Великолукский техникум железнодорожного транспорта

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВЕЛИКОЛУКСКИЙ ТЕХНИКУМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ИМЕНИ К.С. ЗАСЛОНОВА

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

по дисциплине:

«Электропривод и преобразователи

Подвижного состава»

 

 

Для специальности 190304

«Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог»

Локомотивы

 

 

2009 год.

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

Программой дисциплины «Электропривод и преобразователи подвижного состава» предусматривает изучение тягового электропривода подвижного состава, способов регулирования скорости и силы тяги локомотивов. Преподавание дисциплины должно иметь практическую направленность и проводиться во взаимосвязи с такими учебными дисциплинами, как «Электротехника и электроника», «Электрические машины», «Основы локомотивной тяги», «Электрические аппараты и цепи тепловозов и дизель-поездов».

Дисциплина «Электропривод и преобразователи подвижного состава» относится к специальному циклу дисциплин в структуре основной профессиональной образовательной программы.

В учебном процессе средних специальных учебных заведений на­ряду с теоретическим обучением значительное место отводится вы­полнению лабораторных работ. Правильное сочетание теоретических знаний с практикой лабораторных работ обеспечивает высокое ка­чество подготовки специалистов.

Руководство по выполнению лабораторных работ составлено в соответствии с учебными программами предметов «Электропривод и преобразователи подвижного состава» для специальностей «Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог» (Локомотивы).

 

Теоретический курс данной дисциплины состоит из следующих основных разделов:

 

1. Конструкция двигателей и генераторов

2. Электромашинные преобразователи

3. Системы регулирования возбуждения генераторов

4. Выпрямители подвижного состава

5. Неуправляемые выпрямители

6. Управляемые выпрямители

7. Импульсные регуляторы

8. Частотно-импульсные регуляторы (ЧИР)

9. Широтно-импульсные регуляторы (ШИР)

10. Инверторы

11. Зависимые инверторы

12. Автономные инверторы

13. Выпрямительно-инверторные преобразователи (ВИП)

14. Автоматическое регулирование на подвижном составе

 

 

 

Лабораторные работы выполняются по следующей тематике:

Лабораторное занятие № 1  Исследование конструкции ТЭД.

Лабораторное занятие № 2  Исследование конструкции расщепителя фаз

Лабораторное занятие № 3  Исследование работы однофазных неуправляемых выпрямителей.

Лабораторное занятие № 4  Исследование работы однофазных управляемых выпрямителей.

Лабораторное занятие № 5  Исследование работы частотно--импульсного регулятора.

При выполнении лабораторной работы студенту присваивается вариант согласно номера в учебном журнале.

При подготовке к написанию лабораторной работы студент должен изучить материал по соответствующей теме.

На выполнение каждой лабораторной работы учебным планом и рабочей программой отведено – 2 часа.

 

Общие указания по оформлению отчетов по лабораторным работам

 

Отчеты по лабораторным работам выполняются согласно единым требованиям по оформлению конструкторской документации на листах формата А4.

Первый лист является титульным.

На втором листе указывается перечень лабораторных работ, который оформляется в соответствии с ЕСКД.

Текст в отчетах лабораторных работ пишется от руки ручкой черной или синей пастой.

Отчеты по лабораторным работам должны подшиваться в папку.

Графическую часть выполнять четко, достаточно крупно с использованием чертежных принадлежностей. Сложные рисунки, схемы, диаграммы допускается приводить в виде ксерокопий или сканированных изображений с последующей распечаткой, но при этом не забывайте дополнять их спецификацией, т.е. расшифровкой всех названий деталей, частей, узлов, осей, кривых и т.д.

