12811

Исследование однофазных схем выпрямления

Лабораторная работа

Энергетика

Лабораторная работа №3 Исследование однофазных схем выпрямления 1. Цель работы Работа посвящена изучению принципа действия однофазных схем выпрямления: однополупериодной двухполупериодной со средней точкой мостовой Греца и удвоения напряжения Латура. В работе ...

Русский

2013-05-03

1.35 MB

34 чел.

Лабораторная работа №3

Исследование однофазных схем выпрямления

1. Цель работы

Работа посвящена изучению принципа действия однофазных схем выпрямления: однополупериодной, двухполупериодной со средней точкой, мостовой (Греца) и удвоения напряжения (Латура). В работе проводятся исследования характеристик и особенностей построения однофазных схем выпрямления.

2. Подготовка к работе

2.1. С помощью приложения к лабораторной работе и литературы [1-3] подготовьте теоретический материал по следующим вопросам:

- особенности построения однофазных схем выпрямления;

- принцип действия однофазных схемах выпрямления;

- сравнительный анализ однофазных схем выпрямления;

- особенности лабораторной установки (смотри пункт 7);

- процессы функционирования исследуемых однофазных схем выпрямления при различных видах нагрузки.

2.2. Ознакомьтесь с методическими указаниями данной лабораторной работы.

2.3. Подготовьте бланки отчета, в которых запишите данные, необходимые в дальнейшем для выполнения лабораторной работы.

2.4. Проанализируйте назначение каждого элемента однофазных схем выпрямления, цель каждого опыта, ожидаемые результаты.

2.5. Подготовьте ответы на контрольные вопросы по пункту 3.

2.6. Подготовьте осциллограф к работе в режиме непрерывной развертки, с «закрытым входом» и синхронизацией от сети в диапазоне 10-50 Гц.

3. Контрольные вопросы.

3.1. Изобразите схемы выпрямления, работающие от однофазной сети. Чем определяется характер нагрузки выпрямителя?

3.2. Каково назначение трансформатора в выпрямительном устройстве? В каких случаях возможна работа выпрямительных устройств без трансформатора?

3.3. В какой схеме выпрямления, при каком характере нагрузке и в каких цепях могут наблюдаться временные диаграммы, приведённые на рисунке 3.2 а, б, в?

3.4. Что собой представляют внешние характеристики выпрямителя при различном характере нагрузки и как они выглядят.

3.5. В какой схеме, при каком характере нагрузки и в каких цепях могут наблюдаться осциллограммы, приведённые на рис.3.3 а, б, в?

3.6. Поясните физический смысл коэффициентов: КПД, коэффициента мощности, cos и коэффициента использования по мощности трансформатора выпрямителя.

3.7. К каким схемам выпрямления относятся осциллограммы рис.3.4?  При каком характере нагрузки и в какой цепи они могли наблюдаться?

3.8. Какую схему выпрямления и при каком характере нагрузки целесообразнее применять для получения выходного напряжения 5 В и тока 10 А?

3.9. Какую схему выпрямления и при каком характере нагрузки целесообразнее применять для получения выходного напряжения 100 В и 0,05 А?

3.10. Почему в выпрямителях с малым выходным током целесообразнее использовать нагрузку с емкостной реакцией?

3.11. В какой схеме, с питанием от однофазной сети, коэффициент использования трансформатора наибольший? При каком характере нагрузки (одной и той же схемы выпрямления) коэффициент использования трансформатора наибольший и почему?

3.12.В какой схеме выпрямления обратное напряжение на диоде наименьшее; в какой - наибольшее? Почему?

4 . Содержание работы

4.1. Исследуйте процессы функционирования однофазных схем выпрямления с помощью осциллографа.

4.2. Исследуйте внешние характеристики однофазных схем выпрямления при различном характере нагрузки.

4.3. Определите значение коэффициентов использования по мощности вторичных обмоток трансформаторов однофазных схем выпрямления.

5. Содержание отчёта

Отчет о проделанной работе должен содержать:

5.1. Принципиальные электрические схемы однофазных схем выпрямления (объем представления указанного материала ограничивается и конкретизируется преподавателем).

5.2. Таблицы с результатами измерений и расчетов.

5.3. Осциллограммы токов и напряжений в исследуемых схемах выпрямления в едином временном масштабе.

5.4. Внешние характеристики схем выпрямления.

5.5. Коэффициенты использования вторичной обмотки трансформатора в схемах выпрямления.

5.6. Выводы по сравнительному анализу полученных результатов исследуемых однофазных схем выпрямления.

