7. Особенности лабораторной установки

Лабораторный макет питается от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В. Напряжение сети подается на первичную обмотку трансформатора TV1, расположенного внутри макета. Включают напряжение с помощью тумблера “Сеть”, расположенного в нижней части лицевой панели макета.

На панели изображены 4 исследуемых однофазных схемы выпрямления (смотри рисунок 3.1):

1) однополупериодная,

2) двухполупериодная,

3) мостовая схема Греца,

4) схема удвоения напряжения Латура.

Выбор необходимой схемы выпрямления осуществляется переключателем SA, расположенным в середине лицевой панели. Рукоятка переключателя должна быть расположена своим острием на линии, указывающей на схему выпрямления, при этом загорается соответствующая схеме сигнальная лампочка.

Характер нагрузки изменяется путём коммутации конденсатора, дросселя фильтра и переменного резистора с помощью выключателей соответственно SA1, SA2, SA3, расположенных в середине верхней части панели. Положение выключателя вверх соответствует их включению, положение вниз - отключению. Величина тока нагрузки регулируется переменным резистором R3, расположенным в середине лицевой панели.

Приборы для измерения переменных напряжений и тока вторичной обмотки трансформатора (РU2, РА2) и выпрямленных напряжений и тока в нагрузке (РU0, РA0) находятся на лицевой панели в указанном порядке слева направо.

Гнезда для наблюдения осциллограмм тока первичной обмотки трансформатора X1 –X2, тока вторичной обмоткиX3 -X4 и выпрямленного напряженияX5 -X6 расположены в середине нижней части лицевой панели.

8. Приложение Схемы выпрямителей однофазного напряжения

Однофазная однополупериодная схема выпрямления, изображенная на рис. 3.5а, на практике применяется только с нагрузкой емкостного характера. Временные диаграммы токов и напряжений для этого случая имеют вид, показанный на диаграмме 3.5б.

U₀,I₀ - среднее значение выпрямленного напряжения и тока;

I_2m - максимальное значение тока вентиля;

 - угол отсечки;

n = w₂ / w₁- коэффициент трансформации трансформатора;

Нагрузкой емкостного характера принято считать нагрузку, удовлетворяющую условию R_H >> 1/ mC, где m – фазность выпрямителя, m = pq, p – число фазовых обмоток вторичной цепи силового трансформатора, q – число импульсов тока в каждой вторичной обмотке трансформатора за период. При С   амплитуда пульсаций стремится к нулю, а выходное напряжение U₀ представляется на временной диаграмме линией, параллельной оси абсцисс.

В рассматриваемой схеме выпрямления ток вторичной обмотки содержит постоянную составляющую (ток подмагничиваия), что снижает эффективность применения трансформатора Т.

Схема характеризуется повышенным обратным напряжением на вентиле U_обрm= U₀, низким значением частоты основной гармоники пульсаций (50 Гц) и низким коэффициентом пульсации для активной нагрузки К_П1 = 1,57. При общей простоте схемы её применение ограничено областью малых мощностей (до 1–2 Вт).

На рис.3.6 изображена однотактная двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой, а на рисунке 3.7 а - осциллограммы для емкостной (емкостно - активной) нагрузки, когда X_C  10R_H. На рисунке 3.7 б изображены осциллограммы напряжений и токов для индуктивной нагрузки, когда X_L  10R_H. Приведённая схема часто используется для получения выпрямленного напряжения малой величины, так как характеризуется малым прямым падением напряжения на вентилях (один вентиль на каждый полупериод выпрямления) выпрямителя. К недостаткам данной схемы можно отнести невысокий коэффициент использования трансформатора (две выходные обмотки, по каждой из которых импульс тока протекает только один раз за период) и сравнительно большое значение обратного напряжения на вентиле (в случае активной нагрузки U_{ОБР m} = U₀). При этом частота пульсаций выпрямленного напряжения равна 100 Гц (коэффициент пульсаций для активной нагрузки К_П1 = 0, 67).

Параметры, характеризующие данную схему выпрямления для случая емкостной нагрузки, можно определить по следующим соотношениям:

U_{обр m} = U₀ + U_2m - максимальное значение обратного напряжения на вентиле; I0 - среднее значение тока вентиля; к_П1 = Н / r_ФС – коэффициент пульсаций по первой гармонике выпрямленного напряжения; r_Ф – сопротивление фазы, то есть трансформатора и вентиля; Н – расчётный параметр, зависящий от параметра А (смотри график H = f(A) Л.1 на стр.281, Л2 на стр. 120); U₀ = U_2m cos - среднее значение выпрямленного напряжения;

- А = tg -  - расчётный параметр, функция угла отсечки ;

- m – количество импульсов выпрямленного тока в нагрузке за период питающего напряжения.

В случае использования однотактной двухполупериодной схемы выпрямления с индуктивной нагрузкой ток во вторичной обмотке трансформатора имеет практически прямоугольную форму (смотри рис. 3.7 б).

На рисунке 3.8 изображен двухтактный двухполупериодный выпрямитель, собранный по мостовой схеме выпрямления. На рисунке 4.3а настоящих методических указаний приведены диаграммы напряжений и токов для емкостной нагрузки ( X_C  10 R_H) и на рисунке 4.3б– для индуктивной нагрузки (X_L  10 R_H).

Данная схема, как и в предыдущем примере, характеризуется сравнительно малыми пульсациями (частота 100 Гц, коэффициент пульсации при активной нагрузке К_П1 = 0, 67), а также более низким обратным напряжением на вентиле и наиболее полным использованием трансформатора (для активной нагрузки U_{ОБР m} = 1,57 U₀).

При условии достаточно большого значения индуктивности L дросселя фильтра, что обеспечивается практически всегда, форму тока через вентиль можно считать прямоугольной.

При этом справедливы соотношения:

- I_B = I₀ / 2;

- k_П1 = 2 / (m² – 1)

-.

На рисунке 3.9а показана схема удвоения напряжения (схема Латура), выпрямитель которой всегда работает на емкостную нагрузку. Каждый из конденсаторов заряжается в течение соответствующих полупериодов до напряжения, близкого к U_2m. Полярность напряжений на конденсаторах такова, что они складываются, так как конденсаторы включены по отношению к нагрузке последовательно.

Частота пульсаций выпрямленного напряжения 100 Гц. Обратное напряжение на вентиле в схеме удвоения в два раза меньше, чем в мостовой схеме выпрямителя, при одинаковом напряжении на нагрузке U₀.

Схема применяется для получения высоких напряжений с относительно малым током потребления.