 

 

Содержание

		стр
1.	Сведения о тяговых электро­двигателях и условия их работы…………………………...	5
2.	Конструкция тягового электродвигателя ЭД - 118 А…………………………………….	5
3.	Основные технические характеристики тягового электродвигателя ЭД - 118 А……...	9
4.	Основные неисправности тягового электродвигателя ЭД - 118 А……………………..	9
5.	Определение сопротивления изоляции тягового электродвигателя……………………..	11
6.	Задание к лабораторной работе №1………………………………………………………..	12
7.	Конструкция и технические данные расщепителя фаз НБ-455…………………………..	13
8.	Принцип действия расщепителя фаз НБ-455……………………………………………..	15
9.	Задание к лабораторной работе №2………………………………………………………..	18
10.	Принцип действия двухполупериодной мостовой схемы выпрямления однофазного переменного тока……………………………………………………………………….……	19
11.	Принцип действия двухполупериодной мостовой схемы выпрямления однофазного переменного тока при работе выпрямителя на электрический двигатель при не­полном сглаживании выпрямленного тока………………………………………………………….	20
12.	Общие положения о сглаживании пуль­саций выпрямленного тока. Коэффициент пульсации……………………………………………………………………………….…….	22
13.	Процесс сглаживания выпрямленного тока реакторами в двухполупериодных мостовых схемах выпрямления тока……………………………………………………….	23
14.	Внешняя характеристика, КПД, коэффициент мощности выпрямителя………………..	24
15	Коэффициент мощности……………………………………………………………………	25
16.	Задание к лабораторной работе №3………………………………………………………..	27
17.	Действие мостовой схемы регулирова­ния выпрямительного напряжения изменением момента открытия вентилей (тиристоров) при работе на актив­ную нагрузку………...	28
18.	Действие мостовой схемы регулирова­ния выпрямленного напряжения изменением момента открытия вентилей (тиристоров) при работе на индук­тивную нагрузку (цепь тягового электродвигателя со сглаживающим реактором)…………………………….…	29
19.	Действие схемы однофазного управляе­мого двухполупериодного выпрямителя……...	30
20.	Задание к лабораторной работе №4………………………………………………………..	31
21.	Работа схемы импульсного регулятора напряжения двигателя постоянного тока……..	32
22.	Работа схемы тиристорного прерывате­ля для частотно-импульсного регулирования напряже­ния, двигателя постоянного тока…………………………………………………	33
23.	Задание к лабораторной работе №5………………………………………………………..	34
24.	Литература……………………………………………………………………………………	35

Лабораторная работа №1

Сведения о тяговых электро­двигателях и условия их работы.

Тяговые электродвигатели служат для преобразования электри­ческой энергии в механическую и передачи вращательного момента к колесным парам. Тепловозы с электрической передачей имеют индивидуальный привод колесных пар, т. е. каждая колесная пара приводится во вращение отдельным тяговым электродвигателем. Вращающий момент от тягового электродвигателя к колесной паре при индивидуальном приводе передается при помощи одноступен­чатого тягового редуктора, состоящего из двух цилиндрических ше­стерен: ведущей на валу двигателя и ведомой на оси колесной па­ры. На тепловозах из-за ограниченных габаритов для размещения тягового электродвигателя применяется односторонняя, несиммет­ричная относительно оси тепловоза прямозубая передача.

На тепловозах с передачей мощности постоянного или перемен­но-постоянного тока применяются тяговые электродвигатели посто­янного тока с последовательным возбуждением. Тяговые электро­двигатели выполняются в основном с опорно-осевым подвешивани­ем, и только на пассажирских тепловозах ТЭП60, ТЭП70, ТЭП75 и грузовом тепловозе 2ТЭ121 они имеют опорно-рамную подвеску. При опорно-осевом подвешивании тяговый электродвигатель опи­рается на среднюю часть оси колесной пары, имеющую специаль­ные опорные шейки, двумя моторно-осевыми подшипниками. Третья опора тягового двигателя выполнена упругой в виде пружинного комплекта, состоящего из четырех пружин. Тя­говый электродвигатель состоит из остова, катушек главных   и добавочных   полюсов, подшипниковых щитов, якорных подшипников, якоря, моторно-осевого под­шипника.

Конструкция тягового двигателя, его подвешивание и передача должны обес­печивать наименьшее динамическое воз­действие подвижного состава на путь и пути на двигатель, что особенно важно при высоких скоростях движения. Для этого в передаче желательно применять эластичные элементы, а массу самого двигателя максимально снижать. На пас­сажирских локомотивах и моторных ваго­нах, рассчитанных на движение с высо­кими скоростями, применяют рамное под­вешивание двигателей. Тяговые электродвигатели могут работать только при обеспечении эффективной вентиляции.

Основные неисправности

Рис. 6 Виды неисправностей коллекторных пластин

Таблица 3

Характер повреждения коллекторных пластин	Предполагаемая неисправность машины
Потемнение пластин через две на третью как у реверсивных (тяговые электродвигатели). так и у нереверсивных (тяговые генераторы) машин, имеющих по три коллекторные пластины на паз сердечника якоря (рис 6, а)	Для тяговых генераторов Межвитковое замыкание обмоток полюсов; неравномерность воздушною зазора под полюсами Для тяговых электродвигателей Перегрузка уравнительных соединений
Потемнение пластин у тяговых электродвигателей ЭДТ-200Б (ТЭЗ) вида две темные через одну светлую при трех пластинах коллектора на паз сердечника якоря (рис. 6, б)	Неправильная настройка добавочных  полюсов, смещение щеток с физической нейтрали
Потемнение коллекторных пластин v тяговых генераторов ГП-300Б (ТЭМ2) вида одна темная через четыре светлых при пяти коллекторных пластинах на один паз (рис. 6, в)	Нарушение полярности катушек полюсов, межвитковое замыкание в обмотках полю- сов, неравномерность воздушного зазора под полюсами
Потемнение коллекторных пластин через одну у тяговых электродвигателей ЭД-104А, ЭД-107, ЭД-107А, имеющих по четыре пластины коллектора на один паз сердечника (рис 6, г) Потемнение коллекторных пластин вида темная- светлая - темная — три светлых у реверсивных машин, имеющих по шесть пластин на паз (рис. 6, д)	Неправильная настройка добавочных полю сов, смещение щеток с физической нейтрали То же
Потемнение пластин вида две темные через три светлых при одном направлении вращения у реверсивных машин (рис 6, е) Групповой подгар коллекторных пластин вида темная — светлая у тягового генератора ГП-311Б с двухходовыми петлевыми обмотками (рис 6, ж)	Длительная работа со значительной асим- метрией магнитной системы, несимметричное расположение уравнительных соединении Нарушение паяных соединений в обмотке якоря, окисление или полная потеря контакта паяных поверхностей в обмотках якоря при их эксплуатации
Очаговое потемнение поверхности большого числа коллекторных пластин  (рис 6, з) Пилообразный износ коллектора по всему диаметру (рис 6, и)	Сильная деформация коллектора, слабое нажатие на щетки Попадание, в контакт абразивных частиц, работа в среде агрессивных газов, масляных паров, при повышенной влажности

Задание к лабораторной работе №1

 «Исследование конструкции тягового электродвигателя типа ЭД – 118А»

 

Цель работы:

Практически изучить конструкцию тягового электродвигателя (в дальнейшем ТЭД) типа ЭД – 118А, принцип действия, технические характеристики, место расположения на тепловозе, порядок передачи вращающего момента на ось колесной пары от вала якоря.

 

I.Оборудование:

1.ТЭД ЭД-118А;

2.Плакаты;

3.Наглядные образцы;

4.Мегоомметр;

5.Техническая литература.

 

II.Порядок выполнения работы:

1.Произвести визуальный осмотр ТЭД ЭД-118А, определить места расположения и назначение основных деталей и узлов.

2.Выполнить визуальный осмотр коллекторно-щеточного аппарата, определить возможные неисправности в работе ТЭД по состоянию его коллекторно - щеточного аппарата.

3.Произвести замер сопротивления изоляции якорной обмотки и обмотки возбуждения ТЭД.

4.Выполнить отчет по работе.

 

III.Содержание отчета.

1.Выполнить эскиз ТЭД марки ЭД 118-А.

2.Описать конструкцию ТЭД.

3.Описать отличия ТЭД ЭД – 118А от ТЭД ЭД - 118Б

4.Описать порядок проведения замеров сопротивления изоляции ТЭД, номинальные и полученные данные.

5.Описать основные неисправности ТЭД которые могут быть выявлены по состоянию коллекторно - щеточного аппарата.

6.Выполнить эскизы коллектора с основными неисправностями и описать их.

7.Сделать вывод по работе.

 

 

Лабораторная работа №2

Таблица 5

Показатель	Двигательная обмотка		Генераторная обмотка
	1-я фаза	2-я фаза	3-я фаза
Число:
полюсов	4	4	4
пазов статора	60	60	60
параллельных проводов	6	6	2
параллельных ветвей	1	1	4
витков в секции	2	2	9
проводов в пазу	24	24	36
витков в фазе	28	44	54
пазов на полюс (фазу)	4	5	6
Марка провода		псд
Размер провода (неизолированного), мм	2,8X2	2,8X2	2,8X1,25
Шаг обмотки по пазам	1 — 14	1 — 14	1 — 14
Сопротивление при 20°С, Ом	0,0213	0,034	0,0489
Тип обмотки	Двухслойная
Масса меди, кг	33,8		15,4

Конструкция. Исполнение расщепителей фаз (рис.7) защищенное горизонтальное; он установлен на лапах, имеет два щитовых подшипника качения с двумя свободными концами вала, на которых размещены реле оборотов РО-60 и якорь генератора управления ДК-405.

Для предотвращения протекания токов через подшипниковые узлы подшипник со стороны реле оборотов запрессовывают в предварительно изолированную втулку из формовочного миканита. Станина и другие детали оболочки чугунные. Подшипниковые щиты стальные, штампосварные. Пакет статора набран из отдельных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Пазы статора полуоткрытые. Обмотка статора жесткая катушечная из прямоугольного провода марки ПСД. Изоляция обмотки влагостойкая, класса В по нагревостойкости. Для повышения вибростойкости лобовые части катушек прикреплены к бандажному изолированному кольцу, которое закреплено на станине.

Изоляция паза состоит из стеклолакотканевой гильзы толщиной 0,15 мм и стекломиканитовой гильзы толщиной 0,3 мм. Статор с обмоткой подвергают двукратной пропитке в лаке МГМ8 (смесь лаков ГФ95 и МЛ92 в отношении 1:1).

Ротор расщепителя фаз короткозамкнутый залитый алюминием АО.

 

Два штыря ротора реле оборотов свободно входят в отверстия в торце вала расщепителя и, таким образом, являются связующим звеном между расщепителем и реле.

Корпус реле оборотов крепят в подшипниковой крышке. Уставка срабатывания реле оборотов РО - 60 должна находиться в  пределах 1300+¹⁰⁰ об/мин.

Номинальный зазор между статором и ротором расщепителя фаз равен 1 мм. Ротор балансируется динамически. Остаточная неуравновешенность не более 1700 гс*мм.

На расщепителе с обеих сторон применяют шариковые подшипники 76317.

 

 

Рис.7. Расщепитель фаз НБ-455 с генератором управления ДК-405 и реле оборотов:

1 — реле оборотов; 2, 6 — щиты подшипниковые; 3 — статор; 4 — ротор; 

5 — обмотка статора; 7 — остов генератора; 8 — якорь генератора; 9 — катушка главного полюса генератора; 10 — щеткодержатель.

 

Нормальная работа расщепителя фаз обеспечивается при колебании напряжения питающей сети в пределах 280—460 В. Обмоточные данные расщепителя фаз приведены в табл.5.

Шариковый подшипник со стороны, противоположной реле оборотов, работает как плавающий вследствие наличия зазоров между наружным кольцом подшипника и внутренней и наружной подшипниковыми крышками. Допустимая температура нагрева подшипников не более 80°С.

На статоре расположены две обмотки — двигательная и генераторная. Первая из них подключена к обмотке собственных нужд тягового трансформатора. Вспомогательные электродвигатели подсоединяют к зажимам С1, С2, СЗ расщепителя фаз (рис. 8). Направление вращения расщепителя фаз по часовой стрелке, если смотреть со стороны короткого конца вала (со стороны реле оборотов); при этом коробка выводов должна быть с левой стороны.

Для изменения направления вращения ротора расщепителя фаз необходимо в пусковой схеме конец генераторной фазы СЗ статора на панели выводов переключить (через резистор) на другой зажим.

 

 

 

а)

б)

Рис. 8(а). Развернутая схема обмотки статора расщепителя фаз: С1-С2 — двигательная обмотка; СЗ-С4 — генераторная обмотка;   М2 —дополнительный вывод Рис. 8(б). Панель выводов расщепителя фаз (обозначения те же, что на рис. 3(а))

Работа расщепителя фаз. Пуск расщепителя фаз производится на холостом ходу без нагрузки. Асинхронный пуск осуществляют с помощью пускового резистора, включаемого в генераторную фазу. Схема пуска (рис. 9) обеспечивает получение необходимого вращающего момента и направление вращения расщепителя фаз.

При включении контактора К1 и подаче напряжения на двигательную обмотку расщепитель фаз начинает вращаться. Когда частота вращения достигнет 1350⁺⁴⁰ об/мин, срабатывает реле оборотов, отключая катушку контактора К1 и размыкая его контакты. При этом расщепитель фаз работает как однофазный асинхронный двигатель на холостом ходу. После разгона к расщепителю фаз можно подключить нагрузку. При снятии напряжения и частоте вращения ниже 1100 об/мин автоматически подключается пусковая схема.

Таблица 6

Напряжение питающей сети, В	Ток к.з. А	Время стоянки под током К.З., С
280	660	20
380	990	10
440	1220	7
460	1290	6

 

Пуск расщепителя фаз без пускового резистора, а также работа с пусковым резистором после пуска являются опасными режимами и при длительности, большей допустимой, переходят в аварийные из-за чрезмерного перегрева двигательной обмотки. Предельно допустимое время стоянки под током к. з. зависит от значения подводимого напряжения и приведено в табл. 6. При неисправностях в схеме запуска повторный пуск длительностью согласно табл. 6 может быть произведен лишь после устранения неисправностей в схеме запуска. Повторное включение при токе к. з. длительностью, которая указана в табл. 6, недопустимо и в крайнем случае может быть повторено не ранее чем через 10 мин.

.

 

 

Рис. 9. Принципиальная схема пуска расщепителя фаз

 

Допускается включение расщепителя фаз без пускового резистора, если частота его вращения не стала после отключения ниже 1100 об/мин. Для уменьшения пусковых токов и обеспечения необходимых пусковых характеристик подключение нагрузки должно производиться последовательно. Одновременное включение всех вспомогательных машин, питаемых через расщепитель фаз, не допускается.

Таблица 7

холостого хода, А	Напряжение между выводами, В
	С1-С2	С2-СЗ	С1-СЗ
58 ± 10 63 ± 10 70 ± 10 78 ± 10	340 360 380 400	390 ± 15 410 ± 15 430 ± 15 455 ± 15	345 ± 10 365 ± 10 385 ± 10 405 ± 10

 

Для остановки расщепителя фаз достаточно после отключения нагрузки снять напряжение с двигательной обмотки С1-С2 (см. рис.8).

Напряжения на зажимах расщепителя фаз при холостом ходе в зависимости от значения тока приведены в табл. 7.

Максимальное время разгона расщепителя фаз (также и допустимое время стоянки под током короткого замыкания) при напряжении 440 В должно быть не более 7 с, при 380 В не более 10 с, при 285 В не более 15 с.

Рис. 10. Подшипниковые узлы расщепителя фаз НБ-455 со стороны реле оборотов (а) и со

стороны генератора управления (б):

1, 4, 5, 8—крышки подшипников; 2, 6—щиты подшипниковые; 3,7 — подшипники.  

 

Стрелками указано направление подвода смазки к подшипникам ротора

При заправке или замене смазки (рис. 10) следует тщательно промыть бензином подшипники и подшипниковые камеры. Смазку вводят таким образом, чтобы пространство между шариками подшипников и уплотняющие канавки подшипниковых крышек были заполнены полностью.

 

Рис 11. Расположение оборудования на секции электровоза ВЛ80^Т:

1 — токоприемник; 2— фазорасщепитель; 3— мотор-вентилятор; 4 — главный воздушный выключатель; 5 — главный контроллер; 6 — тяговый трансформатор; 

 7 — тормозные резисторы;   8—выпрямительная установка; 9 — главный воздушный резервуар; 10 — мотор-компрессор; 11 — высоковольтная шина.

Задание к лабораторной работе №2

Лабораторная работа №3

Рис. 12. Электрическая схема однофазного мостового выпрямителя.

 

 

Принцип действия двухполупериодной мостовой схемы выпрямления однофазного переменного тока при работе выпрямителя на электрический двигатель при не­полном сглаживании выпрямленного тока.

Работа выпрямителя на электрический двигатель при неполном сгла­живании выпрямленного тока. (рис. 2 а)

 

В момент времени, соответствующий точке А, вентили VI и V3 вступают в работу, так как потенциал анода V1 становится выше потен­циала катода VЗ (в этой точке пересекаются кривые е_ах и Ud). В этот момент вентили V2 и V4 еще проводят ток под действием э.д.с. само­индукции е_т.

 

В период времени между точками А и В (период коммутации ) ток проводят все вентили. При этом ток, проходящий через вентили VI и VЗ, увеличивается, а ток, проходящий через V2 и V4, уменьшается (рис. 5, в и г), так как э.д.с. е_ах растет, а э.д.с. е_ха изменяет свой знак. Чем больше разность е_ах — е_ха и чем меньше Lт, тем быстрее нарастают и спадают токи в вентилях.

 

В период коммутации вторичная обмотка трансформатора замкну­та накоротко вентилями и ток в них ограничен только индуктивностью l_t, выпрямленное напряжение Ud  близко к нулю. После окончания пе­риода коммутации (правее точки Б) ток снова начинает протекать че­рез цепь нагрузки, причем э.д.с. двигателя Ед и э.д.с. самоиндукции е_d сглаживающего реактора Ld замедляют скорость нарастания тока i_d, так как направлены ему встречно. Форма тока, проходящего через вентили VI и V3, на участке между точками Б и В в значительной степени опре­деляется э.д.с. двигателя Ед и индуктивностью Ld сглаживающего реак­тора. В момент времени, соответствующий точке В, э.д.с. е_ах будет рав­ной напряжению u_d, а затем становится меньше его, поэтому ток, прохо­дящий через вентили VI и V3, начинает уменьшаться. Когда выпрямлен­ное напряжение u_d становится равным э.д.с. е_ха (точка Г), снова проис­ходит коммутация тока с вентилей VI и V3 на вентили V2 и V4.

 

В дальнейшем рассмотренный процесс повторяется. Ток id, в цепи двигателя может быть представлен как сумма токов, проходящих через вентили VI, V3 и V2, V4 в оба полу периода, этот ток пульсирует, но зна­чительно меньше, чем при работе выпрямителя на активную нагрузку. Ток i1 в первичной обмотке трансформатора (рис, 5, е) является переменным и несинусоидальным; форма его подобна форме токов, проходящих через вентили, и симметрична относительно оси вре­мени.

 

Рис. 13(а). Двухполупериодная мостовая схема выпрямления работающая на электрический двигатель

Рис. 14. Кривые изменения э.д.с, напряжений и токов с учетом комму­тации токов и наличия индуктивностей в цепи вентилей и нагрузки (б—е)

 

 

Общие положения о сглаживании пуль­саций выпрямленного тока.

Коэффициент пульсации.

 

Все схемы выпрямления дают выпрямлен­ный ток и выпрямленное напряжение с различной степенью пульсации, Пульсирующий ток (рис. 3, а) или напряжение можно представить в  виде некоторой постоянной составляющей (рис. 3,б), равной среднему значению тока или напряжения, и суммы ряда синусоидальных токов или напряжений, имеющих различную частоту и амплитуду (так называемых гармонических составляющих). Синусоидальный ток или напряжение, изменяющееся с частотой, с которой происходит пульсация, называют первой, или основной, гармоникой; остальные гармонические состав­ляющие, у которых частота в 2, 3, 4 раза и более превышает первую, называют высшими гармониками — второй, третьей, четвертой и т. д. Сумма мгновенных значений первой и высших гармоник представляет собой переменную составляющую пульсирующего тока или напряжения (рис. 3, в).

