Схемы выпрямления

Федеральное агентство по образованию 

Федеральное государственное образовательное  учреждение

среднего  профессионального образования

 “Чебоксарский  электромеханический колледж” 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПИСЬМЕННАЯ 

ЭКЗАМЕНАЦИОННАЯ РАБОТА

 
 
 
 
 
 

ПЭР.Э209.02.00.ПЗ 
 

   Учащийся: Александров С.С.

       ^{(Фамилия И.  О.)} 

    ^{(подпись)    (чч.мм.гггг)}

    Руководитель: Воробьёва Т.С.

      ^{(Фамилия  И. О.)} 

    ^{(подпись)    (чч.мм.гггг)}

   Зав. Отделением: Хлебникова Л.А.

       ^{(Фамилия И.  О.)} 

    ^{(подпись)    (чч.мм.гггг)} 

     

    2010 

Федеральное агентство по образованию

     Федеральное государственное образовательное  учреждение

       среднего профессионального образования

       “Чебоксарский электромеханический колледж” 
 

                                                      «УТВЕРЖДАЮ»

                                                Зам.директора колледжа

                                                по УПР

                                                _______Емельянов Н.П.

                                                «___»___________ 20__ г 
 

ЗАДАНИЕ

на письменную экзаменационную работу 
 
 

Учащемуся: Александрову Сергею Сергеевичу курса: 2 гр. Э2-09

                             ^{(фамилия, имя, отчество)} 

1. Тема работы: Схемы выпрямления.

2. Срок сдачи  работы: 10 Мая 2010 

3. Исходные данные  к работе: Общие и специальные сведения по теме Полупроводниковые выпрямительные приборы» 

4. Содержание  пояснительной записки (перечень  подлежащих разработке вопросов).

1. Полупроводниковые  схемы выпрямления  на диодах.

2. Полупроводниковые схемы выпрямления на тиристорах.

3. Устройство силовых  блоков.

4. Монтаж и обслуживание  преобразовательной  полупроводниковой  техники.

5. Охрана труда. 

5. Специальная  часть: Разделы 1, 2, 3 и 4 

6. Перечень графического  материала (с точным указанием  обязательных чертежей)

1. Однофазная мостовая схема выпрямления.
2. Трёхфазная нулевая схема выпрямления.

3.   Трёхфазная мостовая схема выпрямления.
4. Трёхфазная нулевая схема выпрямления на тиристорах.
5. Трёхфазная мостовая схема выпрямления на тиристорах.

 

7. Календарный график выполнения работы____________________________ 

 

8. Рекомендуемая  литература:

    1.Голыгин А.Ф., Ильяшенко Л.А. Устройство и обслуживание электрооборудования промышленных предприятий. – М.: Высш. шк., 2000.

    2.Корнилов Ю.В., Крюков В.И. Обслуживание и ремонт электрооборудования промышленных предприятий. – М.: Высш. шк. 2000.

    3.Павлович С.Н., Фираго Б.И. Ремонт и обслуживание электрооборудования. – Ростов-на-Дону: «Феникс» 2002.

    4.Синдеев Ю.Г. Электротехника с основами электроники. – Ростов-на-Дону: «Феникс» 2006.

    

    5.Федорченко А.А., Синдеев Ю.Г. Электротехника с основами электроники. – М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°» 2006. 

Дата  выдачи задания «15»сентября2009 г.

