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

114
Основные
недостатки
двухзвенных ПЧ со звеном постоянного тока:
- двукратное преобразование энергии, что увеличивает потери энергии, ухудшает массогабаритные показатели преобразователя;
- наличие в звене постоянного тока силового фильтра, содержащего батарею конденсаторов видов емкости (в схемах с АИН) либо реактор сотовой индуктивности
(в схемах с АИТ). Также приводит к ухудшению массогабаритных показателей, а наличие электролитических конденсаторов - к повышению надежности.

115
Занятие 32
Тема 5.3 Непосредственный преобразователь частоты.

Помимо требований качества потребляемой электроэнергии преобразователи частоты должны обеспечивать возможность
рекуперации
энергии в питающую сеть.

Рекуперация-это такой процес,в котором возвращение части эл.энергии для повторного использования в
том же технологическом процессе.
В тиристорных преобразова телях частоты эта задача решается включением в состав преобразователя дополнительного вентильно го комплекта, работающего в режиме зависимого инвертора. Для маломощных ПЧ используется транзистор с рекуперативным резистором в звене постоянного тока.
Однако такие подходы не решают отмеченных выше проблем потребления реактивной мощности и вносимых в сеть искажений.

116

Однако сегодня наибольший интерес вызывает вторая группа преобразователей
- непосредственные преобразователи частоты (НПЧ),
в структуре которых отсутствует промежуточный фильтр. Как следствие,
НПЧ
обладает лучшими массогабаритными и динамическими показателями по сравнению с
активными двухзвенными ПЧ и также как и они,
представляет собой многомерный,
многосвязный объект,
который требует использования современных методов
Каждая фаза НПЧ состоит из двух встречно-параллельно включенных выпрямителей.
Структурная схема однофазно- однофазного
НПЧ
представлена на рисунке
1.
Рисунок 1 Структурная схема однофазно- однофазного НПЧ.

117
На рис. 2 а приведена схема трехфазно-однофазного НПЧ,
выполненного на основе трехфазных нулевых схем, преобразующего трехфазное напряжение сети частотой 50 Гц в однофазное с регулируемой частотой. При переключении комплектов В и Н на выходе формируется двуполярное напряжение.
Рисунок 2 Структурная схема трехфазно-однофазного
ННЧ.

118
Занятие 33-35
Раздел 6 Направление развития преобразовательной техники.
6.1 Современные СПП.
Тема 6.2 Развитие элементной базы управляющих устройств.
Тема 6.3 Промышленные преобразователи.
Тиристоры являются наиболее мощными электронными ключами, способными коммутировать цепи с напряжением до 5 кВ и токами до 5 кА при частоте не более 1 кГц.
Рис. 2. Конструкция корпусов тиристоров: а) – таблеточная; б) – штыревая

119

120

121

122
Министерство образования Республики Беларусь
Филиал БНТУ
«Минский государственный политехнический колледж»
СИЛОВАЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
Методические указания для проведения лабораторных и практических работ по специальности
2-53 01 05 «Автоматизированные электроприводы»
Разработчик
_____________
П.В.Шорохова
Рецензент
_____________ О.А.Метлицкая
Методические указания рассмотрены и рекомендованы для внедрения в образовательный процесс на:
-заседании цикловой комиссии спецдисциплин специальностей 2 - 37 01 05, 2 - 53 01 05
Протокол № ____ от «____»__________ 201_
Председатель комиссии ______
А.Л.Седюкова
-заседании экспертного методического совета
Заседание № ____ от «___»___________201_
2016

123
Содержание
Наименование работы
2-53 01 05
Номер страницы
Количество часов
1 2
3 1Лабораторная работа №1
Исследование однофазного двухполупериодного неуправляемого выпрямителя с отводом от средней точки трансформатора.
2 4
2 Лабораторная работа №2
Исследование однофазного мостового управляемого выпрямителя.
2 9
3 Лабораторная работа №3
Исследование трехфазного выпрямителя с нулевой точкой.
2 17 4 Лабораторная работа №4
Исследование трехфазного мостового выпрямителя.
2 21 5 Практическая работа №1
Проектирование схемы СИФУ и выбор
СПП по току нагрузки.
2 29 6 Практическая работа №2
Проверка СПП по току и перегрузочной способности. Выбор СПП по напряжению.
2 33 7 Практическая работа №3
Расчет питающего трансформатора
(реактора). Выбор сглаживающего дросселя.
2 37 8 Практическая работа №4
Расчет внешней характеристики выпрямителя.
2 42 9 Лабораторная работа №5
Исследование аналоговой системы управления однофазного управляемого выпрямителя.
2 46 10 Практическая работа №5
Расчет и выбор защитных RC-цепочек.
2 52 11 Практическая работа № 6
Исследование работы трехфазного инвертора, ведомого сетью.
2 55

