Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроника. Лабораторный практикум. В 2 частях. Ч.1. Учебное пособие
.pdf
ππ
2 22
0
U
, i
2
U
2m
U
2
π
2π
π / 2
u
U
d
d
i
d
3π / 2
ωt
ωt
U
обр max
обр
ωt
U
Рис. 20. Временные диаграммы, поясняющие
принцип работы выпрямителя
Временные диаграммы, поясняющие принцип работы выпря-
мителя, выполненного по мостовой схеме, показаны на рис. 20.
Среднее значение выпрямленного напряжения U
как среднее за полупериод значение напряжения U
π
1 22
= ω= ≈
U U tdt U U
d
2 sin ,0,9
∫
определяют
d
:
2
(24)
– действующее значение U2.
где U
2
Обратное напряжение прикладывается одновременно к двум
непроводящим диодам на интервале проводимости двух других
диодов. Форма обратного напряжения для диодов VD1, VD4 представлена на рис.20. Максимальное обратное напряжение определяется амплитудным значением напряжения U
2m
:
41
π
2
md
U UU U
22
3 15
uUUtUt
d
2
3
md
UU
−
2
1Km
= = =
max
22
обр
.2
(25)
Как видно из рис. 20, выпрямленное напряжение имеет пульсирующий характер. Разложение такой периодической функции
в ряд Фурье показывает, что она состоит из суммы постоянной
составляющей U
и четных гармонических составляющих:
d
= + ω− ω+
dd d d
cos 2 cos4 ... .
(26)
Для оценки качества выпрямленного напряжения пользуются
коэффициентом пульсации K
, который равен отношению ампли-
п
тудного значения основной гармоники выпрямленного напряжения U
к постоянной составляющей, равной среднему значению
m1
выпрямленного напряжения:
U
1.m
=
K
п
(27)
U
При мостовой схеме выпрямителя:
=
,
тогда K
= 0,67.
п
1
(28)
Коэффициент пульсации можно также вычислять по формуле:
=
п
,
(29)
2
где m = 2 для исследуемого выпрямителя.
Для питания большинства электронных устройств напряжение с
такими пульсациями не обеспечивает нормальной работы, поэтому
пульсации стремятся уменьшить до заданного уровня. Устройства,
с помощью которых достигается снижение пульсаций, называют
сглаживающими фильтрами.
В зависимости от принципа действия и используемых элементов
сглаживающие фильтры разделяют на активные и пассивные. Про-
стейшим пассивным фильтром является емкостной фильтр. При
подключении конденсатора параллельно нагрузке сопротивление
42
нагрузки переменной составляющей тока становится значительно
−
UU
UU
K
меньше, чем постоянной, поэтому падение напряжения на нагрузке от переменной составляющей тока снижается, т. е. пульсации
выпрямленного напряжения уменьшаются.
При наличии фильтра коэффициент пульсаций определяется
всоответствии со следующим выражением:
где U
max
и U
=
K
пф
max min
– максимальное и минимальное значения на-
min
,
+
(30)
max min
пряжения на осциллограмме выходного напряжения выпрямителя.
Эффективность действия сглаживающих фильтров оценивают
коэффициентом сглаживания S, который равен отношению коэффициента пульсаций на входе и выходе фильтра:
п
= ,
где K
– коэффициент пульсаций без фильтра; Kпф – коэффициент
п
S
(31)
K
пф
пульсаций с фильтром.
4.2.2. Методические указания по выполнению лабораторной
работы. Исследование однофазного двухполупериодного
неуправляемого выпрямителя
Принципиальная электрическая схема исследуемого однофазного
двухполупериодного неуправляемого выпрямителя представлена
на рис.21. Для реализации данной схемы подключите мультиметр в
режиме измерения постоянного тока для определения тока нагрузки,
подключите мультиметр в режиме измерения напряжения постоянного тока для определения напряжения на выходе выпрямителя.
Подсоедините к схеме осциллограф. Корпус осциллографа (черные
выводы каналов CH1 и CH2) подключите к клемме Х13, вход СН1
(красный) – к Х10, а вход СН2 (красный) – к Х12. Таким образом,
луч канала СН1 покажет осциллограмму выпрямленного напряжения
u
= f(t), а канал СН2 – напряжения на диоде ud = f(t). Включите трех-
d
фазный источник, установите потенциометром R
максимальный ток
н
43
VD1
VD3
A
U
2
VD2
VD4
V
R
н
Рис. 21. Принципиальная электрическая схема
исследуемого однофазного выпрямителя
нагрузки, сохраните осциллограммы ud = f (t) и u
= f (t), не забудьте
vd6
проверить положение нулевых линий осциллограмм.
Занесите результаты расчета в соответствии с выражениями (24),
(25) и результаты измерений, полученных с помощью мультиметра
и осциллографа, в табл. 6.