Руководитель  работы: Воробьёва Т.С. ___________ 

Задание принял к исполнению (дата)15 сентября 2009 

Подпись учащегося________     _________________ 
 

                                    

                                    СОДЕРЖАНИЕ

           Введение…………………………………………………………………..4

    1 Полупроводниковые схемы выпрямления на диодах………………….5

    1.1 Понятие полупроводникового выпрямителя…………………………5

    1.2 Полупроводниковый диод……………………………………………..5

    1.3 Применение схем выпрямления……………………………………….6

    1.5 Блоки питания аппаратуры…………………………………………….6

    1.6 Выпрямители электросиловых установок…………………………….6

    1.7 Сварочные аппараты…………………………………………………...7

    1.8 Однофазная мостовая схема…………………………………………...8

    1.9 Недостатки однофазной мостовой схемы………………………….....9

    1.10 Трехфазная нулевая схема…………………………………………....9

    1.11 Достоинства и недостатки трехфазной нулевой схемы…………...10

    1.12 Трёхфазная мостовая схема………………………………………....10

    1.13 Достоинства и недостатки трёхфазной мостовой схемы………….11

    1.14 Технические характеристики схем выпрямления………………….11

    2 Полупроводниковые схемы выпрямления на тиристорах.…………...12

    2.1 Понятие полупроводникового тиристора……………………………12

    2.2 Полупроводниковый тиристор…………………………………….....12

    2.3 Особенности тиристорных выпрямителей…………………………..13

    2.4 Трёхфазная нулевая схема……………………………………………14

    2.5 Трёхфазная мостовая схема…………………………………………..15

    2.6 Применение тиристорных преобразователей………………………..16

        3 Устройство силовых блоков…………………………………………….17

4 Монтаж и обслуживание преобразовательной полупроводниковой техники………………………………………………………………….....18

    5 Охрана труда...............………………………………………………......21

    5.1 Горючие электроизоляционные материалы………………………....21

    5.2 Причины пожаров в электроустановках……………………….........21

    5.3 Причины короткого замыкания в электроустановках………….......21

    5.4 Перегревы в местах соединений…......................................................22

5.5 Причины возникновения электрической дуги в     электроустановках.......................................................................................22

    5.6 Требования к защитным заземлениям и занулениям….....................22

    5.7 Ответственность электроперсонала….................................................22

      Список литературы…….................................................................................24 

       

         
 
 
 

         
 

       ВВЕДЕНИЕ

       

       

       Основные  направления экономического и социального  развития предусматривают интенсивное развитие автоматизации и роботизации всего народного хозяйства страны, повышение энерговооруженности труда.

       Решение этих задач непосредственно связано  с совершенствованием электрооборудования  промышленных установок, со степенью автоматизации  технологических линий и участков производства, с качеством обслуживания, от которого зависят бесперебойность и ритмичная работа предприятия.

       Политика  нашей страны направлена на то, чтобы  совершенствовать систему образования с учётом потребностей ускорения социально-экономического развития, требований выдвигаемых прогрессом науки и техники.

       Чтобы обслуживать электрооборудование, соответствующее современному уровню развития науки и техники, электромонтёр должен обладать знаниями по устройству электрических двигателей, аппаратов защиты и управления, иметь представление об особенностях работы полупроводниковой техники и устройств автоматики, уметь разбираться в системах электрооборудования технологических установок и устройств и т.д. Цель выпускной квалификационной работы – овладеть необходимым комплексом знаний в области монтажа и обслуживания преобразовательной полупроводниковой техники. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ НА ДИОДАХ 

      1.1 Понятие полупроводникового выпрямителя

      Выпрямитель электрического тока — механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.

      Большинство выпрямителей создаёт не постоянные, а пульсирующие однонаправленные напряжение и ток, для сглаживания пульсаций  которых применяют фильтры.

   1.2 Полупроводниковый диод

      

        

      Полупроводниковые диоды работают на принципе односторонней  электропроводимости и имеют  один электрический переход и  два вывода. Вольт-амперная характеристика диода (рисунок 1.2.1.) показывает зависимость проходящего через него тока от приложенного напряжения.

      Если  к анодному выводу приложен положительный  потенциал, то сопротивление электрического перехода мало и ток проходящий через прибор, ограничивается только сопротивлением нагрузки RH. Падение напряжения на диоде при прохождении номинального тока составляет 0,5-1В.

