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

37010. Створення консольних додатків. Обробка розгалужених обчислювальних процесів на мові програмування C# 31.5 KB
  Індивідуальні завдання. Дано порядковий номер факультету вивести на екран його назву. Дан порядковый номер месяца вывести на экран количество месяцев оставшихся до конца года. Дан порядковый номер дня месяца вывести на экран количество дней оставшихся до конца месяца.
37011. Команди переходів 142 KB
  Теоретична частина Команди цієї групи дозволяють міняти послідовність виконання команд програми. Команди переходів і виклику підпрограм є однією із складових процесу прийняття рішень. Команди переходів і виклику підпрограм провіряють значення розрядів регістра ознак і визначають слідуючий крок виконання програми в залежності від результату провірки.
37012. Команди виклику підпрограм і повернення з підпрограм 194 KB
  Коли здійснюється звернення до підпрограми то на початку виконання вона реалізує запам’ятовування поточного значення лічильника команд точка повернення. Коли виконання підпрограми закінчується то за допомогою команди повернення мікропроцесору вказується що початкове значення лічильника команд потрібно взяти з пам’яті. Для запам’ятовування точки повернення використовується стек куди записується адреса команди слідуюча за адресою команди виклику підпрограми. Безумовний виклик підпрограми При виконанні даної команди виклик підпрограми...
37013. НЕПРЯМЕ ВИМІРЮВАННЯ ОПОРУ РЕЗИСТОРА З ВИКОРИСТАННЯМ АМПЕРМЕТРА І ВОЛЬТМЕТРА 54 KB
  Схема підключення амперметра і вольтметра при вимірюванні опору; а метод вольтметра б метод амперметра. Вимірювальний опір визначається із формули: Rx = U U Ix = U Ixr Ix 1 Таким чином чим більший опір амперметра тим більша похибка вимірювання. Точність вимірювання при цьому методі буде визначатись сумою похибок амперметра і вольтметра.
37014. Основи програмування на мові асемблер та знайомство з програмним забезпеченням для виконання лабораторних робіт 234 KB
  Таким чином відрізняють три головних сегмента програми яким відповідають сегментні регістри процесора типу INTEL 8086: CS code segment тобто сегмент інструкцій програми; DS dt segment тобто сегмент даних які визначені користувачем; SS stck segment тобто сегмент стеку. Регістривказівники РВ IP interrupt point – адреса за якою на даний час припинено виконання програми або лічильник команд. Цей регістр безпосередньо зв'язаний з арифметикологічним пристроєм АЛП мікропроцесора який реалізує виконання команд програми на...
37016. Створення графічного інтерфейсу користувача 297 KB
  Згідно індивідуального завдання створити форму для введення даних та виведення розрахункових даних. На формі створити два перемикачі які визначають місце виведення результатів розрахунку. Створити процедури обробки подій форми. Згідно індивідуального завдання створити процедуру обробки одномірного масиву.
37017. Вивчення команд пересилки (переміщення) 246.5 KB
  В залежності від того які пристрої беруть участь в пересилці даних розрізняють слідуючі команди: загрузка пересилка і запис в память. Команди пересилки бувають однобайтовими двохбайтовими трьохбайтовими. Всі команди пересилки за виключенням команди POP PSW не міняють вмісту регістра ознак.
37018. Моніторинг вузлів мережі, серверів і активного мережевого обладнання засобами SNMP (OC Windows 2003 Server, OC Linux) 660.5 KB
  ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ Вступ в SNMP Для успішного адміністрування мережі необхідно знати стан кожного її елемента з можливістю змінювати параметри його функціонування. Подібним мовою стала SNMP – Simple Network Mngement Protocol. Тому SNMP як безпосередньо мережевий протокол надає тільки набір команд для роботи зі змінними MIB.