Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехника, электроника и электрооборудование. Часть 1А. Электроника. Методические рекомендации к выполнению лабораторных работ
.pdf
11
На рис.2.4 показаны диаграммы напряжений и токов в цепях схем. Бла-
1
1
C
2
t
U
t
i
t
однополупериодная
U
0
U
io
o
н
0
н
0
u2
н
0
0
0
t
i
t
0
0
н
двухполупериодная
t
U
U
U
I
2
Рисунок 2.4 – Диаграммы напряжений и токов в цепях с использовани-
ем простейших выпрямителей (см. рис. 2.3)
годаря односторонней проводимости вентилей токи через диоды проходят
только в течение одного полупериода, и напряжение в нагрузке получается
пульсирующим. Частота пульсаций напряжения в однополупериодной схеме
равна частоте сети; в двухполупериодной схеме частота пульсаций удваивается. Коэффициент пульсаций определяется отношением амплитуды первой
гармоники на выходе выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения: Кп = Uп /U
о
Простейшие схемы выпрямителей дают очень большой коэффициент
пульсации. Для уменьшения пульсаций предусматривают сглаживающие
фильтры. Обычно используют Г- или П- образные фильтры, включающие в
себя дроссели, конденсаторы и резисторы. Чаще всего используют LC –
фильтры, обеспечивающие хорошее сглаживание пульсации при различных
нагрузках.
Конденсатор фильтра С (рис. 2.5) включают параллельно нагрузке R, и
он не пропускает переменную составляющую тока в нагрузку (
Дроссель L включают последовательно с нагрузкой R, тогда при выполнении
условия L R переменное напряжение с выхода выпрямителя «задерживается» на дросселе фильтра и в нагрузку не попадает. LC – фильтр обеспечивает хорошее сглаживание выпрямительного напряжения. Качество фильтра
можно оценить коэффициентом сглаживания К
где К
фильтра. Чем больше К
п.вх
и К
– коэффициенты пульсаций выпрямителя на входе и выходе
п.вых
, тем эффективнее работает фильтр.
сгл
сгл
= К
п.вх
В лабораторной работе предусматривается исследование формы кривой и
влияние фильтра на работу выпрямителя. Для этого используется осциллограф. При работе выпрямителя часть выпрямленного напряжения падает на
активном сопротивлении вторичной обмотки сопротивлении открытого диода на элементах сглаживающего фильтра. С увеличением выпрямленного тока Io падение напряжения увеличивается, а напряжение в нагрузке Uo
уменьшается.
/ К
п.вых
).
,
12
0
CC
U
C
U
LL
0
вх
U
вх
П-образныйГ-образный
R
U
R
Рисунок 2.5 – Использование LC – фильтров в выпрямителях
Характеристика
I
U
0
0
внешняя
Рисунок 2.6 – Внешняя характеристика выпрямителя
Зависимость Uo=(Io) называется внешней характеристикой (рис. 2.6). Чем
меньше изменяется напряжение в нагрузке Uo при изменении тока Io, тем
выше качество выпрямителя.
3. Оборудование, используемое в работе.
Для наблюдения за формой выпрямленного напряжения используется осциллограф. При снятии внешней характеристики можно использовать вольтметр и миллиамперметр на соответствующий ток. Элементы схемы лабораторной установки (рис. 2.7) выбирают в зависимости от примененного
трансформатора и вентилей. В качестве потенциометра RН можно использовать резистор переменный проволочный, номинал которого выбирается в зависимости от тока нагрузки.
13
3
VD3
а)
R
C1
SA
pA
C2
SA
pV1
C3
SA
C4
SA4
R
220
6
изм
SA
ф
VD1
R
н
2
VD2
изм
6SA
VD2
SA
3
C4C2
R
н
б)
C3
VD1
SA
ф
SA
изм
C1
2
R
pA
1
220
R
R
pV
4
в)
C2
pA
4
изм
изм
C1
220
1
6
R
R
н
C3
R 2
SA
R 3
SA
изм
SA
pV
SA
VD1
C4
VD2
3
VD3
VD4
ф
R
а) – схема однополупериодного выпрямителя; б) – схема двухполупериод-
ного выпрямителя с трансформатором с выведенной нулевой точкой;
в) – мостовая схема двухполупериодного выпрямителя
Рисунок 2.7 – Схемы лабораторной установки
14
4. Порядок выполнения работы
Без фильтра
С R-C фильтром
Uо , B
Uп , B
Kп
Число
опытов
Iо, мA
Uo, B
Без фильтра
С фильтром
4.1. Собрать схему лабораторной установки.
4.2. Зарисовать изображения кривых с экрана осциллографа для однофазного
и всех случаев одно- и двухполупериодного выпрямителей без сглаживающих фильтров и при использовании фильтров.
4.3. Измерить постоянное выпрямленное напряжение и напряжение пульсации и определить коэффициент пульсации без фильтров и с фильтрами:
Кп= (2Uп / Uo) · 100%
где Uп и Uо – напряжение пульсации и постоянное напряжение, измеряется
вольтметром. Полученные данные измерений занести в таблице 2.
Таблица 2. Данные измерений для определения коэффициента пульсаций
4.4. По данным таблицы 2 определить коэффициент сглаживания.
4.5. Снять внешнюю характеристику Uo= (Io) для одно - и двухполупериод-
ного выпрямителя при отсутствии и при наличии фильтра. Ток нагрузки изменять регулировкой сопротивления нагрузки. Данные измерений занести в
таблицу 3.
Таблица 3. Данные для построения внешней харакетристики
5. Содержание отчета
5.1. Цель работы.
5.2. Схемы лабораторной установки.
5.3. Таблицы с экспериментальными данными, рисунки с экрана осциллографа.
5.4. Определение коэффициентов пульсации и сглаживания.
5.5. ВЫВОДЫ
15
Работа № 3
VD3
R
TV
H
а
VD1
VD2
VD5
VD2
VD6
VD3
VD4
R
H
б
TV
VD1
а) - выпрямитель с выведенной нулевой точкой; б) – мостовая схема
(мост Ларионова)
Рисунок 3.1 – Схемы трехфазных выпрямителей
U
0
u max
u
н
0
u
0
0
н
i
i
Рисунок 3.2 – Диаграммы напряжений в цепях выпрямителей
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ НЕРЕГУЛИРУЕМЫХ
ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
1. Цель работы: исследование формы выпрямленных напряжений трехфазных выпрямителей.
В лабораторной работе используются схемы трехфазных выпрямителей
с выведенной нулевой точкой и мостовые схемы (Ларионова) рис. 1 а и б.
На рисунке 3.2 показаны диаграммы напряжений в цепях выпрямителей.
При этом напряжение на нагрузке получается пульсирующим. Частота пульсаций в схемах трехфазных выпрямителей увеличивается по сравнению с однополупериодным выпрямителем.
Коэффициент пульсации трехфазных выпрямителей определяется отношением напряжения пульсации к среднему значению выпрямленного напряжения
К
= (Uп / Uо) 100 %
Пульсации напряжения в трехфазных выпрямителях значительно меньше,
чем в однофазных. Такие выпрямители могут работать без фильтров.
п
16
Ток через любой вентиль трехфазной схемы с нулевой точкой проходит в
U
0
н
0
u
u max
u
0
i
н
0
i
Рисунок 3.3 – Диаграммы прохождения токов через вентили
течение 1/3 периода, т.е. когда напряжение соответствующей фазы выше, чем
напряжение в двух других фазах. Ток в двух других вентилях в эту часть периода не проходит, так как потенциалы анодов этих вентилей будут ниже потенциалов их катодов.
Переход тока от одного вентиля к другому происходит в точках пересечения положительных полупериодов напряжения.
При этом U
Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова), состоит как бы из трех
простых мостовых схем. В первую схему входят вентили 1, 2, 3, 4; во вторую
– 1, 2, 5, 6; в третью – 3, 4, 5, 6. Все вентили работают попарно - поочередно,
причем из нечетных вентилей, потенциалы анодов которых одинаковы, работает тот вентиль, у которого катод наиболее отрицателен, а из четных – тот
вентиль, который имеет наиболее положительный потенциал анода.
Прохождение тока через вентили показано на рис. 3.3.
= 1,17 U
o
Смена пар вентилей происходит через каждые 2/6, т.е. через 60 элек-
трических градусов.
При этом выпрямленное напряжение Uo = 2,34 U , где U – линейное
напряжение вторичной обмотки трансформатора.
Внешние характеристики выпрямителей.
При работе выпрямителя часть выпрямленного напряжения падает на
активном сопротивлении вторичной обмотки трансформатора ТV и на прямом сопротивлении диода
Uн = Uнх – (Rтр + Rпр)I
где Uнх – напряжение на нагрузочном устройстве при Iн = 0. Из приведенного выражения видно, что с ростом выпрямленного тока увеличивается падение напряжения на сопротивлениях Rтр , Rпр , а напряжение на нагрузке Uн
уменьшается.
Зависимость Uн = (Iн) называется внешней характеристикой.
н
17
U
I
u
н хх
0
Рисунок 3.4 – Внешняя характеристика диода
A
R
R
н
B
C
VD3
R
pA1
н
pV2
R
pId
S2
R
TV
R
н
C
S8
VD2
н
S7
pVd
VD1
R
LdpAa
и
C
н
a
pA2
b c
R
C
R
Рисунок 3.5 – Схема трехфазного выпрямителя с нулевой точкой
Сопротивление открытого диода изменяется с увеличением тока, поэтому зависимость Uн = (Iн) нелинейна (рис. 3.4).
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Собрать трехфазный выпрямитель с нулевой точкой (рис. 3.5).
18
Измеренные параметры
Коэффициент
пульсации К
п
Тип
нагрузки
Ud,B
Id, A
Un, B
U1, B
U2, B
VD3
pAd
B
C
R
н
VD4
R
R
R
R
R R
pA2
VD5
н
S7
R
c
S8
R
Ld
pA1
A
R
C
R
C
R
TV
aS2b
н
н
pAa
и
R
C
pVd
н
C
C
VD2
VD6
pV2
C
R R
VD1
Рисунок 3.6 – Схема трехфазного мостового выпрямителя
2. Снять и построить внешнюю характеристику выпрямителя Uн = (Iн) при
активной и активно-индуктивной нагрузке. Данные измерений занести в таблицу 1.
Таблица 1. Данные измерений и коэффициент пульсаций
3. Начертить осциллограмму напряжения на нагрузке и на вторичной обмотке трансформатора.
4. Измерить переменную составляющую напряжения на нагрузке и определить коэффициент пульсаций.
5. Собрать схему мостового выпрямителя (рис. 3.6).
19
Измеренные параметры
Коэффициент
пульсации К
п
Тип
нагрузки
Ud,B
Id, A
Un, B
U1, B
U2, B
6. Снять и построить внешнюю характеристику выпрямителя Uн = (Iн) при
активной и активно-индуктивной нагрузке. Данные измерений занести в таблицу 2.
Таблица 2. Данные измерений и коэффициент пульсаций
7. Начертить осциллограмму напряжения на нагрузке и на вторичной обмотке трансформатора.
8. Измерить переменную составляющую напряжения на нагрузке и определить коэффициент пульсаций.
Методические указания.
1. Напряжение пульсации измерить с помощью осциллографа.
2. Среднее значение выпрямленного напряжения, равное постоянной состав-
ляющей, измеряют вольтметром.
3. Схемы выпрямительных установок (рис. 3.5 и 3.6).
Содержание отчета:
1. Схемы лабораторной установки.
2. Таблицы наблюдений.
3. Графики внешних характеристик.
4. Осциллограммы мгновенных значений напряжений.
5. ВЫВОДЫ по работе.
20
2
н
TV
U1 U
I
0
VD
R
0
н
U
i
t
0
t
0
Рисунок 4.1 – однополупериодная схема выпрямления и диаграммы
напряжений и токов
Работа № 4
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ
С П – ОБРАЗНЫМ ФИЛЬТРОМ
Цель работы: изучить схему, конструкцию, свойства и характеристики полупроводникового выпрямителя с П-образным сглаживающим фильтром. В
работе исследуется однополупериодное и двухполупериодное включение полупроводникового выпрямителя, а также исследуется влияние отдельных
элементов сглаживающего фильтра.
Общие замечания
Полупроводниковый выпрямитель представляет собой выпрямительную
схему, в которой в качестве вентиля, т.е. элемента, обеспечивающего процесс
выпрямления, применен полупроводниковый диод.
В отличие от вакуумного диода – кенотрона, полупроводниковый диод
имеет существенные преимущества. Основные из них:
а) сравнительно высокие выпрямленные токи;
б) малое внутреннее сопротивление.
Эти преимущества позволяют использовать его в мощных однополупери-
одных и двухполупериодных выпрямительных схемах.
1. Однополупериодная схема выпрямителя.
Однополупериодная или однофазная схема выпрямления является наиболее
простой схемой выпрямления, так как она состоит из простого однофазного
трансформатора и только одного вентиля (рис. 4.1)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]