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

190 коммутируемых токов до 50 А являются биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT); полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET).
В области коммутируемых токов более 50 А основными приборами силовой электроники являются: силовые модули на базе биполярных транзисторов; силовые модули на базе IGBT.
4Порядок выполнения работы
4.1 Изучить принцип работы схемы (рисунок 7.3).
Рисунок 7.3 – Схема силовой части трехфазного ШИП
Симметричный режим:
-выходное нулевое напряжение соответствует скважности 127 при диапазоне скважности 0..255, соответствует изменению напряжения –
U
max
..+U
max
;
- большие пульсации выходного тока, однако, при этом ток носит непрерывный характер;
- возможность работы в режиме рекуперативного торможения во всем диапазоне скоростей. Рекуперация тока осуществляется за счет ЭДС самоиндукции.
4.2
Исследовать работу трехфазного широтно-импульсного преобразователя на активную нагрузку.
4.2.1 Собрать схему подключения трехфазного широтно-импульсного преобразователя к сети переменного тока (рисунок 7.4)
Рисунок 7.4 – Схема подключения трехфазного широтно-импульсного

191 преобразователя к сети переменного тока
4.2.2 Собрать схему подключения напряжения задания для ШИП
(рисунок 7.5)
Рисунок 7.5 – Схема подключения задания для ШИП
4.2.3 Собрать схему подключения активной нагрузки на выход трехфазного широтно-импульсного преобразователя (рисунок 7.6).
4.2.4 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.
Рисунок 7.6 – Схема подключения активной нагрузки на выход трехфазного широтно-импульсного преобразователя
4.2.5 Подключить релейно-контакторную схему управления (включить тумблер SA70).
4.2.6 С помощью магнитного пускателя K5 подключить ШИП, нажав кнопку SB74.
4.2.7 Задать режим работы широтно-импульсного преобразователя

192 симметричный, для этого установить тумблер в положение «Симметр
»
(тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Скважность (якорь), %.»).
4.2.8 Включить широтно-импульсный преобразователь (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Скважность (якорь), %.» перевести в положение «Вкл.»).
4.2.9 Измерить среднее значение выпрямленного напряжения на выходе широтно-импульсного преобразователя (по вольтметру PV1), изменяя скважность ШИПа от 0 до 100 % (с помощью резистора задания R21 в окошке
«Скважность (якорь), %.»). Данные занести в таблицу 7.1.
4.2.10 По завершении исследования вывести резистор R21 в начальное положение, выключить ШИП (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Скважность (якорь), %.» перевести в положение «Выкл.»), отключить автоматические выключатели, расположенные в левой нижней части стенда – надпись «Сеть».
4.3
Исследовать работу трехфазного широтно-импульсного преобразователя на двигательную нагрузку.
4.3.1 Собрать схемы в соответствии с п. 4.2.1 и п. 4.2.2, или, при собранной схеме, убедиться в правильности подключения трехфазного широтно-импульсного преобразователя к питающей сети (см. рисунок 7.4) и напряжения задания (см. рисунок 7.5).
3.3.2 Собрать схему подключения якоря двигателя и обмотки возбуждения к ШИП (рисунок 7.7).
Рисунок 7.7 – Схема подключения якоря и обмотки возбуждения ДПТ
НВ к ШИП
4.3.3 Подключить стенд к трехфазной сети (включить три автоматических выключателя, расположенных в левой нижней части стенда –

