50492

Электрические и электронные аппараты. Лабораторные работы

Книга

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Не включать установку без разрешения преподавателя ведущего занятия В случае обнаружения внештатной ситуации появление напряжения на стенде запах горения появление дыма искрение и др. Стенд имеет источники регулируемого постоянного и переменного напряжения а так же оперативное питание 15 В 30 В 5 В 15 В для питания всех устройств блока лабораторной работы микросхем систем управления обмоток реле и др. Справа от ряда предохранителей находится розетка однофазного напряжения 220 В 50 Гц для подключения осциллографа и другого...

Русский

2014-01-24

1.32 MB

40 чел.

МИНИСТЕРСТВО СРЕДНЕГО И ОБЩЕПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ

____________________________

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(технический университет)

_____________________________________________________________

Утверждено

учебным управлением МЭИ

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

по курсу

Электрические и электронные аппараты

(фронтальный метод)

(Продолжительность каждого лабораторного занятия - 4 часа)

МОСКВА                       Издательство МЭИ                                1998

Утверждено учебным управлением МЭИ

Подготовлено на кафедре

электрических и элктронных аппаратов

УДК  621.314

         Л 125

УДК: 621.314.632 (076.5)

 Лабораторные работы по курсу «Электрические и электронные аппараты» (фронтальный метод)./ Под ред. Ю.К.Розанова.-М.: Изд-во МЭИ, 1998, - 31 с.

Дается описание лабораторных стендов для проведения исследований электронных аппаратов, излагается методика исследований, приведены задания и методические указания по выполнению лабораторных работ.

Предназначено для студентов 3-его курса, обучающихся по направлению «Электротехника, электромеханика, электротехнологии», а так же 4-5х курсов специальности «Электрические и электронные аппараты».

___________________________

©             Московский энергетический институт,               1998 г.

П Р Е Д И С Л О В И Е

Активное развитие силовой электроники привело к широкому использованию полупроводниковых приборов во всех областях современной энергетики. Поэтому появление, наряду с электрическими, электронных аппаратов является закономерным. Электронным аппаратом называют электротехническое устройство, предназначенное для управления потоком электроэнергии с помощью полупроводниковых приборов для коммутации, управления и регулирования. Вторая часть курса «Электрические и электронные аппараты», посвященная собственно электронным аппаратам, необходима для расширения знаний по электротехнике, углубленного изучения процессов коммутации электрических цепей, дополнительного знакомства с элементной базой современной электроники и изучения конкретной схемотехники электронных аппаратов.

Для более глубокого изучения курса в нем предусматриваются практические занятия в лаборатории электронных аппаратов. В процессе выполнения лабораторных работ студенты знакомятся с элементной базой электронных аппаратов, принципами коммутации электронных цепей, глубже узнают особенности электромагнитных процессов в статических контакторах и регуляторах. Данный сборник лабораторных работ позволяет более эффективно проводить практические занятия, оставляя больше возможностей для индивидуальной работы преподавателя со студентом, значительно облегчает работу студента по освоению курса.

В сборник работ вошли наиболее успешно используемые в курсе «Электрические и электронные аппараты» лабораторные работы:

работа № 2 «Транзисторный регулятор постоянного тока»;

работа № 8 «Исследование способов коммутации тиристоров»;

работа № 9 «Тиристорный контактор постоянного тока»;

работа № 10 «Тиристорный контактор переменного тока».

Кроме того, дано описание лабораторного стенда, используемого во всех лабораторных работах.

Т Е Х Н И К А   Б Е З О П А С Н О С Т И

При выполнении всех лабораторных работ необходимо быть внимательным и выполнять все требования преподавателя и технического персонала лаборатории, касающиеся выполнения лабораторных работ. Так же неукоснительно соблюдать правила поведения, предусмотренные для лабораторных помещений института, а также общие нормы поведения.

Перед выполнением работы необходимо внимательно ознакомиться с описанием лабораторной работы и лабораторного стенда.

Не включать установку без разрешения преподавателя, ведущего занятия!

В случае обнаружения внештатной ситуации (появление напряжения на стенде, запах горения, появление дыма, искрение, и др.) необходимо выключить автоматический выключатель QF на передней панели стенда и известить о случившемся дежурного лаборанта или преподавателя ведущего занятия.

Не устранять самостоятельно неисправности, возникшие в процессе выполнения работы!

Не пытаться снимать лицевые панели стенда и не вынимать лабораторные блоки из гнезда!

Подсоединять измерительные концы осциллографа только в предназначенные для этого разъемы, строго в соответствии с методическими указаниями!

После окончания работы выключить лабораторную работу, затем осциллограф и только после этого стенд.

Ц Е Л Ь   Р А Б О Т

углубление и расширение знаний по основным разделам курса «электрические и электронные аппараты»;

изучение лабораторного стенда и проведения эксперимента с электронными схемами;

изучение принципа действия исследуемых устройств и знакомство с происходящими в схемах аппаратов процессами;

приобретение навыков исследования электронных схем и работы с осциллографом;

совершенствование навыков обработки и оформления результатов эксперимента;

Описание лабораторного стенда

Во всех лабораторных работах используется универсальный стенд (рис. 1). Стенд укомплектован блоками различных лабораторных работ, что позволяет использовать его при проведении всех лабораторных работ по курсу. Наличие в лаборатории кафедры шести универсальных стендов -позволяет проводить занятия по фронтальному методу.

Верхняя часть стенда (см. 1,2,3 на рис. 1) предназначена для хранения блоков, и не имеет источников питания. Гнездо 4 в центре стенда имеет разъем для стыковки с источниками питания, имеющимися в стенде. В Н И М А Н И Е ! Категорически запрещается вынимать блоки, самостоятельно менять блоки местами, включать стенд при отсутствии блока в центральном гнезде. Блок, вставленный в центральное гнездо, подключен к тем источникам питания, которые необходимы для его работы.

Под центральным блоком имеется ряд предохранителей и светоиндикаторов.  В Н И М А Н И Е ! Категорически запрещается вынимать или заменять предохранители на панели стенда, вставлять посторонние предметы в гнезда предохранителей. При нормальной работе все светоиндикаторы горят. Стенд имеет источники регулируемого постоянного и переменного напряжения, а так же оперативное питание  15 В, +30 В, +5 В, ~15 В для питания всех устройств блока лабораторной работы (микросхем систем управления, обмоток реле и др.). Справа от ряда предохранителей находится розетка однофазного напряжения 220 В, 50 Гц, для подключения осциллографа и другого дополнительного оборудования.

В   правой   части   стенда   расположено   место   для  осциллографа.

В Н И М А Н И Е ! Перед началом работы ознакомиться с правилами работы с осциллографом. Запрещается переключать тумблеры осциллографа, назначение которых неизвестно.

В левой части стенда находятся вольтметры и органы управления стендом. В Н И М А Н И Е ! Категорически запрещается отвинчивать винты, крепящие лицевую панель стенда, и открывать переднюю часть стенда.

Рис. 1. Универсальный стенд лабораторных работ

На стенде имеются вольтметры входного и выходного напряжения. Вольтметры ~PV2 и ~PV3 используются в работах по исследованию аппаратов переменного тока, а =PV1 и =PV4 – в работах по исследованию аппаратов постоянного тока. Ручка автотрансформатора Т «Напряжение меньше – больше» предназначена для регулирования входного постоянного и переменного, в зависимости от лабораторной работы, напряжения. Ручка R «Нагрузка меньше – больше» в нижеприведенных работах не используется (т.к. в них используется нагрузка, имеющаяся в самих блоках работ). Для подключения стенда к сети служит автоматический выключатель QF «Сеть вкл - выкл».

В Н И М А Н И Е ! Включать стенд допускается только после прохождения инструктажа по технике безопасности и только с разрешения преподавателя ведущего занятия или дежурного лаборанта.

Правила пользования осциллографом

Как показывает практика, при выполнении лабораторных работ в лаборатории кафедры ЭиЭА большинство потерь времени и неясных моментов по поводу работы изучаемой схемы вызвано неумением студентов правильно использовать осциллограф. Это также приводит к частому выходу из строя самих осциллографов. Ввиду этого студентам необходимо тщательно ознакомиться с настоящими правилами пользования осциллографом и выполнять их, а в случае затруднений и нестандартных ситуаций следует обращаться за помощью к лаборанту или к преподавателю, ведущему занятия.

Рис.2 Вид передней панели осциллографа С1-69

В лаборатории кафедры ЭиЭА на лабораторных стендах используются двухлучевые осциллографы С1-69 (рис. 2). Ниже приведен порядок работы с ними.

1. Перед включением осциллографа следует убедиться в комплектности и исправности измерительных кабелей. В комплект к осциллографу прилагаются два измерительных кабеля, общие концы которых соединены вместе и выведены на один штырь, а измерительные концы раздельны. К осциллографу кабели подключаются через разъемы «Вход I», находящиеся на лицевой панели осциллографа в группах переключателей «Усилитель I» и «Усилитель II».

2.Перед включением осциллографа ручки, кнопки и переключатели должны находиться в положении, обозначенном в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Начальное положение органов управления осциллографа.

Группа

Название

Положение

Усилитель I,

Усилитель II

Множитель

mV/cm

Ручка «Корр»

Перекл. напротив разъема «Вход I»

1000

10 или 20

Вывернута до щелчка

Синхронизация

Переключатель под ручкой «Стабильность»

«От сети», если в схеме частота 50 Гц и «Y I» (или «Y II») при других частотах

Развертка

Время/см

Ручка «1,2,

Кнопка «0,2»

Ручка «Плавно»

1 mS

5

Отжата

вывернута до щелчка

 

 3. Включить осциллограф тумблером «Сеть». Ручками  вывести два луча осциллографа на экран. Вставить концы осциллографа в гнезда блока лабораторной работы в соответствие с описанием лабораторной работы. Добиться устойчивости осциллограммы правильным переключением переключателя «Синхронизация» (см. табл.1.1) и вращением ручек «Стабильность» и «Уровень».

4. Переключателями «Множитель», «mV/cm» и ручками  добиться, чтобы амплитуда периодического процесса укладывалась в 2-3 клетки экрана, а переключателями «Время/см» и «1,2,3» добиться того, чтобы на экране укладывалось 1-2 периода изучаемого процесса. Неподвижность осциллограммы достигается вращением ручек «Стабильность» и «Уровень».

5.Осциллограммы (за исключением тех случаев, когда это особо оговорено) следует рисовать качественно, отражая характерные черты процесса. Однако всегда необходимо фиксировать на рисунке нулевой уровень напряжения и обращать внимание на порядки величин времен и напряжений. Положение нулевой линии узнается путем переведения переключателя напротив разъема «Вход I» в положение .

6. Во многих случаях в лабораторных работах требуется измерить напряжения на двух последовательно включенных элементах. При этом в методических указаниях рекомендуется подключить общий провод осциллографа к точке соединения этих элементов, а измерительные – к крайним точкам. Для того чтобы правильно снять осциллограммы в этом случае, необходимо всегда учитывать что одна осциллограмма на экране осциллографа является перевернутой и ее необходимо еще раз перевернуть при рисовании. Также можно перевернуть осциллограмму, подсоединив соответствующий измерительный кабель к инвертирующему разъему «Вход 2». После наблюдения осциллограммы необходимо вернуть кабель в разъем «Вход 1».

Лабораторная работа № 2

ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧЕВОЙ РЕГУЛЯТОР

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

2.1. Предмет исследования

В лабораторной работе исследуются: работа транзисторного регулятора напряжения, принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ), электромагнитные процессы в элементах схемы, влияние глубины обратной связи на качество регулирования выходного напряжения.

2.2. Описание установки

Принципиальная схема регулятора представлена на рис. 2.1. Работа данной схемы регулятора описана в [1, стр.191]. Основным ключевым элементом является транзистор VTС, управляемый сигналом от системы управления. Входное напряжение подается в схему регулятора через выключатель SA1 «питание». Помимо основного питания в регулятор поступает напряжение 15 В, для питания операционных усилителей системы управления (при наличии оперативного питания на панели стенда загораются светоиндикаторы +15 В и - 15 В «питание СУ»). Входное напряжение регулируется ручкой «напряжение» на панели стенда (см. рис. 1.1) и фиксируется вольтметром =PV1. В качестве нагрузки используется переменный резистор RН, величина которого изменяется рукояткой RН на панели блока. Нагрузка подключается к схеме тумблером «нагрузка». Выходной фильтр регулятора состоит из дросселей L1 и L2, включаемых попеременно тумблером SA3, и конденсаторов С2 и С3.

Рис.2.1. Принципиальная схема транзисторного ШИМ-регулятора

Рис. 2.2. Две модификации блоков лабораторной работы № 2:

а) для студентов I и II ступени;

б) для студентов I ступени

Дроссели L1 и L2 имеют разную величину индуктив-ности, кроме того, один из дросселей насыщается во время работы, что позволяет наглядно демонстрировать работу регулятора при неправильной конструкции дросселя. Подключая и отключая конденсатор С3 тумблером SA2, можно менять величину емкости выходного фильтра. Для наблюдения за током дросселя и током нагрузки в схеме установлены низкоом-ные резисторы RS1 и RS2.

В лаборатории имеются две модификации работы №2. Работы первой модификации могут быть использованы для работы студентов как первой ступени, так и второй ступени при изучении коррекции частотных характеристик системы управления (см. рис. 3.2). Работы второй модификации используются только для работы студентов первой ступени.

Типы используемых в силовой части полупроводниковых приборов следующие:

- транзистор VT – полевой транзистор BUZ36; обратный диод VD02Д213А

- значения параметров элементов силовой части регулятора:

L1 = 1 мГн; L2 = 300 мкГн; С2 = 10 мкФ; С3 = 1000 мкФ

- рабочая частота регулятора f = 20 кГц. Номинальное выходное напряжение Uвых = 15 В.

2.3. Задание на работу и методические указания по ее выполнению

2.3.1. Рассчитать значения коэффициентов пульсации тока дросселя и выходного напряжения (DIL и Uвых) для следующих параметров схемы: Uвых=15 B; Uвх=30 B; f=20 кГц; q=2; L=1мГн; С=1000 мкФ и как изменятся эти коэффициенты, если С=10 мкФ и L=1 мГн. Здесь q – скважность работы транзисторного ключа, определяемая по формуле:

,                                                     (2.1)

где T и tвкл – период работы и время включенного состояния транзисторного ключа соответственно.

Для определения величин пульсации тока и напряжения необходимо воспользоваться формулами (4.13) и (4.15) из [1, стр 195].

2.3.2. Теоретически построить регулировочные характеристики (зависимость выходного напряжения от скважности сигнала управления, при фиксированном входном напряжении ) регулятора при различных входных напряжениях (20, 30 и 40 В) .Определить диапазон изменения скважности q, необходимый для стабилизации выходного напряжения на уровне Uвых=15 В.

Для построения зависимостей необходимо воспользоваться выражением для выходного напряжения:

.                                              (2.2)

2.3.3. Рассчитать коэффициент стабилизации по напряжению в разомкнутой и замкнутой системе регулятора для трех различных значений коэффициента обратной связи (Кос1=0,25; Кос2=2; Кос3=20), воспользовавшись выражением:

,                                        (2.3)

где UвхН и UвыхН – номинальные значения входного и выходного напряжения, а Uвых изменение выходного напряжения при отклонении входного на Uвх. Номинальное входное и выходное напряжение в схеме считать 30 В и 15 В соответственно. Диапазон изменения входного напряжения принять Uвх=20 В. Для определения Uвых в разомкнутой системе необходимо построить зависимость Uвых(Uвх) при постоянной скважности q=2, по графику определить, насколько изменится выходное напряжение при изменении Uвх от 20 В до 40 B. Для замкнутой системы Uвых определяется из выражения:

,                                             (2.4)

где Uзам и Uраз отклонения выходного напряжения в замкнутой и разомкнутой системе.

2.3.4. Изучить характер электромагнитных процессов в регуляторе и влияние на них параметров схемы. Зарисовать в единой координатной сетке осциллограммы напряжения на силовом транзисторе и ток дросселя при различных значениях L и C фильтра.

Перед началом работы убедиться в том, что тумблеры на лицевой панели стенда находятся в выключенном положении, а ручка регулирования RН – в среднем положении.

Включить автоматический выключатель QF. Тумблером SA1 включить стенд, а нагрузку подключить тумблером «нагрузка».

Установить с помощью рукоятки автотрансформатора уровень входного напряжения 30 В, контролируя его по вольтметру =PV1.

Включить тумблер SA8 (в работах второй модификации этого делать не надо, т.к. SA8 отсутствует), подключить тумблером SA3 дроссель L1, подключить дополнительный конденсатор тумблером SA2, перевести ручку RН в крайнее левое положение, что соответствует максимальному току нагрузки.

Зарисовать осциллограммы тока дросселя и напряжения на транзисторе, для чего подсоединить общий кабель осциллографа к гнезду XS3, а измерительные к гнездам XS6 и XS4 соответственно. Скважность установить рукояткой «рег. скваж.» равной 2 (величина скважности контролируется по осцилографу, при этом время включенного состояния транзистора соответствует интервалу нулевого напряжения на нем).

Переключить дроссель на L2 и зарисовать те же осциллограммы при трех различных значениях скважности (q = 1,5; 2 и 3).

Повернув ручку RH в крайнее правое положение, уменьшить ток нагрузки и, меняя скважность, попытаться добиться режима прерывистого тока, и зарисовать осциллограммы для этого режима. Наступление режима прерывистого тока можно определить по форме тока индуктивности, который будет достигать нуля, и по форме напряжения на транзисторе - оно будет иметь ступеньку в момент включения диода.

Вернуться в режим непрерывного тока, для этого повернуть рукоятку «нагрузка» в среднее положение и установить значение скважности, равное 2 с помощью рукоятки «рег.скваж.».

