Исследование_трехфазного_двухполупериодного_вып..

Лабораторная работа №2
Исследование трёхфазного двухполупериодного (мостового) выпрямителя
Цель работы
Исследование трёхфазного двухполупериодного выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку, шунтированную обратным диодом.
Указания к выполнению работы
К выполнению лабораторной работы следует приступить после изучения разделов 3.4, 3.5 [1].
Содержание работы
3.1 Исследование внешней и энергетических характеристик выпрямителя без учёта коммутации.
3.2 Исследование внешней и энергетических характеристик выпрямителя с учётом коммутации.
Описание виртуальной лабораторной установки
Виртуальная лабораторная установка для исследований, предусмотренных содержанием работы, показана на рисунке 1, она содержит:
источник трёхфазного синусоидального напряжения (Three-Phase Source);
трёхфазный диодный мост (Universal Bridge);
активно-индуктивную нагрузку (Series RLC Branch);
обратный диод (Diode);
измеритель 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 постоянной составляющей (среднего значения) тока нагрузки (Fourier I0) и аналогичный блок для измерения среднего значения напряжения на нагрузке (Fourier U0);
блок для наблюдения (измерения) мгновенных значений тока в цепи питания, тока нагрузки и напряжения на нагрузке (Skope);
блок для наблюдения (измерения) мгновенных значений величин, которые выбраны в поле Measurement соответствующих блоков (Multimeter);
блок для измерения амплитудного значения первой гармоники тока и его фазы в цепи питания (Display 1), блок для измерения средних значений тока и напряжения в нагрузке и среднего тока в диоде выпрямителя (Display 2);
блоки для собирания скалярных сигналов в один векторный (Mux);
системный блок (powergui).

Рисунок 1 – Модель трёхфазного мостового выпрямителя
Окно настройки параметров источника питания показано на рисунке 2.

Рисунок 2 – Окно настройки параметров источника питания
В полях настройки задаются:
действующее значение линейного напряжения в вольтах (Phase-to-phase rms voltage (V));
начальная фаза напряжения в градусах (Phase angle of phase A (degrees));
частота напряжения в герцах (Frequency (Hz));
внутреннее соединения фаз источник (Internal connection);
внутренние параметры источника: сопротивление в омах (Source resistance (Ohms)), внутренняя индуктивность в генри (Source Inductance (H)).
Окно настройки параметров выпрямителя показано на рисунке 3.

Рисунок 3 – Окно настройки параметров выпрямителя
В полях настройки заданы:
количество ветвей моста (3) в поле Number of bridge arms;
параметры цепей формирования динамических процессов переключения диодов (Snubber resistance Rs (Ohms), Snubber capacitance Cs (F));
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));
начальное напряжение на диоде в открытом состоянии в вольтах (Forward voltage Vf (V)).
В поле Measurement выбраны токи и напряжения для измерения блоком Multimeter.
Окно настройки параметров нагрузки показано на рисунке 4. Для реализации активно–индуктивной нагрузки в последовательной R, L, C цепи в поле Branch type устанавливается значение RL. Активное сопротивление в омах и индуктивность в генри задаются в соответствующих полях Resistance (Ohms) и Inductance (H).

Рисунок 4 – Окно настройки параметров нагрузки
В окне настройки параметров блока Fourier (рисунок 5) устанавливается частота, равная частоте питающего напряжения, и номер первой гармоники.

Рисунок 5 – Окно настройки параметров блока Fourier
Блоки Fourier I0 и Fourier U0 измеряют постоянные составляющие выходного тока и напряжения. При двухполупериодном выпрямлении основная частота выходного напряжения (тока) равна 300 Гц.
В поле Harmonic n задаётся номер гармоники. В данном случае измеряется постоянная составляющая (n=0).
Окно приборов Display для измерения значений исследуемых процессов показано на рисунке 6. В первом поле задаётся формат представления измеряемых величин.

Рисунок 6 – Окно настройки параметров блока Display
Второе поле Decimation определяет периодичность вывода значения в окне Display.
Окно настройки блока Multimeter показано на рисунке 7.
В левом поле (Available) высвечиваются все напряжения и токи универсального моста, так как они заданы в окне настройки блока.
В правом поле (Selected) отражены те переменные, которые измеряет блок (эти значения перенесены из левого поля в правое кнопкой Select).

Рисунок 7 – Окно настройки блока Multimeter
Порядок проведения лабораторной работы
5.1 Исследование трёхфазного двухполупериодного выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку проводится на виртуальной установке (рисунок 1), подробное описание которой приведено выше.
Параметры моделирования задаются на вкладке Simulation / Configuration Parameters (рисунок 8). В поле Stop time задаётся время в секундах равное 1020 периодов напряжения источника. В поле Type задаётся переменный шаг Variable – step и метод решений дифференциальных уравнений – ode23tb (Stiff/TR–BDF2). В поле Max step size устанавливается значение шага моделирования. В оставшихся полях можно оставить то, что компьютер устанавливает по умолчанию.

Рисунок 8 – Окно задания параметров моделирования
Параметры источника питания, нагрузки и диодного моста задаются преподавателем. При самостоятельном изучение параметры источника питания в поле Source Inductance нужно при выполнении п. 3.1 задать нуль. Остальные параметры источника задать такими же, как на рисунке 2, а параметры выпрямителя – как на рисунке 3. Параметры нагрузки задаются так, чтобы постоянная времени нагрузки 13 QUOTE 1413 EMBED Equation.3 141515 находилась в пределах 13 EMBED Equation.3 1415 (13 EMBED Equation.3 1415,13 EMBED Equation.3 1415 – частота источника). Параметры моделирования задаются на вкладке Simulation / Configuration Parameters (рисунок 8). В поле Max step size устанавливается значение шага моделирования, это же значение заносится в поле Sample time всех блоков, которые это поле имеют. В оставшихся полях можно оставить то, что компьютер устанавливает по умолчанию.
Изменяя сопротивление нагрузки от 1 до 100 Ом с шагом 10 Ом и индуктивность нагрузки так, чтобы постоянная времени 13 EMBED Equation.3 141513 QUOTE 1415 оставалась постоянной, измеряются и рассчитываются основные характеристики выпрямителя. При этом моделирование проводится для каждого сопротивления нагрузки. Результаты моделирования заносятся в таблицу 1.
Таблица 1
Данные
Измерения
Вычисления

U1max
f1
LH
RH
IH
UH
I1(I)max

·1
IDср
UDmax
IDmax
S1(I)
P1(I)
PH

В
Гц
Гн
Ом
А
В
А
град
А
В
А
ВА
Вт
Вт
















Амплитуда первой гармоники тока в источнике питания I1max(I) и начальная фаза этого тока
·1 определяется по показаниям Display 1. Ток и напряжение на нагрузке, а также средний ток в диоде выпрямителя определяются по показаниям Display 2. Мгновенные значения тока питания, тока нагрузки и напряжения нагрузки можно наблюдать на экране осциллоскопа (рисунок 9).

Рисунок 9 – Осциллограммы тока питания, тока нагрузки и напряжения на нагрузке
Вычисления полной и активной мощности, потребляемой выпрямителем от источника питания по первой гармонике, а также мощности в нагрузке осуществляются по выражениям:
13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415.
По завершению очередного моделирования появится графическое окно блока Multimeter (рисунок 10) с кривыми мгновенных значений напряжения и тока диода.

Рисунок 10 – Осциллограммы мгновенных значений напряжения и тока диода
Максимальные значения этих величин (таблица 1) определяются из графического окна блока Multimeter. По результатам таблицы 1 строятся:
внешняя (нагрузочная) характеристика выпрямителя 13 QUOTE 1413 EMBED Equation.3 141515;
энергетические характеристики выпрямителя 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415,;
энергетические характеристики выпрямителя 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415.
5.2 Исследование трёхфазного двухполупериодного выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку с учётом коммутации по п. 3.2 проводится на виртуальной установке (рисунок 1). При проведении этого пункта в окне параметров источника в поле Source Inductance нужно задать величину индуктивности порядка 0.01-0.1 Гн. Порядок выполнения работы аналогичен рассмотренному выше. При проведении работы заполняется таблица, аналогичная таблице 1. Результаты моделирования видны на рисунке 11. Они подтверждаются теоретическими положениями, изложенными в гл. 3 [1].

Рисунок 11 – Осциллограммы тока питания, тока нагрузки и напряжения на нагрузке

Рисунок 12 – Осциллограммы мгновенных значений напряжения и тока диода
По результатам исследования строятся:
внешняя (нагрузочная) характеристика выпрямителя 13 QUOTE 1413 EMBED Equation.3 141515;
энергетические характеристики выпрямителя 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415,;
энергетические характеристики выпрямителя 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415.
Содержание отчёта
6.1 Схема виртуальной установки.
6.2 Выражения для расчёта основных характеристик.
6.3 Нагрузочные характеристики выпрямителя без учёта коммутации и при учёте коммутации (на одном графике).
6.4 Энергетические характеристики выпрямителя 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415, без учёта коммутации и при учёте коммутации (на одном графике).
6.5 Энергетические характеристики 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415.
6.6 Осциллограммы мгновенных напряжений и токов.
6.7 Выводы по работе.
Литература
Герман–Галкин С.Г. Силовая электроника: Лабораторные работы на ПК.–СПб.: Учитель и ученик, КОРОНА принт, 2002.–304с., ил.








13PAGE \* MERGEFORMAT14115




Рисунок 1Рисунок 1Рисунок 1Рисунок 1Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeРисунок 1Equation NativeEquation NativeEquation NativeРисунок 1Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native15

Приложенные файлы

  • doc 15558231
    Размер файла: 704 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий