Содержание отчета

Отчет должен содержать следующие пункты:

- наименование и цель работы;

- предварительные расчеты;

- принципиальную силовую схему установки;

- обработанные осциллограммы;

- результаты экспериментальных исследований и проведенных по ним расчетов, помещенные в соответствующие таблицы;

- экспериментально снятые и построенные характеристики;

Выводы по работе:

- пояснить влияние на осциллограммы сетевого фильтра;

- объяснить влияние тока нагрузки I_н на коэффициент пульсаций k_п выпрямителя с емкостным фильтром и корректором коэффициента мощности;

- сравнить основные энергетические показатели cosφ и χ выпрямителя с емкостным фильтром и корректором коэффициента мощности;

- указать, чем отличаются внешние характеристики неуправляемого выпрямителя с корректором коэффициента мощности и без него.

Контрольные вопросы

1. Как работают однофазные схемы выпрямления?

2. Каково назначение фильтров в преобразовательной технике?

3. Принцип действия, преимущества, недостатки и область применения емкостных фильтров.

4. Принцип работы неуправляемого выпрямителя, работающего на емкостной фильтр.

5. От каких параметров зависит коэффициент пульсаций q выпрямителя, работающего на емкостной фильтр? Как изменяется коэффициент k_п2 при увеличении тока нагрузки и почему?

6. Перечислить основные энергетические показатели выпрямителей.

7.Назначение и принцип работы корректора коэффициента мощности.

8.Сформулировать главное условие работы неуправляемого выпрямителя с ККМ?

9.Зачем в схеме ККМ используется выпрямительный диод VD1?

10.Провести сравнительную оценку выпрямителя с емкостным фильтром и корректором коэффициента мощности по основным энергетическим показателем (cosφ и χ).

11.Что такое внешняя характеристика, и какой вид она имеет для выпрямителя с емкостным фильтром и корректором коэффициента мощности?

Параметры стенда:

Напряжение на входе выпрямителя U₁=16 В;

частота питающей сети f=50 Гц; пульсность выпрямителя k_т m₂=2;

емкость конденсатора фильтра С1=1880 мкФ;

внутреннее сопротивление схемы R_cх=2,4 Ом.

11. Исследование источника вторичного электропитания

Источники вторичного электропитания, выполненные с промежуточным высокочастотным трансформатором, имеют существенное преимущество по сравнению с бестрансформаторными схемами источников электропитания – это удобство согласования выходного и входного напряжений. Повышение рабочей частоты промежуточного трансформатора позволяет значительно снизить массу и габариты трансформатора и источника вторичного электропитания в целом.

Работа №11. Исследование однотактного обратноходового преобразователя

Цель работы. Изучение принципа действия, характеристик и режимов работы источника вторичного электропитания, выполненного на схеме однотактного обратноходового преобразователя (ООП), а также получение навыков работы с высокочастотными преобразователями постоянного напряжения в постоянное.

Устройство, принцип работы однотактного обратноходового преобразователя

Схема ООП приведена на рис.11.1, а. Схема содержит:

- транзистор VT;

- трансформатор Т;

-диод VD;

- конденсатор выходного фильтра С2;

-конденсатор входного фильтра С1.

На рис.11.1, б, в, г, д приведены временные диаграммы, поясняющие принцип работы ООП. Обратноходовой преобразователь работает следующим образом. Транзистор VT управляется широтно-импульсным модулятором (ШИМ). Когда VT открыт, ток в первичной обмотке трансформатора линейно увеличивается (рис.11.1, б). Этот трансформатор фактически является дросселем с вторичной обмоткой и, в отличие от обычного трансформатора, накапливает в себе существенную энергию.

Когда транзистор VT закрывается, магнитный поток в сердечнике трансформатора начинает уменьшаться, на обмотках трансформатора наводится ЭДС. Под воздействием ЭДС вторичной обмотки по ней начинает протекать ток i₂ (рис.11.1, в).

Ток i₂ заряжает конденсатор С2 и также течет в нагрузку. Ток через конденсатор имеет знакопеременный характер (рис.11, г). На рис. 11.1, б и в показаны импульсы токов i₁=i_к и i₂ во время включенного и выключенного состояний транзистора VT. Ток i₁ течет во время включенного состояния, а ток i₂ – во время выключенного состояния транзистора VT и поддерживает постоянное напряжение на конденсаторе С, u_С=u_нг (рис. 11.1, д).

Если выходная нагрузка увеличивается, необходимо только увеличить длительность включенного состояния транзистора VT, во время которого ток i₁ достигнет более высокого значения, что создаст в результате более высокий ток i₂ во вторичной обмотке во время выключенного состояния транзистора VT и, наоборот, при уменьшении нагрузки ток i₂ уменьшает свое значение.

Если выходное напряжение сравнить с опорным напряжением, и полученной разностью управлять ШИМ, то получится замкнутая по напряжению система стабилизации напряжения нагрузки, и схема автоматически будет сохранять постоянное значение выходного напряжения.

В обратноходовом преобразователе длительность включенного состояния транзистора должна быть больше длительности выключенного состояния для того, чтобы большее количество энергии было запасено в трансформаторе и передано в нарузку.

Регулировочная характеристика идеального ООП – нелинейная:

U_вых=U_вхD/[(1-D)k_тр] , (11.1)

где k_тр=W₁/W₂ – коэффициент трансформации трансформатора, а

D – коэффициент заполнения импульса.

Ток через конденсатор С₂ имеет характерный медленно спадающий участок во время паузы работы силового транзистора VT, причем часть интервала паузы ток может идти не в конденсатор (когда происходит необходимый заряд конденсатора), а из конденсатора (разряд конденсатора на нагрузку).

В ООП имеется два возможных характерных режима по току вторичной обмотки W₂ – режим непрерывных токов и режим прерывистых токов на временном интервале паузы работы силового транзистора VT. Причем в режиме прерывистых токов ООП завышает выходное напряжение по сравнению с тем, которое определено идеальной регулировочной характеристикой ООП согласно формуле (11.1).

Рис.11.1. Схема (а) и временные диаграммы, поясняющие работу ООП (б)

Важным параметром в ООП является индуктивность обмотки трансформатора L₁. Критическое значение индуктивности обмотки W₁, определяющее границу между режимами непрерывных и прерывистых токов вторичной обмотки трансформатора Т (на интервале паузы):

L_1кр=U_вх D_N(1-D_N)/[k_тр(2f_рI_{нг min})], (11.2)

где k_тр=W₁/W₂ – коэффициент трансформации трансформатора Т;

D_N=U_нг/(U_нг+U_вх/k_тр) – номинальное значение коэффициента заполнения импульса , определенное без учета падения напряжения на элементах схемы;

U_вх, U_нг – номинальные значения напряжений на входе преобразователя и нагрузки соответственно;

I_{нг min} – минимальный ток нагрузки.

Из этого выражения видно, что чем меньше ток нагрузки, тем больше должна быть индуктивность первичной обмотки трансформатора.

Отметим, что сердечник магнитопровода трансформатора должен быть выполнен с сосредоточенным или распределенным зазором [4], поскольку магнитопровод трансформатора постоянно намагничен.

Наличие накопленной энергии W_L=i²L_S/2 в индуктивности рассеяния L_S первичной обмотки трансформатора Т при выключении транзистора вызывает резонансный переходный процесс на стоке транзистора VT и появление перенапряжения.

Поскольку величина индуктивности рассеяния L_S мала, этот процесс имеет относительно небольшую длительность.