foe laba

основным достоинством комбинированных LC – фильтров.

В маломощной аппаратуре иногда вместо многозвенного чисто реактивного LC – фильтра используют более простой по стоимости, массе и габаритам многозвенный RC – фильтр, часто по П-образной структуре, показанной на рис. 8 б, с активным сопротивлением Rф в последовательном звене. Это увеличивает

соответствующие постоянные времени зарядных и разрядных процессов конденсаторов Сф и тем самым уменьшает перепад

между минимальным и максимальными уровнями их напряжений, а значит и уровень пульсаций выходного сигнала.

Однако здесь постоянная составляющая фильтруемого напряжения uв (t) (и тока I н ) передается в нагрузку Rн через дос-

таточно большое активное сопротивление Rф . Это, во-первых,

обуславливает плохие энергетические показатели фильтра и, вовторых, даже при незначительных изменениях нагрузки I н создаются относительно большие колебания падения напряжения на активном сопротивлении Rф фильтра U R Rф Iн , при-

водящие к соответствующим большим изменениям (нестабильности) выходного напряжения Uн Rф Iн

И, наконец, одним из важнейших показателей качества работы любого выпрямителя является его выходная или нагрузочная характеристика uн (iн ) , показывающая, как сильно изменя-

ется (уменьшается) его выходное напряжение uн с ростом нагрузки iн

В выпрямителях без фильтров (рис. 3 а и рис. 4 а) это влияние осуществляется через увеличение падения напряжения на внутреннем сопротивлении ri по уравнению Кирхгоффа для це-

пи постоянного тока выпрямителя:

23

по отдельности или в любом сочетании на выходе выпрямителя всегда только ухудшает его внешнюю характеристику.

Влияние звена активного сопротивления Rф в RC - много-

звенном фильтре на нестабильность выходного напряжения U н при изменении нагрузки I н показано выше.

Использование L – фильтрующего звена самостоятельно или в составе многозвенного LC – фильтра ухудшает характеристику uн (iн ) за счет увеличения внутреннего сопротивления

выпрямителя ri на величину активного сопротивления этого дросселя rдр . С учетом этого по уравнению Кирхгоффа для цепи

постоянного тока выпрямителя получаем:

Uн U0 Iн (ri rдр )

Принцип работы Сф - звена рассмотрен ранее. Нетрудно убедиться, что с уменьшением Rн , одновременно уменьшается постоянная времени разряда раз CRн и увеличивается кру-

тизна снижения напряжения конденсатора UC на участках его разряда. Это приводит к уменьшению постоянной составляющей U ср , которая и является выходным напряжением всего выпря-

мителя Uср Uн .

Итак, любой выпрямитель без фильтра имеет наилучшую внешнюю характеристику uн (iн ) , но наихудшую форму (с мак-

24

симальным уровнем пульсаций) выходного напряжения. Использование в выпрямителях любых сглаживающих фильтров улучшает форму выходного напряжения (уменьшает коэффициент его пульсаций), но ухудшает его внешнюю характеристику.

Домашнее задание

По учебнику и лекциям изучить устройство, принцип действия, характеристики и параметры выпрямительных диодов, схемы и работу однофазных выпрямителей и сглаживающих фильтров. Ознакомиться с внешними характеристиками выпрямителей, а также факторами, влияющими на них.

Приборы и оборудование

Лабораторная работа выполняется на модернизированном стенде ЭС-1м, с помощью которого можно исследовать два однофазных двухполупериодных выпрямителя: с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора и мостовой выпрямитель. Электрическая схема стенда показана на рис. 9.

Включение исследуемого выпрямителя производится переключателем SА1. В положении переключателя «мостовой» к трансформатору Т1 подключается мостовой выпрямитель, а в другом положении переключателя SА1 подсоединяется выпрямитель «с выводом средней точки» вторичной обмотки трансформатора. Резистор R1 с выключателем SА7 между гнездами XS1 и XS2 предназначены для снятия осциллограммы тока диода

VD6.

25

Рис.9 В исследуемых выпрямителях используются кремневые

диоды типа КД205. Нагрузкой выпрямителей являются резисторы R3 и R4. Выключатель SА4 отсоединяет нагрузку при измере-

нии начального значения U н U 0 .

Для создания сглаживающего фильтра служат: дроссель L1, резистор R2 и конденсаторы С1 и С2. Схема исследуемого фильтра набирается с помощью выключателей SА2, SА3, SА5, SА6. При измерении выпрямленного напряжения и тока используется вольтметр PV1 и миллиамперметр РА1. Для снятия осциллограмм выходного напряжения предусмотрены гнезда XS3XS5. Выключатель Q1 подсоединяет или отсоединяет питание стенда.

26

План работы

1.Ознакомиться со стендом.

2.Подготовить стенд к работе: установить переключатель SА1 в положение «мостовой», реостат R3 - в положение минимального тока (полностью ввести ручкой по часовой стрелке), выключатели SА2, SА3 – в положение «замкнуто», выключатели SА4, SА5, SА6 – в положение «разомкнуто», подсоединить шнуром питания стенд к сети 220 В и включить Q1, при этом загорится сигнальная лампочка HL1.

