Санкт-Петербургский Государственный Институт Кино и Телевидения

Электропреобразовательная техника

Министерство культуры Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
"Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения"
Ю.Е. Малючик, Л.П. Яковлева
Электропреобразовательная техника
Методические указания и контрольная работа
Санкт-Петербург
2019

Стоимость выполнения контрольной работы по электропреобразовательной технике уточняйте при заказе.
Студентам заочной формы обучения, как правило, требуется выполнить задачи 1,2,3,4(без задачи 5).

Контрольная работа

ЗАДАЧА 1. Расчет неуправляемого выпрямителя без фильтра.
В неуправляемом выпрямителе с активной нагрузкой (без потерь напряжения в фазах выпрямления) ИЗВЕСТНЫ:
• действующее значение фазных э.д.с. вентильной обмотки трансформатора Е₂;
• действующее значение тока I₂ вентильной обмотки трансформатора;
• среднее значение выпрямленного напряжения U₀;
• среднее значение выпрямленного тока I₀.
ТРЕБУЕТСЯ:
Определить тип схемы выпрямления (следует помнить, что в схемах m₂=3, p=2 вентильные обмотки преобразовательного трансформатора могут соединяться либо «звездой», либо «треугольником»).
Вычертить принципиальную и эквивалентную схемы этого выпрямителя.
Вычислить:
• частоту пульсаций выпрямленного напряжения по первой гармонике f_П(1),
• коэффициент пульсации k_П(1) выпрямленного напряжения u₀ по основной (первой) гармонике,
• величину сопротивления R_Н нагрузки,
• среднее I^VD_CP и эффективное I^VD_ЭФФ значения прямого тока диода.
• Построить внешнюю характеристику выпрямителя.
На одном листе масштабной бумаги вычертить, соблюдая масштаб по оси ординат и по оси абсцисс υ=ωt (-π/2≤υ≤5π/2):
• графики мгновенных значений фазных э.д.с. е₂(υ),
• график мгновенного значения выпрямленного напряжения u₀(υ), отметить уровень среднего значения U₀. Данный график необходимо совместить с графиками фазных э.д.с,
• график мгновенного значения тока вентильной обмотки трансформатора i₂(υ) (отметить уровень действующего значения I₂)
• график мгновенного значения прямого тока диода i^VD_ПР(υ) (отметить уровни среднего значения тока диода I^VD_СР и действующего значения тока диода I^VD_ЭФФ).

ЗАДАЧА 2. Расчет неуправляемого выпрямителя с емкостным фильтром.
Схема выпрямления, средние значения выпрямленного напряжения U₀ и тока I₀, частота питающей сети f остались такими же, как и в задаче 1.
Для уменьшения коэффициента пульсаций включен сглаживающий емкостной фильтр с емкостью С₀. Емкостное сопротивление конденсатора С₀x_С=1/(m₂pωC₀) на частоте f_П(1) пульсации основной гармоники в N раз меньше величины сопротивления R_Н.
В фазах выпрямления имеются сопротивления активных потерь r_П, величина которых в К раз меньше сопротивления R_Н нагрузки.
ТРЕБУЕТСЯ:
1. Вычертить эквивалентную схему выпрямителя с активными сопротивлениями потерь в фазах выпрямления и одиночным емкостным фильтром.
2. Вычислить:
• действующие значения фазных э.д.с. Е₂,
• действующее значение тока I₂ вентильной обмотки преобразовательного трансформатора,
• емкость С₀ конденсатора сглаживающего фильтра,
• коэффициент пульсации k_П(1) выпрямленного напряжения _u0 по основной (первой) гармонике,
• среднее I^VD_CP и эффективное I^VD_ЭФФ значения прямого тока диода.
3. Построить внешнюю характеристику выпрямителя с емкостным фильтром.
4. Соблюдая масштаб, принятый в задаче 2, на одном листе масштабной бумаги вычертить:
• графики мгновенных значений фазных э.д.с. е₂(υ) (в интервале - π/2≤υ≤+5π/2),
• график мгновенного значения выпрямленного напряжения u0(υ), отметить уровень среднего значения выпрямленного напряжения U₀ и значение двойного угла отсечки 2θ;
• график мгновенного значения тока вентильной обмотки трансформатора i₂(υ) (отметить уровень I₂)
• график мгновенного значения прямого тока диода i^VD _ПР(υ) (отметить уровни среднего значения тока диода i^VD_СР и действующего значения тока диода i^VD_ЭФФ).

ЗАДАЧА 3. Расчет тиристорного регулятора.
В схеме задачи 1 неуправляемые диоды заменены тиристорами. Последовательно с нагрузкой включен индуктивный фильтр L₀. Для улучшения свойств управляемого выпрямителя с индуктивным характером нагрузки в схему включен ответвляющий (нулевой) диод VD.
При номинальном значении напряжения сети значение фазной э.д.с. Е₂ и среднее значения напряжения U₀ на нагрузке остались такими же, как и в задаче 1.
При изменении напряжения сети изменения действующего значения фазной э.д.с. Е₂ вентильной обмотки преобразовательного трансформатора происходят в пределах, заданных коэффициентами a_n и a_m.
С помощью изменения угла включения тиристоров α выходное напряжение управляемого выпрямителя должно поддерживаться неизменным на уровне 0,7U₀.
ТРЕБУЕТСЯ:
1. Вычертить эквивалентную схему управляемого выпрямителя без потерь напряжения в фазах выпрямления с индуктивной реакцией нагрузки и нулевым диодом.
2. Вычислить:
• минимальное α_МИН и максимальное α_МАКС значения углов включения тиристоров,
• максимальное значение коэффициента пульсации на входе сглаживающего фильтра k_П(1).
3. На одном листе масштабной бумаги вычертить (соблюдая масштаб, принятый в задаче 1) кривые мгновенных значений (-π/2 ≤ υ ≤ +5π/2):
• фазных э.д.с. е₂,
• напряжения u^/_0,α на входе сглаживающего фильтра при минимальном Е_2МИН и максимальном Е_2МАКС значениях фазной э.д.с. Отметить уровень стабилизируемого напряжения (0,7U₀) и значения соответствующих углов включения α_МИН и α_МАКС.

