте зависимостиU₀,K₂иот тока нагрузкиI₀в масштабе.

Найдите выходное сопротивление выпрямителя (R_вых1), исходя из соотношения:

_,

– 37 –

_{где (I01; U01), (I02; U02) – измеренные характеристики при 10% и 100% сопротивлении реостата RH.}

5 Замените идеальный мост реальным. Для этого двойным щелчком выделите мост, откроется окно Full–WaveBridgeRectifierProperties, в котором щелкните на опцииModels. В окошкеLibraryвыберите строкуgeneral1, а в окошкеModel–RGP02-12E. Его параметры устанавливать не надо! По умолчанию они соответствуют следующим величинам: динамическое сопротивление диодаR_д= 0,625 Ом; пороговое напряжение -U_пор= 1,45 В. Заполните таблицу 3.3.

Таблица 3.3 – Внешняя характеристика

RН, %	ХХ	100	10
U0, В	x	x	x
I0, A	x	x	x
I1, A	х	х	х
=P0/P1	-	х	х

Определите выходное сопротивление (R_вых2) и кпд. Сравните схемы выпрямления по выходному сопротивлению. Ответ обоснуйте.