При выпрямлении однофазного тока, кроме первой, существуют только четыре гармоники; при этом вторая, четвертая и другие более высшие гармоники тока и напряжения имеют малые амплитуды и оказывают на работу потребителей небольшое влияние.

Постоянная составляющая полезна и обеспечивает нормальную работу потребителей, включенных в цепь выпрямленного тока; переменная же составляющая оказывает вредное влияние на работу этих потребите­лей. Пульсацию принято оценивать коэффициентом пульсации. Коэффициент пульсации равен отношению амплитуды первой гармоники пере­менной составляющей к постоянной составляющей, т. е. к среднему значению данного тока или напряжения. Обычно его выражают в процен­тах. Например, амплитудное значение переменной составляющей пуль­сирующего тока (см. рис. 3, а)

 

а среднее значение пульсирующего тока

 

Icp = (Imax+Imin) / 2,

 

Коэффициент пульсации выпрямленного тока

 

Pi = Im/Icp = [ (Imax-Imin) / (Imax+Imin)] 100,

 

Рис 15. Кривые изменения пульсирующего тока (а) и его постоянной (б) и переменой (в) составляющих.

 

Коэффициент мощности.

 

Коэффициент мощности  характеризует отношение активной мощности Р, потребляемой выпрямителем из сети, к полной мощности S. Преобразовательные устройства потребляют из сети несинусоидальный ток.

Например, в схеме двухполупериодного выпрямления при синусои­дальном изменении питающего напряжения U1 и полностью сглаженном токе Id в цепи нагрузки (рис. 6, а) токи i₂ и i₁  во вторичной и первич­ной обмотках трансформатора имеют трапецеидальную форму (рис. 16, б, в). Однако активная мощность передается из сети в трансформатор только первой гармоникой i₁' тока i₁. Из рис. 6, в  видно, что угол сдвига фаз  между напряжением u1 и первой гармоникой тока i₁' составляет ; следовательно,

Влияние на полную мощность высших гармоник тока учитывается коэффициентом искажения v. Он определяется как отношение действую­щего значения первой гармоники тока i₁' к действующему значению i₁ его несинусоидальной кривой (включая все высшие гармоники). При прямоугольной форме тока для схем двухполупериодного выпрям­ления

 

С учетом сдвига первой гармонической тока i₁ и его искажения коэффициент мощности выпрямителя

 

Угол  зависит от индуктивности анодной цепи вентилей. При работе выпрямителей на э.п.с. в нее входит не только индуктивность самого трансформатора, но и индуктивность контактной сети, которая зависит от многих факторов (расстояния электровоза от тяговой подстанции, расположения проводов контактной сети, схемы ее питания от подстан­ции, числа электровозов на участке и пр.).

Индуктивность контактной сети вызывает довольно значительное увеличение угла коммутации и, следовательно, снижает коэффициент мощности выпрямителей. Поэтому фактически коэффициент мощности электровозов переменного тока при отсутствии каких-либо специальных устройств по его повышению составляет 0,82-0,87.

 

 

 

 

Рис. 5. Внешняя характеристика выпрямителя (а), и зависимость его кпд от тока нагрузки(б).

 

 

       Рис. 17. Кривые изменения напряжения и токов в выпрямителе, работающем на активно-индуктивную нагрузку.

 

Задание к лабораторной работе №3

«Исследование принципа действия однофазного неуправляемого выпрямителя»

 

Цель работы:

Исследовать устройство и принцип действия, а также научится собирать схему однофазного неуправляемого выпрямителя.

 

I.Оборудование:

1. Прикладная программа Electronics Workbench.

2. ПК Pentium III.

3. Локальная сеть.

4. Мультимедийный проектор.

5. Техническая литература.

 

II. Порядок выполнения работы:

1. Ознакомится со схемой однофазного неуправляемого выпрямителя.

2. Собрать схему однофазного неуправляемого выпрямителя в прикладной программе Electronics Workbench..

3. Подключить осциллограф к источнику питания и нагрузке, снять характеристики напряжения источника питания и нагрузки.

4. Опытным путем подобрать фильтр для снижения пульсации выпрямленного напряжения на нагрузке.

5. Подключить осциллограф к нагрузке, снять характеристики напряжения нагрузки.

6. Выполнить отчет по работе.

 

III.Содержание отчета.

 

1.Начертить схему однофазного неуправляемого выпрямителя.

2.Начертить диаграмму характеристик напряжения источника питания и нагрузки.

3.Описать принцип действия однофазного неуправляемого выпрямителя.

4.Описать принцип действия фильтров применяемых для снижения пульсации выпрямленного напряжения на нагрузке.

5.Начертить схему однофазного неуправляемого выпрямителя с фильтром.

6.Начертить диаграмму характеристик напряжения источника питания и нагрузки при работе сглаживающего фильтра.

7. Сделать вывод по работе.

 

Лабораторная работа №4

Действие мостовой схемы регулирова­ния выпрямительного напряжения изменением момента открытия вентилей (тиристоров) при работе на актив­ную нагрузку.

 

На рис. 1 приведены кривые изменения выпрямленного напряжения для двухполупериодного выпрямителя, ра­ботающего на активную нагрузку (резистор), при трех случаях: когда управляющие электроды не задерживают прохождения тока через вен­тили (рис. 1, а), при небольшом угле регулирования a₁ (рис. 1, б) и большом угле а₂ (рис. 1, в). Для простоты эти кривые построены при условии, что угол коммутации   = 0. С увеличением угла регулирова­ния а уменьшается заштрихованная площадь внутри кривой выпрямлен­ного напряжения и, следовательно, среднее выпрямленное напряжение Ud. Наибольшее значение выпрямленное напряжение будет иметь при а = 0, а при а = 180° оно будет равно нулю.

 

 

 

 

Рис. 18. Кривые изменения выпрямлен­ного напряжения при различных углах регулирования двухполупериодного выпрямителя, работающего на актив­ную нагрузку.

 

 

Действие мостовой схемы регулирова­ния выпрямленного напряжения изменением момента открытия вентилей (тиристоров) при работе на индук­тивную нагрузку (цепь тягового электродвигателя со сглаживающим реактором).

 

При работе на нагрузку, содержащую индуктинность (цепь тягового двигателя со сглаживающим реактором), и переходе э.д.с. источника питания в отрицательную область ток продолжает протекать в том же направлении под действием э.д.с. самоиндукции е_d, возникающей в индуктивности цепи выпрямленного тока (рис. 2, а). Так, если венти­ли VI, V3 открыли с углом регулирования а (рис. 2, б), то через них будет проходить ток сначала под действием э.д.с. е_ах, а затем после изменения ее знака на обратный под действием э.д.с. е_d (см. штриховую стрелку на рис. 2, а). Вентили VI, V3 закрываются после того, как произойдет коммутация тока на вентили V2, V4 (рис. 2, в), которые будут продолжать пропускать ток через нагрузку под действием э.д.с. e_ха. Среднее значение выпрямленного напряжения Ud равно разности положительных и отрицательных заштрихованных площадей. Очевидно, что наибольшее значение среднее напряжение Ud будет иметь при угле a=0. Оно будет равно нулю при равенстве отрицательных и положительных площадей, т.е. при а = 90⁰.

При нагрузке среднее значение выпрямленного напряжения снижа­ется из-за тех же потерь, что и у неуправляемого выпрямителя. В связи с этим внешние характеристики при различных углах регулирования представляют собой семейство наклонных линий (рис. 2).

 

 

Рис. 20 Внешние характеристики управляемого выпрямителя

 

Рис. 19 Схема включения двухнолупериодного управляемого выпрямителя (а), кривые изменения выпрямленно­го напряжения (б) и тока (в) при рабо­те на электродвигатель

 

Действие схемы однофазного управляе­мого двухполупериодного выпрямителя.