ЗАДАЧА 4. Расчет транзисторного регулятора непрерывного регулирования.
На выходе стабилизатора необходимо поддерживать постоянным среднее значение напряжения U_Н,N = const при изменении напряжения питающей сети и тока нагрузки в заданных пределах.
В источнике вторичного электропитания для стабилизации напряжения на потребителе постоянного тока применена схема транзисторного стабилизатора (ТСН) непрерывного регулирования с исполнительным (регулирующим) элементом (ИЭ), включенным последовательно с нагрузкой.
Номинальное значение выходного напряжения U_Н,N стабилизатора принять равным U0, (U_Н,N = U₀).
Номинальное значение тока I_Н,N=I₀(значения U₀ и I₀ взять из условия задачи 2). Ток нагрузки стабилизатора изменяется от значения I_Н,N до значения I_Н,МИН = γ_iI_Н,N.
ТСН включен на выход неуправляемого выпрямителя (НВ) с одиночным емкостным фильтром. При I_Н=I_Н,N значение амплитуды пульсации на выходе НВ принять равным U^B_{m≈ N} = k_П(1)U₀, а внутреннее сопротивление выпрямителя R^B_i = (√2E ₂ - U₀)/I₀. Величины коэффициента пульсаций и напряжение вторичных обмоток трансформатора Е₂ взять из решения задачи 3.
Напряжение питающей сети изменяется от значения U_С,МИН = a_n U_С,N до значения U_С,МАКС = a_m U_С,N (U_С,N – номинальное значение напряжения питающей сети)
Основные параметры биполярного n-p-n транзистора ИЭ приведены в табл.2 методических указаний.
ТРЕБУЕТСЯ:
1. Вычертить расчетную схему цепи главного тока для определения электрических и энергетических режимов транзистора ИЭ.
2. На одном листе масштабной бумаги выполнить (соблюдая масштаб) графическое построение, позволяющее определить область рабочих режимов транзистора ИЭ графо-аналитическим методом.
3. Из графического построения определить:
• величины, позволяющие по справочным данным выбрать биполярный транзистор;
• в координатах I_К – 0 – U_КЭ построить гиперболу допустимой мощности транзистора Р^ИЭ_{К, макс} = I^ИЭ_{К, макс}U^ИЭ_КЭ(II)≤P _{К, доп}; I^ИЭ_{К, макс} ≈ I_H,N
• минимальное I^ИЭ_Б,мин и максимальное I^ИЭ_Б,мин значения тока базы ИЭ;
• величины, позволяющие выполнить расчет выпрямителя НВ.

ЗАДАЧА 5. Расчет транзисторного регулятора дискретного регулирования.
Для стабилизации напряжения на потребителе постоянного тока применена схема импульсного транзисторного стабилизатора напряжения с исполнительным элементом ИЭ, включенным последовательно с нагрузкой. Транзистор, являющийся исполнительным (регулирующим) элементом, работает в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Для сглаживания пульсаций применяется LC-фильтр. Частота переключения f_кл ИЭ задается принудительно схемой управления.
Напряжение питающей сети изменяется от значения U_С,мин = a_nU_С,N до значения U_С,макс = a_mU_С,N (U_С,N – номинальное значение напряжения питающей сети). При этом напряжение на входе стабилизатора изменяется в пределах от U_В1,мин до U_В1,макс (значения рассчитаны в задаче 5). Номинальные значения выходного напряжения U_Н,N и тока I_Н,N нагрузки и тип тран-зистора ИЭ остались такими же, как и в задаче 4.
ТРЕБУЕТСЯ:
1. Вычертить схему цепи главного тока импульсного транзисторного стабилизатора напряжения.
2. Вычислить:
• требуемые минимальное и максимальное значения относительной длительности импульса управления γ;
• средние значения мощности Р_К потерь транзисторного ключа (ИЭ).
3. На одном листе масштабной бумаги вычертить (для U_В1,МИН и U_В1,МАКС), соблюдая масштаб, кривые мгновенных значений (0 ≤ t ≤ 2…3 Т_КЛ):
• напряжения u_бэ(t) база – эмиттер ИЭ;
• напряжения u_кэ(t) коллектор – эмиттер ИЭ;
• напряжения u^/(t)=U_B1 -u_КЭ на входе сглаживающего фильтра (отметить уровень среднего значения стабилизируемого напряжения U_Н,N);
• тока i_к(t) коллектора ИЭ (отметить уровень среднего значения тока на нагрузке I_Н,N);
• мгновенной мощности р_к(t) потерь на исполнительном транзисторе (отметить уровень Р_к).