2.3.5. Снять и построить регулировочную характеристику регулятора и сравнить ее с теоретической.

Изменяя скважность рукояткой «рег.скваж.» и определяя ее значение по осциллографу, фиксировать значение выходного напряжения по =PV4. При этом, для каждого значения скважности рукояткой автотрансформатора устанавливается входное напряжение, равное 30 В.

2.3.6. Снять и построить выходные характеристики: зависимость выходного напряжения от тока нагрузки Uвых=f(Iн) при фиксированном Uвх и зависимость Uвых=f(Uвх) в разомкнутой системе.

Изменяя ток нагрузки рукояткой RН, снять и построить характеристику Uвых(Iн) по трем точкам (при крайнем правом, среднем и крайнем левом положении рукоятки RН сопротивление RH соответственно равно 120, 70 и 20 Ом), при этом Uвх установить равным 30 В, а скважность равной 2. Установив рукоятку RН в среднее положение, и изменяя рукояткой «напряжение» входное напряжение от 10 В до 40 В, снять характеристику Uвых(Uвх) (не менее 7 точек, скважность оставить равной 2).

2.3.7. Снять и построить выходную характеристику Uвых=f(Iн) и зависимость Uвых=f(Uвх) в замкнутой системе при трех различных коэффициентах обратной связи.

Переведя тумблер SA5 (В работах второй модификации SA4) в положение «вкл», замкнуть обратную связь (при этом Кос=20) и повторить действия, описанные в п. 2.3.6.

Включив тумблер SA7 (в работах второй модификации SA6), уменьшить коэффициент обратной связи до Кос=2 и снова снять характеристики. Включив тумблер SA6 (в работах второй модификации SA5), еще больше уменьшить коэффициент обратной связи до Кос=0,25 и снова снять те же характеристики.

Построить на одном графике выходные характеристики для трех значений коэффициента обратной связи.

2.3.8. По полученным данным определить коэффициент стабилизации и статическое внутреннее сопротивление в замкнутой системе при трех значениях Кос. Сравнить с результатами теоретической части. Коэффициент стабилизации определяется по формуле (2.3), а выходное сопротивление вычисляется как

,                                        (2.5)

где Uвых – изменение выходного напряжения, вызванное изменением выходного тока Iн.

2.4. Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия понижающего регулятора постоянного тока. Какую роль при работе выполняют дроссель, выходной конденсатор, обратный диод?

2. Объясните полученные в результате выполнения работы осциллограммы. Какие электромагнитные процессы они отражают?

3. Объясните принцип широтно-импульсной модуляции. В чем состоит роль обратной связи в работе регулятора?

4. Как понимать утверждение о том, что при увеличении коэффициента обратной связи выходное сопротивление регулятора уменьшается?

Лабораторная работа № 8

ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ КОММУТАЦИИ ТИРИСТОРОВ

8.1. Предмет исследования

В лабораторной работе изучаются принципы управления тиристорными ключами на примере работы 3-х схем коммутации тиристоров, используемых в силовых электронных регуляторах и преобразователях электрической энергии.

8.2. Описание установки

В состав блока лабораторной работы входят три схемы коммутации тиристоров (рис. 8.1.), отображенные на передней панели и система управления. Для ознакомления с принципом действия подобных схем полезно прочитать раздел о тиристорных контакторах в [1]. Напряжение питания подается на схемы через тумблер «Сеть», при включении которого к питанию подключается схема, соответствующая положению переключателя «СХ1, СХ2, СХ3». При этом на мнемоническом изображении включенной схемы должна гореть индикаторная лампочка. Система управления подает управляющие импульсы на тиристорные ключи схем. Тиристоры СХ1 коммутируются с частотой 50 Гц, а СХ2 и СХ3 – с частотой 270 Гц. Все три схемы должны питаться от напряжения +30 В, данное напряжение фиксируется по вольтметру PV1.

Первая схема коммутации имеет переменный резистор RН, диапазон изменения сопротивления которого 0 - 1000 Ом. Последовательно ему включен резистор R2 сопротивлением 100 Ом. Поэтому при теоретических расчетах для этой схемы следует принять, что сопротивление нагрузки при 3-х положениях переменного резистора (крайнем левом, среднем и крайним правым) равно соответственно 100, 600 и 1100 Ом. Емкость конденсатора С=10 мкФ.

Во второй схеме коммутации емкость в колебательном контуре выключения тиристора может изменяться путем переключения тумблеров SA3 и SA4: при отключенных тумблерах С=С1=1 мкФ, при включении SA3  емкость контура увеличивается до С=С1+С2=3 мкФ, и при включении SA4 увеличивается до С=С1+С2+С3=5 мкФ. Также имеется возможность модифицировать нагрузку: тумблером SA1 параллельно сопротивлению нагрузки RН подключается резистор R2, а тумблером SА2 последовательно резисторам подключается индуктивность L1. Номиналы резисторов нагрузки R2=RН=100 Ом.

Рис. 8.1. Три схемы коммутации тиристоров:

а) СХ1, б) СХ2, в) СХ3

В СХ3 на панель выведена ручка потенциометра RН. Это дает возможность экспериментально наблюдать срыв и возникновение коммутации тиристора. Крайнее левое положение потенциометра соответствует  значению  сопротивления   нагрузки   100  Ом,  среднее – 3,5 кОм, а крайнее правое – 6,9 кОм. Также в схеме можно менять коммутационную емкость:  при выключенных тумблерах SА5 и SА6 С=С1=1 мкФ, при включении тумблера SА5 значение емкости составляет С=С1+С2=2 мкФ (С2=1 мкФ), а при одновременном включении тумблеров SА5 и SА6 значение емкости составит С=С1+С2+С3=3 мкФ (С3=1 мкФ).

В схемах используются тиристоры типа 2У202 и диоды типа 2Д203. Номиналы резисторов R3 во второй схеме и R1 в третьей схеме, служащие для измерения тока, равны R3=R1=0,1 Ом.

