12102

Исследование работы мостового двухполупериодного выпрямителя (ДПВ) при активной и ёмкостной нагрузках (схема Греца)

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа № 4 Исследование работы мостового двухполупериодного выпрямителя ДПВ при активной и ёмкостной нагрузках схема Греца Цель исследования. Исследовать работу ДПВ на активный характер нагрузки. Исследовать работу ДПВ на ёмкостный хар

Русский

2013-04-24

529 KB

14 чел.

Лабораторная работа № 4

Исследование работы мостового двухполупериодного выпрямителя (ДПВ) при активной и ёмкостной нагрузках (схема Греца)

Цель исследования. 

  1.  Исследовать работу ДПВ на активный характер нагрузки.
  2.  Исследовать работу ДПВ на ёмкостный характер нагрузки.
  3.  Выполнить обработку полученных данных эксперимента.
  4.  Дать сравнительную оценку результатам исследования.ДПВ с результататами исследования  ОПВ

1. На рис.4.1 показана схемы ДПВ, которая  наглядно показывает те источники питания, элементы регулировки напряжения и измерительные приборы, которые обычно нужны при исследовании процессов в ОПВ при разных характерах нагрузки.

              Рис.4.1.

Конденсатор в схеме коммутируется с помощью ключа «К», для которого характерны два состояния: «замкнут» (конденсатор фильтра подключается параллельно нагрузке) и «разомкнут» (конденсатор отключается).

2. Предварительная подготовка (дома)  к лабораторной работе № 3.

2.1. Выполните расчёт схемы ДПВ при активной нагрузке по следующему заданию:

евх = 10 В; fc =100 Гц; Rн = 1 кОм; евх = Евх.maxsinωt

2.2. Определите: 

а) средние значения выпрямленного напряжения и тока на нагрузке (U0;  I0);

б) коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения (Кп):

в) амплитудное значение тока через диод (Ivd.max);

г) обратное напряжение на диоде (Uобр.max);

д) дайте оценку полученным результатам.

е) подберите для заданной схемы конденсатор, который обеспечит сглаживание пульсаций в выпрямленном напряжении.

ж) какие изменения в режиме диода вызовет подключение конденсатора-фильтра в схему ДПВ.

з) сравните результаты расчёта ДПВ с результатами расчёта ОПВ.

 

3. Выполнение лабораторной работы № 4.

Применительно к прибору NI ELVIS-2 схема рис.4.1 преобразована в схему рис.4.2,  которая и собрана на монтажной панели рабочей станции для исследования работы ДПВ.

Внимание: Присутствие ключа «К» в схеме на рис.4.2 чисто условное; в процессе эксперимента конденсатор «Сф» просто добавляется в схему.

Рис.4.2

AI0+ и AI0 ─ аналоговые входы.

FGEN ─ функциональный генератор. На вход схемы ДПВ от генератора подаётся сигнал синусоидальной формы.

AIGND ─ заземление схемы.

AI1+ и AI1 ─ аналоговые выходы; на экране дисплея осциллографа (Scope) будет показана форма напряжения на нагрузке.

В схеме на рис.4.2. в цвете показаны пути протекания тока за период для каждой полуволны питающего напряжения. В течение всего периода питающего напряжения ток через нагрузку течёт в одном направлении (красная и зелёная стрелки), и это является доказательством того, что схема ДПВ обладает выпрямительными свойствами.

  1.  Исследование работы выпрямителя на активную нагрузку

Подготовка к работе

3.1.1 Используя блок питания и подводящие силовые кабели подключите ELVIS-2 к сети и к компьютеру, кроме того, свяжите станцию с компьютером с помощью. USB.

  1.  2. Запишите в табл.1 тип диода, электрические данные диода,  значения сопротивления нагрузки, конденсатора фильтра. Скопируйте в отчёт схему  исследования работы ДПВ на активную нагрузку (рис.4.2)..


Таблица 1

Тип диода

Электрические данные диода

Iпр.макс,

мА

Uпр,

В

Uобр,

В

Iобр,

мкА

Ра.доп,

мВт

Fпред,

кГц

Тмин

0С

Тмакс

0С

Р/элементы

Диод

Rн = 1 кОм

Cф =     мкФ

Провода для изменений в схеме

3.1.3. Изучите схему ДПВ, собранную на монтажной плате ELVIS-2 , проверьте её на соответствие схеме, показанной на рис 4.2.

В схеме:

AI0+ и AI0 ─ аналоговые входы.

FGEN ─ функциональный генератор. На вход схемы ОПВ от генератора подаётся сигнал синусоидальной формы.

AIGND ─ заземление схемы.

AI1+ и AI1 ─ аналоговые выходы; на экране дисплея осциллографа (Scope) будет показана форма напряжения на нагрузке.

ВНИМАНИЕ

До включения настольной рабочей станции ELVIS-2 компьютер должен быть выключенным

3.1.4. Получите разрешение на запуск программы ELVIS-2.

3.1.5. Чтобы запустить программу прибора ELVIS-2, выполните ряд команд в следующей последовательности:

а) включите радиостанцию (не монтажную плату), Включение радиостанции на её задней панели. Теперь нужно  включите компьютер.

б) переходите к программе запуска ELVIS-2, которую проследите по адресу «Пуск>>Программы>>National Instruments>>NI ELVIS II>> NI ELVIS».

в) На мониторе появится панель виртуальных инструментов  (ВИ, рис.4.3). Скопируйте ВИ в отчёт.

Рис.4.3.

г) Включите функциональный генератор (FGEN, рис.4.4) и осциллограф (Scope, рис.4.5.).

3.1.6. Задайте необходимый режим для схемы ДПВ: установите необходимое значение напряжения синусоидального сигнала и частоты f = 100 Гц на выходе генератора.

3.1.7. Укажите каналы осциллографа (AIO и AI1).

3.1.8. Установите такую развёртку осциллографа, чтобы на экране просматривалось не менее 1,5…2 периодов колебаний (порядка 2 мс).

Рис.4.4. Передняя  панель генератора с заданным режимом

Рис.4.5. Передняя  панель осциллографа с графиками

(графики на экране осциллографа не соответствует исследуемой схеме и показаны только для того, чтобы показать, что панель осциллографа с полученными графиками в результате эксперимента должна быть в отчёте)

Внимание. Не забудьте включить команды «разрешения» по каждому каналу ─ «Enabled».

3.1.9.. Включите монтажную плату.

3.1.10. Подайте команду «Ran». На дисплее компьютера установятся режимы синусоидального входного сигнала и напряжения на нагрузке.

3.1.11. Скопируйте в отчёт передние панели генератора и осциллографа с заданными режимами и диаграммами напряжений от генератора и на нагрузке.

 Для измерения используйте курсоры; в нижнем левом углу экрана в окошках поставьте «галочки».

3.1.12. Рассчитайте основные параметры выпрямителя (Кп; U0; I0;  fп; Ivdmax; Uобр.vd, угол отсечки анодного тока ─ ; КПД).

3.1.13. Расчёты приводите подробные (с формулами, с цифрами), результаты помещайте в табл. 2

Таблица 2

Параметры выпрямителя

Номиналы

элементов

eвх, 

В

U0,

В

I0,

мА

Кп,

%

fп,

кГц

∆Uc,

В

Ivax, мА

Uобр

В

градусы

КПД

%

Активная нагрузка (эксперимент)

Rн =

Нагрузка ёмкостная (эксперимент)

Сф1  =

Сф2= 2 Сф1

Выключите монтажную плату.

3.2. Исследование работы ДПВ на ёмкостную  нагрузку

3.2.1. Подключите в схему выпрямителя параллельно нагрузке конденсатор фильтра Сф (рис.4.2).

 Включите монтажную плату.

3.2.2. Запишите в табл.2  значения ёмкости конденсаторов Сф.

3.2.3. Повторите все операции пункта П1 (исследование ДПВ с активной нагрузкой).

3.2.4. Измените значения ёмкости конденсатора в соответствии с табл.2, скопируйте в отчёт формы напряжений на нагрузке, повторите замеры и рассчитайте основные параметры выпрямителя при заданных двух значениях ёмкости конденсатора (U0; I0; Uc; Кп;  fп; Ivdmax; Uобр.vd; угол отсечки анодного тока ─ ; КПД).

3.2.5. Расчёты приводите подробные – с формулами, с цифрами. Результаты расчётов заносите в табл.2.

4. Обработка данных эксперимента

4.1. Рассчитайте параметры схемы мостового выпрямителя при активной нагрузке (U0; I0; Kп, Uобр)  при Rн = 1кОм..результаты занесите в табл.

4.2.  Рассчитайте параметры схемы мостового выпрямителя при ёмкостной нагрузке (U0; I0; Kп; fп;UС; Uобр.)  при Rн = 1кОм; С =      .

4.3. Рассчитайте, каково соотношение между сопротивлениями резистора и  конденсатора Сф, которыми Вы пользовались при работе выпрямителя. Если сопротивление конденсатора Хс Rн /5…10, то дополнительных расчётов не потребуется. Если это соотношение не выполняется, то это значит, что конденсатор не обеспечивает достаточного сглаживания пульсаций в выпрямленном напряжении, поэтому:

4.4. Рассчитайте сглаживающий фильтр, который обеспечит схеме  выпрямителя достаточное сглаживание пульсаций.

4.5.. С повышением номинала ёмкости конденсатора фильтра возрастает уровень переменной составляющей тока через диод (Ivd.max),что может погубить его. По этой причине пересчитайте режим диода при новом значении ёмкости.

4.6. Сделайте выводы по проделанной работе.

5. Содержание отчёта

В отчёте должны быть представлены:

  •  схема для исследования ДПВ при разных характерах нагрузки;
  •  изображения передней панели набора ВИ;
  •  изображения передних панелей генератора и осциллографа с заданными режимами и графиками;
  •  подробные расчёты параметров выпрямителя для активного и ёмкостного режимов.

Внимание. Отчёты, в которых будут отражены только табличные данные, к защите не принимаются.

  •   таблицы с результатами эксперимента.

В выводах (обязательно):

  •   дайте сравнительную оценку по качеству выпрямления напряжения схемой ДПВ при активной и ёмкостной нагрузках (со ссылкой на параметры), по КПД, по габаритам выпрямителя в целом (при одном и том же значении напряжения на входе выпрямителей).
  •   проведите подробный анализ режиму диодов при разных характерах нагрузки (со ссылкой на параметры и схемы замещения).

6. Примерный перечень контрольных вопросов

  1.  При исследовании работы схемы ДПВ Вы использовали плоскостные или точечные диоды?
  2.  Как изменится форма напряжения на нагрузке (активная нагрузка), если частота питающего напряжения fгенер = 50 МГц, а рабочая частота диода ограничивается частотой f vd = 100 кГц? Нарисуйте форму напряжения на нагрузке и объясните причину таких изменений.
  3.  Какие способы уменьшения габаритов выпрямительных устройств Вы  знаете?
  4.  В схемах ОПВ и ДПВ среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузках U0 = 400 В. Рассчитайте, какое требуется напряжение со стороны входа выпрямителей, чтобы обеспечить U0 = 400 В. Какое из выпрямительных устройств будет по габаритам меньше и за счёт чего?
  5.  В источниках питания, используемых в бортсети (в самолётах) напряжение питающей сети имеет частоту fсети = 400 Гц. В чём выигрывает такой блок питания?
  6.  Почему условия фильтрации в схеме ДПВ облегчены по сравнению со схемой ОПВ?
  7.  Назовите частоту пульсаций выпрямленного напряжения в схемах ОПВ и ДПВ.
  8.  В какой схеме выпрямителя потребление реактивной мощности будет больше?
  9.  В какой схеме выпрямителя имеет место подмагничивание? Почему?
  10.  В какой схеме выпрямителей трансформатор используется полностью по мощности?
  11.  В схеме рис.4.2 диод VD1 вышел из строя. Насколько схема ДПВ будет работоспособной?
  12.  В схемах ОПВ и ДПВ действующее значение напряжения  со стороны питающей сети евх = 200 В. Сопротивление нагрузки равно Rн = 1 кОм. Определите: уровень постоянной составляющей напряжения на нагрузке, основные параметры схемы, которые характеризуют качество выпрямления переменного напряжения в постоянное, максимальный ток через диод и обратное напряжение на нём.
  13.  На рисунке показана схема учетверения напряжения. Объясните принцип её работы. К каким точкам  нужно подключить нагрузку, чтобы Uн  4 Uвх  и Uн  3 Uвх?

 

Рис.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

47271. Разработка системы электроснабжения новой застройки района крупного города от сети 110 кВ 3.06 MB
  Основные показатели системы электроснабжения города определяются местными условиями: размерами города, наличием источников питания, характеристиками потребителей и т.д. Для принятия той или иной системы построения электрической сети необходимо учитывать мощность и число потребителей,
47272. История государства и права зарубежных стран 299.01 KB
  История государства и права зарубежных стран является историко- правовой наукой по своему научному содержанию и задачам она одновременно относится и к исторической науке и к правоведению. В зависимости от того на познание какого социального объекта направлено ее внимание
47273. Разработка системы электроснабжения микрорайона города 219.04 KB
  Для разработки системы электроснабжения микрорайона города были предоставлены данные о количестве, типе и расположении зданий существующей и перспективной застройки микрорайона.
47274. Определение номинальной мощности трансформаторных подстанций (ТП) 20/0,4 кВ и расстановка ТП на территории района 3.78 MB
  Источником пищеприготовления электроэнергии для электроснабжения заданного района является теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), расположенная на расстоянии от района. Номинально напряжение источника питания составляет...
47275. Организация системы видеонаблюдения в главном корпусе Башкирского ГАУ 2.44 MB
  Система видеонаблюдения на базе видеорегистратора. Используемые в данной системе видеонаблюдения камеры являются аналоговыми. Данный тип камер преобразует видеосигнал в формат, который может быть получен телевизионным или другим приемником, например охранным монитором. В то же время система видеонаблюдения является цифровой, так как полученные данные сохраняются на цифровой носитель.
47277. Устройство рулевого управления Зил 5301 76.44 KB
  Для надежности соединений деталей рулевого привода пробки наконечников продольной рулевой тяги автомобиль ЗИЛ5301 и гайки крепления поворотных рычагов и шаровых пальцев зашплинтованы.Все шарнирные соединения рулевого привода для уменьшения износа деталей смазываются через масленки и имеют защитные приспособления от попадания грязи и вытекания смазки. При повороте колёс или наезде на препятствие детали рулевого привода перемещаются друг относительно друга как в вертикальной так и в горизонтальной плоскостях.
47279. Структура тормозного управления автомобиля и требования, предъявляемые к нему 446.74 KB
  Каждая из этих систем включает в себя тормозные механизмы обеспечивающие создание сопротивления движению автомобиля и тормозной привод необходимый для управления тормозными механизмами. К тормозной системе автомобиля предъявляются высокие требования. Стояночная тормозная система выполняет также функцию аварийной тормозной системы в случае выхода из строя рабочей тормозной системы. Каждая тормозная система состоит из тормозных механизмов которые обеспечивают затормаживание колес или вал трансмиссий и тормозного привода приводящего в...