Н.А. Резниченко Исследование однофазных неуправляемых выпрямителей

Министерство образования Российской Федерации Государственное учреждение

Кузбасский государственный технический университет Кафедра общей электротехники

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНЫХ НЕУПРАВЛЯЕМЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Методические указания к лабораторной работе по дисциплине "Электротехника и электроника"

для студентов специальности 170100 "Горные машины и оборудование"

Составитель Н.А. Резниченко

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 6 от 23.02.01

Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией специальности 170100 Протокол № 5 от 2.04.01

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ

Кемерово 2001

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение и анализ работы однофазных неуправляемых выпрямителей.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЫПРЯМИТЕЛЯХ

Выпрямитель - статическое устройство, служащее для преобразования переменного тока источника электроэнергии (сети) в постоянный.

Основными элементами выпрямителя (рис.1) обычно являются: силовой трансформатор 1, служащий для согласования входного Uс и выходного Ud напряжений выпрямителя, а также для электрического разделения питающей сети и цепи нагрузки; блок вентилей 2, осуществляющий выпрямление переменного тока; сглаживающий фильтр 3, предназначенный для уменьшения пульсации выпрямленного тока до требуемого значения. Установленный после сглаживающего фильтра стабилизатор 4 поддерживает неизменным напряжение на нагрузочном устройстве 5 при изменениях напряжения сети или сопротивления нагрузки. Для защиты выпрямителя от повреждений при аварийных режимах в его схему входит блок защиты и сигнализации 6. Если выпрямитель управляемый, то в блок-схему входит еще узел 7, содержащий систему управления вентилями.

В зависимости от условий работы и требований, предъявляемых к выпрямителям, отдельные их узлы могут отсутствовать. Например, если напряжение сети соответствует требуемому значению выпрямленного напряжения, то можно не использовать трансформатор. В трехфазных выпрямителях могут отсутствовать сглаживающие фильтры, так как

2

пульсации в них сравнительно небольшие. В некоторых случаях может отсутствовать стабилизатор.

Основными параметрами, характеризующими качество работы выпрямителя, являются:

-средние значения выпрямленного напряжения Ud и тока Id:

-частота пульсаций fп выходного напряжения и тока;

-коэффициент пульсации q после выпрямителя (до фильтра);

-внешняя характеристика Ud = f(Id);

-коэффициент полезного действия η.

Кривая выпрямленного напряжения помимо постоянной составляющей содержит переменную (пульсирующую) составляющую, которая определяется разностью напряжений ud(t) - Ud . Наличие переменной составляющей нежелательно.

Поэтому осуществляют фильтрацию выпрямленного напряжения путем подключения к выходу выпрямителя сглаживающих фильтров, которые выполняют на основе реактивных элементов - дросселей и конденсаторов. Сглаживающий дроссель оказывает большое сопротивление переменному току и малое - постоянному, и его включают последовательно с нагрузкой. Конденсатор оказывает малое сопротивление переменному току и большое - постоянному, его включают параллельно нагрузке.

Для выполнения лабораторной работы служит переносной стенд (рис.2) и сменные панели однофазных выпрямителей, выполненных по различным схемам (рис.3-6), а также сменные панели различных фильтров (рис.7-12). На стенде расположены необходимые измерительные приборы (вольтметры и амперметры), переключатели для изменения режимов работы, контрольные гнезда для возможности подключения дополнительных приборов и осциллографа для визуального наблюдения за характером протекающих процессов.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Перед началом работы проверить положение переключателей, установить сменные панели по заданию преподавателя, подключить осциллограф и перед началом измерений проверить работоспособность системы.

2. В зависимости от используемых сменных панелей подготовить таблицу для записи экспериментальных данных при варьировании параметров схемы (фильтров, нагрузки).

3

3. C помощью осциллографа зарисовать формы кривых токов I2, Iа, Id, напряжений Ua, Ud.

4.По данным таблицы построить совмещенные внешние характеристики Ud = f (Id ).

5.По данным таблицы проанализировать влияние изменения нагрузки на токи и напряжения в зависимости от типа фильтра.

Отчет должен содержать: 1) схемы выпрямителей;

2) таблицы с данными измерений;

3)совмещенные внешние характеристики Ud = f ( Id );

4)временные диаграммы работы выпрямителей;

5)анализ влияния изменения нагрузки на токи и напряжения в схеме.

4

Рис.2. Схема переносного стенда для исследования однофазных неуправляемых выпрямителей

5

6

7

8

9

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ

1. Анализ работы выпрямителей проводится при допущении, что диод идеален. Это означает, что сопротивление диода в прямом направлении равно нулю, а обратное сопротивление диода бесконечно велико.

2.Работу выпрямителей удобно рассматривать с помощью временных диаграмм.

3.Параметры сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения рассчитывают по формулам:

q = Umax1 / Ud ,

где Umax1 - амплитуда основной (первой) гармоники пульсаций после выпрямителя (до фильтра);

Uср -постоянная составляющая (среднее значение) выпрямленного напряжения после выпрямителя;

q1 = Umax1н / Ud,

где Umax1н - амплитуда основной гармоники пульсаций на нагрузке; Ud - постоянная составляющая (среднее значение) выпрямленного напряжения на нагрузке;

s = q / q1 = Umax1 / Umax1н - степень сглаживания выпрямленного напряжения (коэффициент сглаживания фильтра).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое выпрямитель?

2.Дайте классификацию выпрямителей

3.Начертите структурную схему выпрямителя.

4.Начертите предложенную схему однофазного неуправляемого выпрямителя и поясните принцип его работы.

5.Проанализируйте работу однофазного выпрямителя по временным диаграммам напряжений и токов.

6.Каковы основные электрические параметры выпрямителей?

7.Что представляет из себя внешняя характеристика выпрямителя? Для чего она используется?