Лабораторная работа №1 «Исследование работы трёхфазного неуправляемого выпрямителя». Цель работы: Исследовать работу трёхфазного неуправляемого однополупериодного выпрямителя. Краткие теоретические сведения. Однофазный однополупериодный выпрямитель. Недостатки: - Большая величина пульсаций - Сильная нагрузка на вентиль (требуется диод с большим средним выпрямленным током) - Низкий коэффициент использования габаритной мощности трансформатора (около 0,45) (не путать с КПД, который зависит от потерь в меди и потерь в стали и в однополупериодном выпрямителе почти такой же, как и в двухполупериодном). Преимущество: экономия на количестве вентилей. Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой. Недостатки: - Во время прохождения тока через один из диодов обратное напряжение на другом (закрытом) диоде в пике достигает удвоенного максимального входного напряжения. - Наличие сложного трансформатора Преимущество: невысокая величина пульсаций. Мостовая схема выпрямителя. Недостаток: большое количество вентилей. Преимущества: - Невысокая величина пульсаций. - Отсутствие большого обратного тока - Нет необходимости в средней точке Трёхфазный однополупериодный выпрямитель. Трехфазный двухполупериодный выпрямитель (мостовой шестипульсовый выпрямитель). Необходимое оборудование: Персональный компьютер с установленной обучающей программой Electronics Workbench. Порядок выполнения работы: 1. Загрузить программу Electronics Workbench. 2. Собрать виртуальную схему трёхфазного однополупериодного выпрямителя. Установить типы элементов и их параметры (согласно схеме). В качестве V1, V2, V3 выбрать AC POWER. Для одновременного наблюдения сигналов сразу на трёх фазах выберем четырёхканальный осциллограф XSC3 (используются 3 канала). Переключение каналов для настройки производится переключателем каналов. На осциллографах XSC1 и XSC3 (для всех каналов) установить 50V/Div и 5ms/Div. Мультиметр XMM1 включить, как вольтметр переменного тока.
4. Включить виртуальный стенд. 5. Зарисовать графики сигналов (осциллограммы) на входе и выходе устройства, учитывая масштаб (сверху должна быть зарисована осциллограмма сигнала на входе, снизу на выходе). 6. Замерить постоянное напряжение на выходе устройства. 7. Рассчитать отношение постоянного напряжения на выходе Uвых к переменному на входе Uвх по формуле K= Uвых/Uвх. 8. По графику выходного сигнала определить максимальное напряжение Uмакс. 9. Результаты измерений и расчётов занести в таблицу: №1. Таблица №1 10. Сделать выводы о преимуществах и недостатках трёхфазной однополупериодной схемы выпрямителя. Лабораторная работа №2 «Исследование работы частотно-импульсного регулятора». Цель работы: Исследовать работу частотно – импульсного регулятора. тиристора. Краткие теоретические сведения. Одноканальный ЧИР. Импульсный регулятор (рис. а) состоит из входного фильтра LфСф, электронного (транзисторного или тиристорного) ключа ТК, обратного диода ОД и индуктивности L. В период времени τ, когда транзистор или тиристор открыт, питающее напряжение U подается полностью на якорь двигателя. Его ток iа увеличивается (рис. б). Когда транзистор или тиристор заперт, ток ia продолжает проходить через якорь двигателя и обратный диод под действием электромагнитной энергии, запасенной в индуктивностях La (индуктивность обмотки якоря) и L цепи якоря. При этом ток ia уменьшается. Частота следования импульсов при номинальном режиме обычно составляет 200—400 Гц, вследствие чего период Т примерно на два порядка меньше постоянной времени цепи якоря. Поэтому за время импульса τ ток в двигателе не успевает значительно возрасти, а за время паузы Т - τ уменьшиться. Среднее значение напряжения, подаваемого на обмотку якоря, Ua = Uср = Uτ/Т = αU, где α = τ / Т — коэффициент регулирования напряжения, равный относительной длительности включения ключа ТК. Схема импульсного регулирования двигателя с параллельным возбуждением, графики изменения