8.3. Задание на работу и методические указания по ее выполнению

8.3.1. Для схемы коммутации тиристоров СХ1 теоретически построить зависимость времени, которое дает схема на выключение тиристора, от сопротивления нагрузки при емкости коммутирующего конденсатора С=10 мкФ и изменении сопротивления нагрузки в диапазоне от 100 до 1100 Ом.

8.3.2. Для второй схемы коммутации составить схемы замещения по интервалам и записать дифференциальные уравнения. Качественно определить характер их решения. Построить диаграммы токов и напряжений на элементах контура, отметить особенности вносимые в работу схемы индуктивной составляющей нагрузки.

8.3.3. Вывести формулу для расчета критического сопротивления нагрузки в схеме, реализующей третий способ коммутации тиристоров, на основании условия перехода апериодического процесса в колебательный: .

8.3.4. В первой схеме коммутации тиристоров снять осциллограммы напряжений анод-катод тиристоров VS1 и VS2, напряжений на конденсаторе С и нагрузке RН при значении её сопротивления 600 Ом.

Перед началом работы убедиться в том, что органы управления стендом находятся в исходном состоянии, т. е. все тумблеры находятся в положении "Выкл.", переключатель "Выбор схемы"– в положении СХ1, а ручки потенциометров RН – в среднем положении.

Автомат QF на щите питания перевести в положение "Вкл."; ручкой "Напряжение" выставить по вольтметру PV1 входное напряжение Uвх=30 В. Включением тумблера «Сеть» подать питание на блок лабораторной работы, при этом загорается индикатор СХ1. Ручкой потенциометра RН выставить значение сопротивления нагрузки, равное 600 Ом.

Для снятия осциллограмм напряжений на тиристорах общий провод осциллографа подключить к клемме XS4, а сигнальные – к клеммам XS2 и XS3. Для снятия осциллограмм напряжений на нагрузке и емкости общий провод осциллографа подключить к клемме XS3, а сигнальные – к клеммам XS1 и XS2.

8.3.5. Снять и построить зависимость времени tвыкл, в течение которого схема осуществляет выключение тиристора VS2, от сопротивления нагрузки RН. Сравнить данную зависимость с результатами теоретического расчета.

Время tвыкл – это время в течение которого тиристор VS2 находится под отрицательным напряжением анод-катод. Оно измеряется по осциллографу, при этом сопротивление нагрузки меняется в пределах, указанных в описании установки (для построения зависимости достаточно трех точек измерения).

8.3.6. Исходя из симметрии работы тиристоров в СХ1 и результатов выполнения прошлого пункта вычислить сопротивление резистора R1.

8.3.7. В схеме коммутации тиристоров СХ2 снять осциллограммы напряжения анод-катод тиристоров VS1 и VS2 для случая нормальной работы (т.е. когда тиристор VS1 выключается) и для случая сорванной коммутации. Снять осциллограммы тока тиристора VS1 при разных значениях тока нагрузки и при активно-индуктивной нагрузке.

Переключатель «Выбор схемы» перевести в положение СХ2, при этом должен загореться соответствующий красный индикатор. Тумблеры SА1 перевести в положения «откл», а SА2 в положение «вкл», что соответствует режиму работы с отключенной дополнительной нагрузкой, а тумблеры SА3, SА4 - в положение «вкл».

Осциллограммы напряжения на анодах тиристоров снимаются относительно их катодов, для этого общий провод осциллографа подключить к клемме XS14, а сигнальные – к клеммам XS9 и XS10. Отключить дополнительные ёмкости тумблерами SА3, SА4 и снять те же осциллограммы для случая сорванной коммутации. Если в этом случае режим сорванной коммутации не реализуется, то следует подключить дополнительную нагрузку тумблером SА1 и повторить измерения.

8.3.8. Снять осциллограммы тока тиристора VS1 и напряжения анод-катод. Ток тиристора VS1 определяется по падению напряжения на резисторе R3, одновременно с током необходимо наблюдать и фиксировать форму напряжения анод-катод тиристора VS1. Для этого общий провод подключить к клемме XS9, а измерительные к клеммам XS7 и XS14. Осциллограммы снять для трех значений коммутирующей емкости и для активного и индуктивного характеров нагрузки при максимальном значении емкости.

8.3.9. В схеме коммутации тиристоров СХ3 снять осциллограммы напряжения анод-катод и тока тиристора VS3.

Переключатель «Выбор схемы» перевести в положение СХ3. Переключатели SА5 и SА6 перевести в положение «откл». Потенциометр RН выставить в крайнее правое положение.

Одновременно наблюдать осциллограммы напряжения и тока тиристора. Для этого общий провод подключить к гнезду XS16, а сигнальные - к гнездам XS15 и XS19. Изменяя сопротивление нагрузки, добиться срыва коммутации, это будет соответствовать критическому сопротивлению нагрузки. Зарисовать осциллограммы для случая нормальной работы и сорванной коммутации.

8.3.10. Снять осциллограммы напряжения на нагрузке и напряжения на дросселе для различных значений коммутирующей емкости в схеме коммутации СХ3.

Для снятия осциллограмм напряжения на нагрузке и напряжения на дросселе общий провод осциллографа необходимо подсоединить к гнезду XS20, а измерительные - к гнездам XS21 и XS19. Снять осциллограммы при трех значениях емкости, изменяя их с помощью тумблеров SА5 и SА6. При каждом значении емкости вращением ручки потенциометра добиться срыва коммутации и по углу поворота приблизительно оценить критическое сопротивление нагрузки. Далее, исходя из полученных результатов, по формуле, данной в п. 8.3.3. оценить значение индуктивности дросселя.

8.4. Контрольные вопросы.

1. Объясните принцип работы первой схемы коммутации.

2. Как часто можно совершать коммутации в первой схеме? Как влияет величина сопротивления R1 на работу схемы?

3. Объясните принцип работы второй схемы коммутации.

4. Как влияют параметры нагрузки и коммутационного контура на работу схемы?

5. Объясните принцип действия третьей схемы коммутации.

6. Какова будет форма тока тиристора в двух крайних случаях: при очень большом и очень малом RН?

