Порядок проведения лабораторной работы
Лабораторная работа №1
ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ДВУХПОЛУПЕРИОДНОГО
ВЫПРЯМИТЕЛЯ
Цель работы: Исследование внешней и энергетических характеристик однофазного двухполупериодного выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку с обратным диодом без учета коммутации.
1. Указания к выполнению работы
Выпрямительные устройства – это устройства, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный ток. В общем случае они состоят из трех основных узлов: силового трансформатора, вентильного узла (выпрямителя) и сглаживающего фильтра.
Выпрямительные устройства характеризуются: выходными параметрами, параметрами, характеризующими режим работы вентилей, и параметрами трансформатора. Наиболее распространенный вентиль в маломощных устройствах – полупроводниковый диод.
Однофазный мостовой двухполупериодный выпрямитель (рис.2.1.1) является, вероятно, самой распространенной из всех схем выпрямления. При работе на 
нагрузку данное выпрямительное устройство характеризуется следующими соотношениями:
· средние значения тока и напряжения на нагрузке 
, 
;
· максимальное обратное напряжение на каждом диоде 
;
· среднее, действующее и максимальное значения прямого тока диодов 
, 
, 
;
· коэффициент использования трансформатора по мощности 
;
· действующее значение тока и напряжения вторичной обмотки трансформатора 
, 
;
|
|
|
· минимальная требуемая мощность вторичной обмотки трансформатора 
;
· частота и коэффициент пульсаций на выходе выпрямителя 
, 
.
Описание виртуальной лабораторной установки
рисунок 2.1.2
Виртуальная лабораторная установка для исследований, предусмотренных содержанием работы, показана на рис.2.1.2, она содержит:
· источник синусоидального напряжения (220V, 50Hz);
· однофазный трансформатор (Transformer);
· однофазный диодный мост (Universal Bridge);
· активно-индуктивную нагрузку (R , L);
· обратный диод (Diode);
· измерители мгновенных токов в источнике питания (I1) и нагрузке (I load);
· измеритель мгновенного напряжения на нагрузке (U Load);
· блок для измерения гармонических составляющих тока питания (Fourier I1);
· блок для измерения гармонических составляющих тока нагрузки (Fourier I0) и аналогичный блок для измерения гармонических составляющих напряжения на нагрузке (Fourier U0);
· блок для наблюдения мгновенных значений тока в цепи питания, тока и напряжения на нагрузке (Scope);
· блок для наблюдения и измерения мгновенных значений величин, которые выбраны в поле Measurement соответствующих блоков (Multimeter);
· блок для измерения амплитудного значения первой гармоники тока и ее фазы в цепи питания (Display1);
|
|
|
· блок для измерения средних значений тока и напряжения на нагрузке (Display2).
Окно настройки параметров источника питания показано на рис.2.1.3. В полях настройки задаются:
· амплитуда напряжения в вольтах (Peak amplitude , V);
· начальная фаза напряжения в градусах (Phase , deg);
· частота напряжения в герцах (Frequency , Hz).
Параметр Sample time задает дискретность задания напряжения. Такой параметр имеется во многих библиотечных блоках, он должен быть согласован со временем дискретизации при задании параметров моделирования.
рисунок 2.1.4.
Окно настройки параметров трансформатора показано на рис.2.1.4. В полях окна настройки вводятся номинальная мощность и частота трансформатора (Nominal power and frequency), параметры первичной и вторичной обмоток (Winding 1 parameters , Winding 2 parameters) и параметры ветви намагничивания (Magnetization resistance and reactance). Параметры схемы замещения трансформатора приведены к относительным величинам. При описании трансформатора используется дополнительная система параметров, принятая в индустрии Запада и называемая в описании пакета pu-системой. Приведем их обозначения с примером расчета
Если использовать двухобмоточный трансформатор, то в поле параметров третьей обмотки можно ввести 0.
|
|
|
Окно настройки параметров выпрямителя показано на рис.2.1.5. В полях показаны:
рисунок 2.1.5.
· количество ветвей моста (Number of bridge arms);
· конфигурация входных и выходных портов (Port configuration);
· параметры демпфирующих цепей (Snubber resistance, Snubber capacitance);
· тип полупроводниковых приборов в универсальном мосте (Power electronic device);
· динамическое сопротивление диодов в открытом состоянии в Омах (Ron , Ohms);
· индуктивность диода в открытом состоянии в генри (Lon , H);
· пороговое напряжение на диоде в открытом состоянии в вольтах(Forward voltage , V).
В поле Measurements выбраны величины, которые измеряются блоком Multimeter.
Окно настройки параметров нагрузки показано на рис.2.1.6. Для реализации активно-индуктивной нагрузки в последовательной R , L , C цепи в двух первых полях устанавливается значение активного сопротивления в Омах и индуктивности в генри, в третьем поле (Capacitance C , F) - бесконечность (inf).
