МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра РАПС

отчет

по лабораторной работе №2

по дисциплине «Преобразовательная техника»

Тема: «Исследование понижающего 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 5

5 Результаты экспериментальных исследований и проведенных по ним расчетов 7

6 Построенные характеристики 9

7 Выводы по работе 12

8 Список используемой литературы 14

1 Протокол измерений

2 Цель работы

Цель работы – Изучение электромагнитных процессов, внешних, регулировочных и энергетических характеристик понижающего 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 = 0,7;

- напряжение источника питания U_d = 25 В;

- ток нагрузки I_н = 0,4 А.

Принципиальная силовая схема лабораторной установки представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Принципиальная силовая схема установки

4 Обработанные осциллограммы

Обработанные осциллограммы представлены на рисунках 2 – 4.

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

Рисунок 3 – Напряжение на диоде u_д и ток через диод i_д

Рисунок 4 – Напряжение на нагрузке U_н и ток через диод i_д

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 = 22,67 Ом

Rн = 22,67 Ом, fнес = 2 кГц
γ	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
Ud, В	26,2	25,5	25,1	25	25	24,9	24,8	24,7
Id, А	0,004	0,033	0,084	0,152	0,249	0,374	0,51	0,68
Uн, В	2,3	4,7	6,9	9	11,3	13,6	15,7	18
Iн, А	0,05	0,13	0,25	0,36	0,48	0,6	0,71	0,84
ΔIн, В	0,02	0,04	0,07	0,08	0,08	0,08	0,07	0,06
qi	0,2000	0,1538	0,1400	0,1111	0,0833	0,0667	0,0493	0,0357
Pd, Вт	0,1048	0,8415	2,1084	3,8	6,225	9,3126	12,648	16,796
Pн, Вт	0,01	0,6	1,7	3,2	5,3	8,1	11,8	14,9
η	0,10	0,71	0,81	0,84	0,85	0,87	0,93	0,89

Таблица 2 – Результаты измерений и расчетов при R_н = 41,5 Ом

Rн = 41,5 Ом, fнес = 2 кГц
γ	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
Ud, В	26,2	25,7	25,3	25,1	25	25	24,9	24,9
Id, А	0,003	0,019	0,045	0,088	0,144	0,196	0,291	0,383
Uн, В	2,5	4,9	7,1	9,5	12	13,8	16,6	18,8
Iн, А	0,05	0,07	0,13	0,2	0,27	0,31	0,4	0,47
ΔIн, В	0,04	0,04	0,04	0,06	0,06	0,08	0,08	0,08
qi	0,4	0,28571	0,15385	0,15	0,11111	0,12903	0,1	0,08511
Pd, Вт	0,0786	0,4883	1,1385	2,2088	3,6	4,9	7,2459	9,5367
Pн, Вт	0,01	0,3	0,8	1,8	3,1	4,3	6,5	8,7
η	0,12723	0,61438	0,70268	0,81492	0,86111	0,87755	0,89706	0,91227

Таблица 3 – Результаты измерений и расчетов при γ = 0,7

γ = 0,7, fнес = 2 кГц
Rн, Ом	21,97	26,23	33,96	44,86	52,19	65,00	77,27	85,00
Ud, В	24,8	24,8	24,9	24,9	25	25	25	25
Id, А	0,51	0,43	0,35	0,275	0,235	0,19	0,166	0,146
Uн, В	15,6	16	16,3	16,6	16,7	16,9	17	17
Iн, А	0,71	0,61	0,48	0,37	0,32	0,26	0,22	0,2
ΔIн, В	0,08	0,1	0,08	0,1	0,1	0,1	0,1	0,8
qi	0,056	0,082	0,083	0,135	0,156	0,192	0,227	2,000
Pd, Вт	12,65	10,66	8,72	6,85	5,88	4,75	4,15	3,65
Pн, Вт	11,1	9,6	7,8	6,2	5,2	4,2	3,7	3,2
η	0,88	0,90	0,90	0,91	0,89	0,88	0,89	0,88

Таблица 4 – Результаты измерений и расчетов при γ = 0,5

γ = 0,5, fнес = 2 кГц
Rн, Ом	23,27	27,62	30,53	36,88	38,06	44,44	55,00	71,76
Ud, В	24,9	25	25	25	25	25	25,1	25,1
Id, А	0,258	0,22	0,206	0,176	0,167	0,146	0,117	0,099
Uн, В	11,4	11,6	11,6	11,8	11,8	12	12,1	12,2
Iн, А	0,49	0,42	0,38	0,32	0,31	0,27	0,22	0,17
ΔIн, В	0,05	0,06	0,08	0,08	0,08	0,08	0,08	0,08
qi	0,051	0,071	0,105	0,125	0,129	0,148	0,182	0,235
Pd, Вт	6,42	5,50	5,15	4,40	4,18	3,65	2,94	2,48
Pн, Вт	5,5	4,7	4,5	3,8	3,6	3,1	2,5	2,1
η	0,86	0,85	0,87	0,86	0,86	0,85	0,85	0,85

6 Построенные характеристики

Рисунок 5 – Регулировочные характеристики при разных R_н

Рисунок 6 – Мощности от γ при разных R_н

Рисунок 7 – КПД от γ при разных R_н

Рисунок 8 – Коэффициент пульсаций от γ при разных R_н

Рисунок 9 – Внешние характеристики при разных γ

Рисунок 10 – Мощности от I_н при разных γ

Рисунок 11 – КПД от I_н при разных γ

Рисунок 12 – Коэффициент пульсаций от I_н при разных γ

7 Выводы по работе

1. При увеличении значения коэффициента заполнения γ, напряжение на нагрузке U_н также увеличивается. Это происходит из общих принципов работы понижающего 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 тока в 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