Трехфазные нагрузочные цепи Испытание генератора постоянного тока Испытание синхронного двигателя Трехфазные выпрямители Исследование усилителя низкой частоты

Лабораторные работы по ТОЭ

Трехфазные выпрямители

Трехфазные выпрямители, являясь устройствами средней и большой мощности, применяются для питания электроприводов постоянного тока, гальванических ванн, зарядки аккумуляторов и т.д. Наибольшее распространение получили трехфазные выпрямители с нейтральным (нулевым) выводом и мостовые.

Схема трехфазного выпрямителя с нейтральным выводом представлена на рис. 11.

Рис. 11

Первичные обмотки трансформатора в этой схеме могут быть соединены в звезду или треугольник, вторичные - только в звезду. Фазные напряжения вторичных обмоток трансформатора uа, uв, uс сдвинуты по фазе на 2/3p радиан, поэтому в течение 1/3 периода напряжение одной фазы будет выше напряжения двух других фаз (рис. 12). В течение этого времени ток будет проходить через вентиль, связанный с данной фазой, и нагрузочный резистор. Т.к. сопротивление проводящего вентиля в прямом направлении Rпр=0, падение напряжения на нем uпр = iвRпр =0, поэтому два других вентиля окажутся под обратным напряжением и тока проводить не будут. Обратное напряжение, как следует из второго закона Кирхгофа, для контура, образованного, например, вторичными обмотками трансформатора фаз ’’а’’ и ’’в’’ и вентилями В2 и В1, равно разности соответствующих фазных напряжений: - uа + uобр + uв = 0 или uобр = uа - uв, т.е. обратное напряжение равно линейному, а его максимальное значение равно амплитуде линейного напряжения.

.

(17)

Напряжение на нагрузке в любой момент времени равно мгновенному значению напряжения той обмотки, в которой вентиль открыт и кривая выпрямленного напряжения представляет собой огибающую вершин синусоид фазных напряжений uа,в,с. Следовательно, напряжение на нагрузке равно фазному, т.е.

.

(18)

Среднее значение выпрямленного напряжения за период, в соответствие с рис.12 запишется так:

.

(19)

Рис. 12

После интегрирования и переходя от амплитудного значения напряжения к действующему, получим:

 

(20)

Коммутация тока (переход от одного вентиля к другому) происходит в те моменты времени, когда напряжение на последующей фазе обмотки трансформатора становится равным напряжению на предыдущей (моменты времени, отвечающие точкам а,б,в,г на рис. 12) выпрямленный ток проходит через нагрузочный резистор непрерывно. Форма тока представлена на рис. 12,б. Огибающая фигуры - форма тока одного вентиля. Т.к. каждый вентиль работает один раз за период в течение 1/3 периода, среднее значение тока через него Iср.в.:

.

(21)

Средний выпрямленный ток, протекающий через нагрузочный резистор Iср.н. будет в 3 раза больше

.

(22)

Действующее значение тока, протекающего через вентиль и через вторичную обмотку трансформатора, связанную с этим вентилем, определяется как среднее квадратичное его значение за период:

.

(23)

Совместное решение уравнений (21)-(23) дает:

.

(24)

При подборе вентилей для работы в трехфазном выпрямителе с нейтральной точкой, максимальное допустимое обратное напряжение вентиля должно быть больше обратного напряжения выпрямителя, т.е. должно выполняться условие Um обр.доп.> Um обр.= Um л, а переходя от амплитудного значения линейного напряжения к действующему и от линейного к фазному и с учетом соотношения 20:

.

(25)

Рис. 13

Максимальное значение выпрямленного тока должно быть больше расчетного значения:

 .  (26)

Из рис. 12 видно, что напряжение на нагрузке достигает максимума 3 раза за период. Следовательно, частота пульсаций напряжения на нагрузке равна утроенной частоте сети.

Схема трехфазного мостового выпрямителя представлена на рис.13. Первичные и вторичные обмотки трансформатора в этой схеме могут соединяться в звезду или треугольник. Вентили В1, В3, В5 повторяют режим работы трехфазного выпрямителя с нейтральной точкой. В течение каждой трети периода в этой группе вентилей работает вентиль, связанный с фазой вторичной обмотки трансформатора, у которой в данный момент времени напряжение выше, чем в двух других фазах. В группе вентилей В2, В4, В6 в данную часть периода работает вентиль, соединенный с фазой, у которой в данный момент напряжение имеет более отрицательное значение, чем на двух других фазах. Т.к. сопротивление проводящих вентилей в прямом направлении Rпр=0, падение напряжения на них uпр = iвRпр =0, для контура, образованного вторичной обмоткой трансформатора фазы ’’а’’ вентилем В1, нагрузочным резистором Rн, вентилем В6 и вторичной обмоткой трансформатора фазы ’’в’’ на основании второго закона Кирхгофа можно записать: -uа + uв + uс =0 и uн = uа - uв, т.е. напряжение на нагрузке в любой момент времени равно мгновенному значению линейного напряжения. а кривая выпрямленного напряжения представляет собой огибающую вершин синусоид линейных напряжений. (Кривая линейного напряжения uа - uв на рис. 14 указана пунктиром).

Рис. 14

Следовательно, максимальное значение выпрямленного напряжения достигает амплитуды линейного. Среднее за период значение выпрямленного напряжения в соответствии с рис. 14 запишется так:

  (27)

После интегрирования и переходя от амплитудного значения линейного напряжения к действующему и от линейного к фазному будем иметь(28):

.

(28)

Обратное напряжение на непроводящем вентиле, например на вентиле В4, как следует из второго закона Кирхгофа для контура, образованного вторичной обмоткой трансформатора фазы ’’а’’, вентилями В4, В6, вторичной обмоткой трансформатора фазы ’’б’’ равно разности фазных напряжений : -uа + uобр + uб =0 или uобр = uа - uв, т.е. обратное напряжение равно линейному, а максимальное значение равно амплитуде линейного:

.

(29)

С учетом соотношения (28) получим:

.

(30)

Ток через каждый вентиль протекает в течение 1/3 периода. Форма тока представлена на рис. 14,б. Его среднее значение определяется как:

(31)

Коммутация тока в группе вентилей В1, В3, В5 осуществляется в моменты времени, отвечающие точкам - а, б, в, а в группе вентилей В2, В4, В6 в моменты времени соответствующие точкам - г, д, е. Ток через нагрузку Iср протекает непрерывно и будет в 3 раза больше тока вентиля:

.

(32)

Действующее значение тока, протекающего через вентиль, определяется как:

.

(33)

Совместное решение уравнений (31), (32) и (33) дает:

.

(34)

При подборе вентилей для работы в трехфазном мостовом выпрямителе максимальное допустимое обратное напряжения вентиля должно быть больше обратного напряжения выпрямителя, т.е. выполняется условие:

.

(35)

Из рис. 14,б видно, что напряжение на нагрузке достигает максимума 6 раз за период. Следовательно, частота пульсации напряжения на нагрузке равна ушестеренной частоте источника энергии.

7. Рекомендуемая литература

Основы промышленной электроники. Под ред. проф. В.Г. Герасимова, - М.: Высшая школа, 1978, с. 23-27; 177-189.

Вольтамперные характеристики полупроводниковых диодов Изучить основные свойства электронно-дырочного перехода путем экспериментального исследования вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов.

Исследование линейной электрической цепи при периодических несинусоидальных токах Изучить методику расчета линейных электрических цепей, подключенных к источнику периодического несинусоидального напряжения.

Лабораторная работа состоит из двух разделов расчетного и экспериментального.

Подготовка генератора ЗГ-111 к работе


На главную