В окне настройки параметров блока Fourier I 1 (рис.2.1.7) устанавливается частота, равная частоте питающего напряжения, и номер первой гармоники.
Блоки Fourier I 0, Fourier U 0 измеряют постоянные составляющие выходного тока и напряжения. При двухполупериодном выпрямлении основная частота выходного тока (напряжения) равна удвоенной частоте источника. В поле Harmonic задается номер гармоники. В данном случае измеряется постоянная составляющая n =0.
|
|
|
Окно приборов Display для измерения значений исследуемых процессов показано на рис.2.1.8. В первом поле задается формат представления измеряемых значений. Второе поле (Decimation) определяет периодичность вывода значений в окне Display.
Параметр Sample time задает дискретность вывода информации. Этот параметр должен быть согласован со временем дискретизации при задании параметров моделирования (рис.2.1.10).
рис 2.1.9
Окно настройки блока Multimeter показано на рис.2.1.9. В левом поле (Available) высвечиваются все напряжения и токи универсального моста, так как они заданы в окне настройки блока рис.2.1.5. В правом поле (Selected) отражены те переменные, которые измеряет блок (значения, перенесены из левого поля в правое кнопкой Select). Переменные правого поля можно измерить внешними приборами. При включенном флажке Display signals at simulation stop мгновенные значения этих величин отражаются в графическом окне блока по окончанию очередного моделирования.
Порядок проведения лабораторной работы
Исследование однофазного двухполупериодного выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку с обратным диодом проводится на виртуальной установке рис.2.1.2. Параметры нагрузки задаются так, чтобы постоянная времени нагрузки 
находилась в приделах 
( 
частота источника).
Параметры моделирования задаются на вкладке Simulation / Simulation Parameters / Solver рис.2.1.10. В поле Stop time задается время в секундах, равное 
периодов источника напряжения. В поле Type задается переменный шаг (Variable step) и метод решения дифференциальных уравнений – ode 23 tb ( stiff / TR - BDF2). В поле Max step size устанавливается значение шага моделирования, это же значение устанавливается в поле Sample time всех блоков, которые имеют это поле. В оставшихся полях можно оставить то, что компьютер устанавливает по умолчанию.
3.1 Изменяя сопротивление нагрузки от 10 Ом до 100 Ом с шагом 10 Ом и индуктивность нагрузки так, чтобы постоянная времени оставалась постоянной, измерить и рассчитать основные характеристики выпрямителя.
Результаты моделирования занести в таблицу 2.1.1
Таблица 2.1.1
| Данные | Измерения | ||||||
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
|
| Гн | Ом | А | В | А | град | В | А |
Принимаем, что амплитуда источника питания 
. Амплитуда первой гармоники тока в источнике питания и начальная фаза этого тока определяются по показаниям Display1, ток и напряжение на нагрузке определяются по показаниям Display2. Мгновенные значения этих величин, для одного из расчетов (экран осциллоскопа) представить в отчете. По завершению очередного моделирования появляется графическое окно блока Multimeter с кривыми мгновенных значений напряжения и тока диода, и определяются максимальные значения этих величин , .
Вычисление полной и активной мощности, потребляемой выпрямителем от источника питания по первой гармонике, а также мощности в нагрузке, осуществляется по выражениям:
Результаты вычислений заносятся в таблицу 2.1.2
Таблица 2.1.2
| Вычисления | ||
| 
| 
|
| ВА | Вт | Вт |
3.2 По результатам таблицы 2.1.1 и таблицы 2.1.2 строятся:
· внешняя (нагрузочная) характеристика выпрямителя 
;
· энергетические характеристики выпрямителя 
, 
.
Содержание отчета
4.1 Схема установки (рис.2.1.1).
4.2 Выражения для расчета основных характеристик.
4.3 Таблица 2.1.1 и таблица 2.1.2
4.4 Нагрузочная и энергетические характеристики.
4.5 Осциллограммы мгновенных напряжений и токов.
4.6 Выводы по работе.
Контрольные вопросы
5.1 В чем особенность работы однофазного мостового выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку?
5.2 Перечислите схемы однофазного выпрямления и дайте сравнительные характеристики.
5.3 Определите и дайте объяснения по параметрам выбора диодов для схемы выпрямления.
5.4 Проведите анализ нагрузочной характеристики выпрямителя.
5.5 Проведите анализ энергетических характеристик выпрямителя.
Литература
6.1 Герман-Галкин С.Г. Силовая электроника: Лабораторные работы на ПК.- СПб.: Учитель и ученик, Корона принт, 2002. – 304с.
6.2 Дьяконов В. MatLab. Анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справочник. – СПб.: Питер, 2002. – 448 с.
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 48; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!