Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ





Цель работы

1. Исследовать внешние характеристики однофазных выпрямителей.

2. Определить основные параметры однофазных выпрямителей.

3. Снять осциллограммы токов и напряжений выпрямителя, определить степень отличия их от теоретических.

Объекты исследования

1. Однополупериодная схема выпрямления.

 

2. Двухполупериодная схема выпрямления с нулевым выводом (основная).

3. Мостовая схема выпрямления.

4. Схема удвоения напряжения.

 

Оборудование и приборы

1. Стенд "Маломощный блок питания ЭС1А/1".

2. Осциллограф ОСУ-20.

Однофазные выпрямители

 

Для питания электронных устройств требуется энергия постоянного тока. Преобразование переменного тока в постоянный осуществляется в выпрямителе. При анализе работы выпрямительных схем вентили (диоды) и трансформатор полагают идеальными, то есть считают, что сопротивление вентиля в прямом направлении равно нулю, а в обратном бесконечно велико, потери энергии в обмотках трансформатора не происходит.

Однополупериодная схема изображена на рис. 3.1, а, временные диаграммы, поясняющие её работу на активную нагрузку - на рисунке 3.1, б. Ток и напряжение в нагрузке i 0tu 0t)имеют пульсирующий характер. Основные электрические параметры однополупериодной схемы выпрямления:

- среднее значение выпрямленного напряжения;

- среднее значение выпрямленного тока;

- максимальный прямой ток вентиля;

- максимальное обратное напряжение на вентиле;

- коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения;

- типовая мощность трансформатора.

Большие пульсации, низкая частота основной гармоники выпрямленного напряжения (равная частоте сети), большие размеры трансформатора, вызванные плохим использованием его обмоток и вынужденным намагничиванием сердечника постоянной составляющей выпрямленного тока, а также большое обратное напряжение на вентиле являются существенными недостатками этой схемы, ограничивающими её использование.

Более широкое применение получили двухполупериодные выпрямители (см. рис. 3.2, а, б), схема которых является сочетанием двух однополупериодных схем, работающих на общую нагрузку. Вентили открываются попеременно на половину периода, поэтому кривая напряжения на нагрузке по величине и форме повторяет положительные полуволны напряжений u21 и u 22 вторичных полуобмоток трансформатора. Основные электрические параметры схемы:

 

.

 

 

Рис.3.2. Двухполупериодная схема выпрямления с нулевым вводом (а) и временные диаграммы при активной нагрузке (б)  
  Рис.3.1. Однополупериодная схема выпрямления (а) и временные диаграммы при активной нагрузке (б)  

 

Снижение типовой мощности и лучшее использование трансформатора объясняется отсутствием вынужденного намагничивания сердечника постоянной составляющей тока вторичной обмотки.

Средние значения выпрямленного тока и напряжения в два раза больше, а пульсации значительно меньше, чем у однополупериодных выпрямителей.

Недостаток двухполупериодной схемы заключается в трудности изготовления трансформатора с двумя симметричными полуобмотками.

Этого недостатка лишена мостовая схема выпрямления (рис. 3.3, а). В течение первого полупериода напряжения U 2 вентили VD1 и VD3 открыты и в нагрузочном резисторе возникает ток I 0 . В это время вентили VD2 и VD4 закрыты. В другой полупериод напряжения вентили VD1 и VD3 закрываются, а VD2 и VD4 открываются. Ток по нагрузке протекает в том же направлении, что и в первый полупериод.

Временные диаграммы работы мостового выпрямителя имеют тот же вид, что и диаграммы работы двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом. Исключение составляет зависимость u a(w t), поскольку между анодом и катодом вентиля в непроводящем направлении приложено напряжение вторичной обмотки трансформатора, то есть Uобр max уменьшается в два раза:

 

.

 

Типовая мощность трансформатора в мостовой схеме меньше, чем в других схемах:

 

.

 

Величины выпрямленных напряжений и тока, а также коэффициента пульсаций имеют то же значение, что и в двухполупериодной схеме с нулевым выводом.

Ввиду того, что коэффициент пульсаций напряжения, питающего электронные устройства, не должен превышать 10-4_ 10-7, полученное непосредственно с выпрямителя напряжение использовать нельзя. Для уменьшения пульсаций напряжения применяют сглаживающие фильтры (ФНЧ), состоящие из конденсаторов и катушек индуктивности.

Емкостный фильтр включается параллельно (на рис. 3.3 ключ К замкнут) и шунтирует нагрузку для переменной составляющей тока.

Рис.3.3. Мостовая схема (а) и временные диаграммы при емкостном характере нагрузки (б)

 

 

Рис.3.4. Временные диаграммы при индуктивном характере нагрузки в однополупериодной схеме (а) и в двухполупериодной схеме с нулевым выводом (б)

 

Временные диаграммы, поясняющие работу мостового выпрямителя на активно-емкостную нагрузку, приведены на рис. 3.3, б. Ток в вентилях VD1 и VD3 протекает в интервале времени t- t2, в результате чего конденсатор заряжается до напряжения, близкого к U2 m. В течение времени t 2 - t 3 напряжение u c> u 2, все вентили закрыты, а конденсатор разряжается через R н. с постоянной времени τр= С · R н. В момент времени t 3 напряжение u c становится меньше u2, вентили VD2 и VD4 открываются, конденсатор С начинает заряжаться и процессы повторяются.

Среднее значение выпрямленного напряжения увеличивается, но также возрастает обратное напряжение на вентиле до величины

 

.

 

Индуктивный фильтр включается последовательно с нагрузкой (на рис. 3.2, а, ключ К разомкнут) и представляет большое сопротивление для переменной составляющей тока, в результате чего переменная составляющая выпрямленного тока значительно уменьшается и падение напряжения от этой составляющей на сопротивлении нагрузки R н становится незначительным.

Следует иметь в виду, что напряжение u 0 действует на фильтре и нагрузке Rн, а форма кривой напряжения на активном сопротивлении нагрузки совпадает с формой кривой тока i 0 (рис. 3.4, а). ЭДС самоиндукции, возникающая в фильтре, препятствует нарастанию и снижению тока, в результате чего в однополупериодной схеме протекание тока через вентиль происходит и в течение некоторой части отрицательного полупериода. Во время протекания тока через вентиль u 0 = u 2, а напряжение на вентиле u a=0 В момент прекращения протекания тока в цепи ua возрастает скачком до U обр 0. В дальнейшем u a по форме повторяет u 2. Пульсации тока в нагрузке практически не уменьшаются, поэтому в однополупериодных выпрямителях катушка индуктивности в качестве фильтра не применяется.

Эффективнее индуктивный фильтр работает в двухполупериодных выпрямителях. Импульсы тока, проходящие поочередно через вентили VD1 и VD2, создают в R н. непрерывный ток. Напряжение на вентиле ua по форме такое же, как и при активной нагрузке (рис. 3.4, б).

Схема удвоения напряжения приведена на рис. 3.5. Она состоит как бы из двух однополупериодных выпрямителей, соединенных между собой последовательно и работающих на общую нагрузку. Первый выпрямитель состоит из вентиля VD1 и конденсатора С1, второй - из вентиля VD2 и конденсатора С2. В течение положительного полупериода С1 заряжается через вентиль VD1 до напряжения U 2 m .

 

Рис.3.5. Схема удвоения

 

Так как конденсаторы С1 и С2 соединены последовательно, то напряжения на них суммируются и общее напряжение на выходе выпрямителя:

 

.

 

Обратное напряжение на каждом из вентилей равно сумме амплитудного значения напряжения u2 и напряжения на конденсаторе:

 

.

 

Так как напряжения на конденсаторах сдвинуты по фазе на половину периода, то суммарное напряжение изменяется с удвоенной частотой, то есть частота основной гармоники выпрямленного напряжения равна удвоенной частоте сети. Конденсаторы С1 и С2 - элементы схемы выпрямления, поэтому выпрямитель всегда работает на емкостную нагрузку. Временные диаграммы токов i 1, i 2, напряжений u 0 и u a такие же, как в мостовой схеме с RC нагрузкой.

Основным преимуществом схемы удвоения перед другими схемами двухполупериодного выпрямления является возможность получения вдвое большего выпрямленного напряжения, чем в схеме с нулевым выводом при одном и том же значении напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора. К числу недостатков схемы удвоения следует отнести большое внутреннее сопротивление, обусловленное тем, что два входящих в схему выпрямителя соединены последовательно.

Порядок выполнения работы

 

1. На передней панели установите сменные панели выпрямителя и LC-фильтра. Исследуйте те схемы выпрямления, которые рассматривали в п.1 домашнего задания. На передней панели расположены:

- тумблер SA3 для подключения различных конденсаторов при работе выпрямителя на емкость;

- тумблер SA5 для подключения компенсационной обмотки дросселя L2 в фильтре LC с компенсацией;

- тумблер SA6 для подключения различных конденсаторов в фильтрах LC;

- тумблер SA7 для подключения различных емкостей в транзисторном фильтре;

- тумблер SA4 для подключения активной нагрузки к различным схемам выпрямителей;

- ручка регулировки активного сопротивления нагрузки R н;

- ручка регулировки активного сопротивления в RC-фильтре R ф;

- ручка регулировки величины сопротивления базового делителя в транзисторном фильтре R Д;

- гнезда 1-20 для измерения напряжений и просмотра осциллограмм в характерных точках исследуемых схем;

- вольтметр PV1 для измерения напряжения на вторичной обмотке трансформатора;

- миллиамперметр PA для измерения величины среднего выпрямленного тока;

- вольтметр PV2 для измерения напряжения в характерных точках схем. Наибольшее сопротивление нагрузки R н. =430 Ом. Емкости конденсаторов: С1=200 мкФ, С2=1000мкФ, С3=1000мкФ, С4=2000мкФ, С5=200мкФ, С6=2000мкФ. Индуктивности дросселей: L1=1,3 Гн, L2=1,2 Гн.

2. Включите стенд и снимите внешнюю характеристику выпрямителя U 0= F (I 0), предварительно подключив вольтметр PV2 к нагрузке. Зарисуйте осциллограммы выпрямленного напряжения U 0, напряжения на диоде U а анодного тока Iа тока во вторичной обмотке трансформатора I 2 при работе выпрямителя на активную, RL и RC нагрузку.

Снятие внешней характеристики производите, изменяя ток нагрузки с помощью потенциометра, расположенного на передней панели с надписью "Нагрузка".

При снятии осциллограмм выясните, как влияет изменение емкости и индуктивности на работу выпрямителя. Изменение емкости С-фильтра производится переключателем SA3. Изменение величины индуктивностей в LC-фильтрах производится тумблером SA5, а емкостей - SA6.

Осциллограммы тока снимайте в положении ручки VOLTS/DIV 0,1 B, а осциллограммы напряжения - в положении 5 В. При переносе изображения на бумагу необходимо иметь в виду, что осциллограф при подаче сигнала на закрытый вход не показывает постоянную составляющую напряжения. При фотографировании осциллограмм рекомендуется пользоваться открытым входом. Для того чтобы масштаб по оси t был одинаковым для всех осциллограмм, не изменяйте частоту развертки.

3. Исследуйте другую схему выпрямления, указанную в домашнем задании, действуя аналогично п.2.

СМЕНУ ПАНЕЛИ ПРОИЗВОДИТЕ ПРИ ОТКЛЮЧЕННОМ ПИТАНИИ!

Постройте внешние характеристики исследованных выпрямителей на одном графике и определите их внутренние сопротивления.

 

Содержание отчета

 

1 Цель работы.

2. Домашнее задание.

3. Перечень лабораторного оборудования и сведения об объекте исследования.

4. Краткий отчет о выполнении лабораторного задания с протоколами испытаний.

5. Графические зависимости и осциллограммы токов и напряжений.

6. Необходимо все токи строить в одном масштабе, все напряжения – также в одном масштабе. Масштаб по оси t также должен быть единым для всех осциллограмм.

Выводы. Следует проанализировать полученные зависимости, оценить степень отличия их от теоретических; привести параметры выпрямителей, полученные в ходе эксперимента; дать сравнительную оценку исследованных схем.

 

Библиографический список

 

1. Иванов-Цыганов, А. И. Электропреобразовательные устройства РЭС/ А. И. Иванов-Цыганов. М.: Высш. шк., 1991. С. 65 – 103.

2. Электропитание устройств связи. / Под редакцией В. Е. Китаева. М.: Радио и связь, 1988. С. 95 – 102, 108 – 122.

3. Лисовская, Н.Н. Электропреобразовательные устройства РЭС. УМКД. Методические указания по самостоятельной работе. / Н.Н. Лисовская, Г.Н. Романова. Красноярск: СФУ, 2008.

 

Лабораторная работа № 4







ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.