Лабораторная работа №9

ТИРИСТОРНЫЙ КОНТАКТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

9.1. Предмет исследования

В настоящей работе исследуется тиристорный контактор постоянного тока, его принцип действия, электромагнитные процессы в элементах схемы, влияние параметров нагрузки и коммутационного контура на работу схемы.

9.2. Описание установки

В состав блока лабораторной работы входит контактор, мнемоническая схема которого отображена на передней панели блока, блок нагрузок, система управления и транзистор VT, через который напряжение периодически подается на контактор (рис. 9.1). Работа контактора описана в [1, стр. 216]. Установка включается в работу тумблером SА (включение индицируется светодиодом). Последовательно тумблеру включен транзистор VT (не отображен на передней панели), который периодически открывается и закрывается с частотой около 20 Гц, подавая на контактор импульсы питающего напряжения длительностью около 40 мс и разрывая цепь нагрузки примерно на 5-10 мс. Это позволяет наблюдать не только режим нормальной работы контактора, но и режим сорванной коммутации. При отсутствии данного транзистора, в случае однократного срыва коммутации, контактор, в силу специфики своей работы, не смог бы подготовиться к следующей коммутации. Нагрузка контактора может изменяться переключением тумблеров SА1 (подключение параллельно R1 дополнительной нагрузки R2) и 2 (подключение последовательно активному сопротивлению нагрузки индуктивности L1). Обратный диод VD1 служит для защиты контактора и транзистора от бросков напряжения при коммутации активно-индуктивной нагрузки. Тиристор VS1 является основным, тиристор VS2 – коммутационным. Коммутационный контур образован индуктивностью L2, которая может меняться переключением тумблеров 3 и 4 и емкостью, которая формируется из конденсаторов С1, С2, С3, подключаемых тумблерами SА5, 6, 7. Резисторы R3 и R4 являются низкоомными и служат для измерения токов.

Рис. 9.1 Тиристорный контактор постоянного тока

Система управления раздает управляющие импульсы в следующем порядке: вначале подается отпирающее напряжение на базу транзистора VT, затем следует импульс на тиристор VS2 (подготовка к коммутации), потом подается отпирающий импульс на VS1 (коммутация), после чего на базу тиристора VT подается запирающее напряжение. В схеме применяются тиристоры типа 2У202, диоды типа 2Д203, транзистор VT типа 2Т827А. Сопротивления резисторов R1 и R2 равны 2200 Ом, номиналы резисторов R3=R4=0,1 Ом. Номиналы емкостей конденсаторов С1=С2=С3=1 мкФ.

9.3. Задание на работу и методические указания по ее выполнению

9.3.1. Составить схемы замещения по интервалам проводимости электронных ключей и записать соответствующие дифференциальные уравнения. Нагрузку считать чисто активной. На качественном уровне изобразить формы токов основного тиристора и коммутационного контура и напряжения на емкости контура во время подготовки к коммутации и во время самой коммутации. Оценить возможные изменения в формах токов и напряжений при активно-индуктивной наугрузке.

9.3.2. Реализовать на установке режим работы контактора с выключением основного тиристора при чисто активной нагрузке. Для этого следует вначале включить автоматический выключатель QF. Ручкой «Напряжение» установить по вольтметру PV1 напряжение питания равным 30 В. Тумблером SA подключить лабораторную работу, включить тумблер SА2, шунтирующий индуктивность нагрузки и подключить тумблерами SА5, SА6, 7 конденсаторы С1, С2, С3 в емкость контура. Зашунтировать часть витков индуктивности L2, включив тумблеры SА3 и SА4.

Снять и зарисовать следующие осциллограммы:

а) напряжение на нагрузке и ток нагрузки, для чего подсоединить общий провод осциллографа к гнезду XS2, а измерительные – к гнездам XS1 и XS3.

б) напряжение на основном тиристоре и ток основного тиристора. Для этого общий провод подключить к XS4, а измерительные концы к XS3 и XS5.

в) напряжение на тиристоре VS2 и напряжение на коммутационной емкости. Общий провод следует подсоединить к гнезду XS7, а измерительные провода – к XS5 и XS6.

г) напряжения анод-катод на тиристорах VS1 и VS2. Концы осциллографа для этого следует подключить в следующем порядке: общий – к гнезду XS5, а измерительные – к XS4 и XS7.

9.3.3. Реализовать на установке режим работы без отключения основного тиристора при чисто активной нагрузке. Для достижения срыва коммутации следует подключить тумблером SА1 сопротивление R2 параллельно R1, выключить тумблеры SА3 и SА4, увеличив тем самым индуктивность контура до максимально возможной и максимально уменьшить емкость контура, оставив включенным в контур лишь один конденсатор. Далее снять осциллограммы, перечисленные в п. 5.3.2. Если при указанных переключениях режим срыва коммутации не достигается, то следует выключить из контура все конденсаторы и снять только осциллограммы п. 9.3.2. а) и б).

9.3.4. Изучить работу контактора при активно-индуктивном сопротивлении нагрузки. Для этого вернуться к положению тумблеров, описанному в п. 9.3.2. и выключить SА2, при этом последовательно резистору R1 в нагрузку подключается дроссель L1. Далее снять все осциллограммы, описанные в п. 9.3.2. и на зарисованных осциллограммах пунктирной линией отметить отличия, вносимые в соответствующие токи и напряжения индуктивностью нагрузки.

9.3.5. Изучить влияние параметров колебательного контура на работу контактора, выполнив п. 9.3.2. с тем отличием что каждую пару осциллограмм следует дополнить пунктирными линиями (желательно разных цветов), отражающими влияние изменения емкости и индуктивности контура на форму осциллограммы. Для этого при каждом фиксированном положении концов осциллографа варьировать индуктивность переключением тумблеров SА3 и SА4, и емкость тумблерами SА5-SА7, замечая происходящие на осциллограммах изменения.

 Примечание: Для наглядного представления электромагнитных процессов, в протоколе лабораторной работы осциллограмы необходимо  располагать одну под другой, соотнося моменты времени. Набор осциллограмм, предложенный для снятия в данной работе, позволяет изобразить все осциллограммы в едином масштабе времени.

