Лабораторная работа №10 Исследование основных однофазных схем выпрямления (однополупериодной, двухполупериодной со средней точкой, мостовой)
Цель работы - изучение режимов работы однофазных схем выпрямления, работы сглаживающего фильтра.
Задание:
1. Зарисовать осциллограммы входного и выходного (с подключенным емкостным фильтром и без него) напряжений (рис. 10.1).
2. Измерить с помощью осциллографа амплитудное значение напряжения на нагрузке. Рассчитать действующее и среднее значения напряжения на выходе для выпрямителя при отключенном фильтре.
3. Рассчитать среднее значение напряжения при подключенном фильтре. Определить коэффициент пульсаций.
Исходные данные для пункта 1,2,3: диод 1N4148, R1=(0.5N+2) кОм, C1=(10*N+50) мкФ, где N – номер варианта.
4. Зарисовать осциллограммы выходного (с емкостным фильтром и без фильтра) напряжения (рис. 10.2).
Остальные пункты выполнить в соответствии с заданием 1,2,3.
Исходные данные для пункта 4: диод 1N4148, R1=N кОм, C1=10*N мкФ, где N – номер варианта.
5. Зарисовать осциллограммы выходного (с подключенным фильтром и без фильтра) напряжения (рис. 10.3).
Остальные пункты выполнить в соответствии с заданием 1,2,3.
Исходные данные для пункта 5: диод 1N4148, R1=N кОм, C1=(10*N+50) мкФ, где N – номер варианта.
Методическое указание к выполнению работы.
Краткие сведения из теории.
Выпрямителями называют устройства, служащие для преобразования переменных напряжений в однополярные. Они, как правило, состоят из трансформатора, полупроводниковых диодов, осуществляющих выпрямление переменного напряжения, и сглаживающего фильтра, уменьшающего пульсацию выпрямленного напряжения.
Выбор схемы выпрямителя зависит от ряда факторов, которые должны учитываться в зависимости от требований, предъявляемых к выпрямительному устройству. К ним относятся: выпрямленное напряжение и мощность, частота пульсации выпрямленного напряжения, число диодов, обратное напряжение на диоде, коэффициент использования мощности трансформатора, напряжение вторичной обмотки.
б)
в)
а)
а)
Рис. 10.1. Однополупериодная схема выпрямления (а), осциллограммы сигналов при активной нагрузке с отключенным емкостным фильтром (б) и с подключенным емкостным фильтром (в).
Однополупериодная схема выпрямления (рис. 10.1а) обычно применяется при токах нагрузки до нескольких десятков миллиампер и в тех случаях, когда не требуется высокая степень сглаживания выпрямленного напряжения. Эта схема характеризуется низким коэффициентом мощности использования трансформатора, поскольку используется только один полупериод выпрямленного напряжения. Второй недостаток заключается в том, что обратное напряжение выпрямительного диода должно быть примерно равным двойной амплитуде источника U1, поскольку при его закрытом состоянии к нему приложено напряжение на конденсаторе С1 фильтра и напряжение обратной полуволны источника U1.
б)
а)
Рис. 10.2. Двухполупериодный выпрямитель со средним выводом вторичной обмотки трансформатора (а), осциллограммы сигналов при активной нагрузке с отключенным емкостным фильтром (б)
Двухполупериодный выпрямитель со средним выводом вторичной обмотки трансформатора (рис. 10.2, а) применяют в низковольтных устройствах. По сравнению с однофазным мостовым выпрямителем (рисунок 3, а) он позволяет уменьшить вдвое число диодов и тем самым понизить потери, однако по обратному напряжению на диоде и коэффициенту использования мощности трансформатора он не отличается от однополупериодной схемы выпрямления.
Выпрямленное
напряжение при чисто активной нагрузке
является пульсирующим (рис.10., б и 10.2,
б). Коэффициент пульсации равен отношению
амплитуды Uв
импульсов выпрямленного напряжения
основной частоты к среднему значению
выпрямленного напряжения U.
Для однополупериодного выпрямителя
коэффициент пульсации без сглаживающего
фильтра
.
Для двухполупериодного выпрямителя
без сглаживающего фильтра
.
Однофазная мостовая схема (рис. 10.3) характеризуется высоким коэффициентом использования мощности трансформатора; она применяется в устройствах повышенной мощности при выходных напряжениях от десятков до сотен вольт. В мостовой схеме, как и в двухполупериодной со средней точкой, частота пульсаций равна удвоенной частоте сети.
Рис. 10.3. Однофазная мостовая схема
Выпрямители без сглаживающего фильтра применяют сравнительно редко и в тех случаях, когда пульсации напряжения на нагрузке не имеют существенного значения.
Контрольные вопросы:
1. В чем заключаются преимущества и недостатки однополупериодная схема выпрямления?
2. Сколько диодов одновременно находится в цепи тока двухполупериодного выпрямителя со средним выводом вторичной обмотки трансформатора?
3. Какова частота пульсаций на выходе двухполупериодного выпрямителя?
4. Сколько последовательно включенных диодов имеется в цепи тока нагрузки при мостовой схеме выпрямления?
5. Каким должно быть максимально допустимое обратное напряжение диода в мостовой схеме?
6. Как влияют конденсаторы фильтра и сопротивление нагрузки на амплитуду пульсаций?
7. Какой будет осциллограмма напряжения на нагрузке, если один из диодов в мостовой схеме будет отключен?
8. Когда применяют мостовую схему выпрямления?
9. Как определяется коэффициент пульсаций?