Лабораторная работа №2 Исследование работы трехфазного мостового выпрямителя на активную нагрузку

Лабораторная работа № 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО МОСТОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ
ПРИ РАБОТЕ НА АКТИВНУЮ НАГРУЗКУ
Цель работы: освоение методов работы с виртуальными математическими моделями полупроводниковых силовых преобразователей и изучение принципа работы трехфазного мостового выпрямителя при работе на активную нагрузку.
Принцип работы трехфазного выпрямителя с нулевым выводом
при работе на активную нагрузку
Схема трехфазного мостового выпрямителя содержит выпрямительный мост из шести вентилей, в котором последовательно соединены две трехфазные группы. В правой
группе вентили соединены катодами (катодная группа), а в левой – анодами (анодная
группа). Нагрузка подключается между точками соединения катодов и анодов вентилей.
Схема и временные диаграммы трехфазного выпрямителя выполненного по мостовой схеме приведены на рис. 1.
а)
б)
Рис. 1. Схема (а) и временные диаграммы (б) трехфазного мостового выпрямителя
В мостовой схеме одновременно открыты два вентиля: один – с наиболее высоким
потенциалом анода относительно нулевой точки трансформатора из катодной группы
вентилей, а с другой – с наиболее низким потенциалом катода из анодной группы
вентилей. Так, например, в интервале t1 – t2 пропускают ток вентили VD1 и VD4, в
интервале t2 – t3 – вентили VD1 и VD6, в интервале t3 – t4 – вентили VD3и VD6 и т. д.
В интервале t1 – t2 выпрямленное напряжение определяется разностью фазных
напряжений
uА – uВ , в интервале t2 – t3 напряжение определяется разностью фазных
напряжений uА – uС и т. д. Таким образом, выпрямленное напряжение имеет шестифазные
пульсации, хотя продолжительность работы каждого вентиля осталось таким же, как и в
трехфазной схеме с нулевым выводом.
Указания по выполнению лабораторной работы
 При помощи инструментов программы Matlab собирается схема рассматриваемого
выпрямителя (рис. 2).
 Вводят исходные данные.
 В процессе моделирования снимают временные диаграммы.
Временные диаграммы:
 напряжения трехфазного источника;
 напряжения на сопротивлении нагрузки.
1.
Собираем схему трехфазного мостового выпрямителя, как показано на рис.2
Рисунок 2
2.
Задаем выходные параметры источников переменного напряжения (рис. 3).
Указываем амплитудное значение выходного напряжения, фазовый сдвиг и частоту
изменения напряжения для каждого источника.
Рисунок 3, а.
Рисунок 3, б.
Рисунок 3, в.
3.
Для более наглядной работы трехфазного выпрямителя, выбираем активную
нагрузку и задаем значение ее сопротивления (рис.4).
Рисунок 4.
4.
Для того, что бы определить, как будет изменяться напряжение в различных
участках рассматриваемой схемы, будем использовать датчики напряжения Voltage
Measurement и осциллограф Scope (рис.5).
Рисунок 5
5.
На рис. 6 наглядно показано изменение напряжения и тока на источнике.
Рисунок 6.
6. Чтобы выделить работу одного источника, последовательно установим датчик тока в
одну из фаз между источником и выпрямителем, а также включим параллельно
датчик напряжения. Посмотрим, как будет изменяться ток в фазе а и напряжение
между фазами а и b
Рисунок 7.
Рисунок 8.
7.
Изменение тока и напряжения на нагрузке можно определить, подключив датчик
напряжения Voltage Measurement параллельно нагрузке, и датчик тока Current Measurement
последовательно с нагрузкой (рис.9).
Рисунок 9
8.
Изменение напряжения на нагрузке отображается на осциллографе Scope 1 и
показано на рис. 10
Рисунок 10
9.
Посмотрим, как изменяется величина тока в каждой линии и на нагрузке. Для
этого установим датчики тока Current Measurement, на интересующих нас участках цепи как
показано на рис.11.
Рисунок 11
10.
Временные диаграммы тока показаны на рис.12.
Рисунок 12
11.
Поскольку на выходе выпрямителя, а соответственно и на нагрузке, мы имеем
пульсирующее напряжение, необходимо определить средние значения напряжения и тока на
нагрузке. Воспользуемся блоками Mean Value и подключим к выводам датчиков тока и
напряжения, а полученные значения выведем на дисплей, как показано на рис.13
Рисунок 13.
12.
В параметрах блока Mean Value, необходимо указать период усреднения (рис.14).
Рисунок 14.
13.
При работе трехфазного мостового выпрямителя на активную нагрузку,
устройство характеризуется следующими соотношениями:
- Среднее значение выпрямленного напряжения:

6
1
U ср 
  U m cost dt  0,95  U m  2,32  U ф  1,34  U л
2

6 6
где Um – амплитудное значение напряжения на нагрузке, В;
Uф – фазное напряжения, В;
Uл – линейное напряжения, В.
Um  2  Uл
U л  3  Uф
- Среднее значение тока в вентиле, причем этот ток проходит через два последовательно
включенных вентиля:
I В.ср 
I cр
3
- Максимальное значение обратного напряжения на диоде:
U обр  2  U л  6  U ф
- Частота пульсаций:
fп  6  fc
где fc – частота изменения напряжения сети, Гц.
- Коэффициент пульсаций:
q п  0,057