Контрольные вопросы и задания

1. Сравните внешние характеристики схем выпрямления, исследованных в лабораторной работе. Каковы их достоинства и недостатки?

2. Что представляет собой обратное напряжение? Как изменяется его величина в зависимости от схемы выпрямителя? Как влияет подключение С-фильтра на величину обратного напряжения?

3. Как сказывается подключение С-фильтра на форме тока I₂?

4. Как определяется коэффициент пульсаций?

5. Какова форма выпрямленного напряжения выпрямителя с С-фильтром?

6. Какова форма выпрямленного напряжения при активном сопротивлении нагрузки и разных схемах выпрямителей?

7. Как изменяется величина выпрямленного напряжения и его форма при подключении емкостного фильтра и почему?

8. Как влияет на питающий трансформатор подключение однополупериодного выпрямителя?

9. Покажите цепь тока через нагрузку в каждой из схем выпрямления.

10. Влечет ли подключение емкостного фильтра изменение значения тока I₂? Если влечет, то каким образом?

11. Что нужно сделать в схеме выпрямителя, чтобы изменить направление тока через нагрузку?

12. Как влияет падение напряжения на диоде на выходное напряжение выпрямителя?

13. Одинаковы ли частоты пульсаций входного и выходного напряжений различных типов выпрямителя?

14. Сравните максимальное обратное напряжение на диодах в разных схемах выпрямителей.

15. Докажите, что в однополупериодной схеме выпрямления частота основной гармоники напряжения U_d совпадает с частотой напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

16. Докажите, что в двухполупериодной мостовой схеме выпрямления частота основной гармоники напряжения U_d в два раза больше частоты входного напряжения.

Лабораторная работа №2 «Исследование трехфазных схем выпрямления»

Целью работы является исследование выпрямительных устройств, выполненных на основе трехфазных схем, снятие внешних характеристик, сравнение экспериментальных данных с теоретическими и анализ работы устройств со сглаживающим С-фильтром.

I. Задание по выполнению лабораторной работы

1. Ознакомиться с лабораторным оборудованием.

2. Исследовать трехфазный выпрямитель с нулевым выводом.

3. Исследовать трехфазный мостовой выпрямитель.

Внимание!!!

Подавать напряжение на любую из собранных схем можно только после ее проверки преподавателем.

II. Методические указания к лабораторной работе

К пункту 1

Описание лабораторного оборудования

Стенд состоит из модулей «Питание», «Наборное поле с генераторами напряжений», «Мультиметры» и мини-модулей.

1.1. Модуль «Питание» предназначен для питания модулей «Наборное поле» и «Мультиметры», а также для внешних дополнительных приборов – двухканального осциллографа (подключается к розетке).

Для подачи напряжения питания модуля следует включить двухполюсный автоматический выключатель и устройство защитного отключения.

Наличие питания индицируется лампой «Сеть».

1.2. Модуль «Мультиметры» состоит из двух мультиметров. Для включения модуля следует перевести тумблер «Вкл.» в верхнее положение.

Необходимый диапазон измерений и род тока и напряжения устанавливается вращением поворотного переключателя мультиметра.

1.3. Модуль «Наборное поле» имеет гнезда для сборки исследуемых цепей. Для включения модуля следует перевести тумблер «Вкл.» в верхнее положение (расположен в левом нижнем углу модуля).

Рекомендуемый способ установки мини-модуля типа «Диод» показан на рис. 2.1. Способ установки мини-модулей типа «Резистор» и «Конденсатор» аналогичен.

Рис. 2.1. Способ установки мини-модуля на наборном поле

Внимание!!! На рис. 2.1 тонкими линиями показана мнемосхема, нанесенная на переднюю панель модуля в виде квадратов. В узлах квадратов находятся гнезда, электрически соединенные между собой. Поэтому элементы типа диод, резистор, конденсатор устанавливаются в два гнезда, не соединенных линиями.

1.4. В лабораторной работе используется трехфазный генератор, мультиметры, наборное поле, мини-модули:

• диоды КД226 – 6 шт.;

• резисторы сопротивлением 10 Ом (2 шт.); 150 Ом; 220 Ом; 2,2 кОм; 4,7 кОм.

В качестве дополнительного оборудования – двухканальный осциллограф.

Варианты размещения мини-модулей представлены на рис. 2.2, 2.3.

Рис. 2.2. Вариант размещения мини-модулей для трехфазной нулевой схемы

Рис. 2.3. Вариант размещения мини-модулей для трехфазной мостовой схемы

К пункту 2

2.1. Исследуйте трехфазный выпрямитель с нулевым выводом (рис. 2.4).

На наборном поле с помощью мини-модулей и соединительных проводов соберите трехфазный выпрямитель с нулевым выводом, состоящий из диодов VD1…VD3 и резистора нагрузки R_н, по схеме, изображенной на рис. 2.4. Включите амперметр РА1 и вольтметр PV1 в измеряемую цепь постоянного тока.

Рис. 2.4. Схема для снятия внешней характеристики трехфазного выпрямителя с нулевым выводом

Подайте трехфазное напряжение с блока «Трехфазный генератор» на вход собранной схемы.

Подключите мультиметры. Для этого используйте гнезда «СОМ», «1 А» – для амперметра и гнезда «СОМ», «V» – для вольтметра.

Примечание. Соединительный провод от гнезда «1 А» для амперметра подключается в разрыв цепи в точку с более высоким потенциалом (то есть в начало разрываемой цепи).

Поворотные переключатели приборов переведите в положения А_ и V_. Установите соответствующие диапазоны измерений: 200 мA и 20 В для амперметра и вольтметра соответственно. Включите модуль «Наборное поле», переведя тумблер в положение «Вкл.».

Снимите внешнюю характеристику U_d = f(I_d), регистрируя мультиметром выпрямленные напряжение U_d и ток I_d при изменении сопротивления нагрузки. Для этого поочередно устанавливайте в гнезда наборного поля мини-модули «Резисторы» от максимального номинала до минимального, значения которых указаны в табл. 2.1.

Показания приборов запишите в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Данные для построения внешней характеристики U_d = f(I_d)

Схема	Rн, Ом	4,7 кОм	2,2 кОм	220 Ом	150 Ом
С нулевым выводом	Id, A	0
	Ud, B

2.2. Для получения расчетных соотношений параметров выпрямителя выполните с помощью измерительных приборов измерения токов и напряжений согласно рис. 2.5, а, б.

а) б)

Рис. 2.5. Схема трехфазного выпрямителя с нулевым выводом

для измерений токов и напряжений и снятия осциллограмм:

а – переменных; б – постоянных

Для этого вольтметр PV1 и амперметр PA1 (рис. 2.5, а) включите для измерения действующих входных напряжения U_вх и тока I_вх, а затем вольтметр PV2 и амперметр PA2 для измерения выпрямленного напряжения U_d и тока I_d, не забывая при этом устанавливать поворотные переключатели приборов в соответствующие положения: РА1 и PV1 в _~A и _~V соответственно, РА2 и PV2 в _A и _V соответственно с диапазонами измерений 200 мА и 20 В.

Амплитудное значение напряжения U_{обр. макс} получите с осциллографа, подключенного к гнездам XS3, XS4.

Замеры следующих величин производить: U₂ – в режиме х.х.; I₂ – в режиме максимальной токовой нагрузки (при R_н = = 150 Ом).

Все выполненные измерения запишите в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Результаты измерений и расчетные соотношения параметров
Схема	Uвх, В	Ud, В	Iвх, мА	Id, мА	Uобр. макс, В
С нулевым выводом

Примечание: U_вх, I_вх – действующие напряжение и ток на входе выпрямителя; U_d, I_d – измеренные выпрямленные значения напряжения и тока нагрузки; U_{обр. макс} – амплипудное значение обратного напряжения на диоде.

По результатам измерений получите расчетные соотношения электрических величин и сравните их с теоретическими (табл. 2.3).

Таблица 2.3. Теоретические соотношения токов и напряжений

Схема
Нулевая	0,48	0,59	0,33	0,85
Мостовая	0,817	0,817	0,33	0,43

Примечание. Теоретические соотношения I₁/I_d = 0,48 и I₁/I_d = 0,817 справедливы только для коэффициента трансформации К_тр = 1.

Подключите осциллограф на соответствующие гнезда и перенесите на график осциллограммы напряжений:

• гнезда XS2, XS6 – U_вх;

• гнезда XS6, XS7 – U_d;

• гнезда XS3, XS4 – U_b;

• гнезда XS1, XS2 – I_вх;

• гнезда XS5, XS7 – I_d.

Номинал резистора R_н указывает преподаватель. Осциллограммы должны быть выполнены в одном масштабе времени и размещены одна под другой.

К пункту 3

3.1. Исследуйте трехфазный мостовой выпрямитель (рис. 2.6).

На наборном поле с помощью мини-модулей и соединительных проводов соберите трехфазный мостовой выпрямитель, состоящий из диодов VD1…VD6 и резистора R_н, по схеме, изображенной на рис. 2.6. Включите амперметр РА1 и вольтметр PV1 в измеряемую цепь постоянного тока.

Рис. 2.6. Схема для снятия внешней характеристики трехфазного мостового выпрямителя

Для снятия внешней характеристики повторите действия п. 2.1. Показания приборов запишите в табл. 2.4.

Таблица 2.4. Данные для построения внешней характеристики U_d = f(I_d)

Схема	Rн, Ом	4,7 кОм	2,2 кОм	220 Ом	150 Ом
Мостовая	Id, А	0
	Ud, В

3.2. Для получения расчетных соотношений выполните с помощью измерительных приборов сначала измерения переменных тока и напряжения, а затем измерения постоянных тока и напряжения согласно рис. 2.7, а, б соответственно.

Для снятия осциллограмм напряжений и токов необходимо подключить осциллограф к следующим гнездам:

• XS1, XS7 – фазное напряжение генератора U_вх;

• XS3, XS4 – напряжение между анодом и катодом U_{обр. макс};

• XS4, XS8 – выпрямленное напряжение U_d;

• XS1, XS2 – входной ток I_вх;

• XS5, XS6 – ток нагрузки I_d.

а) б)

Рис. 2.7. Схема трехфазного мостового выпрямителя для измерения напряжений и токов: а – переменных; б – постоянных

Повторите все измерения в соответствии с п. 2.2.

Показания приборов запишите в табл. 2.5.

Таблица 2.5. Результаты измерений и расчетные соотношения
Схема	Uвх, В	Ud, В	Iвх, мА	Id, мА	Uобр. макс, В
Мостовая

3.3. Включите и настройте осциллограф. Настройка производится нажатием кнопки «Autoset». Выберите масштаб изображения, при котором развертка луча соответствовала 5 мс на одну экранную клетку. Кабель первого канала осциллографа подключите к гнездам XS1 и XS5 для наблюдения формы входного напряжения U_вх(t). Осциллограмму перенесите на график. Кабель второго канала подключите к гнездам XS5 и XS6 (см. рис. 2.7, б) для наблюдения формы выпрямленного напряжения U_d(t), и осциллограмму также перенесите на график. Затем этот же кабель подключите к гнездам XS2 и XS3 для наблюдения формы тока через диод I_a(t), одновременно зарисовывая осциллограмму на бумаге.

Примечания. Штекер красного щупа кабеля вставляется в гнездо с положительным потенциалом, а штекер черного щупа – в гнездо нулевого потенциала («земля»). При использовании двух каналов осциллографа щупы черного цвета объединить в одной точке.

При активной нагрузке форма выпрямленного тока повторяет форму выпрямленного напряжения, поэтому снимать осциллограмму I_d(t) не следует.

Амплитудное значение напряжения U_{обр. макс} определите с помощью осциллографа, подключенного к гнездам XS3, XS4, и одновременно зарисуйте кривую обратного напряжения. Результат измерения U_{обр. макс} запишите в табл. 2.4.

Осциллограммы должны быть выполнены в одном принятом масштабе времени и размещены одна под другой для совмещения соответствующих моментов времени.