Файл: Учебнометодическое пособие по учебной дисциплине Силовая преобразовательная техника.pdf

168
Литература
1 Гельман, М.В. Преобразовательная техника. Полупроводниковые приборы и элементы микроэлектроники: Учебное пособие/М.В.Гельман.-
Челябинск: Изд-во ЮурГУ, 2000.
2 Розанов, Ю.К. Силовая электроника: учебник для вузов/Ю.К. Розанов,
М.В. Рябчицкий, А.А Кваснюк.-М.:Издательский дом МЭИ, 2007.

169
Лабораторная работа №5
Исследование аналоговой системы управления однофазного управляемого выпрямителя
1 Цель работы:
- сформулировать умение анализировать принцип действия основных узлов системы импульсно-фазового управления однофазного управляемого выпрямителя
- изучить принципы построения аналоговых систем импульсно-фазового управления управляемых выпрямителей
- практически исследовать работу основных узлов системы импульсно- фазового управления однофазного управляемого выпрямителя
- приобрести навыки в сборке и настройке схемы
- изучить безопасные методы работы на лабораторном стенде
2 Оснащение рабочего места:

лабораторный стенд

методические указания по выполнению лабораторной работы
3 Теоретические сведения
Система импульсно-фазового управления (СИФУ) предназначена для формирования управляющих импульсов на тиристоры управляемого выпрямителя в функции входного управляющего сигнала.
Для экспериментального исследования работы аналоговой системы импульсно-фазового управления необходим осциллограф (желательно с памятью).
На передней панели универсального лабораторного стенда представлена мнемосхема аналоговой СИФУ (см. рисунок 5.1), каждый элемент которой оснащен выводами для подключения осциллографа.
В данной лабораторной установке реализована одноканальная синхронная аналоговая СИФУ вертикального действия.
Синхронизация с сетью осуществляется по линейному напряжению U
АС
Напряжение от сети через понижающий трансформатор TV1 поступает на вход компаратора микроконтроллера, который формирует синхронизирующие импульсы в момент перехода синусоиды линейного напряжения через ноль.
Ввиду того, что сдвиг фазы импульсов управления для тиристоров управляемого выпрямителя производится в одном канале, то синхронизирующие импульсы должны быть узкими. Таким образом, микроконтроллер в аналоговой СИФУ выполняет роль устройства синхронизации.

170
Рисунок 5.1 – Схема аналоговой системы импульсно-фазового управления
Синхронизирующие импульсы с выхода микроконтроллера (порт 2) поступают на транзистор VT11, который шунтирует конденсатор С11 в цепи обратной связи операционного усилителя А1. Операционный усилитель А11 собран по интегрирующей схеме, благодаря чему на выходе формируется сигнал пилообразного напряжения. Сброс интегратора в исходное состояние осуществляется в момент подачи импульса синхронизации от устройства синхронизации. Таким образом, операционный усилитель А11, собранный по интегрирующей схеме с конденсатором С11 в цепи обратной связи и шунтирующим транзистором VT11, на вход которого подается опорное напряжение, в аналоговой СИФУ выполняет роль генератора пилообразного напряжения. Генератор пилообразного напряжения формирует на выходе развертку опорного напряжение.
Далее сигнал с выхода генератора пилообразного напряжения поступает на вход операционного усилителя А2. На вход этого усилителя поступает и сигнал напряжения задания, величина которого регулируется резистором R14.
Операционный усилитель А2 формирует на своем выходе сигнал в момент равенства сигналов на входе (напряжение пилообразного напряжения и напряжение задания). Таким образом, на операционном усилителе А2 реализовано фазосдвигающее устройство, основная задача которого осуществить задержку импульсов управления тиристорами относительно импульсов синхронизации. Чтобы сформировать узкие импульсы управления положительной полярности, на выходе операционного усилителя включены конденсатор С12 и диод VD11.
Импульсы управления с выхода фазосдвигающего устройства поступают на вход микроконтроллера, который выполняет роль

171 формирователя и распределителя импульсов. Далее управляющие импульсы через драйвер подаются на соответствующие управляющие электроды тиристоров.
Микроконтроллер вместе с драйверами обеспечивает получение импульсов тока управления в цепи управляющих электродов тиристоров с требуемой крутизной переднего фронта и требуемой длительности, для обеспечения надежного включения тиристоров в заданные моменты времени.
Кроме этого обеспечивается гальваническое разделение цепей управления и силовых цепей.
На рисунке 5.2 представлены временные диаграммы, поясняющие работу элементов аналоговой СИФУ вертикального действия.
Рисунок 5.2 – Временные диаграммы работы вертикальной СИФУ

