ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Ордена Трудового Красного Знамени

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

Кафедра экологии, безопасности жизнедеятельности и электропитания.

Лабораторная работа №17

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕГУЛИРУЕМОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Москва 2017

План УМД 2017/2018 уч. г.

Лабораторная работа № 17

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕГУЛИРУЕМОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Составители С.Л. Яблочников, профессор

К.Ф. Шакиров, ассистент

Издание утверждено на заседании кафедры

протокол № 4 от 12.10 .2017 г.

Рецензент: Костюк Е.В., доцент

Лабораторная работа № 17

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕГУЛИРУЕМОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1. Цель работы

Изучить принципы построения и работы импульсных преобразователей напряжения постоянного тока (ППН) с независимым возбуждением.

2. План работы

2.1. Ознакомиться со стендом для исследования двухтактного преобразователя с выводом нейтральной точки первичной обмотки трансформатора, а также с принципом действия и основными характеристиками исследуемого преобразователя.

2.2. В режиме стабилизации выходного напряжения преобразователя U_ВЫХ при неизменном токе нагрузки снять зависимость изменения выходного напряжения ΔU_ВЫХ преобразователя от величины напряжения питания U_ИП (нагрузочная характеристика). Рассчитать значение коэффициента стабилизации.

2.3. При разомкнутой цепи обратной связи снять зависимость изменения выходного напряжения ΔU_ВЫХ преобразователя от величины напряжения питания U_ИП.

2.4. При неизменном напряжении питания, равном 12В и неизменном токе нагрузки снять регулировочную характеристику (для случая разомкнутой цепи обратной связи) преобразователя U_ВЫХ(γ).

2.5. В режиме стабилизации выходного напряжения снять внешнюю характеристику преобразователя U_ВЫХ=f(I_H) и рассчитать значение внутреннего сопротивления преобразователя r_i .

2.6. При разомкнутой цепи обратной связи и неизменном значении относительной длительности включенного состояния транзисторов (γ) снять внешнюю характеристику преобразователя и рассчитать внутреннее сопротивление преобразователя R₀,

2.7. С помощью осциллографа определить и представить в отчете:

• форму напряжения сток-исток транзистора VT2;

• форму напряжения вторичной полуобмотки трансформатора;

• форму напряжения на входе фильтра нижних частот.

3. Общие сведения

3.1. Общие сведения о транзисторных преобразователях напряжения

Преобразование постоянного тока в переменный осуществляется периодическим прерыванием цепи постоянного тока. Устройства, выполняющие такое преобразование, называются инверторами. При необходимости изменения уровня выходного напряжения относительно уровня входного напряжения на выходе инвертора включается трансформатор. Если на выходе трансформатора включается выпрямитель (с фильтром), то все устройство осуществляет преобразование напряжения постоянного тока в напряжение постоянного тока. В этом случае преобразователь называют конвертором.

При этом различают однотактные и двухтактные преобразователи. В однотактных преобразователях энергия из сети постоянного тока передается в нагрузку в течение одного из двух тактов работа преобразователя [1]. В двухтактных схемах энергия из сети постоянного тока передается в нагрузку в течение обоих тактов работы преобразователя.

В качестве элементов переключающих устройств в полупроводниковых преобразователях могут использоваться транзисторы и тиристоры. Транзисторные и тиристорные преобразователи подразделяются на регулируемые и нерегулируемые. Регулируемые преобразователи используются как регуляторы или стабилизаторы постоянного или переменного напряжения.

По числу выходных каналов (с различными значениями выходных напряжений) преобразователи можно разделить на одноканальные и многоканальные.

По диапазону рабочих частот преобразователи напряжения могут быть классифицированы следующим образом: низкочастотные ( ), среднечастотные ( ), высокочастотные ( ), сверхвысокочастотные ( ).

По способу возбуждения колебаний различают однотактные и двухтактные преобразователи с самовозбуждением и с независимым возбуждением. Схемы с самовозбуждением представляют собой релаксационные генераторы с внутренней положительной обратной связью. Преобразователи с независимым возбуждением состоят из усилителя мощности и схемы управления (СУ), в состав которой входит формирователь управляющих импульсов или задающий генератор. Импульсы с выхода схемы управления поступают на вход усилителя мощности и управляют им.

Преобразователи с самовозбуждением выполняются на небольшие мощности (до нескольких десятков ватт). В радиоэлектронной аппаратуре они применяются как маломощные автономные источники электропитания. Преобразователи с независимым возбуждением применяют при мощности в нагрузке свыше нескольких десятков ватт.

По способу передачи электрической энергии однотактные преобразователи делятся на прямоходовые (с прямым включением диода) и обратноходовые (с обратным включением диода) (рис.1 а, б).

Рис.1. Схемы однотактных преобразователей:

прямоходового (а) и обратноходового (б)

Характерным признаком прямоходовых преобразователей является передача энергии в нагрузку во время открытого состояния транзистора VT1 (рис.1 а). На интервале времени, когда транзистор VT1 закрыт, через открытый диод VD3 происходит полное размагничивание магнитопровода трансформатора с помощью дополнительной обмотки . Размагничивание магнитопровода достигается тем, что энергия, запасенная в индуктивности обмотки трансформатора на интервале открытого состояния транзистора, должна быть полностью возвращена в источник питания во время закрытого состояния VT1.

В обратноходовых преобразователях (рис.1 б) при открытом состоянии транзистора VT1 энергия запасается в магнитном поле трансформатора T2, а во время закрытого состояния транзистора энергия передается в нагрузку. Для осуществления обратноходовой схемы трансформатор должен иметь зазор, а полярность включения диода VD1 в схеме выпрямления должна быть изменена на обратную.

Рис.2. Варианты построения регулируемых преобразователей

на базе двухтактных инверторов напряжения:

а – инвертор со средней точкой трансформатора;

б – мостовой инвертор;

в – полумостовой инвертор

В однотактных преобразователях основная частота пульсаций равна частоте преобразования , что дает завышенные габаритные размеры выходного сглаживающего фильтра.