124 1
2 3
12 Лабораторная работа №6
Исследование работы трехфазного мостового инвертора на IGBT-транзисторах.
2 59 13 Лабораторная работа №7
Исследование трехфазного мостового ШИП с симметричным законом управления.
2 65 14 Лабораторная работа №8
Исследование трехфазного мостового ШИП с несимметричным законом управления .
2 72 15 Лабораторная работа №9
Исследование работы преобразователя частоты.
2 80

125
Лабораторная работа №1
Исследование однофазного двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки трансформатора
1 Цель работы:
- сформировать умение анализировать принцип действия однофазного двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки трансформатора
- приобрести практические навыки работы в программе моделирования электрических цепей ElectronicsWorkbenchv5.12 2 Оснащение рабочего места:
- методические указания по выполнению лабораторной работы, персональный компьютер, программа ElectronicsWorkbench.
3 Теоретические сведения
Однофазная схема с нулевым выводом приведена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Двухполупериодная схема выпрямления с нулевой точкой
Эта схема имеет трансформатор и два диода по которым попеременно протекает ток. Временные диаграммы приведены на рисунке 1.2.

126
Рисунок 1.2 – Кривые изменения тока и напряжения
Средняя точка трансформатора соединяется с проводом нулевого потенциала. Работает схема следующим образом. Напряжение ????
2????
, ????
2Б
, измеренные на концах А и Б вторичной обмотки трансформатора относительно средней точки 0, являются противофазными. Во время положительного полупериода напряжение ????
2????
, диод VD1 открывается, а VD2 закрыт. Поэтому через нагрузку ????
Н
протекает ток ????
а1
, создаваемый верхней половиной вторичной обмотки трансформатора. В следующий полупериод сетевого напряжения относительно точки 0 положительным оказывается напряжение ????
2Б
, а ????
2????
− отрицательным.
Открытым окажется диод VD2, а
VD1 – закрыт. Через нагрузку будет протекать ток ????
а2
, создаваемый напряжением ????
2Б
. Таким образом ток через нагрузку протекает в каждый полупериод сетевого напряжения в одном и том же направлении, создавая на ней пульсирующее напряжение.
4 Порядок выполнения работы
4.1 Изучить принцип работы схемы однофазного двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки трансформатора.
4.2 Собрать схему однофазного двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки трансформатора изображенную на рисунке 1.3. Для этого необходимо выбрать нужные элементы, расположенные на панели элементов в верхней части экрана: навести стрелку на нужный элемент, нажать левую клавишу мыши и вытащить элемент на свободное место на экране. После того, как на экране расположены все необходимые элементы, выполняют соединения между этими элементами. Подводят курсор к выводу элемента, появляется черная точка, нажимают левую клавишу мыши и подводят курсор к тому элементу, с которым необходимо осуществить соединение. Когда появится черная точка, отпускают левую клавишу мыши.
Для того чтобы установить параметры элементов нужно два раза щелкнуть левой клавишей мыши по элементу и в раскрывшемся окне задать номинал.

127 4.3 Установить параметры элементов.
Для того чтобы установить параметры элементов нужно два раза щелкнуть левой клавишей мыши по элементу и в раскрывшемся окне задать номинал. В таблице 1.1 приведены варианты для выполнения работы.
Таблица 1.1 - Варианты для выполнения работы
Вариант
U
1
, В
R
d
, кОм
L
d
, мГн
1 2
3 4
1 100 100 10 2
120 120 20 3
140 140 30 4
160 160 40 5
180 180 50 6
200 200 60 7
220 220 70 8
110 50 15 9
130 60 25 10 150 70 35 11 170 80 45 12 190 90 55 13 210 110 65 14 210 130 75 15 210 150 85 4.4 Исследовать работу однофазного двухполупериодного неуправляемого выпрямителя с отводом от средней точки трансформатора при работе на активную нагрузку.
Для этого необходимо включить и выключить схему. Щелкнуть два раза по осциллографу, нажать Expand и выставить параметры для канала А и В, как изображено на рисунке 1.3. Зарисовать полученные осциллограммы. Сделать выводы. а)