172 4 Порядок выполнения работы
4.1 Изучить схему аналоговой системы импульсно-фазового управления представленной на рисунке 5.1.
4.2 Исследовать работу устройства синхронизации СИФУ
4.2.1 Собрать схему подключения напряжения задания для однофазного управляемого выпрямителя (рисунок 5.3)
Рисунок 5.3 – Схема подключения напряжения задания для однофазного управляемого выпрямителя
4.2.2 Подключить стенд к трехфазной сети. Включить три автоматических выключателя, расположенных в левой нижней части стенда – надпись «Сеть». Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумблеры, управляющие включением преобразователей, находятся в положении «выключено», а также на панели стенда присутствуют только необходимые для проведения данного опыта перемычки.
4.2.3 Задать однофазный режим работы управляемого выпрямителя, для этого установить тумблер в положение «Однофазный» (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Угол управления, град.»).
4.2.4 Включить управляемый выпрямитель (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Угол управления, град.» перевести в положение
«Вкл.»).
4.2.5 Записать мгновенное напряжение на вторичной обмотке трансформатора TV1 (u
2
=f(

t)), для этого подключить осциллограф на вывод 1 относительно общего вывода 2 (см. рисунок 5.3). При этом целесообразно на осциллографе включить режим синхронизации с сетью и настроить временную развертку, таким образом, чтобы на экране помещалось несколько периодов питающего напряжения.
4.2.6 Записать сигнал на выходе порта 2 микроконтроллера, для этого подключить осциллограф на вывод 3 относительно общего вывода 2 (см. рисунок 5.3).
4.3 Исследовать работу генератора пилообразного напряжения СИФУ
4.3.1 Записать сигнал на выходе генератора пилообразного напряжения, для этого подключить осциллограф на вывод 4 относительно общего вывода 2
(см. рисунок 5.3).

173 4.4 Исследовать работу фазосдвигающего устройства СИФУ
4.4.1 Задать угол управления равный заданному значению (резистором
R18), например 30 эл. град. прибор «Угол управления, град.»
4.4.2 Записать сигнал на выходе фазосдвигающего устройства для заданного угла управления, для этого подключить осциллограф на вывод 5 относительно общего вывода 2 (см. рисунок 5.3).
4.4.3 Увеличивать плавно угол управления с помощью резистора R18 на экране осциллографа наблюдать за изменением сигнала на выходе фазосдвигающего устройства.
4.4.5 Записать сигнал на выходе фазосдвигающего устройства для другого заданного угла управления.
4.4.6 Записать сигналы после диода VD11, для этого подключить осциллограф на вывод 6 относительно общего вывода 2 (см. рисунок 5.3).
4.5 Исследовать работу формирователя и распределителя импульсов
СИФУ
4.5.1 Записать сигнал на выходе порта 1 микроконтроллера, для этого подключить осциллограф на один из выводов 7 относительно общего вывода 2
(см. рисунок 5.3).
4.5.2 Записать сигнал на других выводах порта 1 микроконтроллера.
По завершении экспериментального исследования отключить стенд от сети (выключить автоматические выключатели, расположенные в левой нижней части стенда – надпись «Сеть»), все тумблеры, управляющие включением преобразователей, поставить в положении «выключено» и снять установленные перемычки.
После проведения экспериментальных исследований (см. п. 4.2-4.5) на миллиметровой бумаге построить временные диаграммы сетевого питающего напряжения, сигнала на выходе устройства синхронизации, сигнала на выходе генератора пилообразного напряжения, сигнала на выходе фазосдвигающего устройства и сигналы управления на все четыре тиристора однофазного управляемого выпрямителя.
5 Содержание отчета
5.1 Название лабораторной работы и ее цели.
5.2 Схема аналоговой системы импульсно-фазового управления. Краткое описание работы данной схемы.
5.3 Временные диаграммы сетевого питающего напряжения, сигнала на выходе устройства синхронизации, сигнала на выходе генератора пилообразного напряжения, сигнала на выходе фазосдвигающего устройства и сигнала управления.
5.4 Выводы о проделанной работе.
6 Контрольные вопросы
6.1 Опишите назначение системы импульсно-фазового управления.

174 6.2 Перечислите основные элементы аналоговой СИФУ. Поясните назначение этих элементов.
6.3 Поясните в чем отличие многоканальных СИФУ от одноканальных?
Сравните эти типы СИФУ, проанализируйте их достоинства и недостатки.
6.4 Поясните в чем отличие между синхронной СИФУ и асинхронной?
Литература
1 Преображенский, В.И. Полупроводниковые выпрямители/В.И.
Преображенский. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 136 с.: ил.
2 Москаленко, В.В. Автоматизированный электропривод: Учебник для вузов/ В.В.Москаленко – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 416 с.: ил.
3 Основы автоматизированного электропривода: Учеб. пособие для вузов/ М.Г. Чиликин[и др.]. – М.: Энергия, 1974. – 568с.: ил.