193 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.
4.3.4 Подключить релейно-контакторную схему управления (включить тумблер SA70).
4.3.5 С помощью магнитного пускателя K5 подключить ШИП, нажав кнопку SB74.
4.3.6 Включить ШИП возбуждения (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Скважность (возбуждение), %») и резистором R22 установить номинальный ток возбуждения ДПТ НВ равный 0,18 А по прибору
PA4.
4.3.7 Задать режим работы широтно-импульсного преобразователя несимметричный, для этого установить тумблер в положение «Симметр.»
(тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Скважность (якорь), %.»).
4.3.8 Включить широтно-импульсный преобразователь (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Скважность (якорь), %.» перевести в положение «Вкл.»).
4.3.9 Измерить среднее значение выпрямленного напряжения на выходе широтно-импульсного преобразователя (по вольтметру PV1), изменяя скважность ШИПа от 0 до 100 % (с помощью резистора задания R21 в окошке
«Скважность (якорь), %.»). Данные занести в таблицу 7.1.
4.3.10 По завершении исследования вывести резистор R21 в начальное положение, выключить ШИП (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Скважность (якорь), %.» перевести в положение «Выкл.»), отключить автоматические выключатели, расположенные в левой нижней части стенда – надпись «Сеть»
4.4 После проведения экспериментальных исследований (см. п.4.2 и 4.3) по данным таблицы 7.1 построить регулировочные характеристики трехфазного широтно-импульсного преобразователя при его работе на активную нагрузку и двигательную для симметричного режима работы ШИП.
Таблица 7.1 – Результаты исследований регулировочных характеристик ШИПа
Нагрузка
Регулировочная характеристика ШИПа
Активная

, %
U
СР
, В
I
СР
, А
Двигательная

, %
U
СР
, В
I
СР
, А

194 5 Содержание отчета
5.1 Название лабораторной работы и ее цели.
5.2 Схема силовой части трехфазного ШИП .
5.3 Таблица 7.1, заполненная по результатам опытов.
5.4Регулировочные характеристики трехфазного ШИП при его работе на активную нагрузку и двигательную нагрузку при симметричном режиме работы.
5.5 Выводы о проделанной работе.
6 Контрольные вопросы
6.1 Сформулировать определение регулировочной характеристики вентильного преобразователя.
6.2 Дайте определение скважности. В каких пределах изменяется скважность при симметричном и несимметричном управлении ШИП?
6.3 Поясните принцип работы широтно-импульсного преобразователя при симметричном управлении транзисторами.
6.4 Приведите достоинства и недостатки широтно-импульсного преобразователя, как силового статического преобразователя энергии для привода постоянного тока.
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.
4 Розанов, Ю.К. Силовая электроника: учебник для вузов/Ю.К. Розанов,
М.В. Рябчицкий, А.А Кваснюк.-М.:Издательский дом МЭИ, 2007.

195
Лабораторная работа №8
Исследование трехфазного мостового ШИП с несимметричным законом управления
1 Цель работы:
- сформировать умение анализировать принцип действия трехфазного мостового
ШИП с несимметричным законом управления
- изучить регулировочные характеристики трехфазного ШИП с несимметричным законом управления
- 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
Широтно-импульсный преобразователь
(ШИП) является полупроводниковым статическим преобразователем электрической энергии.
ШИП преобразует входное постоянное напряжение питания (U
ВХср
= Const, f
ВХ
= 0) в постоянное регулируемое напряжение на выходе (U
ВЫХср
= Var, f
ВЫХ
=
0). Основное назначение широтно-импульсного преобразователя – связать источник постоянного тока с двигателем постоянного тока для регулирования скорости и момента последнего.
Основным назначением полупроводникового преобразователя является регулирование скорости исполнительного двигателя электропривода. В электроприводах постоянного тока это достигается регулированием напряжения на выходе преобразователя.
Упрощённая схема ШИП представлена на рисунке 8.1. Она содержит четыре транзисторных ключа ТК1-ТК4. В диагональ моста, образованного транзисторными ключами, включена нагрузка.

196
Рисунок 8.1 – Схема транзисторного ШИП
Нагрузкой в приводах постоянного тока является двигатель постоянного тока. Питание ШИП осуществляется от источника постоянного тока, шунтированного конденсатором.
Несимметричное управление представлено на рисунке 8.2. В этом случае переключаются транзисторные ключи фазной группы ТКЗ и ТК4 (ключи ТК1 и ТК2 при противоположной полярности входного сигнала), транзисторный ключ ТК1 постоянно открыт и насыщен, а ключ ТК2 постоянно закрыт.
Транзисторные ключи ТКЗ и ТК4 переключаются в противофазе, обеспечивая протекание тока якоря от противо-эдс двигателя. При этом на выходе ШИП формируются однополярные импульсы и среднее напряжение на выходе равно нулю, когда относительная продолжительность включения одного из нижних по схеме транзисторов

