6. Сделать выводы по результатам работы.

Содержание отчёта

Отчёт по работе должен содержать: цель работы, задание к работе, схемы для моделирования работы выпрямительного диода в среде Multisim, блок-диаграмма виртуального прибора для экспериментального исследования и диалоговое окно, ВАХ диодов по результатам моделирования и экспериментальную, основные параметры диода в виде таблицы, выводы по работе.

Лабораторная работа №5. Исследование работы однофазных неуправляемых выпрямителей

Цель работы: изучение принципа функционирования, методик расчёта, характеристик и параметров неуправляемых выпрямителей.

Общие сведения

Выпрямителем называется устройство преобразования переменного напряжения в постоянное. Выпрямительное устройство, помимо выпрямителя, в который входят один или несколько включенных по определенной схеме вентилей (диодов, тиристоров), содержит в себе силовой трансформатор, сглаживающий фильтр и стабилизатор. В зависимости от условий работы и требований отдельные узлы выпрямительного устройства могут отсутствовать.

Простейшей схемой нерегулируемого выпрямителя является од­нотактная однофазная (рисунок 5.1а). Графики входного и выходного напряжения, а также тока через вентиль (диод VD1) при резистив­ной (сплошная линия) и резистивно-емкостной нагрузке (пунктир) показаны на рисунке 5.1б.

а б

Рисунок 5.1 – Схема и временные диаграммы однофазного однополупериодного выпрямителя

Ток в цепи нагрузки, вклю­ченной последовательно с венти­лем, протекает только в момен­ты, когда к нему приложено пря­мое напряжение (полупериод). В течение следующего полупериода вентиль закрыт. Поэтому ток через нагрузку протекает только в одном направлении и имеет пульсирующий характер. Для сглаживания пульсаций применяют фильтры, чаще всего с емкостной реакцией.

Среднее за период выпрямленное напряжение (постоянная составляющая)

где U_2m и U₂ – максимальное и среднее значения напряжения на входе выпрями­теля. Отсюда U₂ = U_н / 0,45 и обратное напряжение на диоде

U_обр = U_2m = ^.U_н

Ток во вторичной обмотке трансформатора

Мощность, получаемая вторичной обмоткой,

Аналогично для первичной обмотки при коэффициенте трансформации k_тр

Тогда габаритная мощность (полусумма мощностей во всех обмотках) P_г и коэффициент использования трансформатора К_и

P_г = 0,5(P₁ + P₂) = 3,1 P_н, К_и = P_н / P_г = 0,32.

Среднее значение мощности в нагрузке (как постоянной составляющей, так и переменной)

Коэффициент преобразования мощности К_{п м} = P_н / P_{н ср} = 4 / ² = 0,41.

Для определения коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения по первой гармонике находим ее амплитуду

Коэффициент пульсаций по первой гармонике с амплитудой U_m1

К_п1 = U_m1 / U_н = 1,57.

Более высокими качественными показателями обладает двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой трансформатора (рисунок 5.2а).

а б

Рисунок 5.2 – Схема и временные диаграммы двухполупериодного выпрямителя со средней точкой трансформатора

Диаграммы входного и выходного напряжения, а также тока через вентили (диоды VD1, VD2) при резистивной (сплошная линия) и резистивно-емкостной нагрузке (пунктир) показаны на рисунке 5.2б.

Основные преимущества схемы – в отсутствии подмагничивания трансфор­ма­тора при малом числе вентилей и удвоении частоты пуль­саций.

Более эффективное ис­пользо­вание трансформатора достига­ется в двухполупериодной мостовой схе­ме (рисунок 5.3). Вен­тили в ней работают поочередно попарно. Сердечник трансформа­тора здесь также не подмагни­чи­вается, а временные диаграммы напряжений и токов в схеме ана­ло­гичны приведенным на рисунке 5.2б.

Сравнительные показатели однотактной двухфазной и двухтактной однофаз­ной схем приведены в таблице 5.1.

Рисунок 5.3 – Схема и временные диаграммы двухполупериодного мостового выпрямителя

Таблица 5.1

Тип схемы	U2/Uн	Uобр/U0	Ки	Кп м	Кп1
Двухполупериодная	2 /π		0,673	0,82	0,667
Мостовая	2 /π	/2	0,814	0,82	0,667

Сглаживающие фильтры предназначены для уменьшения переменной со­став­ляющей на выходе выпрямителя до величины, при которой обеспечивается нормальная работа питаемого устройства.

Принцип работы сглаживающих фильтров основан на использова­нии элементов, имеющих различную проводимость для постоянного и переменного тока.

Показателем качества сглаживающих фильтров служит коэффици­ент сглаживания пульсаций К_сг, равный отношению коэффициентов пульсаций на входе К_{п вх} и выходе (нагрузке) К_н фильтра: К_сг = К_{п вх} / К_н.

Для емкостного фильтра при R_н >> 1/(mC) можно найти изменение напряже­ния за период пульсаций Т/m и коэффициент пульсаций

;