Лабораторная №20

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИСТЕТ»

Инженерная школа энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

Лабораторная работа №20

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ С ВЕНТИЛЯМИ

Вариант 8

Исполнитель:
студент группы 5А8Д					Нагорнов А.В.
Руководитель:
к.т.н., доцент ОЭЭ ИШЭ				Колчанова В. А.

Томск 2020

Цель работы: Экспериментальное подтверждение способности нелинейных элементов выпрямлять переменный ток. Сравнительный анализ различных схем выпрямителей.

Исходные данные:

Таблица 1

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U (B)	15,5	15	14	13	12	11	10	9	8	7

Ход работы:

1. Однополупериодный выпрямитель.

Рисунок 1 – Схема однополупериодного выпрямителя

В течение положительного полупериода входного напряжения u₁(t) диод открыт и по нему протекает ток прямого направления. В отрицательный полупериод диод закрыт – ток отсутствует. Таким образом, в нагрузке течет пульсирующий ток – переменный по величине, но имеющий постоянное направление.

Рисунок 2 – Осциллограмма без фильтра

Рисунок 3 – Осциллограмма с фильтром

Показания приборов внесём в таблицу 2.

Вычислим коэффициент пульсации:

2. Двухполупериодный выпрямитель.

Рисунок 4 – Схема с двухполупериодным выпрямителем

Все результаты показаний приборов записываем в таблицу 2.

Снимем осциллограмму при разомкнутом ключе (без фильтра):

Рисунок 6 – Осциллограмма двухполупериодной схемы без фильтра

Рисунок 7 - Кривые u₁(t) и u₂(t) без фильтра

Включим фильтр в цепь, замкнув ключ, и исследуем влияние ёмкости фильтра на качество выпрямления.

а)

б)

в)

Рисунок 8 – Выходное напряжение при: а) С = 1 мкФ, б) С = 10 мкФ, в) С = 100 мкФ

Проведём ещё один опыт для схемы с двухполупериодным выпрямителем: изменяя сопротивление нагрузки снимем показания приборов при разомкнутом фильтре и при С = 100 мкФ. Результаты опыта внесём в таблицу 3.

3. Выпрямитель трёхфазный с нулевым проводом.

Рисунок 9 – Осциллограмма трёхфазной нулевой схемы

Результаты исследования внесём в таблицу 2.

4. Трехфазная мостовая выпрямительная схема Ларионова.

Рисунок 10 – Осциллограмма схемы Ларионова

Таблица 2

Выпрямитель		Эксперимент				Расчет
		U1	U0	U2	kП
		В	В	В	-
Одно- полупериодный	без фильтра	9	3.747	4.628	1.75
	С = 20 мкФ	9	11.65	0.305	0.037
Двух-полупериодный	без фильтра	9	6.854	3.816	0.79
	С = 1 мкФ	9	9.1	1.623	0.252
	С = 10 мкФ	9	11.04	0.27	0.034
	С = 100 мкФ	9	11.17	0.026	0.003
Трехфазный с нулевым проводом		9.001	9.865	1.923	0.275
Схема Ларионова		15.59	19.7	0.891	0.064

Таблица 3

U=9 В, С=0
R, кОм	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U 0, В	6.773	6.794	6.808	6.819	6.828	6.836	6.843	6.849	6.854
I 0:, мА	3.387	2.265	1.702	1.364	1.138	0.976	0.855	0.761	0.685
U=9 В, С=100мкФ
R, кОм	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U 0, В	10.99	11.04	11.10	11.12	11.14	11.16	11.16	11.17	11.17
I 0, мА	5.505	3.689	2.758	2.217	1.835	1.582	1.395	1.231	1.117

Вывод:

Экспериментально полученные коэффициенты пульсации практически совпадают со своими теоретическими значениями. Для примера вычислим погрешность коэффициента пульсации однополупериодной схемы без фильтра (примем, что данная погрешность общая для всех остальных схем выпрямителей).

Данная погрешность достаточно велика в связи с тем, что в реальной схеме наблюдаются небольшие потери, которых не может быть в электронно-вычислительной среде. Как можно видеть в таблице 2, все коэффициенты пульсаций различных схем выпрямления превышают теоретические значения по этой причине.

Понижение напряжения при увеличении тока объясняется действием закона Ома: чем больше ток, тем больше падение напряжения.

Ёмкостный элемент в схеме является сглаживающим фильтром, за счёт которого уменьшается пульсация тока в цепи. Чем больше значение постоянной времени RC, тем медленнее спадает напряжение на конденсаторе, тем меньше его пульсации. Однако при этом велики импульсы тока в диодах.

По мере увеличения тока нагрузки выпрямителя (т.е. при уменьшении R) пульсации напряжения растут.

При наличии емкостного фильтра уменьшение напряжения U с ростом тока I, вызванного сопротивлением R, происходит не только за счёт увеличения напряжения на сопротивлениях вентиля и вторичной обмотки трансформатора, но и за счет быстрого разряда конденсатора на меньшее сопротивление.

Литература

1. Теоретические основы электротехники: учебник для вузов / К.С.Демирчян, Л.Р.Нейман, Н.В.Коровкин. – 5-е изд. – СПб.: Питер, 2009. – (Учебник для вузов). Т. 2. – 2009. – 432 с.

2. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учебник для бакалавров / Л.А.Бессонов. – 11-е изд., перераб. и доп. – М.: Юрайт, 2012. – 701 с.

3. Основы теории цепей / Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528 с.