Выпрямители, позволяющие регулировать в заданных пределах величину выпрямленного напряжения, называются управляемыми. Есть два способа регулирования: изменением величины подводимого к выпрямителю напряжения или, что встречается наиболее часто, использованием свойств управляемых вентилей с полной или частичной управляемостью. Простейший управляемый выпрямитель — однофазный однополупериодный, схема которого приведена на рисунке 2, а.
Рисунок 2 – Схема однофазного однополупериодного выпрямителя (а) и диаграммы его работы на активную нагрузку (б, в, г)
В качестве силового вентиля здесь используется тиристор. Система управления (СУ) формирует ток управления вентилем. Чтобы тиристор перешел в проводящее состояние необходимо выполнение одновременно двух условий: наличие положительного потенциала на аноде относительно катода Uак и наличие в цепи управления тока, достаточного для включения тиристора при данной величине Uак.
Пусть в положительный полупериод ЭДС e2 система управления формирует сигнал на включение тиристора со сдвигом по фазе на угол α относительно нуля. Тогда ток в нагрузке на интервале α..π будет протекать под действием выпрямленного напряжения Ud (рис. 2, в). В точке π тиристор закроется, т.к. полярность e2 сменится на противоположную. Снова открыться тиристор сможет только, когда система снова подаст сигнал на его включение, в точке (2π+α). При этом постоянная составляющая выпрямленного напряжения равна:
|
|
.
Из рисунка 2, г, видно, что кроме обратного (запирающего напряжения) , к вентилю прикладывается еще и прямое напряжение на участке 2π..(2π+α):
.
Описание виртуальной лабораторной установки
Виртуальная лабораторная установка для исследования работы однофазного однополупериодного управляемого выпрямителя показана на рисунке 3. Для построения модели выпрямителя необходимы следующие блоки:
· однофазный источник переменного напряжения AC Voltage Source,
· тиристор Thyristor,
· источник импульсного сигнала Pulse Generator, формирующий импульсы управления тиристором (моделирует систему управления СУ), причем величина угла управления тиристором α определяется длительностью фазовой задержки (Phase Delay) генератора по следующей формуле: , или в зависимости от желаемого угла управления α в поле Phase Delay заносится величина (в данной модели при настройке блока Pulse Generator использовано значение , а угол управления тиристором соответственно равен 30˚, см. раздел «Краткое описание используемых блоков и первоначальная настройка параметров моделирования»),
· последовательная RLC цепь Series RLC Branch, моделирующая активную нагрузку выпрямителя,
|
|
· измерители мгновенного значения тока и напряжения Current Measurement и Voltage Measurement,
· блок измерения действующего значения напряжения питания RMS E2.
Рисунок 3 – Модель однофазного однополупериодного управляемого выпрямителя
Порядок и методика выполнения лабораторной работы
1. Составить модель однофазного однополупериодного выпрямителя, изображенную на рисунке 3 (раздел «Описание виртуальной лабораторной установки»).
2. Установить параметры всех блоков, составляющих модель выпрямителя, согласно приведенным выше настройкам (раздел «Краткое описание используемых блоков и первоначальная настройка параметров моделирования»).
3. Убедиться, что измеренное блоком RMS E2 действующее значение напряжения питания действительно равно .
4. Меняя угол управления от 0 до 180 градусов, понаблюдать изменение напряжения на нагрузке и тиристоре, для отчета снять диаграммы токов и напряжений при значении угла управления в 60 градусов.
5. Построить регулировочную характеристику. Для этого модель дополнена двумя блоками частотного анализа Fourier, в каждый из которых вносится основная частота 50 Гц и номер исследуемой гармоники, в данном случае исследуются гармоники с номерами 0 и 1. На цифровых дисплеях будут отображаться амплитуды выбранных гармоник выходного напряжения. Изменяя угол управления от 0 до 180 градусов с шагом 30 градусов, снять соответствующие значения напряжений, внести их в таблицу 1 и на одном графике построить зависимость выходного напряжения от угла управления для каждой гармоники. Кривая, соответствующая нулевой гармонике, будет одновременно и регулировочной характеристикой.
Таблица 1
α, гр. | UН0, В | UН1, В |
Содержание отчета
Отчет по лабораторной работе должен включать:
1. Цель работы;
2. Схема виртуальной лабораторной установки.
3. Формы кривых токов и напряжений (блок Scope), снимаемых для одного значения угла управления.
4. Таблица с результатами моделирования и построенные характеристики зависимости выходного напряжения выпрямителя от величины угла управления.
Лабораторная работа №2