8.2. Порядок выполнения исследований

1. Вставить в разъем ХР1 лабораторного стенда плату, содержащую диод для исследования однополупериодной схемы выпрямления.

2. Для измерения постоянной составляющей тока нагрузки выпрямителя включить амперметр постоянного тока (мультиметр 1) между выходом выпрямителя Udcи сопротивлением нагрузкиRн1 (дроссельL1 и конденсаторыС1 иС2 в данной лабораторной работе не используются) (рис. 8.8).

3. Для измерения постоянной составляющей выходного напряжения выпрямителя подключить параллельно соединению Rн1 +Rb1 цифровой вольтметр постоянного тока (мультиметр 2).

4. Снять нагрузочную характеристику выпрямителя (зависимость выход­ногонапряженияоттока),послечегоотключитьмультиметр2отсопротивле-

Таблица 8.1

Исследование однополупериодного выпрямителя

Ток через выпрямитель (пост.) (I), A	0,01	0,03	…	0,15
Выходное напряжение на выпрямителе (пост.) (Uвых), В
Входное напряжение на выпрямителе (перем.) (Uвх), В

ния нагрузки, переключить пределы измерений на контроль переменного напряжения, подключить его между выходами «СОМ» иUac1 трансформатора и снять зависимость входного напряжения выпрямителя от тока нагрузки. Результаты измерений занести в протокол (табл. 8.1).

5. Для одного фиксированного значения тока нагрузки зарисовать осциллограммы входного и выходного напряжений выпрямителя, напряжения на вентиле (между клеммами, подключенными к выводам 1 и 8 разъема ХР1) и тока нагрузки (шунтRS2).

6. Вставить в разъем ХР1 лабораторного стенда плату для исследования двухполупериодной схемы выпрямления и повторить измерения по пп. 3–5.

7. Вставить в разъем ХР1 лабораторного стенда плату для исследования мостовой схемы выпрямления и повторить измерения по пп. 3–5.

8.3. Содержание отчета

1. Цель работы, схемы измерений.

2. Таблицы с результатами измерений.

3. Графики осциллограмм: одна общая на входе и по три (выходное напряжение, напряжение на вентиле и на RS2) для каждой схемы – однополупериодной, двухполупериодной и мостовой.

4. Выводы по результатам исследований, содержащие сравнительный анализ параметров схем.

Лабораторная работа№ 9 Исследование выпрямителей с фильтрами

Цель работы– исследование воздействия индуктивного, емкостного и индуктивно-емкостного фильтров на параметры выпрямленного напряжения и на работу однофазных схем выпрямления переменного напряжения.

9.1. Основные сведения об электрических фильтрах

В схемах однофазных выпрямителей коэффициент пульсации выпрямленного напряжения имеет значительную величину. Для уменьшения коэффициента пульсации применяют различные фильтры. Для оценки эффективности действия фильтра вводится коэффициент сглаживания:

(9.1)

где – коэффициент пульсации выходного напряжения выпрямителя без фильтра (– амплитуда низшей гармоники в спектре выходного напряжения без фильтра,– среднее значение выпрямленного напряжениябез фильтра); – коэффициент пульсации на выходе фильтра (–амплитуда низшей гармоники на выходе фильтра,– среднее значение выпрямленного напряжения на выходе фильтра).

Подставим в (9.1) выражения для и:

З

десь– коэффициент передачи постоянной составляющей;– коэффициент фильтрации. Обычно λ ≥ 0,95, поэтому

При использовании индуктивного фильтра индуктивность включается последовательно с нагрузкой. Для расчета фильтрующего действия выпрямитель заменяется двумя последовательно вклю­ченными источниками (рис. 9.1):первый – источник постоянного напряженияс напряжением, равным значению постоянной составляющей выпрямленного напряжения;другой источник создает переменное напряжение амплитуда которогоравна амплитуде низшей гармоники пульсаций выпрямленного напряжения.

Амплитуда первой гармоники на нагрузочном резисторе будет равна:

Тогда коэффициент сглаживания будет определяться выражением

(9.2)

Если задан коэффициент сглаживания, то можно определить необходимое значение индуктивности фильтра по формуле

Здесь ω – угловая частота низшей гармоники на выходе выпрямителя (ω = 2πf).Пульсации выходного напряжения однофазного однополупериодного выпря­мителя имеют частоту низшей гармоникиf, совпадающую с частотой питающей сетиf= 50 Гц, а при однофазном двухполупериодном выпрямлении эта частота составляет 2f, т. е. 100 Гц.

Е

мкостный фильтрсостоит из конденсатора (С), подключаемого параллельно сопротивлению нагрузки () (рис. 9.2). В установившемся режиме, когда напряжение на конденсаторе () меньше напряжения на выходе вторичной обмотки трансформатора, происхо­дит зарядка конденсатора, а когда оно больше, конденсатор отдает свой заряд в нагрузку. В результате напряжение на нагрузке () сглаживается (рис. 9.3). Как видно из временной диаграммы, при наличии емкостного фильтра ток через вентили протекает не весь полупериод, а только некоторую его часть 2Θ.

Расчет емкостного фильтра осуществляется исходя из закона сохранения количества электричества, запасенного в конденсаторе при его зарядке за один период:

(9.3)

где – приращение напряжения на конденсаторе к моменту окончания его зарядки. Количество электричества, отданное конденсатором при его разрядке, определяется как

(9.4)

где – ток разрядки конденсатора;T– период разрядки. В двухполупериодной схеме выпрямления зарядка и разрядка конденсатора происходят дважды за продолжительность периода питающей сети. Отсюда, период разрядки,выраженный через частоту питающей сети, равен: В результате, зная, чтоиз (9.3) и (9.4) получим:

Поскольку конденсатор Си нагрузкавключены параллельно, полученное значениеопределяет собой переменную составляющую напряжения на нагрузке. Ее амплитуда может быть принята равной

Среднее значение выпрямленного напряжения может быть принято

Обычно емкость конденсатора фильтра С выбирается такой, чтобы тогда ток разрядки конденсатора практически равен среднему выпрямленному току

т. е.

Коэффициенты пульсаций и сглаживания при этих допущениях будут равны

Если задан коэффициент пульсаций, то емкость конденсатора фильтра определяется соотношением

И

ндуктивно-емкостный фильтр состоит из индуктивности (), включаемой последовательно с нагрузкойи конденсатораС, включенного параллельно(рис. 9.4). Комплексное сопротивление индуктивности равноКомплексное сопротивление параллельного включенияСиравно

(9.5)

Следовательно, переменное напряжение u*, создаваемое входным напряжениеми снимаемое с параллельного включенияиС, может быть рассчитано по формуле делителя напряжения:

Тогда, коэффициент сглаживания фильтра в соответствии с (9.2) равен

Обычно Тогда формула (9.5) упрощается и выражение для коэффициента сглаживания примет упрощенный вид: