Обработка результатов измерений

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

Кафедра электротехники и микропроцессорной электроники

Электроника в программной среде MULTISIM

Лабораторная работа 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА

Цель работы

1. Изучение устройства и принципа работы трехфазных схем
выпрямления тока.

2. Изучение работы сглаживающих фильтров типа "L", "С" и "LC". Получение практических навыков расчета коэффициента пульсации.

3. Построение вольтамперных характеристик выпрямителей.

Используемые элементы и приборы

Таблица 3.1

Список компонентов		Изображение в схеме электрической цепи
Источник синусоидального напряжения	Place АC Voltage Source
Диод	Place Virtual Diode
Резистор	Place Virtual Resistor
Батарея конденсаторов	Place Virtual Capacitor
Катушка индуктивности	Place Virtual Inductor
Ключ	Switch
Амперметр	Place Ammeter
Вольтметр	Place Voltmeter
4-х канальный осциллограф	Four Channel Oscilloscope
«Земля»	Place Ground

Порядок выполнения работы

Задание 1

Изучить краткую инструкцию работы с программной средой
Multisim 10 для сбора трехфазных схем выпрямления тока со
сглаживающими фильтрами.

Задание 2

1. Запустить программу Multisim 10– щелкните мышью на
пиктограмме, которая находится на рабочем столе.

2. Собрать на рабочем поле среды Multisim 10схему
бестрансформаторного трехфазного выпрямителя с нейтральным
выводом (рис. 3.1).

Рис. 3.1

Схема собирается из элементов, содержащихся в библиотеке
элементов и приборов. Для переноса их на рабочее поле, необходимо
установить курсор на выбранном элементе и щелкнуть левой кнопкой
мыши, затем на рабочем поле.

3.Открыть библиотеки и «перетащить» на рабочее поле:

· из библиотеки источников энергии Source – три источника ЭДС
синусоидального напряжения V1 и «землю»;

· из библиотеки базовых компонентов Basic - резистор R1, катушку
индуктивностиL1 и батарею конденсаторов С1;

· из библиотеки Diod –  три диода D1;

· из библиотеки измерительных приборов Measurement - один
амперметр (горизонтальный) и три вольтметра (вертикальных);

· из библиотеки Instruments – четырехканальный осциллограф XSC1;

·

Рис. 3.2

4. Соединить между собой все элементы и приборы, находящиеся на рабочем поле.

Задание 3

1.  После двойного щелчка мышью на изображении элемента
в открывающихся диалоговых окнах обозначить (щелкая на закладках
Label и Value) резистор, ключи, амперметр и вольтметры (см. рис. 3.1).

2. Подготовить схему к проведению исследований. С этой целью
установить:

· действующее значение ЭДС источников напряжения: Е = (5 + N) В
(N - согласно номеру варианта в учебном журнале группы или номеру компьютера);  частоту ЭДС каждого источника f = 50 Гц;
начальный угол сдвига фазыV1 - y = 0°, начальный угол сдвига
фазыV2 - y = 120°, начальный угол сдвига фазыV3 - y = 240°;

· значение резистора: R_d = 100 Ом;

· индуктивность катушки: L = 0,2 Гн;

· емкость батареи конденсаторов: C = 100 мкФ;

· режим АC работы вольтметра V1 иV2; режим DC работы
вольтметра Vd и амперметраАd; внутренние сопротивления
измерительных приборов оставить установленными по умолчанию;

· различные цвета проводов подходящих к каналу A, В,СиD
осциллографа – нажав правой кнопкой мыши на проводе;

· чувствительность 5 В/дел (5 V/div) канала А, В, С иDосциллографа;
длительность развертки (Time base) в режиме Y/T – 5 мс/дел (5 ms/div).

Задание 4

Снять внешнюю характеристику трехфазного
выпрямителя при работе на чисто активную нагрузку.

Измерение 1

· После проверки собранной схемы запустить моделирование ее
работы (щелкнуть мышью на кнопке запуска моделирования ).

· Замкнуть ключ В.

· Открыть лицевую панель осциллографа.

· Зарисовать с экрана осциллографа форму напряжений.

·

Рис. 3.3

· Измерить амплитуду выпрямленного напряжения U_mв. Полученное значение и показания всех приборовзанести в табл. 3.2.

· Остановить моделирование после снятия показаний,
нажав кнопку .

Таблица 3.2

Внешняя характеристика трехфазного  выпрямителя

Измерение 2 ¸ 4

· Запустить моделирование работы схемы.

· Изменяя сопротивление нагрузки R_dот70до 10 Ом
при неизменном напряжении сети измерить амплитуду
выпрямленного напряжения U_mв.

· Полученные значения и показания всех приборовзаписать
в табл. 3.2.

· Остановить моделирование после снятия показаний.

Задание 5

Снять внешнюю характеристику трехфазного
выпрямителя при работе на активно-емкостную нагрузку
(сглаживающий фильтр типа «С»).

Измерение 1

· Замкнутьключ A - подключить емкость С1, как показано на рис. 3.4.

· Удалить провода соединяющие канал А,ВиС осциллографа
со схемой.

· Установитьзначение резистора: R_d = 100 Ом.

Рис. 3.4

· После проверки собранной схемы запустить моделирование ее
работы.

· Зарисовать с экрана осциллографа форму напряжения.

· Установить на экране осциллографа:

-визирную линию «2» приближенно на максимальное значение
исследуемого сигнала, а линию «1» - на минимальное значение
сигнала (рис. 3.5).

Рис. 3.5

· Измерить амплитуду выпрямленного напряжения U_mв и полученное значение и показания всех приборовзаписатьв табл. 3.3.

· Остановить моделирование после снятия показаний.

Таблица 3.3

Внешняя характеристика трехфазноговыпрямителя

Измерение 2 ¸ 4

· Запустить моделирование.

· Изменяя сопротивление нагрузки R_dот70до 10 Ом
при неизменном напряжении сети измерить амплитуду
выпрямленного напряжения U_mв.

· Полученные значения и показания всех приборовзаписать
в табл. 3.3.

· Остановить моделирование после снятия показаний.

Задание 6

Снять внешнюю характеристику трехфазного
выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку
(сглаживающий фильтр типа «L»).

Измерение 1

· Установитьзначение резистора: R_d = 100 Ом.

· Разомкнутьключ A - отключить емкость С1.

· РазомкнутьключВ – подключить к схеме катушку
индуктивности L1, как показано на рис. 3.6.

· После проверки собранной схемы запустить моделирование ее
работы.

· Зарисовать с экрана осциллографа форму напряжения.

Рис. 3.6

· Установить на экране осциллографа:

· -визирную линию «2» приближенно на максимальное значение
исследуемого сигнала, а линию «1» - на минимальное значение
сигнала (рис. 3.7).

Рис. 3.7

· Измерить амплитуду выпрямленного напряжения U_mв и полученное значение и показания всех приборовзаписатьв табл. 3.4.

· Остановить моделирование после снятия показаний.

Таблица 3.4

Внешняя характеристика трехфазноговыпрямителя

Измерение 2 ¸ 4

· Запустить моделирование.

· Изменяя сопротивление нагрузки R_dот70до 10 Ом
при неизменном напряжении сети измерить амплитуду
выпрямленного напряжения U_mв.

· Полученные значения и показания всех приборовзаписать
в табл. 3.4.

· Остановить моделирование после снятия показаний.

Задание 7

Собрать на рабочем поле среды Multisim 10схему
трехфазного мостового выпрямителя (рис. 3.8).

Рис. 3.8

1. Для этого, из предыдущей схемыудалить:

· четырехканальный осциллограф XSC1;

· катушку индуктивностиL1;

· батарею конденсаторов С1с ключомJ1.

2. Открыть библиотеки и «перетащить» на рабочее поле:

· из библиотеки Diod – еще три диода D1;

· из библиотеки Instruments – двухканальный осциллограф XSC1.

3. Замкнутьключ В.

4. Соединить между собой все элементы и приборы, находящиеся на рабочем поле (см. рис. 3.8).

5. Установить:

· действующее значение ЭДС источников напряжения: Е = (5 + N) В
(N - согласно номеру варианта в учебном журнале группы или номеру компьютера); частоту ЭДС каждого источника f = 50 Гц;
начальный угол сдвига фазыV1 - y = 0°, начальный угол сдвига
фазыV2 - y = 120°, начальный угол сдвига фазыV3 - y = 240°;

· значение резистора: R_d = 100 Ом;

· режим АC работы вольтметра V1 иV2; режим DC работы
вольтметра Vd и амперметраАd; внутренние сопротивления
измерительных приборов оставить установленными по умолчанию;

· чувствительность 5 В/дел (5 V/div) канала Аосциллографа;
длительность развертки (Time base) в режиме Y/T – 5 мс/дел (5 ms/div).

Задание 8

Снять внешнюю характеристику трехфазного мостового
выпрямителя при работе на чисто активную нагрузку.

Измерение 1

· После проверки собранной схемы запустить моделирование ее
работы, нажав кнопку .

· Открыть лицевую панель осциллографа.

· Зарисовать с экрана осциллографа форму напряжений.

· Установить на экране осциллографа визирную линию «2» приближенно на максимальное значение исследуемого сигнала, а
линию «1» - на минимальное значение сигнала (рис. 3.9).

Рис. 3.9

· Измерить амплитуду выпрямленного напряжения U_mв. Полученное значение и показания всех приборовзаписать в табл. 3.5.

· Остановить моделирование после снятия показаний.

Таблица 3.5

Внешняя характеристика трехфазного мостового  выпрямителя

Измерение 2 ¸ 4

· Запустить моделирование.

· Изменяя сопротивление нагрузки R_dот70до 10 Ом
при неизменном напряжении сети измерить амплитуду
выпрямленного напряжения U_mв.

· Полученные значения и показания всех приборовзаписать
в табл. 3.5.

· Остановить моделирование после снятия показаний.

Задание 8

Снять внешнюю характеристику трехфазного мостового
выпрямителя при обрыве одного из диодов (эквивалентно перегоранию диода).

Измерение 1¸ 4

· Разомкнутьключ В - обрыв в цепи одного диода (рис. 3.10).

Рис. 3.10

· После проверки собранной схемы запустить моделирование ее
работы.

· Открыть лицевую панель осциллографа.

· Зарисовать с экрана осциллографа форму напряжения (рис. 3.11).

Рис. 3.11

· Присопротивлении нагрузки R_d = 100 Ом записать показания
всех приборовв табл. 3.6.

· Остановить моделирование после снятия показаний.

Таблица 3.6

Параметры  выпрямителя при обрыве в цепи диода

Обработка результатов измерений

1. Построить по данным таблиц внешние характеристики
выпрямителя U_d  = f (I_d) для трехфазных  схем выпрямления.

2. Рассчитать коэффициент пульсации и коэффициент сглаживания.

3. Проанализировать осциллограммы входного и выходного
напряжения для рассмотренных схем при различной нагрузке. Сделать
выводы по наблюдаемым зависимостям.

4. Сравнить экспериментальные значения коэффициента пульсации для трехфазных схем выпрямления с теоретическими данными.

Контрольные вопросы

1. Каковы основные элементы  выпрямительного комплекса?

2. Каково назначение основных элементов выпрямительной схемы?

3. Как экспериментально определить коэффициент пульсации?

4. Для каких нагрузок используются многофазные схемы выпрямления?

5. Как определить, какой из диодов трехфазной схемы с нулевым выводом в данный момент пропускает ток?

6. Как определить, какой из диодов мостовой трехфазной схемы пропускает ток в данный момент времени?

7. Как экспериментально определить коэффициент пульсаций на нагрузке?

8. Как определить неисправный вентиль в трехфазных схемах?

9. Как отразится на работе однополупериодного мостового выпрямителя обрыв одного из диодов?

10. Как влияет на величину выпрямительного напряжения подключение
емкости параллельно нагрузки?

11. Как изменяется коэффициент пульсаций при подключении емкости
параллельно нагрузке?

12. Что такое коэффициент сглаживания?

Таблица 3.3

Таблица 3.5