5.4. Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия контактора постоянного тока. Почему такие контакторы называются двухступенчатыми?

2. Какие электромагнитные процессы протекают в схеме на различных интервалах ее работы в различных режимах?

3. Объясните полученные в результате выполнения работы осциллограммы.

4. Как влияют параметры LC-контура и нагрузки на работу контактора?

Чем ограничена частота коммутаций тиристороного контактора постоянного тока?

Лабораторная работа №10

тиристорный контактор переменного тока

10.1. Предмет исследования

В работе изучается принцип действия тиристорного контактора переменного тока и электромагнитные процессы, происходящие в при его функционировании, а также особенности этих процессов при разных видах нагрузки и разных параметрах коммутирующего LC-контура.

10.2. Описание установки

В состав блока лабораторной работы входит контактор, нагрузка и система управления (рис. 10.1). Мнемоническая схема контактора представлена на передней панели блока. Переменное напряжение (36 В) подается на установку через тумблер SA1 (при этом должна гореть индикаторная лампочка). Нагрузка контактора состоит из резистора RН1, включенного в цепь постоянно, резисторов RН2 и RН3, подключаемых параллельно RН1 тумблерами SA2 и SA3, и из индуктивности LН, подключаемой к RН1 тумблером SA4 также параллельно. Контактор включен в цепь последовательно нагрузке. Во время работы (которая описана в [1, стр. 211-213]) питающее напряжение подается на нагрузку через тиристор VS1 и диод VD2 (положительная полуволна), а также через тиристор VS2 и диод VD1 (отрицательная полуволна). Тиристор VS3 является коммутационным. Коммутационный колебательный контур образован конденсатором С1 (параллельно которому при помощи SA7 может подключаться емкость С2) и дросселем L2, часть витков которого закорачивается включением тумблера SA6. Тумблер SA8 в данной работе реально не используется и дополнительный источник постоянного напряжения постоянно подпитывает коммутационную емкость. Тем не менее рекомендуется держать тумблер SA8 включенным. Отключение контактора в данной лабораторной работе происходит только во время положительной полуволны питающего напряжения, т.е. отключается только тиристор VS1. Система управления обеспечивает подачу управляющего импульса на тиристор VS3 в фазе 0-180 положительной полуволны, для чего на переднюю панель блока выведена ручка

потенциометра «выкл». Питание блока лабораторной работы осуществляется от переменного напряжения 50 Гц, поэтому синхронизация осциллографа должна осуществляться от сети. Низкоомный резистор R5 служит для измерения тока тиристора VS1, практически не влияя на работу схемы. В схеме применяются тиристоры типа 2У202, диоды типа 2Д203. Емкость конденсаторов С1=10 мкФ, С2=4 мкФ. Номиналы резисторов нагрузки RН1=RН2=RН3=33 Ом. Номинал резистора R5=0,1 Ом.

Рис. 10.1.  Тиристорный контактор переменного тока

10.3. Задание на работу и методические указания по ее выполнению

10.3.1. Теоретически рассмотреть процесс коммутации тиристора VS1 при активной нагрузке: составить схемы замещения по интервалам проводимости электронных ключей, записать дифференциальные уравнения, описывающие процесс коммутации и качественно зарисовать формы токов, необходимые для пояснения работы контактора.

10.3.2. Снять осциллограммы входного напряжения и напряжения на активной нагрузке RН1 контактора при углах включения вспомогательного тиристора VS3, приблизительно равных 45, 90 и 135. Осциллограмму питающего напряжения зарисовать только одну, во избежание повторений. Осциллограммы напряжения на нагрузке построить в одном временном масштабе, принимая за начало отсчета момент перехода питающего напряжения через нуль (подобным образом следует оформлять и выполнение следующих пунктов). Для начала работы необходимо включить автомат QF стенда и тумблер SA1 лабораторной работы. Включить коммутационный LC-контур переводом тумблера SA5 в положение «вкл», тумблеры SA2-SA7 должны быть выключены. По вольтметру PV2 установить входное переменное напряжение 36 В. Подключить общий вход осциллографа к клемме XS10, первый сигнальный вход – к клемме XS1, второй – к клемме XS9, и снять требуемые осциллограммы.

10.3.3. Выяснить при каких значениях угла выключения тиристора происходит выключение контактора при последовательном увеличении нагрузки. Для этого оставить концы осциллографа в том же положении, что и в предыдущем пункте. Тумблером SA2 подключить дополнительную нагрузку. Плавно изменяя угол управления тиристора от 0 до 180 и от 180 до 0, проследить наличие, срыв и появление коммутации. Оценить по осциллографу значения критических углов и сделать пояснительный рисунок: в каком месте полуволны осуществляется коммутация, а в каком нет. Подключив дополнительно RН3, повторить исследование.

10.3.4. Выяснить, при каких параметрах коммутационного контура и нагрузки срывается коммутация. Положение концов осциллографа в этом пункте не изменяется, угол включения тиристора VS3 выставить 90. Результаты выполнения эксперимента оформить в виде таблицы:

RН1+RН2

RН1+RН2+

+RН3

RН1+RН2+

+LН

RН1+RН2+

+RН3+LН

С1, SA6 выкл

С1+С2, SA6 выкл

С1, SA6 вкл

В ячейках таблицы следует написать + или – , в зависимости от наличия коммутации.

10.3.5. Исследовать коммутацию активно-индуктивной нагрузки. Снять осциллограммы входного напряжения и напряжения на нагрузке при углах управления коммутационного тиристора, 30, 60, 90, 120 и 150. Положение концов осциллографа не меняется. Отключить нагрузки RН2 и RН3 и подключить в нагрузку индуктивность тумблером SA4. Затем снять требуемые осциллограммы.

10.3.6. При угле включения тиристора VS3 равном 90 снять осциллограммы:

а) напряжения на тиристоре VS1 и тока тиристора VS1;

б) напряжения на тиристорах VS2 и VS3.

