Трехфазные электрические цепи, электрические машины, измерения электрической энергии, электрического освещения, выпрямления переменного тока

Здесь U20 - напряжение на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе; U2 - напряжение при данной нагрузке.

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется из опытов холостого хода, короткого замыкания и нагрузки. При этом потери в стали, определяемые из опыта холостого хода, не зависят от нагрузки.

Потери в меди, определяемые из опыта короткого замыкания, пропорциональны квадрату тока. Таким образом,

где P2Н = SН× cosj - номинальная мощность трансформатора;

SН - полная номинальная мощность трансформатора.

Для любой нагрузки коэффициент полезного действия определяется по формуле:

Здесь P2=b×SН×cosj2 - мощность, отдаваемая трансформатором;

 - коэффициент загрузки трансформатора.

Задаваясь величиной коэффициента загрузки, можно построить кривую зависимости:

h=f (P2)

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Устройство и принцип действия трансформатора.

2. Что такое коэффициент трансформации?

3. С какой целью проводятся опыты холостого хода и короткого замыкания?

4. Какая зависимость называется внешней характеристикой трансформатора?

5. Как определить КПД трансформатора?

6. Как определить число витков вторичной обмотки при известном числе витков первичной обмотки, напряжении U1 и U2.

7. Почему сердечник трансформатора набирают из пластин?

8. Имеется трансформатор 220/12 В. На первичную обмотку подали 220 В, но постоянного напряжения. Чему равно напряжение на выходе вторичной обмотки?

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Технические характеристики приборов и элементов цепи.

2. Схемы и таблицы.

3. Pасчетные формулы.

4. Выводы по проделанной работе.

Таблица 1.

Таблица 2.

Таблица 3.

Литература

1.                 Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника. - М.: Высшая школа, 1984, с.135 - 160.

2.                 Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1983,с.166 - 193.

Методические указания к лабораторной работе № 10

"ПУСК ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ"

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

1. Овладение практическими навыками по сборке схемы управления трехфазным асинхронным двигателем (ТАД) с короткозамкнутым ротором при помощи нереверсивного магнитного пускателя.

2. Пуск ТАД в однофазном режиме.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является наиболее распространенным видом электродвигателей в сельскохозяйственном производстве.

Основная схема управления ТАД - нереверсивная схема управления при помощи магнитного пускателя (рис.1). Магнитный пускатель предназначен для ручного дистанционного или автоматического управления ТАД.

Он состоит из корпуса, тягового электромагнита и связанной с ним электромагнитной системой. Контактная система состоит из силовых и вспомогательных контактов. Тяговый электромагнит (катушка магнитного пускателя) может управляться от источника постоянного или переменного напряжения. В магнитных пускателях переменного тока магнитопровод выполнен из листов электротехнической стали (0,35...0,5 мм) для уменьшения потерь на перемагничивание. Для уменьшения вибрации сердечника в торцевой части сердечника магнитопровода установлено медное короткозамкнутое кольцо.

Наиболее распространенные магнитные пускатели типа ПМЕ, ПМЛ, ПМА позволяют осуществить до 150 включений в час. Катушки магнитных пускателей изготавливаются на 110, 127, 220, 380 и 660 В. При выборе магнитных пускателей обращают внимание на наибольшую допустимую мощность электродвигателя при данном напряжении и на напряжение катушки. В сетях с напряжением 380/220 В можно использовать катушки с напряжением 380 и 220 В. В первом случае катушка должна включаться на линейное напряжение (две любые фазы), во втором - на фазное (любая фаза и нуль).

Для управления магнитными пускателями применяются кнопочные станции. Они могут быть одно-, двух - и многопостовые.

Для защиты электродвигателя и схемы управления от коротких замыканий применяются плавкие предохранители и автоматические выключатели.

Для защиты электродвигателя от перегрузки используют тепловые реле и автоматические выключатели с тепловыми расцепителями. Плавкие предохранители от перегрузки электродвигатели не защищают.

Рассмотрим работу схемы управления (рис.1).