3.Снять внешние характеристики мостового выпрямителя: а) без фильтра, для чего записать показание вольтметра при

Iн=0, затем включить SА4 и, изменяя ток Iн от минимального до максимального значения, снять показания приборов в 3 4 точках;

б) с фильтром L1, для чего установить выключатель SА2 в положение «разомкнуто» и повторить опыт согласно пункту 3а;

в) с фильтром C1, для чего установить выключатели SА2, SА5 и SА6 – в положение «замкнуто» и повторить опыт согласно пункту 3а;

г) с П- образным LC – фильтром, для чего установить выключатель SА2 в положение «разомкнуто», а выключатель SА5 и SА6 – в положение «замкнуто» и повторить опыт согласно пункту 3а;

д) с П – образным RC – фильтром, для чего установить выключатель SА2 в положение «замкнуто», а выключатель SА3 – в положение «разомкнуто» и повторить опыт согласно пункту 3а.

Полученные данные занести в табл.2.

4. Подключить осциллограф к гнездам XS3 и XS5. Зарисовать в одном и том же масштабе осциллограммы напряжения на нагрузке для всех исследованных режимов. Проследить и пояснить влияние I н на сглаживающую способность фильтров.

5.Снять внешние характеристики выпрямителя с выводом средней точки, для чего установить переключатели SА1 в положение «с выводом средней точки», а SА7 включить и выполнить опыты согласно пункту 3: а) без фильтра; б) с фильтром L; в) с фильтром С; г) с П-образным LC - фильтром; д) с П-образным RC - фильтром. Полученные данные занести в табл.2.

6.По данным опытов построить внешние характеристики выпрямителей.

7.Проследить и пояснить влияние фильтров на внешнюю характеристику и уровень пульсаций выходного напряжения.

Контрольные вопросы

1.Объяснить устройство, принцип действия и вольтамперные характеристики полупроводниковых выпрямительных диодов.

2.Начертить схему и объяснить работу мостового выпря-

мителя.

3.Начертить схему и объяснить работу выпрямителя с выводом средней точки трансформатора.

4.Объяснить назначение и принцип действия сглаживающих L-, C-, и комбинированных LC- и RC- фильтров.

5.Объяснить ход внешних характеристик исследованных выпрямителей.

6.Объяснить зарисованные осциллограммы.

28

Библиографический список

1.Касаткин А.С., Немцов С.В. Электротехника. М.: Высш. шк., 2000. С.237-240, 243-245, 258-262 .

2.Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. М.: Высш.шк., 2000. С.465-489, 525-531, 537-541.

3.Основы промышленной электроники /Под ред.В.Г.Герасимова.М.: Высш.шк., 1986. С.12-15, 21-24, 225-233, 235-240, 242-243.

4.Волынский Б.А., Зейн Е.Н., Шатерников В.Е. Электротехника. М.: Энергоатомиздат. 1987. С.227-233.

Работа № 2. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАЗВЕТЛЕННОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ

Цель работы: 1) изучить процессы в цепи переменного тока, состоящей из последовательно соединенных катушки и конденсатора;

2)изучить явление резонанса напряжение и условия, при которых оно наблюдается;

3)освоить методику построения векторных диаграмм для цепи с последовательным соединением элементов.

Пояснения к работе

Исследуемая цепь состоит из последовательно соединенных катушки с ферромагнитным сердечником, в котором имеется воздушный зазор, и батареи конденсаторов (рис.10).

29

Рис. 10

Так как индуктивная катушка обладает активным и индуктивным сопротивлением, то на схеме замещения этой цепи (рис.11), катушка представлена резистивным R и

Напряжение питающей сети, подведенное к цепи, равно векторной сумме напряжений, действующих на отдельных участках этой цепи и может быть записано по второму закону Кирхгофа в комплексной форме:

U UR UL UC ,

30

ния на участках цепи, определяемые как произведение ком-

плексного напряжения с учетом его составляющих преобразу-

По этому уравнению можно построить векторную диаграмму тока и напряжений электрической цепи, принимая во внимание, что умножение вектора напряжения на множитель (+j) соответствует повороту его относительно вектора тока на угол /2 в направлении отсчета положительных углов (против часовой стрелки), а умножения на множитель (-j) – повороту вектора на угол /2 по часовой стрелке (рис.12.)

За базовый принимают вектор тока I , так как при последовательном соединении элементов через них протекает один и тот же ток. Вектор тока проводят произвольно. Выбирают масштаб

вектор напряжения UC на емкостном сопротивлении отстает от

вектора тока I на угол /2. Угол - угол сдвига фаз рассчитывается по формуле

31

Исследования проводятся при неизменном напряжении U и изменяющейся емкости С (могут изменяться индуктивность L или частота f)

В исходном положении включена минимальная емкость Сmin. При увеличении емкости путем подключения параллельно друг другу конденсаторов уменьшается емкостное сопротивле-

ся величина тока I, напряжений UК и UС, угол сдвига фаз , активная Р, реактивная Q и полная S мощности цепи.

32