Для того чтобы снять напряжение на тиристоре VS1 и ток тиристора, общий вход осциллографа следует подключить к XS2, а сигнальные входы – к клеммам XS3 и XS1. При этом чувствительность осциллографа в канале, измеряющем ток, должна быть увеличена до необходимых для измерения пределов. Напряжение на тиристорах VS2 и VS3 снимается подключением общего входа к клемме XS3, и сигнальных входов к XS6 и к XS9. Осциллограммы снимать при активной нагрузке.

10.4 Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия тиристорного контактора переменного тока. Какие электромагнитные процессы происходят при коммутации?

2. Объясните все полученные в результате выполнения работы осциллограммы электромагнитных процессов.

3. Электрический ток во время коммутации тиристора VS1 идет по контуру, замыкающемуся через VD3. Почему контур тока не замыкается через VD4?

4. Объясните, почему при некоторых значениях параметров коммутационного контура и нагрузки коммутация может происходить или не происходить в зависимости от угла управления тиристора VS3.

Рекомендуемая литература

Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. М.: Энергоатомиздат. 1992.

Розанов Ю. К., Хруслов Л. Л. Расчет силовых электронных прерывателей и регуляторов: М.: Изд-во МЭИ, 1992.

Основы теории цепей. Зевеке Г. В. Ионкин П. А. и др. Л.: Энергия, 1965.

Электрические и электронные аппараты. Схемы силовой электроники. Розанов Ю. К., Коробков Ю. С. и др. М.: Изд-во МЭИ, 1995.

Уильямс Б. Силовая электроника: приборы, применение, управление. Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1992.

Содержанипе

Предисловие

3

Техника безопасности

4

Цель работ

4

1. Описание лабораторного стенда

5

2. Правила пользования осциллографом

7

3. Лабораторная работа № 2

9

4. Лабораторная работа № 8

15

5. Лабораторная работа № 9

20

6. Лабораторная работа № 10

24

Рекомендуемая литература

28

Анатолий Семенович Пучков

Юрий Сергеевич Коробков

Максим Владимирович Рябчицкий

Павел Николаевич Завгородний

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

по курсу

«Электрические и электронные аппараты»

(фронтальный метод)

Редактор

Ю. К. Розанов

Редактор издательства

Е.Н. Касьянова

           

Темплан издания МЭИ 1997 г.(II), метод.

Подписано к печати 30.06.98.

Формат бумаги 6084/16

Физ. печ. л. 2.0.

Тираж 500

Изд № 155

Заказ

           


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

78172. Этапы проектирования ИС с применением UML 347.5 KB
  Этапы проектирования ИС: моделирование бизнеспрецедентов разработка модели бизнесобъектов разработка концептуальной модели данных разработка требований к системе анализ требований и предварительное проектирование системы разработка моделей базы данных и приложений проектирование физической реализации системы. Диаграммы базы данных dtbse digrms модель структуры базы данных отображает таблицы столбцы ограничения и т. Диаграммы компонентов component digrms – модель иерархии подсистем отражает физическое размещение баз данных...
78173. Понятие экономической информационной системы. Классы ИС. Структура однопользовательской и многопользовательской, малой и корпоративной И 122 KB
  Понятие экономической информационной системы. Этапы создания ИС: формирование требований концептуальное проектирование спецификация приложений разработка моделей интеграция и тестирование информационной системы. Информация в современном мире превратилась в один из наиболее важных ресурсов а информационные системы ИС стали необходимым инструментом практически во всех сферах деятельности. Информационные системы можно классифицировать по целому ряду различных признаков.
78174. Понятие жизненного цикла ПО ИС. Процессы жизненного цикла: основные, вспомогательные, организационные. Содержание и взаимосвязь процессов жизненного цикла ПО ИС 121.5 KB
  Модели жизненного цикла: каскадная модель с промежуточным контролем спиральная. Модель жизненного цикла отражает различные состояния системы начиная с момента возникновения необходимости в данной ИС и заканчивая моментом ее полного выхода из употребления. Модель жизненного цикла структура содержащая процессы действия и задачи которые осуществляются в ходе разработки функционирования и сопровождения программного продукта в течение всей жизни системы от определения требований до завершения ее использования. В настоящее время известны и...
78175. ОРГАНИЗАЦИЯ РАЗРАБОТКИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 147.5 KB
  Обследование это изучение и диагностический анализ организационной структуры предприятия его деятельности и существующей системы обработки информации. Этап предполагает тесное взаимодействие с основными потенциальными пользователями системы и бизнесэкспертами. По завершении этой стадии обследования появляется возможность определить вероятные технические подходы к созданию системы и оценить затраты на ее реализацию затраты на аппаратное обеспечение закупаемое программное обеспечение и разработку нового программного обеспечения ....
78176. АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ ВНЕДРЕНИЯ ИС: ВЕРСИЯ ДЛЯ ПЕЧАТИ И PDA 250 KB
  Миссия компании дерево целей и стратегии их достижения. Статическое описание компании: бизнеспотенциал компании функционал компании зоны ответственности менеджмента. Динамическое описание компании. Полная бизнесмодель компании.
78177. Разработка программ методом пошаговой детализации 41.5 KB
  Под структурным программированием понимают такие методы разработки и записи программы, которые ориентированы на максимальные удобства для восприятия и понимания ее человеком
78178. Разработка программ с использованием Unit 61 KB
  Модуль – программная единица, текст которой компилируется независимо (автономно). Структура модуля позволяет использовать его как своеобразную библиотеку описаний. Модули являются достаточно гибким и удобным инструментальным средством при разработке больших программах комплексов рамках совместной технологии разработки программного обеспечения
78179. Разработка программ обработки строк, множеств и записей 192 KB
  Количество символов в строке длина строки может динамически изменяться от 0 до 255. Для определения данных строкового типа используется идентификатор String за которым следует заключенное в квадратные скобки значение максимально допустимой длины строки данного типа. Если это значение не указывается то по умолчанию длина строки равна 255 байт. Формат описания строкового типа Type имя типа...
78180. Разработка программ с использованием методов сортировки 77 KB
  Изучить основные приемы программирования по написанию программ с использованием сортировок включением, выбором и обменных сортировок. Согласно своему варианту разработать программу с применением одного из методов сортировки массивов.