Лабораторная работа №17
Исследование однофазного управляемого выпрямителя
Цель работы
1. Ознакомиться с основными свойствами тиристоров.
2. Изучить особенности работы однофазного управляемого выпрями-теля.
Краткие теоретические сведения
Управляемый выпрямитель, то есть выпрямитель, обеспечивающий изменение среднего значения выпрямленного напряжения, может изготавливаться на основе диодов с устройствами регулирования переменного напряжения, а также на основе тиристоров, транзисторов. В качестве вентилей в управляемом выпрямителе используются тиристоры. Тиристор представляет собой полупроводниковый трёхэлектродный прибор, сопротивление которого изменяется в зависимости от величины напряжения на его управляющем электроде. У тиристора возможны два состояния, когда он открыт и когда он закрыт. Через открытый тиристор протекает ток в одном направлении, от анода к катоду. Прямой ток через закрытый тиристор равен нулю. Чтобы открыть тиристор необходимо выполнить два условия: обеспечить на его аноде положительный потенциал и подать на управляющий электрод напряжение в форме импульса (рис. 7.2.17).Устройства управления служат для изменения среднего значения выпрямленного напряжения.
Временные диаграммы управляемого выпрямителя при угле запаздывания (зажигания) a = 90, приведены на рис. 7.2.17.
Рис. 7.2.17. Временные диаграммы управляемого выпрямителя при a = 90
Чем больше угол управления тиристорами a, тем меньше величина выпрямленного напряжения. Зависимость Uн= f(a) представлена формулой
В отличие от неуправляемого выпрямителя, управляемый выпрямитель имеет две основные характеристики: «внешнюю» и «управления». Характеристика управления изображена на рис. 7.2.18.
Рис. 7.2.18. Характеристика управления выпрямителя
Методика проведения опытов
1. Ознакомиться с работой схемы на рис. 7.2.19 (стенд ЭС 16).
2. Подключить к нагрузке Rн (гнёзда Г14 – Г15-18) осциллограф и электронный вольтметр переменного тока.
3. Зарисовать с экрана осциллографа временную диаграмму выпрямленного напряжения Uн = f(t), когда угол управления тиристоров a = 0. Для этого, изменяя сопротивления резистора Rф, добиться на экране полного (за весь период) выпрямленного напряжения.
4. Эти же действия выполнить с фильтром Lф и без него, для чего переключатель В1 перевести из положения Lф в положение R.
Рис. 7.2.19. Схема исследования однофазного управляемого выпрямителя
Рис. 7.2.20. Схема системы управления (СУ)
5. Снять внешнюю характеристику выпрямителя Uн = f(Iн) при угле a = 0 с фильтром Lф и без него. Для этого следует изменять величину сопротивления от 0 до максимума, записать в табл. 7.2.3 значения выпрямленного напряжения и выпрямленного тока.
Таблица 7.2.3
Схема | Выпрямленное напряжение Uн при значении тока Iн | ||||||
U,B | 19,8 | 19,5 | 19,45 | 19,4 | 19,3 | 18,98 | |
С фильтром Lф | I,mA | 0,18 | 0,2 | 0,2 | 0,339 | 0,49 | 0,92 |
Без фильтра | I,mA | 0,18 | 0,21 | 0,22 | 0,341 | 0,51 | 0,98 |
6. Изменяя угол управления тиристоров от 0 до amax, снять характеристику управления Uн = f(a) при наличии фильтра Lф и без него. Угол a измерить, пользуясь осциллограммой Uн = f(t), при этом величину тока Iн следует поддерживать постоянной. Данные занести в табл. 7.2.4.
Таблица 7.2.4
Схема | Выпрямленное напряжение Uн в В при значении угла a в град. | |||||
a,град | 7,2 | 14,4 | 28,8 | 43,2 | 50,4 | |
С фильтром Lф | U,B | 13,9 | 11,9 | 4,4 | ||
a,град | 28,8 | 43,2 | 57,6 | 100,8 | ||
Без фильтра | U,B | 18,9 | 17,2 | 15,2 | 13,7 | 8,4 |
Программа работы
1. Ознакомиться с устройством и принципом работы управляемого выпрямителя.
2. Снять для выпрямителя (рис. 7.2.19) экспериментальные данные и занести в табл. 7.2.3 и 7.2.4.
3. По данным табл. 7.2.4 построить график Uн = f(a) в масштабе.
4. Определить коэффициент пульсации Кп выпрямленного напряже-ния выпрямителя при a = 0 для схемы с фильтром Lф и без него по формуле:
,
где Um(1) – амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения в В, измеренного электронным вольтметром переменного тока.
Для определения Um(1), показания электронного вольтметра следует умножить на Ö2.
5. По данным табл. 7.2.3 построить внешнюю характеристику выпрямителя Uн = f(Iн).
Контрольные вопросы
1. Какова структурная схема управляемого выпрямителя, назначение основных структурных единиц выпрямителя?
2. Каким способом регулируется величина выпрямленного напряжения в исследуемой схеме?
3. Изобразить временные диаграммы выпрямленного напряжения Uн = f(t) при различных значениях угла управления тиристоров.
4. Построить и пояснить внешние характеристики выпрямителя с фильтром и без фильтра.
5. Оценить значение коэффициента пульсации Кп выпрямителя при наличии фильтра и без фильтра.
6. Построить и пояснить зависимость Uн = f(a) с фильтром и без фильтра.
Выводы по работе.