Реферат Курсовая Конспект
Изучения влияния различных типов сглаживающих фильтров на форму выпрямленного напряжения и на выходные характеристики выпрямительных устройств - раздел Охрана труда, Лабораторно-Практическая Работа № «Исследов...
|
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №
«Исследование выпрямительных устройств»
1. Цель работы:
1. Ознакомление с методикой построения схем и моделирования работы устройств в компьютерной лаборатории электротехники и электроники. 2. Изучение принципов работы различных типов выпрямителей.
3. Изучения влияния различных типов сглаживающих фильтров на форму выпрямленного напряжения и на выходные характеристики выпрямительных устройств.
2. Краткие теоретические сведения.
2.1. Однофазныевыпрямители.
2.1.1. Однополупериодный выпрямитель.
Схема и временные диаграммы напряжений и токов приведены на
рисунках 1 и 2
Рис.1
Схема содержит трансформатор ТР, в цепи вторичной обмотки которого включены последовательно диодД и сопротивление нагрузки Rн.
При принятых допущениях (идеальный трансформатор) следует, что если напряжение u1на первичной обмотке трансформатора меняется по синусоидальному закону, то напряжение на вторичной обмотке u2также синусоидально.
Ток через диод iа, следовательно, и через нагрузочный резистор iнпоявляется в те полупериоды, когда потенциал точкиавыше потенциала точки б вторичной обмотки трансформатора, так как в эти полупериоды диод Д открыт. Когда потенциал точки а отрицателен по отношению к потенциалу точки б, диод закрыт, ток в цепи равен нулю. Таким образом, ток в резисторе Rнпоявляется только в одном из полупериодов напряжения u2, а схема называется однополупериодной. При принятых допущениях (идеальный диод) в положительный полупериод напряжения u2величина напряжения на нагрузочном резисторе равна величине u2, а на диоде нулю, а в отрицательный полупериод uн=0, а величина uа= u2.
В этой схеме Uн.ср=0,45U2и тогда
.
Рис.2
Недостатки этой схемы:
- малое среднее значение тока нагрузки Iн.ср;
- большое обратное напряжение Uобр.макс= U2m;
- высокий уровень пульсаций(коэффициент пульсации).
Эти недостатки устраняются в двухполупериодных схемах выпрямителей, в которых используются оба периода напряжения в сети.
2.1.2 Выпрямитель со средней точкой трансформатора.
Выпрямитель с выводом средний точки вторичной обмотки трансформатора является двухполупериодным выпрямителем, схема и временные диаграммы которого приведены на рисунках 3 и 4.
Рис.3
Выпрямитель состоит из трансформатора со вторичной обмоткой имеющей среднюю точку, двух диодов Д1 и Д2 и нагрузочного резистора Rн, включенного между средней точкой трансформатора и катодами двух диодов.
Схему можно рассматривать как сочетание двух однополупериодных выпрямителей включенных на общую нагрузку.
Рис.4
Считаем, что напряжение на каждой половине вторичной обмотки трансформатора равны между собой u2а= u2б= u2.
В течение положительной половины периода напряжение u2аточки а схемы имеет более высокий потенциал (++), чем средняя точка (+) и еще более высокий потенциал, чем точка б. При этом диод Д1 открыт, ток в нагрузочном резисторе
iн= iа1, к диоду Д2 приложено напряжение равное uаб.
В течении второй половины периода напряжения точка а имеет наиболее низкий потенциал (--), средняя точка более высокий (-), а точка б самый высокий потенциал (+), диод Д2открыт, ток в нагрузочном резисторе iн= iа2и имеет тоже направление, что и в первом полупериоде.
В такой схеме величина Uн.ср = 0,9U2. и ток нагрузке определяется по формуле
,
значит Iн.сри Uн.срв два раза выше, чем в однополупериодном выпрямителе. Пульсации значительно меньше (коэффициент пульсации р » 0,67),
однако обратное напряжение на закрытых диодах вдвое больше
Uобр.макс= 2U2m
2.1.3 Мостовая схема выпрямителя.
Наиболее распространенной схемой является мостовая схема двухполупериодного выпрямителя (Рис.5) соответствующие временные диаграммы которой приведены на рисунке 6.
Рис.5
В этой схеме диоды Д1-Д4 включены по мостовой схеме, к одной диагонали которой подведено переменное напряжение u2, а к другой подключен нагрузочный резистор Rн.
В течение первой половины периода напряжения u2, когда потенциал точки аположителен, а точки б отрицателен, диоды Д1, Д3 открыты, а Д2, Д4 - заперты, ток iнтечет через диод Д1, нагрузочный резистор Rни диодД3. К диодам Д2, Д4 приложено напряжение вторичной обмотки трансформатора u2.
В другой полупериод напряжения u2потенциал точки аниже потенциала точки б и диоды Д2, Д4 открыты, а Д1, Д3 закрыты, при этом ток iнтечет через
Диод Д2,нагрузочный резистор Rни диод Д4 в том же направлении, что и в первый полупериод напряжения.
Рис.6
При этом средний ток Iн.сри среднее напряжение Uн.срна нагрузке в два раза превышают ток и напряжение однополупериодного выпрямителя, а пульсации такие же как в выпрямителе со средней точкой.
Обратное напряжение на диодах в закрытом состоянии равно соответственно Uобр.макс = U2m.
Величина Uн.ср = 0,9U2и ток нагрузке определяется по формуле
.
2.1.4 Сглаживающие фильтры.
Выпрямленное напряжение имеет пульсирующий характер и его нельзя непосредственно использовать для питания электронных устройств. Поэтому для уменьшения степени пульсации на выходе выпрямителя применяют сглаживающие фильтры.
Фильтры состоят из конденсаторов и катушек индуктивности. Основные виды фильтров: емкостной, индуктивный и смешанный.
Емкостной фильтр (Рис.7а) включается параллельно нагрузочному резистору и шунтирует его для составляющей тока. При этом конденсатор Cфпопеременно заряжается под действием выпрямленного напряжения uВ, а затем разряжается через резистор Rн. Если постоянная времени разряда конденсатора t= CфRнзначительно превышает период напряжения u2,то напряжение при разряде уменьшается несущественно (Рис.7б), что приводит к значительному увеличению среднего значения напряжения на нагрузочном резисторе Uн.сри к снижению степени пульсации выпрямленного напряжения.
Емкостной фильтр используется для слабых токов и небольшой мощности, т.е. при высокоомной нагрузке.
а) б)
Рис.7
При этом основной характеристикой фильтра является коэффициент сглаживания ,
где: рвх - коэффициент пульсации на входе фильтра;
рвых- коэффициент пульсации на выходе фильтра.
Для выпрямителей большой и средней мощности применяются индуктивные фильтры которые включаются последовательно с нагрузочными резисторами (Рис.8а).
В результате переменная составляющая тока через нагрузку значительно уменьшается и снижает степень пульсации выпрямленного напряжения (Рис.8б).
а) б)
Рис.8
Чаще используются смешанные фильтры: Г-образный LС-фильтр (Рис.9) или П-образный CLC-фильтр (Рис.10).
Рис.9 Рис.10
Они обеспечивают более высокую степень сглаживания выпрямленного напряжения.
2.1.5 Внешние характеристики выпрямителей.
Зависимость напряжения от величины тока нагрузки Uн= f(Iн)называют внешней характеристикой выпрямителя. Она определяется формулой
где: Uн.хх- напряжение на нагрузке на холостом ходу (Iн=0);
Rтр - активное сопротивление трансформатора;
Rд - сопротивление диода в прямом направлении.
На рисунке 11 представлены внешние характеристики некоторых типов выпрямителей с фильтрами и без них:
1 - однополупериодный выпрямитель без фильтра;
2 - двухполупериодный выпрямитель без фильтра;
3 - однополупериодный выпрямитель с С-фильтром;
4 - двухполупериодный выпрямитель с RС-фильтром;
Рис.11
3. Порядок выполнения работы.
3.1. Опыт №1. Однополупериодный выпрямитель.
3.1.1. Схема однополупериодного выпрямителя (Рис.12).
Рис.12
3.1.2. Используя в качестве нагрузки сопротивление R, снимите три внешние характеристики выпрямителя Ud = f(Id) (смотрите методику снятия внешних характеристик):
- для выпрямителя без фильтра;
- для выпрямителя c C-фильтром (фрагмент схемы представлен на Рис.14а);
- для выпрямителя c CLC-фильтром (фрагмент схемы представлен на Рис.14б).
Рис.13а Рис.13б
3.1.3. Для R=100 Ом зарисуйте три осциллограммы выходного напряжения
с учетом масштаба (смотрите методику работы с осциллографом).
3.2. Опыт №2.Двухполупериодный выпрямитель.
3.2.1. Схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой трансформатора (Рис.14).
Рис.14
3.2.2. Выпрямитель без фильтра. Для R=100 Ом зарисуйте осциллограмму выходного напряжения с учетом масштаба (смотрите методику работы
с осциллографом).
3.3. Опыт №3.Двухполупериодный мостовой выпрямитель.
3.3.1. Схема двухполупериодного мостового выпрямителя (Рис.15).
Рис.15
3.3.2. Используя в качестве нагрузки сопротивление R, снимите три внешние характеристики выпрямителя Ud = f(Id) (смотрите методику снятия внешних характеристик):
- для выпрямителя без фильтра;
- для выпрямителя c C-фильтром (фрагмент схемы представлен на Рис.13а);
- для выпрямителя c CLC-фильтром (фрагмент схемы представлен на Рис.13б).
3.3.3. Для R=100 Ом зарисуйте три осциллограммы выходного напряжения
с учетом масштаба (смотрите методику работы с осциллографом).
3.4. Постройте внешние характеристики выпрямительных устройств в единой системе координат и сделайте выводы по работе.
4. Методики проведения опытов.
4.1. Методика снятия внешних характеристик.
При снятии внешних характеристик выпрямительных устройств необходимо изменять сопротивление резистора Rн в цепи нагрузки. Для этого открываем диалоговое окно резистора при помощи правой кнопки мыши. В следующих окнах нажимаем кнопки Component Properties иValue,чеми устанавливаем необходимое сопротивление.
Нажав в правом верхнем углу клавишу , получаем показания приборов и записываем в соответствующую таблицу.
Таблица
R (Ом) | : | |||||
Id (A) | ||||||
Ud (B) |
4.2. Методика работы с осциллографом.
Для получения формы кривых напряжения в любой точке схемы в программе EWB используется осциллограф. Открываем диалоговое окно осциллографа двойным нажатием левой кнопки мыши. При этом появляется уменьшенное изображение панели осциллографа. Осциллограф имеет четыре клеммы: Ground (Земля), Trigger (Синхронизация), Channel A (Канал А), Channel B (Канал B).
Развертка по времени (Time base) задается соответствующими клавишами.
В данном конкретном случае имеем 5,00ms/div, т.е. 5,00миллисекунд на 1деление.
Вертикальная развертка задается отдельно по каждому каналу.
В данном конкретном случае имеем 20V/div, т.е. 20 вольт на 1деление.
На экране осциллографа изображены две кривые отображающие входное и выходное напряжения однополупериодного выпрямителя.
Для того, чтобы производить измерения с помощью осциллографа необходимо нажать кнопку Expand и тогда появится увеличенное изображение панели осциллографа, которое имеет дополнительные элементы для измерения.
На экране осциллографа появляются две вертикальные черты, которые можно передвигать с помощью левой кнопки мыши, тем самым, устанавливая место измерения. В дополнительных окнах появляются координаты отмеченных позиций.
В данном конкретном случае имеем:
T1=12.4765s, VA1=27.2384v, VB1=25.4764vи
T2=12.5116s, VA2=14.4222v, VB2=13.1085v.
Третье окно дает разность показаний
T2-T1=35.1250ms, VA2-VA1=-12.8163v, VB2-VB1=-12.3679v.
Канал А, Y position = -1.00.
Канал В, Y position = 1.00.
– Конец работы –
Используемые теги: изучения, влияния, различных, типов, сглаживающих, фильтров, форму, выпрямленного, напряжения, Выходные, характеристики, выпрямительных, устройств0.161
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Изучения влияния различных типов сглаживающих фильтров на форму выпрямленного напряжения и на выходные характеристики выпрямительных устройств
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов