Файл: Metodichka_po_elektrotekhnike_kolledzh (1).doc

Экономичность работы неуправляемого трехфазного выпрямителя с полупроводниковыми диодами определяется его коэффициентов мощности:

X =P₁/UI, (9)

а К.П.Д.-  = U₀ I₀/ Р₁ (10)

где Р₁ – активная мощность выпрямительной установки со стороны трехфазной сети;

U и I – действующие линейные напряжение и ток;

U₀ и I₀ – средние выпрямленные напряжение и ток.

Сглаживающие фильтры

Для питания ряда узлов электронной аппаратуры обычно требуется постоянное напряжение. Напряжение же, получаемое на выходе рассмотренных выпрямительных схем, является или пульсирующим (трехфазный выпрямитель), или импульсным (одно- и двухполупериодный выпрямитель). Для того чтобы выпрямленное напряжение имело требуемую форму, применяют сглаживающие фильтры.

Количественно работа фильтра характеризуется коэффициентом сглаживания пульсации q, который показывает, во сколько раз уменьшается пульсация при прохождении сигнала через данный фильтр

q = k_1п / k_2п (11)

здесь k_1п и k_2п - коэффициенты пульсации сигнала до и после.

Наряду с малым значением коэффициента пульсации в фильтре не должно быть значительных потерь постоянной составляющей выпрямленного напряжения.

Сглаживающие фильтры подразделяются на - емкостные, индуктивные, индуктивно-емкостные и резисторно-емкостные.

Наиболее простым является емкостный фильтр, который состоит из конденсатора С_ф, включенного параллельно с нагрузкой R_н (рис.7 а). Работа фильтра основана на способности конденсатора быстро запасать электрическую энергию, а затем относительно медленно отдавать ее в нагрузку.

Рис. 7. Схема емкостного фильтра (а); графики напряжений и токов в нем (б)

Когда напряжение на диоде Д, равное разности напряжения источника и напряжения на конденсаторе, положительно, т.е. U_д– U_с > 0, то диод открыт и С_ф заряжается. Как это видно из графика на рис. 7, б, зарядка происходит в интервале времени от t₁ до t₂. Так как сопротивление диода Д весьма мало, конденсатор успевает зарядиться почти до U. Затем, когда – U_с < 0, диод заперт и конденсатор медленно разряжается через R_н до тех пор, пока напряжение источника снова не станет больше U_с. Время разрядки зависит от постоянной времени  = С_ф R_н, которая показывает, в течение какого времени напряжение на конденсаторе уменьшится в 2,72 раза. Емкостные фильтры, как правило, используют в выпрямителях малой мощности.

В выпрямителях с большими токами применяют индуктивные фильтры (дроссель) (рис. 8) с относительно большой индуктивностью. Индуктивные фильтры работают достаточно эффективно в двухполупериодных выпрямителях, так как за счет явления самоиндукции ток в нагрузке i_н не падает до нуля при нулевом напряжении между точками «а» и «в» в цепи и коэффициент пульсации заметно уменьшается (рис. 9).

В однополупериодном выпрямителе применение индуктивного фильтра нецелесообразно, так как во время отрицательного полупериода ток в нагрузке падает до нуля и коэффициент пульсации практически не снижается.

На практике, как правило, применяют комбинированные фильтры: Г – образные и П – образные (рис. 10). Эти фильтры обеспечивают хорошее сглаживание тока в нагрузке. Их работу удобно объяснить, представляя напряжение на входе фильтра как сумму постоянной составляющей и целого ряда гармоник (переменных составляющих). Тогда, индуктивность и емкость фильтра представляют собой делитель. На индуктивном сопротивлении делителя выделяется большая часть переменной, а на емкостном – большая часть постоянной составляющей напряжения выпрямителя.

В маломощных схемах дроссель может быть заменен резистором. Это дает возможность уменьшить массу, габариты и стоимость фильтра, однако сглаживание при этом ухудшается.

Описание установки

Экспериментальное исследование выполняют на установке рис. 11, где преобразование переменного тока в постоянный выполняется шестью диодами. Измерительные приборы со стороны трехфазной сети определяют линейные напряжения, токи и активную мощность; после выпрямителя – средние выпрямленные напряжения и токи. Реостат «r», присоединяемый однополюсными выключателями, является нагрузкой выпрямителя.

Рис. 11. Схема установки для исследования неуправляемого

трехфазного выпрямителя с полупроводниковыми диодами

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с приборами, аппаратами и другим оборудованием экспериментальной установки и записать их технические характеристики в протокол испытания.

2. На стенде представлена схема трехфазного выпрямителя на полупроводниковых диодах. Переключателем F₂ схема может быть преобразована в:

- трехфазную двухполупериодную мостовую (схема Ларионова);

- трехфазную однополупериодную выпрямительную схему.

Схема выпрямителя также снабжена сглаживающими фильтрами: индуктивным (переключатель F₃) и емкостным (переключатель F₄), которые могут работать как отдельно, так и совместно.

Перед включением схемы (переключатель QF₁) убедитесь в том, что нагрузка отключена, а переключатели F₃ и F₄ находятся в положении «Выключено». Только после этого включите выпрямитель переключателем QF₁, при этом загорится контрольная лампа питания стенда.

Затем включите в сеть осциллограф (в розетку на стенде). Ему потребуется некоторое время для прогрева и выхода на рабочий режим (до 1 мин.). (У нормально функционирующего осциллографа на экране появляется кривая напряжения на выходе с выпрямителя. Если на экране осциллографа отсутствует картинка, немедленно сообщите преподавателю. НЕ пытайтесь настроить осциллограф самостоятельно.). После выхода осциллографа на рабочий режим можно приступать к проведению опытов.

1. Трехфазная однополупериодная выпрямительная схема

Первый опыт выполнить без нагрузки. Далее она задается включением по три переключателя нагрузки для одного опыта. Данные приборов занести в таблицу. Зарисовать с экрана осциллографа кривые выпрямленного напряжения (в масштабе) для первого и последнего опыта.

ВНИМАНИЕ – стенд под нагрузкой не включать и не выключать (нагрузка должна быть выключена).

2. Трехфазная однополупериодная выпрямительная схема с индуктивным фильтром

Первый опыт выполнить без нагрузки. Затем она задается включением по три переключателя нагрузки для одного опыта. Данные приборов занести в таблицу. Зарисовать с экрана осциллографа кривые выпрямленного напряжения (в масштабе) для первого и последнего опыта.

3. Трехфазная однополупериодная выпрямительная схема с емкостным фильтром

Первый опыт выполнить без нагрузки. Затем она задается включением по три переключателя нагрузки для одного опыта. Данные приборов занести в таблицу. Зарисовать с экрана осциллографа кривые выпрямленного напряжения (в масштабе) для первого и последнего опыта.

4. Трехфазная двухполупериодная мостовая выпрямительная схема (схема Ларионова)

Первый опыт выполнить без нагрузки. Далее она задается включением по три переключателя нагрузки для одного опыта. Данные с приборов занести в таблицу. Зарисовать с экрана осциллографа кривые выпрямленного напряжения (в масштабе) для первого и последнего опыта.

5. Трехфазная двухполупериодная мостовая выпрямительная схема с индуктивным фильтром

Первый опыт выполнить без нагрузки. Далее она задается включением по три переключателя нагрузки для одного опыта. Данные приборов занести в таблицу. Зарисовать с экрана осциллографа кривые выпрямленного напряжения (в масштабе) для первого и последнего опыта.

6. Трехфазная двухполупериодная мостовая выпрямительная схема с емкостным фильтром

Первый опыт выполнить без нагрузки. Затем она задается включением по три переключателя нагрузки для одного опыта. Данные с приборов занести в таблицу. Зарисовать с экрана осциллографа кривые выпрямленного напряжения (в масштабе) для первого и последнего опыта.

По данным осциллограмм сделать выводы: - о влиянии нагрузки на величину выпрямленного напряжения; - о влиянии сглаживающих фильтров (емкостного и индуктивного) на характер и величину выпрямленного напряжения, сравнивая его с работой без фильтров.

Построить графическую зависимость U₂ = f(I₂) для каждого выпрямителя без фильтров и с ними (в одной координатной плоскости для двух выпрямителей - отдельно для каждого).

Таблица экспериментальных и расчетных данных