128 б) а) моделируемая электрическая схема; б) настройка параметров осциллографа
Рисунок 1.3 - Работа однофазного двухполупериодного неуправляемого выпрямителя с отводом от средней точки трансформатора при работе на активную нагрузку
4.5 Подключить осциллограф как изображено на рисунке 1.4. Выполните настройку осциллографа. Зарисуйте полученные осциллограммы. Сделайте выводы. а) б) а) моделируемая электрическая схема; б) настройка параметров осциллографа
Рисунок 1.4 – Ток и напряжение вторичной обмотки трансформатора
4.6Получить осциллограммы тока и напряжения для одного диода. Зарисуйте полученные осциллограммы. Для этого подключите осциллограф после ключа.
Сделайте выводы.
4.7Исследовать работу однофазного двухполупериодного неуправляемого выпрямителя с отводом от средней точки трансформатора при работе на активно- индуктивную нагрузку.
Добавьте индуктивность в нагрузку и выставьте номинал соответствующий вашему варианту. Полученные осциллограммы зарисовать и сделать вывод.
4.8Включитьпараллельно нагрузке конденсатор и выставьте номинал конденсатора более 1 мФ. Зарисуйте полученные осциллограммы и сделайте вывод.

129 5 Содержание отчета
5.1 Название лабораторной работы и ее цели.
5.2 Схема двухполупериодного выпрямителя с нулевой точкой. Краткое описание работы данной схемы.
5.3 Исходные данные из таблицы 1.1 согласно своему варианту.
5.4 Полученные осциллограммы при работе схемы на активную, активно-индуктивную нагрузку, а также при подключении фильтра.
5.5 Выводы о проделанной работе.
6 Контрольные вопросы
6.1 Объясните почему исследуемый выпрямитель называется двухполупериодным.
6.2 Проанализируйте, что измениться если вместо диодов в схеме использовать тиристоры.
6.3 Объясните назначение трансформатора в схеме с отводом от средней точки.
6.4 Опишите принцип действия схемы, изображенной на рисунке 1.1.
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.

130
Лабораторная работа №2
Исследование однофазного мостового управляемого выпрямителя
1 Цель работы:
- сформировать умение анализировать принцип действия однофазного мостового управляемого выпрямителя
- изучить регулировочные характеристики однофазного управляемого выпрямителя
- экспериментально исследовать работу однофазного управляемого выпрямителя на активную и двигательную нагрузку
- приобрести навыки в сборке и настройке схемы однофазного мостового выпрямителя

изучить безопасные методы работы на лабораторном стенде
2 Оснащение рабочего места:

лабораторный стенд

методические указания по выполнению лабораторной работы
3 Теоретические сведения
Выпрямителем называется статический преобразователь электрической энергии переменного тока в постоянный ток.
По числу фаз питающей сети переменного тока выпрямители бывают однофазные и трехфазные.
Основными элементами выпрямителей являются полупроводниковые приборы (диоды или тиристоры). В случае если выпрямитель собран на диодах, то его называют неуправляемым выпрямителем, а если на тиристорах, то управляемый.
Процесс выпрямления осуществляется непосредственно полупроводниковыми элементами (тиристорами) схемы выпрямления.
Рассмотрим сущность процесса выпрямления на примере однофазной двухполупериодной схемы именуемой мостовой двухтактной (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 – Однофазная мостовая схема управляемого выпрямителя

131
Тиристоры управляемого выпрямителя соединены так, что тиристоры
VS1 и VS3 имеют общий катод, а тиристоры VS2 и VS4 – общий анод, образовывая мостовую схему. На выводы (1) и (2) подается переменное синусоидальное напряжение сети, а на выводах (3) и (4) получаем выпрямленное напряжение. На выводы (3) и (4) подключается нагрузка.
Итак, на вход выпрямителя подается переменное синусоидальное напряжение: t
sin
U
2
u
1 1




, (2.1) где U
1
– действующее значение напряжения питающей сети,

– угловая частота напряжения питающей сети.
В момент времени, когда потенциал точки (1) выше потенциала точки
(2) (см. рисунок 2.1) напряжение u
1
– положительно, на анодах тиристоров
VS1, VS2 положительное напряжение относительно катодов, и при наличии сигнала управления тиристоры VS1, VS2 будут находиться в проводящем состоянии до тех пор, пока проходящий через них ток не снизится до нуля.
В момент времени, когда потенциал точки (1) стане ниже потенциала точки (2) напряжение u
1
– отрицательно, при наличии сигнала управления, уже тиристоры VS3, VS4 будут находиться в проводящем состоянии.
Таким образом, при положительном напряжении между точками (1), (2) в процессе выпрямления участвуют тиристоры VS1, VS2, а при отрицательном – тиристоры VS3, VS4.
На рисунке 2.2 приведены графики напряжений при угле управления

=
0, поясняющие принцип формирования выходного напряжения однофазного мостового выпрямителя.
Рисунок 2.2 – Формирование выходного напряжения