МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра РАПС

отчет

по лабораторной работе №3

по дисциплине «Преобразовательная техника»

Тема: «Исследование повышающего широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения»

Студент гр. 0421		Токарев А.А.
Преподаватель		Прокшин А.Н.

Санкт-Петербург

2023

Содержание

1 Протокол измерений 3

2 Цель работы 4

3 Исходные данные 4

4 Обработанные осциллограммы 4

5 Результаты экспериментальных исследований и проведенных по ним расчетов 7

6 Построенные характеристики 8

7 Выводы по работе 12

8 Список используемой литературы 13

1 Протокол измерений

2 Цель работы

Цель работы – Изучение электромагнитных процессов, внешних, регулировочных и энергетических характеристик повышающего широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения.

3 Исходные данные

Базовая точка (режим), для которого снимаются осциллограммы и через которую проходят снимаемые характеристики:

- несущая частота f_нес = 2 кГц;

- коэффициент заполнения γ = 0,6;

- напряжение источника питания U_d = 15 В;

- ток нагрузки I_н = 80 мА.

Принципиальная силовая схема лабораторной установки представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Принципиальная силовая схема установки

4 Обработанные осциллограммы

Обработанные осциллограммы представлены на рисунках 2 – 5.

Рисунок 2 – Напряжение на транзисторном ключе u_vt и ток через него i_vt

Рисунок 3 – Ток, потребляемый от источника питания i_d

Рисунок 4 – Напряжение на диоде u_д и ток через диод i_д

Рисунок 5 – Напряжение на нагрузке U_н

5 Результаты экспериментальных исследований и проведенных по ним расчетов

Рассчитаем сопротивление нагрузки в базовом режиме:

Рассчитаем энергетические показатели. Мощность на входе:

Коэффициент полезного действия:

Коэффициент пульсаций тока нагрузки:

Результаты измерений, а также результаты расчетов, занесем в таблицы 1-4.

Таблица 1 – Результаты измерений и расчетов при R_н = 400 Ом

Rн = 400 Ом, fнес = 2 кГц
γ	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
Ud, В	15,5	15,4	15,4	15,3	15,3	15,2	15,1	14,9
Id, А	0,044	0,063	0,081	0,118	0,179	0,283	0,48	0,88
Uн, В	15	16	18	23	27	32	40	48
Iн, А	0,02	0,03	0,04	0,05	0,07	0,08	0,11	0,15
ΔUн, В	0,02	0,04	0,04	0,04	0,04	0,04	0,06	0,08
qu	0,0007	0,0013	0,0011	0,0009	0,0007	0,0006	0,0008	0,0008
Pd, Вт	0,682	0,9702	1,2474	1,8054	2,7387	4,3016	7,248	13,112
Pн, Вт	0,3	0,4	0,5	1	1	2	4	7
η	0,44	0,41	0,40	0,55	0,37	0,46	0,55	0,53

Таблица 2 – Результаты измерений и расчетов при R_н = 207 Ом

Rн = 207 Ом, fнес = 2 кГц
γ	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
Ud, В	15,4	15,3	15,3	15,3	15,2	15,1	15	14,7
Id, А	0,08	0,102	0,137	0,197	0,264	0,41	0,69	1,22
Uн, В	15	15	18	22	24	29	35	40
Iн, А	0,06	0,07	0,08	0,09	0,11	0,14	0,18	0,22
ΔUн, В	0,02	0,02	0,02	0,04	0,06	0,08	0,08	0,1
qu	0,00067	0,00067	0,00056	0,00091	0,00125	0,00138	0,00114	0,00125
Pd, Вт	1,232	1,5606	2,0961	3,0141	4,0128	6,191	10,35	17,934
Pн, Вт	0,3	0,4	0,5	1	1	2	4	7
η	0,44	0,41	0,40	0,55	0,37	0,46	0,55	0,53

Таблица 3 – Результаты измерений и расчетов при γ = 0,5

γ = 0,5, fнес = 2 кГц
Rн, Ом	38,03	42,62	52,08	67,57	75,00	92,31	104,55	110,00
Ud, В	15,5	15,4	15,3	15,3	15,3	15,2	15,2	15,1
Id, А	0,059	0,092	0,157	0,201	0,241	0,298	0,339	0,47
Uн, В	27	26	25	25	24	24	23	22
Iн, А	0,71	0,61	0,48	0,37	0,32	0,26	0,22	0,2
ΔUн, В	0,02	0,02	0,04	0,04	0,06	0,06	0,08	0,1
qu	0,0004	0,0004	0,0008	0,0008	0,0013	0,0013	0,0017	0,0023
Pd, Вт	0,91	1,42	2,40	3,08	3,69	4,53	5,15	7,10
Pн, Вт	0,3	0,5	1	2	2	3	3	4
η	0,33	0,35	0,42	0,65	0,54	0,66	0,58	0,56

Таблица 4 – Результаты измерений и расчетов при γ = 0,3

γ = 0,3, fнес = 2 кГц
Rн, Ом	242,86	154,55	94,44	76,19	53,57	37,84	28,57	16,18
Ud, В	15,3	15,3	15,2	15,2	15,1	15,1	15	14,8
Id, А	0,13	0,188	0,284	0,323	0,43	0,56	0,72	0,98
Uн, В	17	17	17	16	15	14	14	11
Iн, А	0,07	0,11	0,18	0,21	0,28	0,37	0,49	0,68
ΔUн, В	0,02	0,02	0,04	0,04	0,06	0,08	0,08	0,1
qu	0,001	0,001	0,001	0,001	0,002	0,003	0,003	0,005
Pd, Вт	1,99	2,88	4,32	4,91	6,49	8,46	10,80	14,50
Pн, Вт	1	1	2	3	4	5	6	7
η	0,50	0,35	0,46	0,61	0,62	0,59	0,56	0,48

6 Построенные характеристики

Рисунок 6 – Регулировочные характеристики при разных R_н

Рисунок 7 – Мощности от γ при разных R_н

Рисунок 8 – КПД от γ при разных R_н

Рисунок 9 – Коэффициент пульсаций от γ при разных R_н

Рисунок 10 – Внешние характеристики при разных γ

Рисунок 11 – Мощности от I_н при разных γ

Рисунок 12 – КПД от I_н при разных γ

Рисунок 13 – Коэффициент пульсаций от I_н при разных γ

7 Выводы по работе

1. При увеличении значения коэффициента заполнения γ, напряжение на нагрузке U_н уменьшается. Это происходит из общих принципов работы повышающего преобразователя, так как напряжение на нагрузке будет прямо пропорционально коэффициенту заполнения: U_н = γU_d.

2. При увеличении значения коэффициента заполнения γ, коэффициент полезного действия η также увеличивается, так как отношение мощности в нагрузке к мощности на входе увеличивается. Это связано с тем, что при увеличении коэффициента заполнения, время использования ключа увеличивается.

3. При увеличении несущей частоты, коэффициент пульсаций на нагрузке уменьшается. Это связано с тем, что колебания напряжения на нагрузке обратно пропорциональны несущей частоте:

Таким образом, при увеличении частоты уменьшаются пульсации тока в нагрузке, а, следовательно, и коэффициент пульсаций.

8 Список используемой литературы

1 Электронная техника и преобразователи: метод. указания к проведению лабораторных работ / Д. Л. Худояров, Н. О. Фролов. – Екатеринбург : УрГУПС, 2016. – 70, [2] с. 2