Описание лабораторной установки

В комплект лабораторной установки входят следующие модули: «Преобразователь постоянного напряжения», «Модуль измерительный», «Мультиметры», а также двухканальный осциллограф.

Установка является универсальной, на ней можно производить исследования ППН-1, а также импульсного стабилизатора постоянного напряжения. В качестве регулирующего элемента может быть применен любой из существующих типов транзисторов - биполярный, полевой и ІGВТ, что позволяет сравнить эти транзисторы при их работе в ключевом режиме.

Лицевая панель модуля «Преобразователь постоянного напряжения» представлена на рис. 6.7. На ней изображена мнемосхема и установлены коммутирующие, регулирующие и измерительные элементы.

Рис.7.2. Схема стабилизатора напряжения постоянного ток

Силовая часть схемы состоит из источника питания ИП, на выходе которого включен конденсатор фильтра С_Ф, силовых транзисторных ключей VТ1, VT2 и VT3, диода VD, шунтирующего активно-индуктивную нагрузку R_н, L_н. Параллельно резистору R_н, с помощью тумблера ЅАЗ может подключаться конденсатор С_н. Резистор R_н выполнен регулируемым. Напряжение на выходе источника питания ИП регулируется с помощью потенциометра RP1.

Система управления СУ выдает на выходе управляющие импульсы, подаваемые на входы силовых транзисторов. Частота управляющих импульсов (5 кГц или 10 кГц) изменяется тумблером ЅА1.

Относительная длительность включения транзисторов - коэффициент заполнения γ измеряется прибором РА1, установленным на лицевой панели (см. рис. 6.7).

Для осциллографирования тока на входе силового транзистора установлен шунт RЅ1 = 10 Ом. Для осциллографирования токов силовых транзисторов (эмиттера, истока) і_1T, нагрузки і_н и диода і_д установлены шунты (RЅ2, RЅ3 и RЅ4). Сопротивления этих шунтов 1 Ом.

Внимание! Земля (корпус) осциллографа должна быть постоянно приближена к общей точке соединения RЅ2, RЅ3 и RЅ4, обозначенной « ». Поэтому корпус осциллографа « » последовательно подключается к гнездам Х20, Х24, Х25 при измерении соответствующих токов. При применении двухканального осциллографа вход канала СН1 используется для измерения токов, а вход канала СН2, подключаемый через выносной делитель (k_д = 10), используется для измерения напряжений в схеме. При указанном подключении осциллограмма тока нагрузки і_н имеет отрицательную полярность. Это нужно учесть, указывая направление оси і на осциллограмме. При подаче сигналов с шунтов через инструментальный усилитель (гнезда Х12 - Х14), расположенный на панели, осциллограммы могут быть сориентированы правильно. При измерении напряжений осциллограммы могут быть правильно сориентированы с помощью кнопки СН2 INV расположенной на лицевой панели осциллографа.

Параметры измерительных приборов схемы приведены в табл. 6.1.

Подготовка к выполнению лабораторной работы

Собрать схему стабилизатора напряжения постоянного тока и замкнуть обратную связь по напряжению, включив тумблер SA2 (cм. рис.7.2).

Напряжение на входе стабилизатора U_вх регулируется регулятором RP1. Стабилизатор работает на активно – индуктивную нагрузку (R_н –L_н).

Задание уровня выходного напряжения стабилизатора осуществляется регулятором RP2.

При выполнении лабораторной работы необходимо:

- выполнить исследование характеристик стабилизатора;

- выполнить исследование характеристик трех транзисторных ключей различного типа – биполярного (VT1), полевого (VT2) и IGBT (VT3) транзистора.

В режиме «Стабилизация постоянного напряжения» тумблер ЅА2 переключается в положение «Стаб». При этом задание величины выходного напряжения устанавливается потенциометром RР2.

Порядок выполнения работы

1.Собрать схему для исследования преобразователя постоянного напряжения в соответствии с рис.7.2. Дополнительные перемычки и измерительные приборы, подключаемые в схему, показаны штриховой линией.

При исследовании ППН-1 с полевым транзистором в режиме регулирования напряжения и работе на активно-индуктивную нагрузку необходимо:

2.Гнездо Х15 соединить с Х17, подключив в схему полевой транзистор VТ2. Тумблером SА1(рис.6.7) установить заданную частоту ШИМ f=5кГц. Тумблер SА2 установить в положение «Рег», а SА3 в положение «0» (конденсатор С_н отключен). Ручки потенциометров RР1, RР2 и реостата R_н установить в положение «0». Установить требуемые пределы измерений на измерительных приборах согласно табл.6.1. Включить автомат QF1 «Модуля питания стенда», а затем переключатель питания модуля «Преобразователь постоянного напряжения».

3.При исследовании ППН-1 с биполярным транзистором необходимо гнездо Х15 соединить с Х17, а при работе с IGBT- транзистором Х15 необходимо соединить с Х17.

При работе с частотой ШИМ 10 кГц необходимо тумблер SA1 установить в положение 10 кГц.

Для подключения конденсатора С_н параллельно R_н необходимо включить тумблер SA3.

Программа работы

А. Снять эксплуатационные характеристики стабилизатора

Эксплуатационные характеристики стабилизатора определяют зависимость выходного напряжения стабилизатора от входного напряжения U_вых=f(U_вх) при постоянном напряжении задания U_з=const и постоянном сопротивлении нагрузки R_нг=const.

- при значении частоты ШИМ f=5 кГц;

- при значении частоты ШИМ f=10 кГц.

По заданию преподавателя установить:

- значение напряжения на входе стабилизатора U_{вх N};

- значение напряжения на выходе стабилизатора U_{н N};

- значение тока нагрузки I_н.

Напряжение на входе стабилизатора выставляется регулятором RP1.

Напряжение на выходе стабилизатора выставляется регулятором RP2.

Заданное значение тока нагрузки I_н при выставленных параметрах U_{вх N} и U_{н N} устанавливается потенциометром R_н. На протяжении всего опыта не трогать положение ручки потенциометра R_н.

Поддерживать постоянным:

- сопротивление нагрузки R_н;

- частоту ШИМ f=5 кГц (или f=10 кГц).

Изменять:

- напряжение на входе стабилизатора (регулятором RP1) U_вх;

(от нуля до возможно максимального значения)

Измерять:

- напряжение на входе преобразователя U_вх;

- ток на входе преобразователя I_вх;

- напряжение нагрузки U_н;

- ток нагрузки I_н;

- коэффициент заполнения импульса (по прибору PА1) γ.

- Вычислить:

- мощность, потребляемую от источника питания Р_вх;

- мощность, отдаваемую в нагрузку P_н;

- КПД преобразователя η;

- отклонение выходного напряжения от заданного значения ΔU_н;

-отклонение напряжение на входе преобразователя ΔU_вх;

-коэффициент стабилизации выходного напряжения k_ст.

Результаты измерений и расчетов занести в табл.7.1.

Таблица 7.1. Эксплуатационная характеристика стабилизатора

Измерено	Uвх, В
	Iвх, А
	Uн, В
	Iн, А
	D
Вычислено	Рнг, Вт
	Рвх, Вт
	η
	ΔUн, В
	ΔUвх, В
	kст

По данным табл.7.1 построить на графике №1 зависимости U_н=f(U_вх), η=f(U_вх), k_ст= f(U_вх); D= f(U_вх).

Расчетные соотношения:

Р_нг= U_н I_н; Р_вх= U_вх I_вх; η= Р_нг/Р_вх; k_ст=(ΔU_вх/U_{вх N})/(ΔU_н.з/U_{н N}).

На графике отметить значение входного напряжения, при котором преобразователь выходит из режима стабилизации напряжения.

Б. Снять внешнюю характеристику

Внешняя характеристика стабилизатора – это зависимость напряжения нагрузки от тока нагрузки U_н= f(I_н) при постоянном напряжении на входе стабилизатора

U_вх=const

Поддерживать постоянным:

- напряжение на входе стабилизатора U_вх

- частоту ШИМ f=5 кГц (или f=10 кГц).

Изменять:

- ток нагрузки (регулятором R_н) I_н;

Измерять:

- напряжение на входе преобразователя U_вх;

- ток на входе преобразователя I_вх;

- напряжение нагрузки U_н;

- ток нагрузки I_н;

- Вычислить:

- мощность, потребляемую от источника питания Р_вх;

- мощность, отдаваемую в нагрузку P_н;

- КПД преобразователя η;

- отклонение выходного напряжения от заданного значения ΔU_н;

-коэффициент стабилизации выходного напряжения k_ст.

Результаты измерений и расчетов занести в табл.7.2.

Таблица 7.2. Внешняя характеристика стабилизатора

Измерено	Uвх, В
	Iвх, А
	Uн, В
	Iн, А
	D
Вычислено	Рнг, Вт
	Рвх, Вт
	η
	ΔUн, В
	ΔUн/ Uн N

По данным табл.7.2 построить на графике №2 зависимости U_н=f(I_н), η=f(I_н), ΔU_н/ U_{н N} = f(I_н).

Расчетные соотношения:

Р_нг= U_н I_н; Р_вх= U_вх I_вх; η= Р_нг/Р_вх.

В. Экспериментальное исследование транзисторных ключей при активно­-индуктивной нагрузке