Лаб_Метод_Указ Ч2

2.9.13Як залежить вихідна напруга і коефіцієнт пульсації від зміни опору навантаження?

2.9.14Чи можливо використовувати акумуляторну батарею у якості фільтра згладжування і чому?

2.9.15Спеціалізовані перетворювачі змінного струму у постійний, які використовуються для електроживлення пристроїв автоматики на залізничному транспорті. Порівняння випрямлячів за технічними показниками.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3 ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОТИ СТАБІЛІЗАТОРІВ НАПРУГИ

3.1 Мета роботи

Вивчення схем параметричного і компенсаційного стабілізаторів та дослідження залежності вихідних характеристик від вхідних і навантаження.

3.2 Короткі теоретичні відомості

Стабілізатор напруги (струму) - пристрій, що підтримує автоматично і з необхідною точністю, напругу (струм) на навантаженні при зміні дестабілізуючих факторів в обумовлених межах.

Незважаючи на застосування фільтрів, що згладжують, напруга на опорі навантаження випрямляча може змінюватися. Це пояснюється тим, що при згладжуванні пульсацій фільтром зменшується тільки змінна складова випрямленої напруги, а величина постійної складової може змінюватися і при коливаннях напруги мережі, і при зміні струму навантаження. Для одержання необхідної величини постійної напруги на опорі навантаження застосовуються стабілізатори напруги. Залежно від місця їхнього приєднання до схеми розрізняють стабілізатори напруги постійного і змінного струму. У першому випадку стабілізатор приєднують між випрямлячем і навантажувальним опором, у другому випадку - між джерелом змінного струму і випрямлячем. Існують два принципово різних методи стабілізації напруги: параметричний і компенсаційний.

У параметричних стабілізаторах використовуються елементи з нелінійною залежністю між струмом і напругою (з нелінійною вольт-амперною характеристикою). Такими

21

елементами можуть служити електронні лампи, транзистори, іонні стабілітрони, дроселі й інші. Принцип дії параметричних стабілізаторів заснований на зміні опору (або інших параметрів) нелінійних елементів, що входять до їхньої схеми, при зміні прикладеної до них напруги або струму, що через них проходить. У результаті перерозподілу струмів і напруги між окремими елементами схеми досягається стабілізація вихідної напруги або струму.

Стабілізатори, що містять замкнуту систему регулювання (систему керування за відхиленням), здійснювану по колу зворотного зв'язку, називаються компенсаційними стабілізаторами напруги. Сутність компенсаційного методу стабілізації зводиться до автоматичного регулювання вихідної напруги. У компенсаційних стабілізаторах виробляється порівняння фактичної величини вихідної напруги з її заданою величиною, і залежно від величини і знака неузгодженості між ними, автоматично здійснюється коригувальний вплив на елементи стабілізатора, спрямований на зменшення цієї неузгодженості.

3.3 Опис лабораторної установки

У лабораторну установку входить комп'ютер із програмою моделювання роботи електронних схем Electronics Workbench.

3.4 Програма виконання лабораторної роботи

3.4.1Ознайомитися з теоретичним матеріалом, що наведений в конспекті лекцій та навчальних посібниках і підручниках [1, 4].

3.4.2Підготовити заготівку звіту відповідно з пп. 3.6.1 -

3.6.4.

3.4.3Накреслити і підписати у звіті дві схеми стабілізаторів.

3.4.4Отримати допуск до відпрацьовування лабораторної

роботи.

3.4.5Розібратися з правилами роботи програми моделювання роботи електронних схем Electronics Workbench.

3.4.6Виконати лабораторну роботу згідно з методикою, що описана в п. 3.5.

22

3.4.7Записати результати спостережень та показати викладачу.

3.4.8За результатами вимірів для параметричного і компенсаційного стабілізаторів побудувати графіки отриманих

залежностей U1 f (V1), U1 f (R2) (V1 – діюче значення

вхідної напруги; U1 – середнього значення випрямленої напруги, що вимірюється на навантажені, R2 – опір навантаження).

3.4.9Закінчити оформлення звіту відповідно до пп. 3.6.5,

3.6.6.

