- •А.М. Сажнёв л.Г. Рогулина
- •Методические указания к лабораторным работам
- •Оглавление
- •Лабораторная работа № 1. Ознакомление с программой Electronics
- •Лабораторная работа № 2. Исследование способов включения трехфазных трансформаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
- •Введение
- •Лабораторная работа № 1
- •Осциллограф (Oscilloscope)
- •Измеритель ачх и фчх (Bode Plotter)
- •Функциональный генератор (Function Generator)
- •Двойным щелчком по иконке генератора раскрывается передняя панель (рисунок 1.11).
- •Порядок выполнения работы
- •Результаты работы
- •Лабораторная работа № 2
- •2.4 Описание моделей трехфазного трансформатора
- •2.5 Порядок выполнения работы
- •Результаты работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3 Исследование неуправляемых выпрямителей
- •3.1 Цель работы
- •3.2 Литература
- •3.3 Пояснения к работе
- •Двухтактная однофазная схема
- •Трехфазная однотактная схема выпрямления
- •Трехфазная двухтактная схема (трехфазный мост, схема Ларионова)
- •Влияние индуктивности рассеяния трансформатора на выпрямленное напряжение в трёхфазной схеме выпрямления с нулевым выводом
- •Внешняя характеристика выпрямителя
- •Влияние магнитной асимметрии на работу выпрямителя
- •3.4 Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №3.1 Исследование однофазного мостового неуправляемого выпрямителя (Файл s1mostn)
- •Результаты работы
- •Трехфазная однотактная схема выпрямления
- •Трехфазная мостовая схема выпрямления
- •Результаты работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №4 Исследование пассивных (lr, rc, lc) сглаживающих фильтров
- •Цель работы
- •Литература
- •4.3 Пояснения к работе
- •4.4 Порядок выполнения работы
- •Исследование lr фильтра в установившемся режиме
- •Включите схему клавишей в правом верхнем углу экрана.
- •Исследование lr фильтра в переходных режимах
- •Измерение ачх и фчх
- •Результаты работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №4.2
- •Исследование rc фильтра в установившемся режиме
- •1 Установите ключ к1 в нижнее положение (клавишей 1);
- •В соответствии со своим вариантом (номером бригады) выпишите исходные данные из таблицы 4.4.
- •Исследование rc фильтра в переходных режимах
- •1 Изучение переходных процессов в фильтре при воздействии со стороны сети.
- •Измерение ачх и фчх
- •Результаты работы
- •Ключ к1 управляется клавишей “1” Ключ к2 – клавишей “2” Ключ к3 – клавишей “3”.
- •Исследование lс- фильтра в установившемся режиме Установите ключ к1 в нижнее положение (клавишей 1);
- •1 В соответствии со своим вариантом (номером бригады) выпишите исходные данные из таблицы 4.6.
- •2 Переведите выключатель в правом верхнем углу экрана в положение “1”. Запишите показания вольтметра u02 и амперметра i0.
- •Исследование lс- фильтра в переходных режимах
- •1 Изучение переходных процессов в фильтре при воздействии со стороны сети.
- •Измерение ачх и фчх
- •Результаты работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5 Исследование активных сглаживающих фильтров
- •5.1 Цель работы
- •Литература
- •5.3 Пояснения к работе
- •Модели активных фильтров
- •Порядок выполнения лабораторной работы в соответствии со своим вариантом (номером бригады) выпишите исходные данные из таблицы 5.1.
- •5.5.1 Исследование активного фильтра по схеме ок (файл saf1фильтр)
- •Напряжения на выходе сглаживающего фильтра (Um2) проводится любым методом, изложенным выше. Выключите макет. Рассчитайте коэффициент сглаживания и ф
- •Результаты занесите в таблицу 5.2.
- •- Ключ к2 в верхнем положении;
- •5.5.2 Исследование активного фильтра по схеме об (файл saf2фильтр)
- •5.6. Результаты работы
- •6.3 Пояснения к работе
- •Рассмотрим принцип действия данного стабилизатора. На рисунке 6.3
- •Порядок выполнения работы
- •В соответствии со своим вариантом (номером бригады) выпишите исходные данные из таблицы 6.1.
- •Откройте окно (рисунок 6.7) Models стабилитрона vd и установите его тип из библиотеки 1n.Установите сопротивление нагрузки, открыв окно Value rh (рисунок 6.8).
- •6.5 Результаты работы
- •6.6 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 7
- •Пояснения к работе
- •Описание модели компенсационного стабилизатора
- •7.5 Порядок выполнения работы
- •1 В соответствии со своим вариантом (номером бригады) выпишите исходные данные из таблицы 7.1.
- •Выход через кнопки ok.
- •7.6 Результаты работы
- •7.7 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 8
- •8.4 Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 8.1 Исследование регулятора напряжения понижающего типа (Файл ирНпониж)
- •Результаты работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 8.2 Исследование регулятора напряжения повышающего типа (Файл ирНповыш)
- •Результаты работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 8.3 Исследование регулятора напряжения инвертирующего типа (Файл ирНинверт)
- •Результаты работы
- •Контрольные вопросы
Трехфазная мостовая схема выпрямления
Ключ S1 переведите в нижнее положение и повторите все измерения как в трёхфазной однотактной схеме, учитывая другие численные значения основных соотношений ( дляU0,K0,K2иKП1 ).
Результаты работы
Подготовьте отчет по лабораторной работе.
Контрольные вопросы
Объясните принцип действия трехфазного однотактного выпрямителя и изобразите формы токов и напряжений в схеме.
Достоинства и недостатки однотактных выпрямителей. Область их применения.
Объясните принцип действия трехфазного мостового выпрямителя и изобразите формы токов и напряжений в схеме.
Достоинства и недостатки двухтактных выпрямителей.
В каких схемах выпрямления индуктивность рассеяния играет более существенную роль и почему? Способы уменьшения индуктивности рассеяния.
Объяснить внешнюю характеристику выпрямителя. Что влияет на выходное сопротивление? Пути уменьшения RВЫХ.
7 Что приводит к изменению фазовых углов в трёхфазных сетях и как асимметрия углов влияет на выпрямитель?
Лабораторная работа №4 Исследование пассивных (lr, rc, lc) сглаживающих фильтров
Цель работы
Экспериментально определить коэффициенты сглаживания и к.п.д. фильтров. Выполнить анализ переходных процессов при включении источника питания и работе фильтра на импульсную нагрузку. Провести измерение АЧХ и ФЧХ.
Литература
Иванов–Цыганов А.И. Электропреобразовательные устройства РЭС: Учебник для вузов по специальности “Радиотехника”. – М.: Высш. шк., 1991. – 272 с., илл., ISBN.5-06-001896-2. стр. 108…115.
– 44 –
Электропитание устройств связи: Учебник для вузов/ А.А. Бокуняев, Б.М. Бушуев, А.С. Жерненко и др. Под ред. Ю.Д. Козляева. – М.: Радио и связь, 1998. – 328 с., ил., стр. 107…125.
Электропитание устройств связи: Учебник для вузов/ О.А. Доморацкий, А.С. Жерненко, А.Д. Кратиров и др. – М.: Радио и связь, 1981. – 320 с., ил., стр. 121…139.
4.3 Пояснения к работе
Основными параметрами сглаживающего фильтра являются коэффициент сглаживания (S), определяемый отношением коэффициентов пульсаций напряжения на К–й гармонике на его входе и выходе:
и коэффициент полезного действия фильтра
;
где U01 – постоянная составляющая на входе фильтра;
U02 – постоянная составляющая на выходе фильтра;
Um(k)1 – амплитуда k – ой гармоники на входе;
Um(k)2 – амплитуда k – ой гармоники на выходе;
–активная мощность на входе фильтра (потребляемая);
–активная мощность на выходе фильтра (полезная).
В пассивных сглаживающих фильтрах при включении выпрямителя или коммутации нагрузки возникают переходные процессы, которые имеют апериодический (в LR и RC фильтрах) или колебательный (в LC фильтрах) характер. Возникновение переходных процессов связано с изменением во времени запасов электромагнитной энергии, накапливаемой в индуктивностях () и емкостях ().Время протекания переходных процессов в выпрямителе, имеющем сглаживающий фильтр, зависит от постоянных времени и от характера нагрузки.
Анализ переходных процессов сводится к решению системы дифференциальных уравнений, устанавливающих связи между мгновенными значениями токов и напряжений в цепях с реактивными элементами. Решения таких уравнений для фильтров LR, RC и LC представлены в таблице 4.1.
– 45 –
Таблица 4.1 - Временные функции для схем LR, RC и LC фильтров
Тип фильтра |
Схема замещения фильтра |
Временные зависимости |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где: – постоянное напряжение ХХ выпрямителя;
–внутреннее сопротивление выпрямителя;
–сопротивление нагрузки;
–постоянная времени LR фильтра;
–постоянная времени RС фильтра;
–коэффициент передачи постоянной составляющей напряжения (к.п.д. фильтра);
–собственная частота нагруженного фильтра;
–волновое сопротивление;
– 46 –
–коэффициент затухания цепи;
; ;.
В соответствии с выражениями таблицы 4.1 на рисунке 4.1, а, б, в показаны переходные процессы при включении выпрямителя для LR, RC и LC фильтров, соответственно.
Рисунок 4.1 - Переходные процессы при включении выпрямителя для LR, RC и LC фильтров
Другим видом воздействия на фильтр, вызывающим значительные перенапряжения, является переключение нагрузки. Переход переключателяS (рисунок 4.2) из положения 1 в положение 2 изменяет контур протекания установившегося до этого тока IL1уст. Ток через дроссель L не может измениться мгновенно и, после переключения нагрузки с RH1 на (RH1 + RH2), замыкается через конденсатор С, заряжая его. Напряжение на конденсаторе сначала повышается, затем снижается и т.д.
Рисунок 4.2 – Схема LC сглаживающего фильтра
– 47 –
Перепад тока, равный , как возмущающее воздействие вызывает отклонение выходного напряжения (на конденсаторе фильтра), зависимость которого от времени определяется выражением:
.
Откуда следует, что перенапряжение на нагрузке возникает при "сбросе" нагрузки. Его уровень зависит от приращения тока и внутреннего сопротивления выпрямителя.
Зависимости для при переключении нагрузки приведены на рис. 4.3, а, б, в соответственно дляLR, RC и LC фильтров.
Рисунок 4.3 - Зависимости для при переключении нагрузки
Характер переходных процессов можно оценивать не только переходными
характеристиками. Для этого используют также импульсные и частотные характеристики, которые инвариантны. Последние (частотные) более удобны для практики, так как легко могут быть измерены.
Частотная характеристика фильтра это комплексный коэффициент передачи
,
где - амплитудно- частотная характеристика (АЧХ);
- фазо- частотная характеристика (ФЧХ).
АЧХ изображают обычно в виде логарифмических характеристик, когда по оси ординат откладывают величину коэффициента передачи в децибелах:
.
– 48 –
Сглаживающие фильтры с точки зрения теории автоматического регулирования, являются минимально фазовыми звеньями, для которых имеет место однозначная связь между АЧХ и ФЧХ. Принципиально эта связь такова, что величина фазы растет с увеличением наклона АЧХ. В этом случае, можно приближенно считать, что участку логарифмической АЧХ с наклоном 20 дБ/дек соответствует фазовый сдвиг, близкий к/2, а участку с наклоном 40 дБ/дек – сдвиг .
На рисунке 4.4 приведены ассимптотические АЧХ и ФЧХ для LR, RC и LC фильтров.
Рисунок 4.4 - АЧХ и ФЧХ для LR , RC фильтров(а) и LC фильтра(б)