Внешнюю характеристику U
= f (Id) однофазного выпрямителя
d
снимают для 5…10 значений сопротивления нагрузки (положений
потенциометра R
№ Измеряемые величины
1 Расчетное значение
2 Показания осциллографа
3 Показания мультиметра – –
), результаты измерений занесите в табл. 7.
н
Таблица 6
Результаты расчета и измерений
U
, В Ud, В U
2m
при U
= … В
2
обр max
, В
Внешняя характеристика однофазного выпрямителя
Положение
потенциометра R
U
, В
d
I
, мА
d
44
5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5
н
Таблица 7
По экспериментальным данным строят внешнюю характери-
стику U
= f(Id).
d
4.3. Исследование трехфазного двухполупериодного
неуправляемого выпрямителя
Цель работы. Исследование характеристик неуправляемого вы-
прямителя, выполненного по трехфазной мостовой схеме, при
работе на активную нагрузку.
4.3.1. Краткие теоретические сведения
Трехфазные выпрямители по сравнению с однофазными имеют
меньшую пульсацию выпрямленного напряжения и могут использоваться без фильтров. Кроме этого, трехфазные выпрямители
имеют более высокие энергетические показатели.
Наибольшее распространение получила трехфазная мостовая
схема выпрямления, исследуемая в данной лабораторной работе
(рис. 22). Схема трехфазного мостового выпрямителя (схема Ларионова) содержит выпрямительный мост из шести вентилей. Вентили
VD2, VD4, VD6, у которых электрически соединены аноды, образуют анодную группу. Вентили VD1, VD3, VD5 с объединенными
катодами образуют катодную группу. Нагрузку включают между
точками соединения катодов и анодов вентилей.
В любой момент времени работают два вентиля. В катодной группе в открытом состоянии будет находиться вентиль с наибольшим
I
VD1
a
b
c
VD2
Рис. 22. Принципиальная электрическая схема
трехфазного мостового выпрямителя
VD3
VD4
VD5
VD6
d
U
R
d
н
45
ππ
2 22
U U tdt U U
md
UUU U
U
U
a Ub Uc
π
2π
0
π / 2
U
d
3π / 2
ωt
VD1 VD1 VD3 VD3 VD5 VD5 VD1
VD4 VD4 VD6 VD2 VD2 VD4 VD4
0
ωt
Рис. 23. Временные диаграммы, поясняющие принцип
работы трехфазного мостового выпрямителя
положительным потенциалом на аноде, в анодной группе работает
вентиль, катод которого имеет наиболее отрицательный потенциал.
Мгновенное значение выпрямленного напряжения U
опреде-
d
ляется суммой мгновенных значений двух фазных напряжений, так
как эти напряжения действуют согласно по отношению к нагрузке
(рис. 23).
Среднее значение выпрямленного напряжения определяют по
среднему значению напряжения U
π
/2
1 32
= ω= ≈
d
2 sin 2,34/,
∫
3
/6
π
за период повторяемости π / 3:
d
л
(32)
где U2 – действующее значение фазного напряжения; U2л – действующее значение линейного напряжения.
Максимальное обратное напряжение в данном случае равно
амплитудному значению линейного напряжения U
= = =
max
2 2
обр л
6 1,045 .
:
2лm
(33)
Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения опреде-
ляют согласно выражению (29), где m = 6, тогда К
46
= 0,057.
п
4.3.2. Методические указания по выполнению лабораторной работы.
Исследование трехфазного двухполупериодного неуправляемого
выпрямителя
Принципиальная электрическая схема исследуемого трехфазного
двухполупериодного неуправляемого выпрямителя представлена на
рис.24. Для реализации данной схемы подключите мультиметр в режиме измерения постоянного тока для определения тока нагрузки,
подключите мультиметр в режиме измерения напряжения постоянного тока для определения напряжения на выходе выпрямителя.
Подсоедините к схеме осциллограф. Корпус осциллографа (черный
вывод) подключите к клемме Х16, вход СН1 (красный)– кХ14. Таким
образом, луч канала СН1 покажет осциллограмму выпрямленного
напряжения на нагрузке U
установите потенциометром R
те осциллограмму U
= f (t), не забудьте проверить положение нулевых
d
= f (t). Включите трехфазный источник,
d
максимальный ток нагрузки, сохрани-
н
линий осциллограмм. Для получения напряжения на диоде подключите CH2 осциллографа ксоответствующим клеммам Х12–Х13.
а
в
с
схема исследуемого трехфазного выпрямителя
Внешняя характеристика трехфазного выпрямителя
Положение
потенциометра R
U
, В
d
I
, мА
d
VD1
VD2
Рис. 24. Принципиальная электрическая
5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5
н
VD3
VD4
VD5
VD6
A
V
R
н
Таблица 8
47
Внешнюю характеристику Ud = f (Id) трехфазного выпрямителя
снимают для 5…10 значений сопротивления нагрузки (положений
потенциометра R
), результаты измерений заносят в табл. 8.
н
По экспериментальным данным строят внешнюю характеристику U
= f (Id).
d
4.4. Содержание отчета
Отчет выполняется СТРОГО индивидуально и должен содержать
следующие пункты:
1. Наименование и цель работы.
2. Принципиальные электрические схемы для выполненных
экспериментальных исследований.
3. Результаты экспериментальных исследований: таблицы, экспериментально снятые и построенные характеристики, обработанные осциллограммы.
4. Внешние характеристики однофазного и трехфазного выпрямителей, которые наносят на одни координатные оси.
5. Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Объясните принцип работы однофазного двухполупериодного неуправляемого выпрямителя.
2. Какова частота пульсаций выпрямленного напряжения однофазного
двухполупериодного неуправляемого выпрямителя?
3. Как влияет наличие емкостного фильтра на величину пульсаций
выходного напряжения?
4. Как определить обратно приложенное напряжение на диоде в однофазном двухполупериодном неуправляемом выпрямителе?
5. Что такое коэффициент пульсаций и как его определить?
6. Объясните принцип работы трехфазного двухполупериодного неуправляемого выпрямителя.
7. Какова частота пульсаций выпрямленного напряжения трехфазного
двухполупериодного неуправляемого выпрямителя?
8. Почему трехфазные двухполупериодные неуправляемые выпрямители могут использоваться без фильтров?
9. Как определить обратно приложенное напряжение на диоде в трехфазном двухполупериодном неуправляемом выпрямителе?
48
5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 «ИССЛЕДОВАНИЕ
ТРЕХФАЗНОГО УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ»
Цель работы. Исследование характеристик тиристорного выпря-
мителя, выполненного по трехфазной мостовой схеме, при работе
на активно-индуктивную нагрузку.
5.1. Краткие теоретические сведения
Тиристорами называют полупроводниковые приборы на основе
многослойных (четыре или более слоев) p–n-структур, способные
переходить из закрытого (непроводящего) состояния в открытое
(проводящее) состояние. Тиристоры делятся на неуправляемые,
или переключающие, – динисторы, и управляемые – тринисторы.
Отдельную разновидность управляемых тиристоров составляют
симисторы – многослойные переключающие приборы с ВАХ для
прямого и обратного напряжений.
Условно-графическое обозначение тиристора представлено
на рис. 25.
Тиристор представляет собой четырехслойную структуру полупроводников p- и n-типов проводимости (рис. 26).
Вывод от крайней области p
ней области n
областей (n
– катодом, а вывод от одной из промежуточных
2
или p2) называют управляющим электродом. П1, П2,
1
называют анодом, вывод от край-
1
П3 – p–n-переходы (см. рис. 26).
В зависимости, от какой промежуточной
области тиристора сделан вывод управляющего электрода, различают тиристоры с анодным
К
УЭ
и с катодным управлением.
Если на анод тиристора подать положительный потенциал относительно катода, то p–n-переходы П1 и П3 будут смещены
в прямом направлении, аp–n-переход П2 –
вобратном. Сопротивление этого p–n-перехода
большое, поэтому большая часть напряжения
U
будет приложена к переходу П2, и анодный
A
Рис. 25. Условное
графическое
обозначение
А
тиристора
49
A
+
R
н
ток тиристора представляет собой малый
обратный ток этого перехода. Сопротивление прибора в целом большое, ток, текущий через тиристор, очень мал. В этом
P
1
П
1
N
1
U
P
N
П
2
2
П
3
2
случае говорят, что тиристор находится
взакрытом состоянии.
Если между управляющим электродом и катодом пропустить небольшой
ток управления I
, то в зависимости от
у
величины этого тока произойдет пе-
УЭ
реключение тиристора из закрытого в
открытое состояние. Сопротивление
тиристора в открытом состоянии небольшое (менее одного Ома), и ток,
текущий через тиристор, будет опре-
–
К
Рис. 26. Четырехслойная
структура тиристора
(с катодным управлением)
ем включения U
или напряжением переключения U
вкл
деляться в основном сопротивлением
нагрузки R
. Напряжение UA, при ко-
н
тором тиристор переключается в проводящее состояние, при определенном
напряжении (токе) на управляющем
электроде U
(Iу) называют напряжени-
у
тиристора.
пер
Тиристор может находиться во включенном состоянии неограниченно долго, пока существуют условия для протекания вего
основной цепи достаточного анодного тока, т. е. включенное состояние тиристора является устойчивым.
Наличие двух устойчивых состояний тиристора (открытое и
закрытое) позволяет использовать его в качестве переключателя в
различных схемах автоматики и вычислительной техники. Меняя
напряжение U
и ток управления I
U
тиристора. Чем больше ток управления, тем меньше значение
пер
, подаваемое на управляющий электрод, а значит,
у
, можно изменять напряжение переключения
у
напряжения переключения. И если в цепи управления создать ток
управления спрямления I
, то тиристор откроется сразу, как если
у спр
бы это был обычный диод.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]