= 0.
Недостатком рассмотренного способа управления является то, что верхние по схеме транзисторные ключи (ТК1, ТКЗ) по току загружены больше, чем нижние. Этот недостаток устранён при поочерёдном управлении, временные диаграммы которого изображены на рисунке 8.2 б.
Здесь при любом знаке входного сигнала в состоянии переключения находятся все четыре транзисторных ключа моста, при этом частота переключения каждого из них в два раза меньше частоты напряжения на выходе. Управляющие напряжения транзисторных ключей одной фазы моста
ТК1, ТК2 и ТКЗ, ТК4 постоянно находятся в противофазе; при этом ключи переключаются через период выходного напряжения Т. Этим достигаются одинаковые условия работы полупроводниковых приборов в мостовой схеме.

197
а)
б)
Рисунок 8.2 – Диаграммы поясняющие работу ШИП при несимметричном управлении
При некотором знаке входного сигнала управляющие импульсы u1, u4 длительностью t = (1+

)Tподаются на диагонально расположенные транзисторные ключи (рисунок 8.2) со сдвигом на полпериода, а управляющие импульсы u2, uЗ длительностью t = (1-

)T, также со сдвигом на полпериода, подаются на транзисторы противоположной диагонали (ТК2, ТКЗ). В этом случае на интервале нагрузка подключена к источнику питания с помощью диагонально расположенных ключей, а на интервале (1-

)T нагрузка закорочена с помощью верхних или нижних транзисторных ключей. При изменении знака входного сигнала порядок управления диагональными ключами изменяется на противоположный. При поочерёдном управлении на нагрузке формируются однополярные импульсы длительностью T,
пропорциональной сигналу на входе.
В настоящее время основными приборами силовой электроники в области коммутируемых токов до 50 А являются биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT); полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET).
В области коммутируемых токов более 50 А основными приборами силовой электроники являются: силовые модули на базе биполярных транзисторов; силовые модули на базе IGBT.
4 Порядок выполнения работы
4.1 Изучить принцип работы схемы (рисунок 8.3.).

198
Рисунок 8.3 – Схема силовой части трехфазного ШИП
Несимметричный режим:

199 4.2.2 Собрать схему подключения напряжения задания для ШИП
(рисунок 8.5)
Рисунок 8.5 – Схема подключения задания для ШИП
4.2.3 Собрать схему подключения активной нагрузки на выход трехфазного широтно-импульсного преобразователя (рисунок 8.6).
Рисунок 8.6 – Схема подключения активной нагрузки на выход
4.2.4 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.
4.2.5 Подключить релейно-контакторную схему управления (включить тумблер SA70).
4.2.6 С помощью магнитного пускателя K5 подключить ШИП, нажав кнопку SB74.
4.2.7 Задать режим работы широтно-импульсного преобразователя

200 несимметричный, для этого установить тумблер в положение «Независ.»
(тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Скважность (якорь), %.»).
4.2.8 Включить широтно-импульсный преобразователь (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Скважность (якорь), %.» перевести в положение «Вкл.»).
4.2.9 Измерить среднее значение выпрямленного напряжения на выходе широтно-импульсного преобразователя (по вольтметру PV1), изменяя скважность ШИПа от 0 до 100 % (с помощью резистора задания R21 в окошке
«Скважность (якорь), %.»). Данные занести в таблицу 8.1.
4.2.10 По завершении исследования вывести резистор R21 в начальное положение, выключить ШИП (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Скважность (якорь), %.» перевести в положение «Выкл.»), отключить автоматические выключатели, расположенные в левой нижней части стенда – надпись «Сеть».
4.3
Исследовать работу трехфазного широтно-импульсного преобразователя на двигательную нагрузку
4.3.1 Собрать схемы в соответствии с п. 4.2.1 и п. 4.2.2, или, при собранной схеме, убедиться в правильности подключения трехфазного широтно-импульсного преобразователя к питающей сети (см. рисунок 8.4) и напряжения задания (см. рисунок 8.5).
4.3.2 Собрать схему подключения якоря двигателя и обмотки возбуждения к ШИП (рисунок 8.7).
Рисунок 8.7 – Схема подключения якоря и обмотки возбуждения ДПТ
НВ к ШИП
4.3.3 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.