После включения автоматического выключателя QF при нажатии кнопки SB2 "Пуск" протекает ток по цепочке: фаза С®SB1®SB2® катушка КМ®контакт КК®нулевой провод N. Следовательно, катушка КМ получает питание и втягивает сердечник с контактной группой. Контакты КМ замыкаются, и на электродвигатель М подается трехфазное напряжение.

Для того, чтобы двигатель не остановился после отпускания кнопки SB2, параллельно ей подключается вспомогательный контакт КМ, шунтирующий кнопку "Пуск".

Тепловое реле КК предназначено для защиты двигателя от перегрузок. При увеличении тока сверх допустимой нормы тепловое реле срабатывает, размыкая при этом свой контакт КК в цепи питания катушки магнитного пускателя КМ. Повторный пуск ТАД после срабатывания пусковой защиты возможен после ручного возврата контактов реле КК в исходное положение через некоторое время, необходимое для остывания теплового реле КК.

Перед пуском ТАД необходимо устранить причины, приведшие к срабатыванию тепловой защиты.

При отсутствии у потребителя трехфазного напряжения трехфазный двигатель можно запустить в однофазном режиме. На рис.2 приведены основные схемы такого пуска.

Так как при подключении одной фазы круговое вращающееся магнитное поле отсутствует, то для пуска необходимо обеспечить сдвиг токов в пусковой и рабочей обмотках относительно друг друга. Для обеспечения фазового сдвига обычно используют конденсаторы, емкость которых рассчитывается следующим образом.

Для пуска необходима большая емкость, чем для рабочего режима

Спуск = (2...2,5) ×Cраб

После пуска пусковые конденсаторы отключают в целях уменьшения нагрева обмоток статора.

Рабочая емкость определяется из паспортных данных ТАД.

Для схемы 2 а) Ср = 2800 Iн /Uн;

для схемы 2 б) Ср = 4800 Iн/Uн;

для схемы 2 в) Ср = 1600 Iн/Uн.

Применяются конденсаторы марок БГГ, МБГ4, МБГ0 и др. на напряжение не меньше амплитудного.

Мощность двигателя в однофазном режиме составляет примерно половину мощности, развиваемой ТАД в трехфазном режиме.

ЗАДАНИЕ ПО РАБОТЕ

1. Изучить схему управления ТАД (рис.1).

2. Ознакомиться с устройством магнитного пускателя, кнопочных станций, теплового реле, записать их технические данные и данные электродвигателя.

3. Собрать схему и пустить электродвигатель.

4. Изменить направление вращения электродвигателя.

5. Изучить схему пуска ТАД в однофазном режиме (рис.2).

6. Собрать одну из схем, рассчитать емкость конденсаторов и произвести пуск.

7. Изменить направление вращения электродвигателя.

8. Составить краткие выводы по работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите элементы магнитного пускателя, его устройство и назначение.

2. Как защищается электродвигатель от коротких замыканий?

3. Как защищается электродвигатель от перегрузки?

Объясните принцип работы схемы пуска электродвигателя с помощью магнитного пускателя.

Для чего параллельно кнопке "Пуск" устанавливается вспомогательный контакт? (рис.1)

Для чего устанавливается конденсатор при пуске однофазного электродвигателя?

Почему в сети с частотой 50Гц скорость вращения асинхронного электродвигателя не превышает 3000 об/мин.

Литература

1. Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника. - М.: Высшая школа, 1984, с.257 - 290.

2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1983,с.334 - 359.

3. Прищеп Л.Г. Учебник сельского электрика. - М.: Агропромиздат, 1986, с.262 - 276.

Методические указания к лабораторной работе № 11

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И СВЕТОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИСТОЧНИКОВ СВЕТА.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение устройства, принципа действия ламп накаливания и люминесцентных ламп и сравнение их электрических и светотехнических характеристик.

1. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1.1 Изучить конструкцию лампы накаливания и люминесцентной лампы. Ознакомиться с оборудованием лабораторного стенда и электрическими схемами для исследования ламп.

1.2 Подготовить к работе люксметр согласно указаний раздела 3, измерить расстояние между лампой и фотоэлементом.

