Лабораторная работа №2 / лаба № 2 ФОЭ SL

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследование неуправляемых схем выпрямления однофазного тока, определение соотношений между выпрямленными токами и напряжениями при активной нагрузке, ознакомление с работой ёмкостного, индуктивного фильтров, снятие внешних характеристик выпрямителя без фильтра и с различными фильтрами.

ОБЪЕКТ И СРЕДТСВА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследуемые схемы выпрямления собираются на стенде ЭВ-4. Схема для изучения работы выпрямительных схем приведена на рисунке 1. Источником питания выпрямительных схем является трансформатор ТР1, первичная обмотка которого подключается к переменному напряжению 220 В на блоке питания ЭВ-4. Вторичная обмотка трансформатора ТР1 имеет 2 плеча, что позволяет собирать выпрямительную схему со средней точкой. Выпрямительными элементами являются полупроводниковые вентили В₁ – В₄ (Рисунок 1), а нагрузкой резисторы R₁, R₂. Фильтр собирается из конденсаторов С_ф1 и С_ф2, индуктивности , которые могут подключаться к выпрямителю с помощью тумблера кнопочного типа , S₄, S₅. Выключатели S₁, S₂ служат для подключения соответствующих схем выпрямления, а S₆ – для подключения нагрузки. Вольтметр и амперметр , которые подключаются в соответствующие гнёзда (K₁ – K₄), служат для снятия внешних характеристик. Кроме того, к выходным клеммам K₅ – K₆ подключается электронный осциллограф для наблюдения осциллограмм выпрямленного напряжения.

Рисунок 1 – Схема для изучения работы выпрямительных схем

1 ИЗУЧЕНИЕ СХЕМЫ ОДНОФАЗНОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО

ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Сначала необходимо собрать схему на рисунке 2. Для этого тумблер S₁ включить в положение 1, S₄ – в положение «выкл». К клеммам K₅ – K₆ подключить вход «Y» электронного осциллографа, к клеммам K₁ – K₂ V – вольтметр, а к клеммам K₃ – K₄ – миллиамперметр. Отключить конденсаторы С_ф1 и С_ф2, отключить дроссель L_ф. Подключить нагрузку.

Теперь измерим действующее значение вторичного напряжения трансформатора. Изменяя величину нагрузки с помощью потенциометра R₁, снимаем зависимость от (вольтметр V и амперметр А) – внешнюю характеристику без фильтра. Зарисуем осциллограммы выпрямленного напряжения при двух значениях нагрузки. Осциллограммы изображены на рисунке 3. Результаты наблюдений запишем в таблицу 1. Также по данным наблюдений построим график зависимости , который изобразим на рисунке 4.

Рисунок 2 – Схема однофазного однополупериодного выпрямителя

Рисунок 3 – Внешняя характеристика для однополупериодной схемы

Рисунок 4 – Осциллограмма при первом значении нагрузки а) без фильтра,

б) фильтр С-типа, в) фильтр L-типа, г) фильтр Г-типа, д) фильтр П-типа

Рисунок 5 – осциллограмма при втором значении нагрузки: а) без фильтра, б) фильтр С-типа, в) фильтр L-типа, г) фильтр Г-типа, д) фильтр П-типа

2 ИЗУЧЕНИЕ СХЕМЫ ДВУХПОЛУПЕРИОДНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

СО СРЕДНЕЙ ТОЧКОЙ

Для изучения схемы двухполупериодного однофазного выпрямителя со средней точкой необходимо собрать схему, представленной на рисунке 13. Собрав схему на стенде проделаем с ней те же опыты, что и для однополупериодной однофазной схемы.

Сначала необходимо собрать схему на рисунке 13. Для этого тумблер S₁ включить в положение 1, S₄ – в положение «выкл». К клеммам K₅ – K₆ подключить вход «Y» электронного осциллографа, к клеммам K₁ – K₂ V – вольтметр, а к клеммам K₃ – K₄ – миллиамперметр. Отключить конденсаторы С_ф1 и С_ф2, отключить дроссель L_ф. Подключить нагрузку.

Теперь измерим действующее значение вторичного напряжения трансформатора. Изменяя величину нагрузки с помощью потенциометра R₁, снимаем зависимость от (вольтметр V и амперметр А) – внешнюю характеристику без фильтра. Зарисуем осциллограммы выпрямленного напряжения при двух значениях нагрузки. Осциллограммы изображены на рисунке 14. Результаты наблюдений запишем в таблицу 1. Также по данным наблюдений построим график зависимости , который изобразим на рисунке 15.

Рисунок 6 – Схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой

Рисунок 7 – Внешняя характеристика для однополупериодной схемы а) без фильтра, б) фильтр С-типа, в) фильтр L-типа, г) фильтр Г-типа,

д) фильтр П-типа

Рисунок 8 – Осциллограмма при первом значении нагрузки: а) без фильтра, б) фильтр С-типа, в) фильтр L-типа, г) фильтр Г-типа, д) фильтр П-типа

Рисунок 9 – Осциллограмма при втором значении нагрузки: а) без фильтра,

б) фильтр С-типа, в) фильтр L-типа, г) фильтр Г-типа, д) фильтр П-типа

3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ МОСТОВОЙ СХЕМЫ

ДВУХПОЛУПЕРИОДНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Для изучения схемы двухполупериодного однофазного выпрямителя мостовой схемы необходимо собрать схему, представленной на рисунке 24. Собрав схему на стенде проделаем с ней те же опыты, что и для однополупериодной однофазной схемы.

Сначала необходимо собрать схему на рисунке 24. Для этого тумблер S₁ включить в положение 1, S₄ – в положение «выкл». К клеммам K₅ – K₆ подключить вход «Y» электронного осциллографа, к клеммам K₁ – K₂ V – вольтметр, а к клеммам K₃ – K₄ – миллиамперметр. Отключить конденсаторы С_ф1 и С_ф2, отключить дроссель L_ф. Подключить нагрузку.

Теперь измерим действующее значение вторичного напряжения трансформатора. Изменяя величину нагрузки с помощью потенциометра R₁, снимаем зависимость от (вольтметр V и амперметр А) – внешнюю характеристику без фильтра. Зарисуем осциллограммы выпрямленного напряжения при двух значениях нагрузки. Осциллограммы изображены на рисунке 25. Результаты наблюдений запишем в таблицу 1. Также по данным наблюдений построим график зависимости , который изобразим на рисунке 26

Рисунок 10 – Мостовая схема выпрямления

Рисунок 11 – Внешняя характеристика для однополупериодной схемы а) без фильтра, б) фильтр С-типа, в) фильтр L-типа, г) фильтр Г-типа,

д) фильтр П-типа

Рисунок 12 – Осциллограмма при первом значении нагрузки: а) без фильтра, б) фильтр С-типа, в) фильтр L-типа, г) фильтр Г-типа, д) фильтр П-типа

Рисунок 13 – Осциллограмма при втором значении нагрузки: а) безфильтра, б) фильтр С-типа, в) фильтр L-типа, г) фильтр Г-типа,

д) фильтр П-типа

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТТАТОВ

Ток вентиля и его максимальное значение находиться по формулам:

; (1)

; (2)

где U_d и I_d – действующее напряжение и ток нагрузки; I_а – ток вентиля.

мА;

мА;

Ток вторичной обмотки трансформатора находим по формуле:

; (3)

, мА;

Дальнейшие расчеты проводятся аналогично. Результаты представлены в таблице № 1.

Внешние характеристики представлены на рисунке 11. Осциллограммы представлены на рисунках 12, 13.

Для проведения опыта исследования мостовой схемы выпрямителя собирается схема, представленная на рисунке 10. Результаты измерений и вычислений представлены в таблице № 1.

Ток вторичной обмотки трансформатора определяется по формуле:

, (4)

где I_a – ток вентиля; I_d – ток нагрузки.

, мА;

Ток вентиля и его максимальное значение определяется по формуле:

; (5)

; (6)

, мА;

, мА.

Внешняя характеристика для данной схемы приведены на риунке 7. Осциллограммы представлены на рисунках 8 и 9.

ВЫВОД

В данной работе мы, проанализировав полученные данные и произведя расчеты всех предложенных к рассмотрению схем выпрямления, мы пришли к выводом, что самой простой и дешевой схемой выпрямлении является схема с однополупериодным выпрямителем, но она же является и самой малоэффективной. Самой эффективной, как нами экспериментально было установлено, является мостовая схема выпрямления, поскольку она обладает минимальный коэффициент пульсации. В рассмотренных нами схемах для улучшения выходного сигнала были применены стабилизационные фильтры С-типа, L-типа, Г-типа, П-типа. В результате исследования мы пришли к выводу о лучших показаниях П-фильтра.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Шляпников, В. В. Методические указания к лабораторным работам по курсу промышленная электроника [Текст] / В. В. Шляпникова, В. П. Торопцев - Липецк, 1990. 30 с.

2. Ибрагим, К. Ф. Основы промышленной электроники [Текст] /

К. Ф. Ибрагим, В. М. Матвеева, Г. Ф. Хохлова – М.: Мир, 2001. 398 с.

28