ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО МОСТОВОГО УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Указания к выполнению работы.В большинстве случаев применения выпрямителей приходится решать задачу управления выпрямленного напряжения на нагрузке . Среди однофазных схем наибольшее распространение получила мостовая схема выпрямления рис.2.3.1.

Рассмотрим процессы, протекающие при активной нагрузке. Так как нагрузка резистивная, кривая тока повторяет кривую напряжения. В момент времени ток уменьшается до 0 и соответствующая пара тиристоров закрывается. Этот процесс повторяется каждый полупериод. Управление тиристорами желательно осуществлять импульсами возможно меньшей длительности (так как ее увеличение ведет к росту мощности системы управления), но несколько превышающей время включения тиристора. Необходимо также обеспечить достаточно крутой фронт управляющего импульса, что уменьшает потери мощности в тиристоре при включении а, следовательно, его нагрев.

Рассмотренный фазовый способ управления может быть основан на сравнении опорного напряжения (обычно пилообразной формы) и постоянного напряжения сигнала управления. Равенство мгновенных значений этих напряжений определяет фазу , при которой схема вырабатывает импульс, затем усиливаемый и подаваемый на управляющий электрод тиристора. Изменение фазы управляющего импульса достигается изменением уровня напряжения сигнала управления.

Функциональная схема управления приведена на рис.2.3.2. Опорное напряжение, вырабатываемое генератором пилообразного напряжения ГПН и синхронизированное с напряжением сети с помощью синхронизирующего устройства СУ, подается на схему сравнения СС, на которую одновременно поступает и входное напряжение (сигнал управления). Сигнал со схемы сравнения поступает на формирователь импульсов (ФИ), затем на распределитель импульсов (РИ), на усилители мощности (У), и на управляющий электрод тиристора.

На рис.2.3.3 изображена функция выходного напряжения на нагрузке.

Процессы в выпрямителе усложняются, если нагрузка имеет активно-индуктивный характер. На рис.2.3.4. показаны процессы, протекающие в подобных цепях. Нарастание тока тиристора теперь осуществляется не скачком, а плавно за счет индуктивности нагрузки . Причем, когда напряжение фазы питающей тиристор проходит через 0, ток не прекращается, а под действием э.д.с. самоиндукции, создаваемой , продолжает протекать еще некоторое время, преодолевая отрицательное напряжение питающей фазы.

Для улучшения энергетических характеристик выпрямителя устанавливают обратный диод (при этом в момент запирания пары тиристоров ток нагрузки, поддерживаемый энергией, накопленной в индуктивности, будет протекать через обратный диод). Вследствие этого ток нагрузки, после перехода вторичного напряжения через 0, переводится в цепь диода VD0. Из-за шунтирования диодом выходной цепи в кривой выходного напряжения создаются нулевые паузы.

В результате, как и при чисто активной нагрузке, на участке происходит разрыв тока в цепи. По мере уменьшения угла угол увеличивается, и интервал проводимости одной диагонали (VS1, VS4) может перекрыть момент отпирания другой диагонали. Наступает режим непрерывного тока, при котором . Среднее значение напряжения на нагрузке в режиме непрерывного тока равно . Режим непрерывного тока сохраняется при изменении в приделах , где является функцией . При .

Описание виртуальной лабораторной установки.
Виртуальная лабораторная установка для исследований показана на рис.2.3.5, она содержит:

· источник синусоидального напряжения (220V, 50Hz);

· однофазный трансформатор (Transformer);

· активно-индуктивную нагрузку с противо-э.д.с.(R,L), (E);

· обратный диод (Diode);

· измерители мгновенных токов в источнике питания (I1) и нагрузке (I load);

· измеритель мгновенного напряжения на нагрузке (U Load);

· блоки для измерения гармонических составляющих тока питания (Fourier I1) тока тиристора (Fourier T0);

· 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 тиристора (RMC T)

· блок для наблюдения мгновенных значений тока в цепи питания, тока нагрузки и напряжения на нагрузке (Scope);

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

· блок для измерения амплитудного значения первой гармоники тока и ее фазы в цепи питания (Display1);

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

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

· однофазный тиристорный мост (Universal Bridge) (рис.2.3.6);

· блок To Workspace, предназначенный для передачи исследуемого сигнала в рабочее пространство MatLab с последующей обработкой пакетом расширения Signal Processing Toolbox для исследования гармонического спектра тока потребления.

Все перечисленные блоки (кроме двух последних) и их параметры повторяют те, которые были рассмотрены в лабораторной работе №1. Модель блока (Control System) показана на рис.2.3.7. На вход In1 блока поступает синхронизирующий сигнал от сети и сигнал задания угла управления (вход In2).

Окно настройки блока To Workspace показано на рис.2.3.8.

В первое поле окна настройки введено название переменной, под которой измеренный вектор будет фигурировать в рабочем пространстве, Во втором окне определена длина вектора (количество записанных значений исследуемой переменной). Длина вектора должна быть связана как с частотой исследуемого сигнала, так и с временем поля Sample Time. При условии, что частота равна 50 Гц, при времени считывания 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, так как для получения спектра необходимо записывать не менее двух периодов. Формат вектора записывается в нижнем поле окна.