175
Практическая работа №5
Расчет и выбор защитных RC-цепочек
1 Цель работы:
- сформулировать умение выполнять расчет RC-цепочек
- изучить методы расчета защитных RC-цепочек
2 Оснащение рабочего места:
- методические указания по выполнению практической работы, справочная литература
3 Теоретические сведения
Переходные процессы в цепях преобразователей электрической энергии часто сопровождаются перенапряжениями, основными их которых являются: перенапряжения, обусловленные внутренними процессами в полупроводниковых приборах в моменты коммутации тока; коммутационные перенапряжения, возникающие в моменты отключения внешних цепей с индуктивностями; перенапряжения, вызванные резонансными явлениями в преобразователях; внешние перенапряжения, поступающие из питающей сети.
Перенапряжения могут привести к электрическому пробою приборов, вызывающему, как правило, возникновение коротких замыканий.
Защитные RC-цепи предназначены для ограничения скорости нарастания напряжения и снижения перенапряжений на вентилях схемы. Для защиты СПП от аварийных токов используют анодные реакторы, которые ограничивают ток короткого замыкания на уровне, не превышающем ударный ток I
уд.
прибора.
Точный расчет RC-цепей достаточно сложен и требует учета ряда факторов и применения вычислительной техники. Параметры RC-цепи определяется компромиссным решением с учетом достаточного ограничения уровня напряжения и скорости изменения напряжения на вентиле, а также ограничения амплитуды разрядного тока защитного конденсатора в момент включения вентиля при максимальном угле регулирования.
Параметры RC-цепей, защищающих полупроводниковые приборы от внутренних перенапряжений, можно определить ориентировочно.
Емкость конденсатора С, Ф определяется по формуле
MAX
ОБ
MAX
ПР
MAX
ОБ
К
U
I
f
I
е
С
2 2
100






, (5.1) где I
ОБ.MAX
- максимальный обратный ток тиристоров, А (таблица 5.1);
I
ПР.MAX
- максимальный ток через тиристор в прямом направлении, А (таблица

176 5.1);
U
ОБР.MAX
- максимальное обратное напряжение, прикладываемое к тиристору в схеме, В .
По формуле (5.1) определяется и емкость конденсаторов, предназначенных для зашиты диодов. Класс конденсатора должен соответствовать классу тиристора.
Сопротивление резистора R, Ом RC-цепи определяется по формуле
MAX
ОБ
MAX
ОБ
I
U
R
,

(5.2)
Мощность резистора Р, Вт, RC-цепи определяется по формуле
MAX
ОБ
MAX
ОБ
I
U
Р


(5.3)
Исходя из значений емкости защитных конденсаторов и значений сопротивления и мощности резисторов, выбираются RC-цепи.
4 Порядок выполнения работы
4.1 Изучить теоретические сведения.
4.2 Выписать исходные данные из таблицы 5.1 согласно варианту.
4.3 Согласно варианту заданному преподавателем рассчитать параметры RC-цепочек.
4.4 Из справочной литературы выбрать марки RC-цепочек для силовой цепи.
4.5 Составить отчет о проделанной работе
4.6 Ответить на контрольные вопросы
Таблица 5.1 – Исходные данные
Номер варианта
1 2
3 4
5 6
7 8
Марка тиристора
Т112-
10
Т112-
16
Т112-
20
Т112-
25
Т112-
40
Т112-
50
Т112-
63
Т112-
80
MAX
ПР
I
, кА
0,16 0,22 0,33 0,38 0,82 0,90 1,3 1,5
MAX
ОБ
I
, мА
2,5 3
3 3
5 6
6 6
MAX
ОБ
U
, В
100 200 300 400 500 600 700 800 5 Содержание отчета
5.1 Название и цель практической работы.
5.2 Исходные данные из таблицы 5.1 согласно своему варианту.
5.3 Расчет и результат выбора RC-цепочек.
5.4 Выводы о выполненной работе .

177 6 Контрольные вопросы
6.1 Опишите назначение RC-цепей в схеме выпрямителя.
6.2 Сформулируйте назначение анодного реактора
6.3 Перечислите виды перенапряжений, возникающих в процесс работы вентилей.
6.4 Опишите порядок выбора RC-цепочек.
Литература
1 Резисторы. Конденсаторы. Трансформаторы. Коммутационные устройства. РЭА. Справочник/Н.Н. Акимов [и др.].- Минск: Беларусь.1994 2 Кисаримов, Р.А. Справочник электрика/Р.А.Кисаримов- Патриот, 1991 3 Розанов, Ю.К. Силовая электроника: учебник для вузов/Ю.К. Розанов,
М.В. Рябчицкий, А.А Кваснюк.-М.:Издательский дом МЭИ, 2007.

178
Практическая работа №6
Исследование работы трехфазного инвертора, ведомого сетью
1 Цель работы:
- сформировать умение анализировать принцип работы трехфазного инвертора