Исследование трехфазного двухполупериодного управляемого выпрямителя

1. Цель работы

Исследование трехфазного двухполупериодного (мостового) управ­ляемого выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку с противо-э.д.с. и с обратным диодом.

2. Содержание работы

2.1. Исследование внешних и энергетических характеристик трехфаз­ного управляемого выпрямителя при работе на активно-индук­тивную нагрузку с противо-э.д.с. и обратным диодом.

2.2. Исследование регулировочных характеристик трехфазного управ­ляемого выпрямителя при работе на активно-индуктивную на­грузку с противо-э.д.с. и обратным диодом.

2.3. Исследование гармонического состава тока потребления трехфазного управляемого выпрямителя.

3. Описание виртуальной лабораторной установки

Виртуальная лабораторная установка для исследований по п. 2.1 показана на рис. 6.4.1. Она содержит:

• источник трехфазного синусоидального напряжения (Three-Phase Programmable Voltage Source);

• активно-индуктивную нагрузку с противо-э.д.с. (R, L), (Е);

Рис 6.4.1 Модель трехфазного управляемого выпрямителя

 

• 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) и тока тиристора (Fourier ТО);

• блок для измерения гармонических составляющих тока нагрузки

(Fourier I0) и аналогичный блок для измерения гармонических составляющих напряжения на нагрузке (Fourier U0);

• блок для измерения действующего тока в тиристоре (RMS Т);

• блок для наблюдения (измерения) мгновенных значений тока в

цепи питания, тока нагрузки и напряжения на нагрузке (Scope);

•блок для наблюдения (измерения) мгновенных значений величин, которые выбраны в поле Measurement соответствующих блоков Multimeter;

•блок для измерения амплитудного значения тока и его фазы в цепи питания (Display I);

• блок для измерения средних значений тока и напряжения на нагрузке (Display);

• блок для измерения среднего и действующего значения тока тиристора (Display2)

• блок То Workspace, предназначенный для передачи исследуемого

сигнала в рабочее пространство MatLab с последующей обра­боткой пакетом расширения Signal Processing Toolbox для иссле­дования гармонического спектра тока потребления;

• трехфазный тиристорный мост (Universal Bridge);

• библиотечный блок управления трехфазным выпрямителем

(Synchronized 6-Pulse Generator).

Все перечисленные блоки (кроме двух последних) и их параметры повторяют те, которые были рассмотрены в лабораторных работах № 2, № 3.

Окно настройки параметров тиристорного моста приведено на рис. 6.4.2.

Рис. 6.4.2 Окно настройки управляемого выпрямителя

Окно настойки параметров блока управления показано на рис. 6.4.3.

В поля окна вводится частота источника и длительность импульса управления в градусах.

 

Рис. 6.4.3 Окно настройки параметров блока управления

На вход блока поступают синхронизирующие сигналы от сети и сигнал задания угла управления.

Блок То Workspace предназначен для передачи исследуемого сигна­ла в рабочее пространство MatLab с последующей обработкой паке­том расширения Signal Processing Toolbox. Окно настройки параметров блока показано на рис. 6.3.4.

 

 

Рис. 6.4.4 Окно настройки параметров блока То Workspace

В первое поле окна настройки введено название переменной, под которой измеренный вектор будет фигурировать в рабочем простран­стве. Во втором поле определена длина вектора (количество записан­ных значений исследуемой переменной). Длина вектора должна быть связана как с частотой (периодом) исследуемого сигнала, так и с вре­менем поля Sample time. Частота исследуемого сигнала в рассматри­ваемом случае равна 50 Гц (период 0,02 с). При времени считывания сигнала 2е-4 на периоде считывается 100 точек. Из этого следует, что в рабочую область при длине вектора 200 будут записаны два последних периода исследуемого сигнала.

 

4. Порядок проведения лабораторной работы

Исследование трехфазного управляемого выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку с обратным диодом по п. 2.1 содержания работы проводится на виртуальной установке (рис. 6.4.1), подробное описание которой приведено выше.

Рис. 6.4.5 Параметры моделирования

 

Параметры источника питания, нагрузки и тиристорного моста за­даются преподавателем. При самостоятельном изучении их целесооб­разно задать такими же, как на рис. 6.1.6., лаб. раб. № 1, рис. 6.2.2. лаб. раб № 2 и рис. 6.4.2. В поле Stop time задается время в секундах. 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.

При снятии внешних характеристик параметры R, L нагрузки оста­ются без изменений, изменяется противо-э.д.с. нагрузки от - 100 В до 0 В с шагом 20 В. Внешние характеристики снимаются для трех зна­чений угла управления выпрямителем (α= 0°, 40°, 60°).

При этом моделирование проводится для каждого значения противо- э.д.с. и угла управления. Результаты моделирования заносятся в табл. 6.4.1.

Табл. 6.4.1

Данные

Измерения

Вычисления

α

Е

Град

В

А

В

А

Град

А

А

В

А

ВА

Вт

Вт

Вт

 

Амплитуда первой гармоники в источнике питания и начальная фаза этого тока определяются по показаниям Displayl,ток и напряжение на нагрузке определяются по показаниям Display. Мгновенные значения этих величин можно наблюдать на экране осциллоскопа (рис. 6.4.6).

В графическом окне блока Multimeter (рис. 6.4.7) наблюдаются и определяются максимальные напряжение и ток тиристора управляемого выпрямителя.

Полная и активная мощность по первой гармонике, потребляемая выпрямителем из сети, рассчитываются по выражениям:

, (ВА); , (Вт).

Мощность в нагрузке определяется по выражению: , (Вт).

 

Рис. 6.4.6 Ток питания, ток нагрузки и напряжение на нагрузке УВ

Рис. 6.4.7 Напряжение и ток тиристора УВ

Потери в тиристоре УВ рассчитываются по выражению:

,(Вт)

По результатам табл. 6.3.1 строятся:

• внешняя (нагрузочная) характеристика управляемого выпрямителя ;

• энергетические характеристики управляемого выпрямителя , , ;

• энергетические характеристики управляемого выпрямителя , ,

Исследование регулировочной характеристики управляемого трех­фазного выпрямителя по п. 2.2 содержания лабораторной работы осу­ществляется на модели (рис. 6.4.1) при одном значении противо-э.д.с. (задается преподавателем) и изменении угла управления от 0 до 120 градусов с шагом 20 градусов. Моделирование осуществляется при каждом значении угла управления при этом заполняется табл. 6.4.2.

 

 

Табл. 6.4.2

Измерения
α(град)

Исследование тока питания управляемого выпрямителя осуществляется при одном значении угла управле­ния (задается преподавателем) в пакете расширения Signal Processing Toolbox. Используя средства просмотра сиг­нала, записанного в рабочую область под именем Lab_6_4, можно про­смотреть исследуемый сигнал (рис. 6.4.8).

 

Рис. 6.4.8 Ток питания УВ

5. Содержание отчета

5.1. Схема виртуальной установки.

5.2. Выражения для расчета основных характеристик.

5.3. Нагрузочная характеристика.

5.4. Энергетические характеристики.

5.5. Регулировочная характеристика.

5.5. Выводы по работе.