3.4.10Захистити лабораторну роботу.

3.5 Методика виконання роботи

3.5.1На робочому столі відкрити папку "Електроживлення систем автоматики". Відкрити два файли за допомогою таких ярликів (встановити покажчик миші на відповідний ярлик і двічі натиснути ліву клавіші миші):

"Стабілізатор_параметричний" (схема параметричного стабілізатора);

"Стабілізатор_параметричний" (схема компенсаційного стабілізатора).

3.5.2Встановити значення діючої напруги 100 В. Для цього покажчик миші встановити на генератор сигналу V1 і двічі натиснути ліву клавіші миші, щоб з'явилось вікно властивостей.

Вцьому вікні записати необхідне значення напруги (voltage) і натиснути кнопку "ОК" в цьому вікні за допомогою миші.

3.5.3Встановити заданий опір навантаження R2=200 Ohm. Для цього покажчик миші встановити на генератор сигналу R2 і двічі натиснути ліву клавіші миші, щоб з'явилось вікно властивостей. В цьому вікні записати необхідне значення опору (resistance) і натиснути кнопку "ОК" в цьому вікні за допомогою миші.

3.5.4Щоб запустити симулятор натиснути F5 на клавіатурі. Запишіть значення вихідної напруги U1 в таблицю 3.1. Натиснути F5 – для зупинки симулятора.

3.5.5Повторюючи пп. 3.5.4 змінити V1 від 100 В до 260 В (крок зміни 20 В). При будь-якій зміні значення V1 необхідно зупиняти симулятор, а після зміни параметра повторно його запускати .

23

3.5.6 Стати покажчиком миші на XSC1 (осцилограф) і двічі натиснути ліву клавішу. Зарисувати осцилограму (синім кольором позначений сигнал після випрямляча, а червоним - сигнал на виході стабілізатора) при значеннях V1=220 В і

R2=200 Ohm.

3.5.7 Встановити значення вхідної діючої напруги V1=220 В, а опір навантаження R2=20 Ohm.

3.5.8Щоб запустити стимулятор, натиснути F5 на клавіатурі. Записати значення вихідної напруги U1 до таблиці

3.2.Натисніть F5 – для зупинки симулятора.

3.5.9Повторюючи пп. 3.5.8 змінити R2 від 20 Ohm до 200 Ohm (крок зміни 20 Ohm). При будь-якій зміні значення R1 необхідно зупиняти симулятор, а після зміни параметра повторно його запускати.

3.5.10Пункти 3.5.2 - 3.5.9 виконати для двох схем

стабілізаторів.

3.5.11Закрити всі відкрити файли.

Таблиця 3.1 – Результати спостережень

Параметричний стабілізатор

Значення вихідної напруги U1, В

Компенсаційний стабілізатор

Значення вихідної напруги U1, В

Таблиця 3.2 – Результати спостережень

Параметричний стабілізатор

Значення вихідної напруги U1, В

Компенсаційний стабілізатор

24

Значення вихідної напруги U1, В

3.6 Зміст звіту

3.6.1Назва і мета роботи.

3.6.2Письмові відповіді на контрольні питання для підготовки звіту, що наведені в п. 3.7.

3.6.3Накреслені схеми стабілізаторів.

3.6.4Накреслені таблиці 3.1 і 3.2 для запису результатів спостережень.

3.6.5Результати спостережень записані до таблиць 3.1 і 3.2.

3.7 Контрольні питання для підготовки звіту

3.7.1Для чого використовують стабілізатори?

3.7.2Вкажіть основні параметри, що характеризують стабілізатори, та як вони розраховуються?

3.7.3Які елементи використаються у параметричних стабілізаторах?

3.7.4Основні характеристики і параметри стабілітронів.

3.7.5В чому сутність роботи параметричного стабілізатора?

3.7.6За яким принципом працює компенсаційний стабілізатор?

3.7.7З яких елементів складається компенсаційний стабілізатор, які функції ці елементи виконують?

3.8Контрольні питання на допуск до роботи

3.8.1Що таке стабілізатор напруги? Де він використовується і для чого?

3.8.2Стабілізатори використовуються для зменшення пульсацій напруги або для одержання необхідної величини постійної напруги на навантаженні?

3.8.3Чім відрізняються стабілізатори змінного і постійного

струму?

3.8.4Чім відрізняються компенсаційні стабілізатори від параметричних?

3.8.5Назвіть і опишіть типи компенсаційних стабілізаторів.

25

3.8.6В чому відмінність діоду від стабілітрона?

3.8.7На вольт-амперній характеристиці стабілітрона вкажіть зону, де він виконує свої функції.

3.8.8Як необхідно приєднувати стабілізатор до електричної схеми, щоб він виконував стабілізацію?

3.9 Контрольні питання для захисту роботи

3.9.1Як залежить вихідна напруга від вхідної для параметричного стабілізатора?

3.9.2Як залежить вихідна напруга від вхідної для компенсаційного стабілізатора?

3.9.3Як залежить вихідна напруга від навантаження для параметричного стабілізатора?

3.9.4Як залежить вихідна напруга від навантаження для компенсаційного стабілізатора?

3.9.5Поясніть за схемою (рисунок В.1, а) і вольт-амперною характеристикою стабілітрона роботу параметричного стабілізатора?

3.9.7Які недоліки і переваги мають параметричні стабілізатори?

3.9.8Які недоліки і переваги мають компенсаційні стабілізатори?

26

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4 ДОСЛІДЖЕННЯ КИСЛОТНО-СВИНЦЕВИХ АКУМУЛЯТОРІВ

4.1 Мета роботи

Вивчення пристрою і принципу дії кислотних акумуляторів, застосовуваних для електроживлення пристроїв СЦБ і дослідження процесів їхнього заряду і розряду.

4.2 Короткі теоретичні відомості

У пристроях електроживлення залізничної автоматики і телемеханіки застосовуються кислотні акумулятори відкритого, закритого типів або ті, що не обслуговуються, які встановлюють залежно від стійкості до механічних впливів у приміщені поста електричної централізації чи в батарейній шафі у колії. Кислотний акумулятор являє собою посудину, до якої поміщені позитивні і негативні свинцеві пластини, покриті активною речовиною, розділені між собою сепараторами. До посудини заливається електроліт – водяний розчин сірчаної кислоти. У зарядженого акумулятора активною речовиною позитивних пластин служить двоокис свинцю Pb2, а негативних – губчатий свинець Pb. У процесі розрядження в негативних пластин відбувається електрохімічна реакція

Pb H2SO4 PbSO4 2H 2e ,

а в позитивних пластин

PbO2 2H SO4 2H 2e PbSO4 2H2O .

Таким чином, на негативній пластині виділяються у зовнішнє коло два електрони, а на позитивній відбувається поглинання електронів із зовнішньої кола, що викликає протікання струму через навантаження за рахунок руху позитивних H+ і негативних SO4 іонів. На обох пластинах при

цьому відбувається утворення сульфату свинцю PbSO4.

При заряджанні акумулятора в негативних пластин відбувається реакція

27

PbSO4 2e Pb SO4 ,

а в позитивних пластин

PbSO4 2e 2H2O PbO2 4H SO4 .

Існують кілька способів заряджання акумуляторів:

при постійному значенні напруги;

при постійному значенні струму (одно- і багатоступінчастий);

комбінований;

струмом змінної полярності.

Вустановках електроживлення пристроїв автоматики акумулятори увімкнені у буферному режимі.

Для живлення пристроїв електричної централізації застосовуються акумуляторні батареї напругою 24 і 48 В (контрольна) і 24, 48 або 220 В (робоча), установлювані в акумуляторних приміщеннях на посту електричної централізації (або в батарейних шафах при місцевому живленні). Для живлення сигнальних установок імпульсно-провідної системи автоблокування, автоматичної переїзної сигналізації і обладнання вхідного світлофору на станції застосовуються акумуляторні батареї напругою 12 або 14 В, що встановлені в батарейних шафах біля світлофорів чи переїздів.

При експлуатації акумуляторних батарей необхідно дотримуватись таких заходів безпеки:

перед початком робіт в акумуляторному приміщенні варто зробити його вентиляцію протягом часу;

не користуватися відкритим вогнем усередині приміщення і використовувати світильники тільки закритого типу;

всі роботи виконувати в спецодязі (штани і фартух із грубої вовни, а при готуванні електроліту - захисні окуляри і рукавички);

для нейтралізації кислоти і електроліту, що потрапили на відкриті ділянки тіла й одяг, використовувати розчин питної соди

(5-10%).

28

4.3 Опис лабораторної установки

Лабораторна установка відсутня у зв’язку з неможливістю гарантувати необхідні умови збереження, безпеки, використання і обслуговування акумуляторної батареї.

4.4 Програма виконання лабораторної роботи

4.4.1 Ознайомитися з теоретичним матеріалом, що наведений в конспекті лекцій та навчальних посібниках і підручниках [1, 3, 4].

4.4.2 Підготовити заготівку звіту у відповіді з пп. 4.5.1 - 4.5.3.

4.4.3 Захистити лабораторну роботу.

4.5 Зміст звіту

4.5.1 Назва і мета роботи.

4.5.2 Письмові відповіді на контрольні питання для підготовки звіту, що наведені в п. 4.6.

4.5.3 Накреслені діаграми режимів заряду та залежностей струму і напруги акумуляторів і зарядних пристроїв від часу зарядження.

4.6 Контрольні питання для підготовки звіту

4.6.1Характеристики акумулятору.

4.6.2Як розшифровуються умовні позначки С-1, СК-12, СЗ- 3, СЗЭ-20, СН-10, АБН-72, АБН-80?

4.6.3З яких елементів складається кислотно-свинцевий акумулятор та яке призначення цих елементів?

4.6.4Який склад електроліту у кислотно-свинцевих акумуляторах?

4.6.5За якою формулою визначається ЕРС? Як залежить ЕРС акумулятора від щільності електроліту?

4.6.6За якою формулою розраховується значення напруги на виході зарядного пристрою?

4.6.7Як визначається внутрішній опір кислотно-свинцевих акумуляторів?

4.6.8Як залежить розрядна ємність акумулятора від струму розряду? Вкажіть формулу для визначення залежності ємності від струму розряду?

29

4.6.9Як залежить розрядна ємність акумулятора від інтенсивності розряду? Вкажіть формулу залежності?

4.6.10Як залежить розрядна ємність акумулятора від температури електроліту? Вкажіть формулу залежності?

4.6.11Як вмикається акумуляторна батарея із зарядним пристроєм і навантаженням при автономній системі живлення (накреслити схему системи живлення)?

4.6.12Як вмикається акумуляторна батарея із зарядним пристроєм і навантаженням при буферній системі живлення (накреслити схему системи живлення)?

4.7Контрольні питання для захисту роботи

4.7.1Чим відрізняється автономна система живлення від

буферної?

4.7.2У чому відмінності акумуляторів С від СК і СН, АБН-72 від АБН-80?

4.7.3Як змінюється щільність електроліту в процесі заряджання і розряджання? Яким приладом вимірюють щільність електроліту у кислотно-свинцевих акумуляторах? Коли необхідно вимірювати щільність?

4.7.4Як повинна змінюватися щільність електроліту у кислотно-свинцевих акумуляторах для різних робочих температур?

4.7.5Як готується електроліт для кислотно-свинцевих акумуляторів?

4.7.6Вкажіть номінальне значення напруги на акумуляторній банці та при таких умовах: початкове для заряджання, починається кипіння електроліту, максимальне значення при закінченні заряджання, кінцеве мінімальне при розряджанні акумулятора.

4.7.7Як виконується одно- і багатоступінчастий заряджання при постійному значенні струму? Які переваги і недоліки цього методу?

4.7.8Як виконується заряджання при постійному значенні напруги? Які переваги і недоліки цього методу?

4.7.9У чому сутність комбінованого методу заряджання? Які переваги і недоліки цього методу?

4.7.10Як відбувається заряджання струмами змінної полярності? Які переваги і недоліки цього методу?

30