      Если  к анодному выводу приложен отрицательный  потенциал, то диод имеет большое  сопротивление и через прибор проходит обратный ток составляющей десятые доли ампера, т.е. можно считать, что ток в обратном направлении не проходит. Обратное напряжение, при котором диод не выходит из строя, зависит от его типа и составляет десятки – сотни вольт. Если обратное приложенное напряжение превышает номинально допустимое то диод выходит из строя.

      1.3 Применение схем выпрямления:

       1) выпрямление электрического тока;

       2) блоки питания аппаратуры;

       3) выпрямители электросиловых установок;

       4) сварочные аппараты;

      1.4 Выпрямление электрического тока

      Выпрямители обычно используются там, где нужно  преобразовать переменный ток в постоянный ток.

      1.5 Блоки питания аппаратуры:

      1) блоки питания промышленной и бытовой радио- и электроаппаратуры (в т.ч.,так называемые, адаптеры);

      2) блоки питания бортовой радиоэлектронной аппаратуры транспортных средств.

      

      

      

      

      1.6 Выпрямители электросиловых установок:

      1) выпрямители питания главных двигателей постоянного тока автономных транспортных средств и буровых  установок;

       

      2) преобразователи бортового электроснабжения постоянного тока автономных транспортных средств: автотракторной, железнодорожной, водной, авиационной и другой техники.  

      

        

      1.7 Сварочные аппараты

      В сварочных аппаратах постоянного  тока применяются чаще всего мостовые схемы на мощных кремниевых выпрямительных диодах — вентилях (клапанах), с целью получения постоянного сварочного напряжения и тока. Он отличается от переменного тем, что при использовании его сильнее нагревается область дуги около положительного (+) её полюса, что позволяет либо осуществлять щадящую сварку свариваемых деталей преимущественно плавящимся сварочным электродом, либо экономить электроды, осуществляя резку металла электродуговой сваркой. 

      

      

        

      

      

      1.8 - Однофазная мостовая схема

      

      

      

        
 

      Схема состоит из 4-х диодов V1-V4, соединенных по схеме моста и подключенных к сети переменного тока через трансформатор или напрямую. Трансформатор позволяет согласовать напряжение сети и выпрямленное напряжение нагрузки. В одну диагональ моста (точки 1 и 3) включен источник переменного напряжения, а в другую(точки 2 и 4) – нагрузка RH. 

      Диоды работают поочерёдно парами V1,V3 и V2,V4. В положительный полупериод напряжения U2ф потенциал точки 1 положителен, а точки 3-отрицателен. Диоды V1 и V3 включены в прямом направлении, а V2 и V4- в обратном. Ток от положительного зажима вторичной обмотки трансформатора проходит через диод V1, нагрузку к открытому диоду V3 и к отрицательному зажиму вторичной обмотки трансформатора.

      В отрицательный полупериод  (полярность напряжения указана в скобках) диоды  V2 и V4 проводят ток, а V1и V3 закрыты. Ток от положительного зажима проходит через диод V2 и нагрузку к открытому диоду V4 и к отрицательному зажиму вторичной обмотки трансформатора. Таким образом, ток в цепи нагрузки каждый период проходит в одном направлении.

      1.9 Недостатки однофазной мостовой схемы

      Однофазные  мостовые схемы из-за больших пульсаций  выпрямленного напряжения применяют  в электроустановках малой мощности.

      1.10 Трехфазная нулевая схема

        

      

      

       

      

        

      Схема состоит из 3-х диодов и трансформатора, первичная обмотка

      которого  соединена в звезду или треугольник, а вторичная - в звезду. Анодные  выводы диодов подключают к обмоткам трансформатора, а катодные к общей  точке. Нагрузку включают между нулевой точкой трансформатора и общей точкой диодов.

      При активной нагрузке Rн ток через каждый диод протекает в течение 1/3 периода частоты сети, когда напряжение в одной фазе трансформатора больше чем в двух других, а выпрямленный ток проходит по нагрузке непрерывно. В момент пересечения положительных значений напряжений каждой фазы трансформатора в точках а, б и в, называемых точками естественной коммутации диодов, ток прекращает проходить в одном диоде и начинает протекать через другой.

      1.11 Достоинства и недостатки трехфазной нулевой схемы

      Схема позволяет получать выпрямленное напряжение более сглаженной формы, чем однофазная мостовая.

      Недостаток- прохождение тока через вторичные  обмотки только в одном направлении, что создаёт магнитный поток  подмагничивания, вызывающий дополнительный нагрев трансформатора. Поэтому схему широко применяют только в выпрямительных установках с трансформаторами, ток вторичной обмотки которых не превышает 100 ампер.

      1.12 Трёхфазная мостовая схема

      

        

      

 

      Схема состоит из 6 диодов, которые образуют 2группы: с общим катодным выводом(V1,V3 и V5) и общим анодным выводом(V2,V4 и V6). В нечётной группе (V1,V3 и V5) диоды в течении каждой трети периода работают с наиболее высоким потенциалом анодного вывода.

      В чётной группе (V2,V4 и V6) в этот период времени работает тот диод у которого катодный вывод имеет наиболее отрицательный потенциал (интервал а-г для диода V6 и г-б для диодаV2) по отношению к общей точке анодных выводов.

      Таким образом в интервале а-г ток  проходит от фазы а трансформатора через диод V1, нагрузку Rн, диод V6 к фазе б трансформатора. В интервале г-б ток проходит через диод V1 нагрузку Rн, и диод V2.

      В схеме в любой момент времени  при активной нагрузке ток проходит через 2 диода, один из нечётной, а другой - из чётной группы. Диоды нечётной группы коммутируются в момент пересечения положительных участков синусоид(а, б, в) а чётные группы – в момент пересечения отрицательных участков(г, д, е).

      

      1.13 Достоинства и недостатки трёхфазной мостовой схемы

      Небольшой коэффициент пульсации выпрямленного напряжения.

      Отсутствие  дополнительного нагрева.

       1.14 Технические характеристики схем выпрямления 

 
 
 
 

2 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ НА ТИРИСТОРАХ

      2.1 Понятие полупроводникового тиристора

      Полупроводниковые тиристоры имеют три электрода (катодный, анодный и управляющий  электрод) и обладают двумя устойчивыми состояниями: открытым (проводящим ток) и закрытыми (непроводящим ток).

      2.2 Полупроводниковый тиристор

      Ток через тиристор начинает проходить, когда к анодному выводу приложен положительный потенциал и подан  положительный по отношению к  катодному выводу управляющий сигнал. По внешнему виду тиристор напоминает диод, но в отличие от него имеет дополнительный управляющий электрод. 

      Основные  свойства тиристора отражает вольт-амперная характеристика (рисунок 2.2.1),

      

      

      

        

      

      

        

      представляющая собой зависимость проходящего тока от приложенного напряжения. Обратная ветвь характеристики тиристора (при подаче на анодный вывод отрицательного напряжения) не отличается от характеристики полупроводникового диода. При положительном потенциале на анодном выводе сопротивление тиристора зависит от управляющего тока. При отсутствии управляющего сигнала сопротивление тиристора велико, что соответствует участку низкой электропроводности характеристики. Ток управления переводит тиристор в открытое состояние при прямом напряжении. При прохождении через управляющий электрод номинального тока участок низкой проводимости практически отсутствует, и в прямом направлении характеристика тоже такая же, как у диода.

      Для надёжного и точного перевода тиристора из закрытого состояния в открытое подают на управляющий электрод кратковременный импульс напряжения (рисунок 2.2.2), а для изменения выпрямленного напряжения регулируют момент подачи импульса по отношению к точке естественной коммутации диода.

      Выпускают тиристоры различных серий на токи от 10 до 1000 А и допустимые обратные напряжения от 100 до 1200 В. Малое падение напряжения (0,7-1,5 В) в полупроводниковых приборах при номинальном токе обеспечивает высокий кпд тиристорных преобразователей.

      

      

      2.3 Особенности тиристорных выпрямителей

      Управляемые тиристорные выпрямители позволяют  преобразовывать переменный ток  в постоянный и плавно изменять выпрямленное напряжение от нуля до номинального значения.

      Силовые схемы выпрямления для тиристоров анологичны схемам выпрямления с  диодами. Для изменения выпрямленного  напряжения необходимо иметь специальное  устройство, называемое системой импульсно-фазового управления (СИФУ), которое выполняет две функции: формирует управляющий импульс и смещает его по фазе относительно напряжения сети. Устройство СИФУ позволяет изменять угол регулирования α тиристорного преобразователя от 0 до 150-180 эл. град. 

      2.4 Трёхфазная нулевая схема 

      

      

        

      В трёхфазной нулевой схеме, где вместо диодов включены тиристоры (рисунок 2.4.1,а) управляющие импульсы, поступающие от СИФУ должны быть соответствующим образом сфазированы с напряжением трансформатора, т.е. подаваться в нужные моменты времени. Сдвиг импульсов относительно базовой точки происходит в сторону отставания. За базовые необходимо брать точки естественного отпирания тиристора (точки а, б, в, рисунок 2.4.1,б) Если управляющие импульсы подавать на тиристоры V1,V2 и V3 соответственно в точках а, б, в, получим наибольшее выпрямленное напряжении. При подаче управляющих импульсов с отставанием по отношению к точке естественного отпирания на угол альфа, то тиристоры открываются позже, а среднее выпрямленное напряжение будет меньше, чем наибольшее выпрямленное напряжение.  

      

        
 
 
 
 

       

      2.5 Трёхфазная мостовая схема

      

      

      

        

      

      

 
 
 

      В трёхфазной мостовой схеме (рисунок 2.5.1) имеется шесть тиристоров, которые образуют две группы: с общим катодным выводом (V1, V3 и V5) и общим анодным выводом (V2, V4 и V6), а ток в любой момент протекает минимум через два тиристора, расположенных в разных группах. Надёжная работа тиристорного преобразователя возможна при одновременном открытии тиристоров обеих групп, что обеспечивается схемой управления СИФУ, в которой предусматривается формирование двух сдвоенных импульсов, сдвинутых относительно друг друга на 60 эл. град. В этом случае имеет место одновременная подача импульсов в тиристоры двух различных групп (V1 и V6, V1 и V2,  V3 и V2 и т.д.). Наличие двух групп тиристоров обеспечивает шестифазное выпрямление (рисунок 2.5.2) напряжения.

      2.6 Применение тиристорных преобразователей

      Тиристорные преобразователи широко применяют  для питания обмоток возбуждения  и якоря электрических двигателей.

      

При питании  обмотки возбуждения, которая обладает достаточно большой индуктивностью, не возникает особых осложнений. Более того, наличие индуктивности способствует сглаживанию тока в цепи нагрузки. При питании якоря двигателя необходимо учитывать, что при вращении последнего возникает противо-эдс, которая влияет на работу системы выпрямитель – двигатель, ухудшая характеристики электропривода, что отражено на рисунке 2.5.2. Электрический ток проходит через двигатель, когда мгновенное значение выпрямленного напряжения будет больше противо-эдс. Таким образом ток якоря имеет прерывистый характер. Пульсирующий ток увеличивает тепловые потери. Для уменьшения и устранения зоны прерывистых токов, а также снижения пульсаций тока в якорную цепь включают сглаживающий дроссель. Ток в цепи нагрузки не может спадать мгновенно, так как в катушке индуктивности запасается электромагнитная энергия. Поэтому даже при напряжении преобразователя меньше противо-эдс двигателя, ток в якорной цепи может протекать за счет этой энергии, что позволяет снизить или вообще устранить зону прерывистых токов и уменьшить их пульсацию.