1.3 Собрать схему (рис.1) и показать ее преподавателю.

1.4 Установить напряжение на лампе 240 В. Произвести измерение тока, мощности, освещенности. Данные измерений занести в таблицу 1. Плавно снижая напряжение на лампе, через каждые 20 В снимать показания и результаты занести в таблицу.

1.5 Собрать схему (рис.2) и показать ее преподавателю.

1.6 Выполнить указание п.1.4 для люминесцентной лампы (рис.2) и данные записать в таблицу 2.

Построить совмещенные графики зависимости светоотдачи от мощности для лампы накаливания и люминесцентной лампы, аналогично графики зависимости светового КПД от мощности.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.

Лампы накаливания.

Основной частью лампы накаливания (рис.3) является тело накала 3, которое нагревается под действием электрического тока до температуры 2000...2800°К и испускает электромагнитное излучение в виде светового (видимого) и инфракрасного (теплового) потока. Тело накала изготавливают из вольфрамовой проволоки различной конструкции и формы (нити, спирали, биспирали). Вольфрам имеет высокую температуру плавления (3663°К) и малую скорость испарения. Дополнительные присадки из окисей кремния и алюминия с добавлением калия и натрия обеспечивают большую механическую прочность тела накала при хорошей формоустойчивости.

Для подвода тока к телу накала и поддержания его в нужном положении служат электроды 6. Дополнительными поддерживающими элементами являются держатели 4, вставленные в утолщение стеклянного стержня 5, имеющего название штабик. Внутренние детали лампы изолированы от внешней среды колбой 1. Внутри тарелки 9 имеется откачная трубка 10 с отверстием 14 для откачивания воздуха. Внутреннюю полость колбы заполняют инертными газами (аргон, криптон) для уменьшения окисления и распыления вольфрама при высокой температуре.

Для подвода питания и крепления лампы в патроне служит резьбовой цоколь 13. Лампы мощностью до 300 Вт имеют обычно цоколь Е27, а 500 Вт и более - Е40. Питание от второго провода подводится через контактную пластину 12.

Обозначение ламп накаливания общего назначения имеет буквенно-цифровую символику.

Например: БК 215-225-100-2 - биспиральная, криптоновая, на диапазон напряжения 215...225 В, мощность 100 Вт, второй номер разработки.

Срок службы ламп накаливания общего пользования составляет в среднем 1000 часов.

В настоящее время широко выпускаются более эффективные - галогенные - лампы накаливания, имеющие колбу в форме трубки. Добавка галогена, например, йода, в колбу лампы накаливания вызывает замкнутый химический цикл. В рабочем режиме частички вольфрама с тела накала испаряются и оседают на стенках колбы лампы. При температуре 570...1400°К у стенок колбы пары йода соединяются с частичками вольфрама, образуя йодистый вольфрам с температурой испарения 520...570°К. При температуре 520°К и более это газообразное соединение улетучивается и из-за повышенной концентрации у стенок диффузирует в направлении раскаленной вольфрамовой спирали. Вблизи вольфрамовой спирали йодистый вольфрам диссоциирует на исходные составные элементы - вольфрам и йод. Частицы вольфрама оседают на тело накала, а йод движется в обратном направлении к стенкам колбы. Таким образом осуществляется регенерация испарившегося вольфрама на тело накала, что приводит к увеличению срока службы лампы. Вольфрамо-йодный цикл препятствует осаждению вольфрама на стенки колбы лампы, сохраняя их чистыми и прозрачными на протяжении всего срока службы.

Достоинствами галогенных ламп накаливания являются повышенный срок службы (до 10 тыс. часов), высокая световая отдача (до 29 лм/Вт). Недостатки - высокая стоимость и необходимость эксплуатации только в горизонтальном положении.

Люминесцентные лампы.

Люминесцентные лампы работают на основе люминесценции - свечения газа в трубке лампы под действием электрического тока. В отличие от ламп накаливания в газоразрядных источниках света светящимся телом является участок межэлектродного промежутка. До включения в сеть газоразрядная лампа является диэлектриком. Под действием приложенного напряжения происходит ионизация газового промежутка и он становится проводником электрического тока. Для зажигания таких ламп необходимо приложить напряжение из расчета 500...1000 В на 1 м длины трубки. После зажигания лампы сопротивление ее значительно уменьшается, поэтому рабочий ток необходимо ограничивать. Для этих целей служат пускорегулирующие аппараты (ПPА).

