Исследование тиристорного преобразователя (ТП) с ДПТ

Методические указания к выполнению лабораторной работы

по дисциплине:

- «Приводы роботов»

- «Электромеханические и мехатронные системы»

Ростов - на -Дону.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является изучение принципа работы силового полууправляемого прибора (СПП) - тиристора, схемотехнического построения на базе тиристоров двухполупериодного выпрямителя с управлением от СИФУ посредством фазоуправляемого устройства смещения импульсов управления, также исследование внешних характеристик ТП при работе на активную и индуктивную нагрузки в зонах непрерывных и прерывистых токов.

2. Описание лабораторной установки

В лабораторной работе исследуется тиристорный выпрямитель с импульсно-фазовым способом управления.

Управляемый выпрямитель, принципиальная схема которого показана на рис.1, конструктивно состоит из двух блоков: блока управления и силового блока.

Рисунок 1- Принципиальная схема управления двухполупериодного ТП

В блок управления входят: фазовращающий мост, состоящий из двух половин обмотки W ₄ , силовой трансформатор Т1 с фазовращающей R_фC₁ - цепочкой; а также формирователь управляющих импульсов тиристорами

VS 10, VS11. Формирователь управляющих импульсов состоит из транзисторов VT₁ и VT₂, попеременно работаюющие в ключевом режиме, осуществляя дифференцирование сигналов в цепи C₄R₁₆ и C₅R₁₇. Диоды VD₆ и VD₇ выполняют задачу «фазирования» напряжений на силовых обмотках W2 и переменного напряжения на обмотках управления W4, а также обеспечивают температурную стабилизацию транзисторов и их поочередное открывание.

Силовой блок представляет собой обычную двухполупериодную схему выпрямления переменного напряжения через СПП в постоянное напряжение со средней точкой вторичной обмотки W₂ силового трансформатора Т1.

В качестве силовых полупроводниковых приборов (СПП) используются полууправляемые тиристоры VS₁₀ и VS₁₁.

При изменении сопротивления резистора фазовращателя R_ф изменяется фаза синусоидального напряжения управления (клеммы Гн 4 – Гн 9), которое поступает на вход формирователя импульсов, собранном на транзисторах VT₁ и VT₂. Диоды VD₆ и VD₇ обеспечивают поочередное открывание транзисторов соответственно положительной и отрицательной полуволнам выходного напряжения U_1-2 . Предварительная зарядка конденсаторов C₄,C₅ осуществляется от диодного моста VD1- VD4 через резисторный П-образный RC –фильтр (C2, R11, C3), резисторы R14,R15. При поступлении на базы транзисторов VT₁ и VT_2. управляющих в противофазе сигналов на цепи соответственно C₄R₁₆ и C₅R₁₇ подается напряжение практически прямоугольной формы. В результате дифференцирования на резисторах R₁₆ и R₁₇ формируются короткие импульсы отрицательной и положительной полярности. Импульсы отрицательной полярности сглаживаются диодами VD₈ и VD₉ , а положительные управляющие импульсы запирают диоды VD₈,VD₉ и подаются на управляющие электроды тиристоров VS₁₀ и VS₁₁. Углы фаз управляющих импульсов, а следовательно, и величина выходного напряжения U_н, могут изменяться и определяются значением сопротивления резистора R_ф (положением рукоятки переключателя R_ф), которое в совокупности с резисторами R₁₂ и R₁₃ выполняет ограничение тока баз транзисторов VT₁ и VT_2.

Все необходимые измерения выполняются контрольно-измерительными устройствами, осциллографом и вольтметром переменного тока, а результаты исследований заносятся в таблицу измерений № 1.

Таблица №1.

3. Порядок выполнения работы

1. Перед включением стенда зафиксировать в исходном положении все органы управления (нейтральное и начальное). Самостоятельно подобрать измерительные приборы, подготовить их к включению, выбрав пределы измерений.

2. Изучить устройство и работу схемы.

3. Снять и построить экспериментальную и расчетную градуировочные характеристики фазовращателя Θ_экс= f(R_ф) и Θ_рас= f(R_ф), т.е. определить углы сдвига фазы управляющих импульсов для каждого положения переключателя R_ф.

Экспериментально угол Θ определяется с помощью осциллографа. Методика определения угла Θ заключается в развертывании на экране осциллографа одного полупериода анодного напряжения длительностью 180 град. электр. при длине полупериода 100 мм. Изменяя значение резистора R_ф, можно по изменению угла управления построить искомую зависимость. Расчетным путем угол Θ может быть определен по формуле

Θ^ο_рас = -2 arctg R_фωc, (1)

где R_ф – активное сопротивление плеча моста фазовращателя, задаваемое с помощью переключателя R_ф (см. таблица № 1);

С₁ – емкость конденсатора, равная 2 мкф; Ω – круговая частота.