напряжения и тока и скоростные и механические характеристики. Если параметры схемы выбраны так, что пульсация тока не превышает 5 —10 %, то работа двигателя практически не отличается от работы двигателя при постоянном напряжении. Скоростные и механические характеристики двигателя 1, 2 и 3 (рис. в), полученные при различных напряжениях, подаваемых на обмотку якоря, при таком режиме работы аналогичны соответствующим характеристикам двигателя при изменении питающего напряжения U. При уменьшении нагрузки двигателя с параллельным возбуждением возрастают пульсации тока якоря, и при некоторой критической нагрузке наступает режим прерывистых токов. Среднее напряжение Uср , подаваемое на двигатель, регулируют путем изменения продолжительности периода Т между подачей управляющих импульсов на электронный ключ ТК при τ = const (частотно-импульсное регулирование). Схемы включения двигателя через тиристорный импульсный прерыватель при частотно-импульсном регулировании. Импульсное управление двигателями малой мощности и микродвигателями осуществляют с помощью импульсных регуляторов, в которых коммутирующими элементами являются транзисторы. Для управления двигателями средней и большой мощности применяют регуляторы с тиристорами. Так как тиристор в отличие от транзистора является не полностью управляемым вентилем, то для запирания его применяют различные схемы искусственной коммутации, обеспечивающие. прерывание проходящего тока путем подачи на его электроды обратного напряжения. Схему на рисунке используют при частотно-импульсном регулировании. Тиристор Т отпирается путем подачи импульсов тока управления на его управляющий электрод, запирается с помощью коммутирующего конденсатора Ск . Перед включением тиристора конденсатор Ск заряжен до напряжения U. При подаче отпирающего импульса на управляющий электрод тиристор Т открывается и через якорь двигателя начинает проходить ток ia. Одновременно происходит перезаряд конденсатора Ск через резонансный контур, содержащий индуктивность L1. После окончания перезаряда, когда полярность конденсатора изменяется, к тиристору прикладывается обратное напряжение. При этом он восстанавливает свои запирающие свойства и прохождение тока через тиристор прекращается. в дальнейшем конденсатор Ск разряжается через нагрузку, и схема оказывается подготовленной для после-дующего отпирания тиристора. Необходимое оборудование: Персональный компьютер с установленной обучающей программой Electronics Workbench. Порядок выполнения работы: 1. Загрузить программу Electronics Workbench. 2. Собрать виртуальную схему. Собрав схему, установить указанные параметры элементов. На измерительной аппаратуре установить следующие параметры: для осциллографа XSC1 (для канала X) шкалы 5 mS/lдел. и 5 V/дел., смещение 0; для осциллографа XSC2 шкалы 5 mS/lдел. и 10 V/дел., смещение «-3»; для генератора XFG1 частоту 100 Гц, длительность 10 %, амплитуду 5V, смещение 5V; для мультиметра XMM1 - постоянное напряжение. Изменяя частоту управляющих импульсов и длительность импульсов в % на генераторе, замерять выходное напряжение. Напряжение измерять в начале третьего прохода луча осциллографа!!!. Результаты измерений занести в таблицу. №1.
Таблица №1. F, Гц | Tи, сек. | Tи%, % (Tи%=F/10) | Uвых, В | 100 | 0,001 | 10 | | 200 | 0,001 | 20 | | 300 | 0,001 | 30 | | 400 | 0,001 | 40 | | 500 | 0,001 | 50 | | 600 | 0,001 | 60 | | 700 | 0,001 | 70 | | 800 | 0,001 | 80 | | 900 | 0,001 | 90 | |
Зарисовать осциллограммы для 300 Гц и для 600 Гц, учитывая масштаб.
Управляющие импульсы частотой 300 Гц Выходной сигнал при частоте управляющих импульсов 300 Гц Построить график зависимости напряжения на нагрузке Uвых от частоты управляющих импульсов F, пользуясь результатами измерений. При построении графика необходимо выбрать следующий масштаб: для частоты в 1 см 100 Гц; для напряжения в 1 см 0,2 В.Для напряжения выбрать значения на графике в пределах от 44 в до 46 в.
Сделать вывод о возможности управления напряжением на нагрузке (тяговом двигателе), изменяя частоту управляющих импульсов.
Лабораторная работа № 3 «Исследование работы широтно-импульсного регулятора». Цель работы: Исследовать работу широтно – импульсного регулятора. тиристора. Краткие теоретические сведения. Наиболее широкое применение из всех видов импульсного регулирования для управления двигателями постоянного тока нашло широтно-импульсное регулирование напряжения (ШИР). При импульсном способе к двигателю подводятся импульсы неизменного по амплитуде напряжения управления Uу.ном, в результате чего его работа состоит из чередующихся периодов разгона и торможения. Если эти периоды малы по сравнению с полным временем разгона и остановки ротора, то угловая скорость ротора не успевает к концу каждого периода достигать установившихся значений и установится некоторая средняя угловая скорость ωcp. Значение ωcp при неизменных моменте нагрузки и напряжении возбуждения однозначно определяется относительной продолжительностью импульсов ε: ε = tи / Tи, где tи- длительность импульса; Ти - период. С увеличением относительной продолжительности импульсов (ε'>ε) угловая скорость ротора растет ( ω'cp> ωcp).В период паузы tп ротор обязательно должен тормозиться. Если это условие не будет выполняться, то угловая скорость ротора будет непрерывно увеличиваться, пока не достигнет значения угловой скорости х.х., так как во время импульса угловая скорость будет возрастать, а во время паузы – оставаться практически неизменной. С ростом частоты управляющих импульсов амплитуда колебаний скорости уменьшается; среднее значение угловой скорости остается при этом неизменным. В реальных схемах импульсного управления режим работы двигателя в одном диапазоне моментов и угловых скоростей ближе к режиму непрерывного тока, в другом – к режиму прерывистого тока. Граница перехода из одного режима в другой показана пунктирной линией. С целью обеспечения линейности регулировочных характеристик диапазон прерывистых токов стремятся сузить. Механические и регулировочные характеристики Основные преимущества импульсного способа управления – меньшее значение средней потребляемой двигателем мощности; возможность управления при нерегулируемом источнике постоянного тока, например, бортовой аккумуляторной батарее. Однако аппаратура управления в общем случае более сложная, чем при непрерывном управлении. Необходимое оборудование: Персональный компьютер с установленной обучающей программой Electronics Workbench. Порядок выполнения работы: 1. Загрузить программу Electronics Workbench. 2. Собрать виртуальную схему. Собрав схему, установить указанные параметры элементов. На измерительной аппаратуре установить следующие параметры: для осциллографа XSC1 (для канала X) шкалы 5 mS/lдел. и 5 V/дел., смещение 0; для осциллографа XSC2 шкалы 5 mS/lдел. и 10 V/дел., смещение «-3»; для генератора XFG1 частоту 300 Гц, длительность 10 %, амплитуду 5V, смещение 5V; для мультиметра XMM1 - постоянное напряжение. Изменяя частоту управляющих импульсов на генераторе замерять выходное напряжение. Напряжение измерять в начале третьего прохода луча осциллографа!!!. Результаты измерений занести в таблицу №1.
Таблица №1 Ти, % | Tи, сек. (Tи,сек =Tи,% / 30000) | F, Гц | Uвых, В | 10 | 0,00033 | 300 | | 20 | 0,00066 | 300 | | 30 | 0,00100 | 300 | | 40 | 0,00133 | 300 | | 50 | 0,00166 | 300 | | 60 | 0,00200 | 300 | | 70 | 0,00233 | 300 | | 80 | 0,00266 | 300 | | 90 | 0,00300 | 300 | |
Построить график зависимости напряжения на нагрузке Uвых от длины управляющих импульсов Ти,%, пользуясь результатами измерений. При построении графика необходимо выбрать следующий масштаб: для длительности импульса в 1 см 10 %; для напряжения в 1 см 0,2 В.Для напряжения выбрать значения на графике в пределах от 44 в до 46 в.
Сделать вывод о возможности управления напряжением на нагрузке (тяговом двигателе), изменяя длительность управляющих импульсов.
|