Устройство люминесцентной лампы.

На внутреннюю поверхность стеклянной трубки (колбы) равномерно по всей длине нанесен тонкий слой люминофора, преобразующий ультрафиолетовую часть излучения разряда в парах ртути в видимое излучение. Благодаря люминофору световая отдача в люминесцентной лампе доходит до 75 лм/Вт. В качестве люминофора в люминесцентных лампах применяется галофосфат кальция, активированный марганцем и сурьмой, изменяя соотношение которых, можно изменять цветность излучения.

Электроды, которые находятся на концах колбы (рис.4), выполняются из вольфрама. Для улучшения термоэлектронной эмиссии электроды покрываются веществом, состоящим из карбонатов бария, стронция и кальция. Для возникновения ультрафиолетовых лучей в лампу добавляется дозированное количество ртути. После зажигания лампы ртуть испаряется и газовый разряд теперь идет уже в парах ртути. При движении электроны сталкиваются с атомами ртути и отдают им часть кинетической энергии. При этом электроны атома ртути переходят на некоторую новую орбиту. Такая структура возбужденного атома нестабильна. Электрон стремится перейти в свое прежнее положение. При обратном его переходе на более низкий энергетический уровень выделяется квант лучистой энергии, преобладающими в этом излучении являются ультрафиолетовые лучи. Колба лампы наполнена инертным газом аргоном, который способствует надежному горению разряда в трубке, облегчению зажигания лампы и уменьшению распыления электродов. Давление газа составляет 400 Па (3 мм. рт. ст). Наиболее распространенными являются люминесцентные лампы ЛД-40, ЛБ-40, название которых расшифровывается следующим образом: люминесцентная, дневного (или белого) света, мощностью 40 Вт.

Рис.4. Устройство люминесцентной лампы.

Пускорегулирующие аппараты со стартерным зажиганием.

Стартер представляет собой стеклянный баллон, наполненный газом неоном. В баллон впаяны два электрода, один из которых биметаллический. Параллельно контактам стартера включается конденсатор для устранения радиопомех.

Дроссель-катушка с большим числом витков необходим для создания импульса напряжения при зажигании лампы и для ограничения тока, протекающего через лампу.

Работа люминесцентной лампы.

При подаче напряжения на лампу (рис.2) начальный ток потечет по следующей цепи: клемма сети, дроссель, первичный электрод лампы, стартер, второй электрод лампы, клемма сети. Величина этого тока незначительная и составляет доли ампера. Этот ток, проходя через газ между электродами стартера, нагревает этот газовый промежуток (т.к сопротивление этого газового слоя довольно велико). Вместе с газом нагреваются и электроды стартера. Биметаллический электрод при нагревании изгибается и соединяется со вторым электродом. При замыкании контактов стартера ток в цепи резко увеличивается, т.к исключается сопротивление газового промежутка стартера. Величина этого тока, в основном, определяется индуктивным сопротивлением дросселя. Ток, который течет по цепи при замкнутых контактах стартера называется пусковым током. Пусковой ток разогревает электроды люминесцентной лампы до температуры около 1000°К. Лампа готова к зажиганию. Так как электрическое сопротивление замкнутых электродов стартера мало, они охлаждаются (Q=I2R) и размыкаются (биметаллический электрод возвращается в начальное положение). При размыкании контактов стартера ток в цепи резко уменьшается, такое резкое уменьшение тока вызывает быстрое уменьшение магнитного поля дросселя, что в свою очередь приводит к возникновению ЭДС самоиндукции, импульс которой достигает 500...600 В. Это напряжение, накладываясь на напряжение сети, пробивает газовый промежуток в лампе, и начинается электрический разряд в газе, а затем и в парах ртути. Невидимое для глаза ультрафиолетовое излучение, возникающее в результате этого разряда, облучает слой люминофора и вызывает видимое свечение его.

Стробоскопический эффект.

Люминесцентные лампы, работающие на переменном токе, создают пульсирующий световой поток. Эта пульсация светового потока значительно больше, чем у лампы накаливания.

Освещение движущихся предметов пульсирующим световым потоком приводит к так называемому стробоскопическому эффекту, который выражается в искаженном представлении об истинном состоянии движения. Так, при совпадении частоты пульсации светового потока и скорости вращения предмета, вращающаяся часть кажется неподвижной, что может привести к травматизму. В других случаях предмет может казаться движущимся в обратном направлении. Простейшей мерой уменьшения глубины пульсаций светового потока является включение соседних люминесцентных ламп в разные фазы трехфазной системы тока.

Преимущества и недостатки люминесцентных ламп.

По сравнению с лампами накаливания люминесцентные лампы имеют следующие преимущества:

у них значительно большая световая отдача - до 75 лм/Вт (у ламп накаливания общего пользования - до 20 лм/Вт);

более благоприятный спектр излучения;

невысокая температура поверхности трубки;

срок службы до 10000 часов (у лампы накаливания - до 1000 часов).

Недостатками люминесцентных ламп являются:

сложная конструкция (требуется пуско-регулирующая аппаратура);

большие габариты;

чувствительность к температуре окружающей среды (при t°<0 зажигание не гарантируется).

3. Подготовка к работе люксметра.

Люксметр Ю-116 состоит из измерителя, который представляет собой прибор магнитоэлектрической системы, обозначенный на схеме 1 буквой PL и отдельного селенового фотоэлемента BL. Фотоэлемент с насадкой, расположенный в пластмассовом корпусе, соединяется с измерителем шнуром при помощи разъемного соединения. Прибор имеет две шкалы: 0-100 и 0-30.

При нажатой правой кнопке следует пользоваться шкалой 0-100, а при нажатой левой - шкалой 0-30. Показания прибора в делениях по соответствующей шкале умножается на коэффициент ослабления, который зависит от применяемой насадки, имеющей на своей поверхности маркировку КМ, КP и КТ и равняется соответственно 10, 100, 1000. Например, на фотоэлементе установлена насадка КP, нажата левая кнопка, стрелка показывает 10 делений по шкале 0-30. Измеряемая освещенность равна 10&100= 1000 лк.

4. Световые и электрические характеристики источников света.

4.1 Номинальное напряжение - это напряжение, на которое лампа рассчитана для работы. Лампы накаливания общего назначения выпускаются на следующие диапазоны напряжений: 215...225; 220...235; 230...240; 235...245 В. Для увеличения срока службы следует приобретать лампы с с большим номинальным напряжением. Люминесцентные лампы, в основном, рассчитаны на напряжение сети 220 В, причем на самой лампе, в зависимости от мощности, падение напряжения составляет 102...110 В, остальная часть напряжения падает на дросселе.

4.2 Электрическая мощность лампы указывается как средняя величина для номинального значения напряжения. Промышленность выпускает лампы накаливания общего назначения мощностью от 15 до 1000 Вт.д.иапазон мощностей люминесцентных ламп меньше и составляет, в основном, 15...80 Вт.

4.3 Световой поток характеризует мощность видимого излучения, оцениваемого глазом человека, измеряется в люменах (лм). Световой поток можно выразить через освещенность, измеренную люксметром:

Ф = 4Еl2

где Е - освещенность, лк;

l - расстояние между лампой и фотоэлементом, м;

4.4 Световая отдача характеризует экономичность источника света и определяется отношением излучаемого светового потока к мощности лампы:

 лм/Вт

где P - мощность лампы, Вт.

4.5 Световой КПД. Многочисленными измерениями установлено соотношение между мощностью и световым потоком - ваттом и люменом: 1 Вт=683 лм при однородном излучении с длиной волны, равной 555 нм. Отсюда световой КПД

4.6 Срок службы. Средний срок службы лампы накаливания общего назначения составляет 1000 часов. На срок службы значительно влияет колебание напряжения. Зависимость имеет вид:

где , UН - соответственно срок службы и напряжение по паспортным данным. Срок службы люминесцентных ламп составляет 5000...10000 часов, причем срок службы уменьшается как при увеличении, так и при уменьшении напряжения относительно номинального.

Таблица 1.

Таблица 2.

Сопротивление лампы определяется по закону Ома:

 Ом

Активная мощность, потребляемая из сети, расходуется в дросселе и в лампе. Мощность лампы:

. Ки, Вт

где: Ки - коэффициент искажений (Ки =0,6...0,7)

Активную мощность дросселя можно определить как разность показаний ваттметра и мощности лампы

 Вт

Содержание ОТЧЕТА

1. Название, цель работы.

2. Схемы, таблицы.

3. Графики зависимости H = f (P) для лампы накаливания и люминесцентной лампы в общих координатных осях.

4. Аналогично п.3 график = f (P).

5. Выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. С какой целью лампы накаливания заполняются инертным газом?

2. Чем объясняется повышенный срок службы галогенных ламп по сравнению с обычными лампами накаливания?

3. Как увеличить срок службы ламп накаливания?

4. Назначение дросселя и стартера в схеме зажигания люминесцентной лампы.

5. От чего зависит цветность излучения люминесцентной лампы?

6. Преимущества и недостатки люминесцентных ламп.

7. После зажигания люминесцентной лампы отключили стартер. Лампа будет работать или погаснет?

8. Что такое стробоскопический эффект и как уменьшить его влияние?

9. Почему для искусственного досвечивания растений применяют люминесцентные лампы и практически не используют лампы накаливания?

Литература

1. Прищеп Л.Г. Учебник сельского электрика. - М.: Агропромиздат, 1986,с.245 - 368.

Методические указания к лабораторной работе № 12

"Исследование полупроводниковых выпрямителей переменного тока"

Теоретические сведения

Именно p-n переход является основой любого полупроводникового диода и определяет его свойства, технические характеристики и параметры.

Если к катоду присоединить "минус" источника питания, а к аноду - "плюс", то электроны из области n будут стремиться достичь анода, а "дырки" из области р будут притягиваться "минусом" катода. Следовательно, через p-n переход будет протекать ток, и диод будет открыт. Если изменить полярность, приложенную к выводам диода, то электроны из области n будут притягиваться "плюсом" катода, а "дырки" области р - "минусом" анода, и ток через p-n переход протекать не будет, следовательно, диод будет закрыт.

Таким образом, диод - это прибор, обладающий односторонней проводимостью, т.е. Через диод ток может протекать только в одном направлении. Существуют различные схемы выпрямителей переменного тока. Простейшей является схема выпрямителя с одним диодом (рис.2а).

В данном случае через нагрузку RН протекает ток только одной полуволны (рис.2 б). Поэтому среднее значение выпрямленного напряжения значительно меньше входного и составляет 0,45 от действующего напряжения на входе выпрямителя

U0 = 0,45Uвх

Недостатком данной схемы является очень высокий коэффициент пульсаций:

U~1

КП = - --

Ud

где U~1 - амплитуда переменной составляющей основной гармонии выпрямленного напряжения;

Ud - среднее значение выпрямленного напряжения.

Коэффициент пульсации показывает, насколько выпрямленное напряжение отличается от прямой линии. Для приведенной выше схемы КП=1,57.

С целью уменьшения пульсаций чаще всего применяют мостовую схему с четырьмя диодами (рис.3а):

В данном случае через нагрузку протекает ток обоих полупериодов. Так, при положительной полуволне входного напряжения ток протекает по следующей цепочке: клемма 1®VD2®RH®VD3®клемма 2; при отрицательной полуволне (т.е. когда к первой клемме подводится "минус", а ко второй "плюс") ток протекает по следующей цепочке: клемма 2®VD4®RH®VD1®клемма 1. Следовательно, при обеих полуволнах входного напряжения через нагрузку протекает ток в одном направлении (рис.3б). При этом среднее значение выпрямленного напряжения составляет 0,9 от действующего входного напряжения U0=0,9Uвх.

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения значительно меньше, чем у предыдущей схемы (рис.2а): КП=0,67.

Аналогичный коэффициент пульсации дает схема с двумя диодами, но в этом случае еще необходим трансформатор с нейтральной точкой, поэтому такая схема применяется реже, в данной работе ее рассматривать не будем.

Для выпрямления трехфазного тока самой распространенной является мостовая схема (рис.4а).

В данной схеме одновременно от каждой фазы ток протекает по двум цепочкам (от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом):

Фаза A®VD1®RH®VD5®фаза В

Фаза A®VD1®RH®VD6®фаза С

Фаза В®VD2®RH®VD6®фаза С

Фаза В®VD2®RH®VD4®фаза А

Фаза С®VD3®RH®VD4®фаза А

Фаза С®VD3®RH®VD5®фаза В

При этом выходное напряжение близко к амплитудному значению линейного напряжения и составляет:

Uâûõ = 2,34Uô. âõ

На рис.4б видно, что пульсации выходного напряжения совсем незначительные и для данной системы КП=0,05.

Для уменьшения пульсации выходного напряжения применяют сглаживающие фильтры. В простейшем случае в качестве фильтра в схему параллельно нагрузке включают конденсатор (рис.5). Энергетической основой работы такого фильтра является накопление энергии емкостью в моменты времени, когда возрастает ток или напряжение в нагрузке, и отдача накопленной энергии в нагрузку, когда происходит спад напряжения или тока, при этом происходит замедление этого спада и заполнение "провалов" выходного напряжения. Чем больше емкость конденсатора, тем больше запасенной энергии и тем эффективнее сглаживаются пульсации выходного напряжения. Также для уменьшения пульсаций последовательно с нагрузкой включают дроссель (катушку индуктивности) (рис.5). Уменьшение пульсаций происходит за счет того, что индуктивность препятствует быстрому нарастанию тока и поддерживает ток при его уменьшении. Использование конденсаторов совместно с дросселем (на рис.5-рис.7 сглаживающий фильтр выведен пунктирной линией) позволяет получать выходное напряжение по форме, близкой к прямой линии.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему рис.5.

2. Снять осциллограмму входного напряжения и зарисовать ее в масштабе.

3. Снять показания приборов и осциллограмму выходного напряжения при следующих режимах:

Конденсаторы С1, С2 и дроссель L1 отключены;

Подключен конденсатор С1;

Подключены конденсаторы С1 и С2;

Подключены конденсаторы С1, С2 и дроссель L1.

Показания приборов свести в таблицу 1.

Собрать схему Рис.6.

Снять осциллограмму выходного напряжения и показания приборов при замкнутом положении выключателя S1.

6. Повторить пункт 5 при обрыве цепи диода VD1 выключателем S1.

7. Собрать схему рис.7.

8. Снять осциллограмму выходного напряжения и показания приборов при:

Замкнутом положении выключателей S1 è S2;

Разомкнутом положении S1 и замкнутом S2;

Обрыве диодов VD1 è VD3 (S1 è S2 разомкнуты).

Показания приборов свести в таблицу 2.

Содержание отчета

Название, цель работы.

Схема, таблицы.

Осциллограммы входного и выходного напряжения для всех опытов.

Краткие выводы по работе.

Контрольные вопросы

Для чего необходимо выпрямлять переменный ток?

Почему диод проводит ток только в одном направлении?

Назовите преимущества и недостатки исследуемых схем.

Что такое коэффициент пульсации?

Почему при подключении конденсаторов параллельно нагрузке коэффициент пульсации уменьшается?

Каким образом дроссель сглаживает пульсации?

Что произойдет, если дроссель подключить параллельно нагрузке?

Что произойдет, если дроссель подключить последовательно с нагрузкой?

Как определить, какой диод в мостовой схеме вышел из строя?

Таблица 1.

Таблица 2.

Литература

1. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1983,с. 208 - 218.

2. Прищеп Л.Г. Учебник сельского электрика. - М.: Агропромиздат, 1986, с.296 - 303.

Страницы: 1, 2, 3