Полученные измеренные и расчетные данные занести в соответствующие строки таблицы №1.

4. Снять и построить регулировочную характеристику выпрямителя U_н = f(Θ^ο) и I_н= f(Θ^ο) при активной нагрузке.

Это задание выполняется одновременно с предыдущим. На каждом положении регулятора R_ф измеряются средние значения выпрямленного напряжения U_н (по вольтметру ИП3) для двух значений сопротивлений нагрузки R_н = 20 Ом и R_н = 120 Ом.

Активная нагрузка включается тумблером В₂ (положение R).

Величины угла Θ контролируются по осциллографу.

5. Снять и построить регулировочную характеристику выпрямителя при смешанной (активно – индуктивной) нагрузке. Для этого тумблер В₂ установить в положение «RL». Действуя аналогично пункту 4, выполнить измерения и построить регулировочную характеристику.

Результаты наблюдений заносятся также в таблицу №1.

6. При помощи осциллографа застабилизировать искомую зависимость, пояснить полученные формы кривых напряжений при активной и смешанной нагрузках c привязкой диаграмм к временной оси для двух значений углов регулирования (например, 0 и 90 эл. градусов):

а) на коллекторах транзисторов VT₁ и VT₂ (Гн 4, Гн 5 – Гн 11);

б) на аноде тиристора VS_10, VS₁₁ соответственно (Гн12 – Гн18);

в) на управляющем электроде тиристоров VS₁₀ и VS₁₁ (Гн 6, Гн 8, Гн 18);

г) напряжение между анодом и катодом тиристора VS₁₁ (Гн 10 – Гн 11);

д) напряжение на нагрузке (Гн 11 – Гн 18);

7. Измерить коэффициент пульсации выходного напряжения для двух. значений угла сдвига фазы управляющих импульсов и двух значений нагрузки.

Например, для Θ^ο = 30^ο и Θ^ο = 90^ο , и R_н = 20 Ом и R_н = 120 Ом.

Для каждого значения R_н и Θ_н вольтметром переменного тока с закрытым входом (через емкость) измеряется напряжение переменной составляющей, действующее на выходе выпрямителя U (в нашем случае второй гармоники), а вольтметром постоянного тока – среднее значение выпрямленного напряжения U_ср и вычисляется коэффициент пульсаций.

8. Оценить погрешность измерений.

4. Вопросы для самостоятельной проработки

1. Какой элемент схемы ограничивает минимальный ток якоря при управлении напряжением на ДПТ при регулировании скорости?

2. Поясните физические основы возможности регулирования угла управления при изменении параметра R_ф с использованием диаграммы напряжений в RLC-цепи?

3. Какие параметры (координаты) схемы изменились при регулировании угла управления (Θ^ο эл.) тиристором?

4. Что произойдет в схеме, если увеличить (уменьшить) значение резисторов R14,R16?

5. Тесты для проверки степени усвоения материала

1. При управлении тиристорами VS₁₀ и VS₁₁ возможны случаи управления различными по ширине импульсами управления, что может привести к сбою работы управляемого выпрямителя. Какие мероприятия следует выполнить для выравнивания управляющих импульсов по ширине?

а) Уменьшить значение-параметр резистора R14,R16.

б) Увеличить значение емкости конденсатора C4,C5.

в) Уменьшить значение резистора R15,R17.

2. В цепь протекания тока якоря ДПТ для снижения коэффициента пульсации в ТП устанавливается сглаживающий дроссель. Поясните, в каком случае целесообразнее установить сглаживающий дроссель с воздушным зазором δ при:

- изменении тока в широком диапазоне,

- изменении тока не более 0,5 от номинального значения;

- изменении тока в пределах номинального значения тока якоря.

3. Напряжение на анодах тиристоров VS₁₀ и VS₁₁ должно соответствовать полярности управляющих импульсов. Когда ТП будет нормально регулировать выходное напряжение на ДПТ?

- при изменении (очередности) или (фазности) подсоединения выводов вторичной обмотки W2,

- управляющие импульсы «сфазированы» с анодным напряжением;

- управляющие импульсы не «сфазированы» с анодным напряжением;

6. Требования к написанию отчета

Оформленный и представленный к защите отчет должен содержать:

6.1. Цель работы

6.2. Принципиальную электрическую схему исследуемого двухполупериодного тиристорного выпрямителя

6.3. Таблицу выполненных наблюдений и экспериментально полученных данных

6.4. Графики построенных зависимостей в соответствии с порядком выполнения работы

6.5. Заключение по результатам исследований.

Составил:

профессор кафедры «Робототехника и мехатроника» ДГТУ,

канд. техн. наук Н.Ф. Карнаухов

15.10. 2007 г.

Поиск по сайту: