attachments / New_elab_2_3

2. НЕУПРАВЛЯЕМЫЙ МОСТОВОЙ ВЬШРЯМИТЕЛЬ

Цель работы - ознакомление с электрической схемой и принципом действия мостового выпрямителя, а также изучение его характеристик.

2.1. Программа работы

1.Подготовить заготовку отчета: нарисовать электрическую схему мостового выпрямителя; таблицы для результатов домашних расчетов и лабораторных измерений, бланки графиков для нанесения результатов расчетов и измерений.

2.Рассчитать внешние характеристики мостового выпрямителя при заданных в табл. 2.1

сопротивлениях нагрузки Rн (от до R4 ). Результаты занести в табл. 2.2. По данным расчетов построить графики.

3.Снять внешние характеристики мостового выпрямителя без фильтра при заданных сопротивлениях нагрузки. Результаты занести в табл. 2.2 и на график.

4.Снять осциллограммы напряжения и тока в нагрузке при Rн = R4 и осциллограмму напряжения на вентиле uv3.

5.Составить отчет по работе.

Т а б л и ц а 2.1 Исходные данные выпрямителей для бригад 1 - 8

(действующее значение напряжения питающего трансформатора и Uт = 24 В RT=10 Ом сопротивление шунта для измерения тока Rш=3.6 Ома)

П.п.- Положение переключателя

2.2. Пояснения к работе

Электронные устройства малой и средней мощности питаются выпрямленным напряжением от однофазного мостового выпрямителя - рис.2.1. К одной диагонали моста подключена питающая обмотка трансформатора, а к другой - нагрузка Rн. Положительным полюсом выпрямителя является шина, соединяющая катоды вентилей VD1 и VD2, отрицательным - шина, соединяющая аноды вентилей VD3 н VD4. Форма выпрямленного напряжения ud(t), и тока id(t) показаны на рис.2.2. Когда потенциал точки «1» выше потенциала точки «2» ток протекает через VD1, Rн,VD4. В это время вентили VD3 и VD2 заперты обратным напряжением.

1

2

При изменении полярности напряжения трансформатора uт ток протекает через VD3, Rн, VD2. Обе полуволны тока протекают через Rн в одном направлении, создавая униполярное напряжение, пульсирующее от 0 до Um.

Основной характеристикой выпрямленного напряжения является его среднее значение Ud

∫( ) .

Среднее значение напряжения (или тока) за период Т равно высоте прямоугольника, площадь которого равна площади, ограниченной кривой напряжения (или тока). Наибольшее напряжение Uхх выпрямитель дает на холостом ходу. С появлением тока нагрузки возникает потеря напряжения U на внутреннем сопротивлении выпрямителя. Зависимость напряжения Ud от тока нагрузки Id называется внешней характеристикой выпрямителя:

Ud =Uxx- U (Id)·

При отсутствии фильтра ток нагрузки повторяет форму пульсирующего напряжения. Амплитуда выпрямленного тока

.

где Um, UТ - амплитудное и действующее значения питающего синусоидального напряжения; RТ - внутреннее сопротивление выпрямителя,

равное сумме сопротивлений обмоток трансформатора и вентилей, Rн- сопротивление нагрузки.

Среднее значение выпрямленного тока

Среднее значение выпрямленного напряжения

Уменьшение Rн приводит к увеличению тока нагрузки (2.1) и потребляемой мощности P = Ud Id, что означает, как видно из (2.2), снижение

выпрямленного напряжения за счет возрастания падения напряжения на внутреннем сопротивлении выпрямителя RT.

2.3. Расчет внешней характеристики выпрямителя

Расчет внешней характеристики проводится по (2.1)-(2.2). Результаты расчета заносятся в табл. 2.2 и на график.

Таблица 2.2 Внешняя характеристика мостового выпрямителя без фильтра

(Uт.расч = ... , Uт.изм= ... , Rт= . .)

Здесь -относительная погрешность расчета напряжения Ud

2.4. Снятие внешней характеристики выпрямителя.

Параметры установок для разных бригад заданы в табл. 2.1. , схема лабораторной модели выпрямителя приведена на рис 3.1 В выпрямителе предусмотрены три схемы подключения нагрузки без фильтра, с

емкостным фильтром и через П-образный LC-фильтр (см рис. 3.1 в описании работы №3). Переключения выполняются тумблерами, снабженными поясняющими надписями. В данной работе переключатель следует установить в положение «без фильтра». Сопротивления нагрузки Rн переключаются с помощью многопозиционного переключателя. Измерение переменных и выпрямленных напряжений производится универсальным электронным вольтметром. Выпрямленный ток измеряется по падению напряжения на шунте Rш = 3.6 Ом.

Чувствительность по оси времени желательно установить 5 мс/дел.

Измерения осциллографом, кроме напряжения на вентиле, производятся относительно зажима «0» (корпус). Для измерения заданных величин «вход У» подключают к следующим зажимам макета: id - к «Rш»; Ud - к «uн»,

2.5. Содержание отчета. Отчет должен содержать:

а) схему неуправляемого мостового выпрямителя; б) таблицы расчетов и измерений внешней характеристики выпрямителя;

в) снятые осциллограммы с расшифровкой содержания и масштабов; г) выводы по работе.

3. СГЛАЖИВАЮЩИЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Цель работы - ознакомление с действием ёмкостного и индуктивно-ёмкостного сглаживающих фильтров, а также изучение характеристик выпрямителя при наличии фильтра.

3.1. Программа работы

1.Подготовить отчет: нарисовать электрическую схему мостового выпрямителя, таблицы для результатов домашних расчетов и лабораторных измерений, бланки графиков для нанесения результатов расчетов и измерений.

2.Рассчитать внешние характеристики мостового выпрямителя с фильтром при заданных

в табл. 3,1 сопротивлениях нагрузки Rн - от до R4. Определить мощность Р, выделяемую в нагрузке.

3.Вычислить величину пульсации напряжения для выпрямителя с емкостным (U) и П- образным фильтром (U1, U2) при Rн= R4 .

4.Ознакомиться с лабораторной установкой - мостовым выпрямителем.

Убедиться в соответствии варианта макета заданному варианту в соответствии с табл.2.1.

5.Снять внешние характеристики мостового выпрямителя с емкостным фильтром Сф при заданном варианте нагрузок.

6.Измерить пульсации напряжения для проверки расчетов по п.3.

7.Снять осциллограммы напряжений и токов для наименьшего сопротивления нагрузки

Rн= R4: для мостового выпрямителя с С - фильтром - U и, id, uv3, мостового выпрямителя с п- фильтром - U1, U2 . Расшифровать осциллограммы по t, i, u. (определить амплитудные значения и периоды).

8. Составить отчет по работе.

3.2. Пояснения к работе

Упрощенная схема мостового выпрямителя с фильтром представлена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Схема лабораторной установки «Неуправляемый выпрямитель»

Для подключения емкостного фильтра нужно установить переключатели в положения «С фильтром», и «С» для работы с емкостным фильтром или в положение «LC» - для работы с П-образным LС - фильтром.

3.3. Расчет внешней характеристики выпрямителя с фильтром.

Исходные данные для расчетов представлены в табл. 2.1. , величина фильтрующей емкости С1=С2=500мкФ, индуктивности – 0,3 Гн.

При анализе внешней характеристики напряжение на конденсаторе uс(t) будем считать строго постоянным. В интервале углов 1- 2 (рис. 3.2 )

мгновенные значения питающего напряжения uт(t) выше напряжения Ud и вентили VDl и VD4 пропускают ток.

Рис. 3.2. Графики напряжений и тока мостового выпрямителя с фильтром

где Rт - активное сопротивление обмоток трансформатора (предполагается, что индуктивным сопротивлением обмоток можно пренебречь). Этот ток заряжает конденсатор Сф=С1+С2. В момент 2 напряжение трансформатора становится меньше Ud, вентили запираются и конденсатор начинает разряжаться на Rн. Угол изменения тока от максимума до нуля называют углом отсечки тока вентиля (рис.3.2). В интервале 3 - 4

Среднее значение тока, даваемое выпрямителем, можно рассчитать, проинтегрировав импульс тока id :

После преобразований, подставив Um из (3.1), получаем:

( )

Ток, потребляемый нагрузкой от емкости Сф , Id=Ud/Rн равен усредненному по времени току, заряжающему Сф, т.е.

( ).

Отсюда

При расчете удобно воспользоваться кривой зависимости от Rт/Rн, построенной на основе формулы 3.2 (рис. 3.3).

3.4. Расчет пульсации напряжения на емкости С – фильтра.

Определим величину пульсации напряжения U на емкости фильтра Сф. В интервале 3 -2 (рис.3.2) вентили заперты и конденсатор Сф разряжается по экспоненте на сопротивление нагрузки Rн.

постоянной времени RнСф. Поэтому ток разряда Id в первом приближении можно считать постоянным.

За интервал времени конденсатор разряжается на 2 U:

( ) ( ) (3.4)

Результаты расчетов пульсации напряжения заносятся в табл. 3.3.

3.5. Расчет пульсации напряжения на выходе П-образного фильтра

Сглаживание выпрямленного напряжения одной емкостью недостаточно эффективно. Если допускается очень маленькая пульсация, например U <0.01%, требуемая емкость Сф становится очень большой. В таких случаях применяют более сложные фильтры, Наиболее распространен П-образный LCфильтр, содержащий два конденсатора С1, С2 и индуктивность, включенную между ними. Конденсатор С1, подключенный к выходу выпрямителя, как и Сф в предыдущем случае, предварительно сглаживает напряжение до U1 <10%. Конденсатор С2, подключенный параллельно нагрузке, шунтирует ее для высших гармоник выпрямленного тока. Его величина выбирается так, чтобы

где н – круговая частота низшей гармоники пульсаций, для однофазного мостового

величину индуктивности выбирают так, чтобы на низшей гармонике пульсаций нL>Rн и нL>>XC2. В этом случае пульсация с амплитудой U1 оказывается почти полностью

приложенной к индуктивности катушки L, и ток низшей гармоники пульсаций

Напряжение пульсаций на выходе П-образного фильтра, обусловленное протеканием через XC2 имеет величину

где U1 определяется из выражения (3.4) с заменой Сф на С1:

( ) (3.6)

3.6.Снятие внешних характеристик выпрямителя и осциллограмм.

Снятие внешней характеристики производится путем включения сопротивлений нагрузки, указанных в табл. 2.1, и измерения выпрямленного напряжения и тока нагрузки универсальным электронным вольтметром. Сопротивления нагрузки Rн переключаются с помощь галетного переключателя.

Выпрямленный ток измеряется по падению напряжения на шунте Rш = 3.6 Ом. Пульсацию напряжения измеряют осциллографом. В этом случае осциллограф должен иметь «закрытый вход», т.е. измерять только переменную составляющую напряжения.

Для измерения заданных величин «вход У» подключают к следующим

зажимам макета: id - к «Rш»; Ud - к «uн»; измеряемая величина U - к «uн»; U1 - к «Сl»;U2 - к «С2». Осциллоrpафирование обратного напряжения uv3 выполняется между зажимами «Rш» и «1». Результаты измерений и расчетов по (3.4)-(3.6) заносятся в табл. 3.2 и 3.3.

3.6. Содержание отчета

Отчет должен содержать:

а) принципиальную схему усилителя; б) формулы и расчеты внешней характеристики усилителя;

в) формулы и расчеты пульсации напряжения при минимальном заданном сопротивлении нагрузки в схемах с С-фильтром и с LС-фильтром;

г) таблицы и графики рассчитанной и полученной экспериментально внешней характеристики, а также снятые осциллограммы с расшифровкой; д) выводы по работе.