6. Методические указания по выполнению

лабораторной работы

6.1. В описании работы и на передней панели макета имеются следующие обозначения:

SA

ТV1

PА2, PА0

PU2, PU0

SA1, SA2, SA3

X1 – X6

VD1–VD4

U0,I0,Rн(R3)

U2,I2

P0,S2

К2

  •  переключатель схемы опыта (выпрямителя);
  •  трансформатор выпрямительного устройства;
  •  амперметры для измерения тока во вторичной цепи трансформатора и нагрузке;
  •  вольтметры измерения напряжений во вторичной цепи трансформатора и нагрузке;
  •  тумблеры подключения соответственно конденсатора, дросселя и нагрузки;

контрольные гнёзда;

вентили (диоды) выпрямителя;

напряжение, ток и регулируемое сопротивление нагрузки;

напряжение и ток вторичной обмотки  трансформатора;

активная выходная мощность выпрямителя и габаритная мощность вторичной обмотки трансформатора;

  •  коэффициент использования вторичной обмотки трансформатора

 

6.2. Порядок изучения теоретических вопросов (к пункту 4.1):

  •  изучите назначение, особенности схемотехнического построения однофазных схем выпрямления и принцип их действия;

Рис.3.2

Рис. 3.3

Рис.3.4

- изучите особенности конструктивного исполнения лабораторной установки;

- подготовите ответы на контрольные вопросы, заданные преподавателем по тематике лабораторной работы, уточните форму и объём их представления в отчете.

ПРИМЕЧАНИЕ. Не допускается дальнейшее выполнение лабораторной работы без разрешения преподавателя. Обязательным условием к допуску для выполнения работы является знание особенностей схемотехнического исполнения лабораторной установки (смотри раздел 7).

6.3 Исследование процессов функционирования однофазных схем выпрямления (к пункту 4.2).

Подключите лабораторный макет к питающей сети. Выбор необходимой схемы выпрямления осуществляется переключателем SA. Рукоятка переключателя должна быть расположена своим острием на линии, указывающей на схему выпрямления, при этом загорается соответствующая схеме сигнальная лампа.

Элементы схемы выпрямления: конденсатор фильтра, дроссель фильтра, нагрузка коммутируются соответственно выключателями SA1,SA2,SA3:

- для  SA1 положению ’’1’’ соответствует подключение конденсатора С1 (С>0) к схеме выпрямления;  положению ’’2’’ - отключение С1 от схемы выпрямления (С=0);

- для  SA2 положению ’’1’’ соответствует закорачиванию дросселя L (L=0), положению ’’2’’ – подключение (L>0) к схеме выпрямления;

- для  SA3 положению ’’1’’ соответствует подключение сопротивления нагрузки Rн (R3) к схеме выпрямления; положению ’’2’’ - его отключение,  то есть холостому ходу работы схемы.

Таблица 3.1

I0 , мА

U0, В

Однополупериод. схема выпрямл.

Двухполупериодная схема выпрямления

Мостовая схема

Греца

Схема

Латура

Наг-рузка активного

х-ра

(R)

Наг-рузка емкостног.  х-ра (RC)

Наг-рузка активного х-ра

(R)

Наг-рузка емкостног. х-ра (RC)

Наг-рузка ин-дукт.    х-ра

(RL)

Наг-рузка активного х-ра

(R)

Наг-рузка ем-кост.  х-ра

(RC)

Наг-рузка ин-дукт.    х-ра

(RL)

Наг-рузка активного х-ра

(R)

0

50

200

500

При исследовании схем величину тока нагрузки регулировать резистором R3. Гнезда Х1 - Х2 использовать для наблюдения осциллограммы тока первичной обмотки трансформатора, Х3 - Х4 -тока вторичной обмотки, Х5 - Х6 - осциллограммы выпрямленного напряжения.

Для наблюдения осциллограмм вход вертикального усилителя осциллографа подключать к гнездам  Х1 - Х2, Х3 - Х4, Х5 - Х6 , а характер нагрузки установить в соответствии с вариантами схем  таблицы 3.1.

Осциллограммы выполнить с учётом постоянной составляющей (как показано на рисунках 3.2 – 3.4). Кривые изобразить на интервале 1,5 - 2 периодов с указанием масштаба, как показано на рисунках 3.2 – 3.4.

Наблюдаемые осциллограммы целесообразно оформить для каждой схемы по образцу таблицы 3.2.

6.4. Исследование внешних характеристик однофазных схем выпрямления (к пункту 4.3).

Для выполнения измерений по п.4.3 ,то есть снятия внешних характеристик U0= (I0) при входном напряжении U1= const, изменяют ток нагрузки I0 от 0 до максимально возможного с помощью переменного резистора R3. Установив ток по миллиамперметру РА0, фиксируют показания вольтметра РU0.                                                       

                                                                                   Таблица 3.2.

Наименование кривой

Осоциллограммы токов и напряжения в схемах выпрямления

Двухполупериодная схема

Ток вторичной обмотки, нагрузка активного характера (R)

То же при нагрузке емкостного характера (RC)

То же при нагрузке индуктивного характера (RL)

Мостовая схема выпрямления

(Греца)

Однополупериодная схема

выпрямления

Схема удвоения напряжения

(Латура)

6.5. Определение коэффициентов использования по мощности вторичных обмоток трансформаторов однофазных схем выпрямления (к пункту 5.4).

Результаты измерений и расчётов значений коэффициентов использования вторичной обмотки трансформатора при I0=200 мА заносятся в табл.3.3.

Ток в обмотке измеряется прибором РА2, а напряжение на обмотке - PU2. Коэффициент использования вторичной обмотки трансформатора находится по формуле  

K2 = P0 / S2, где

- P0 = U0 I0 – активная мощность на выходе схемы выпрямления;

- S2 = U2 I2 – габаритная мощность вторичной обмотки трансформатора схемы выпрямления.

6.6. По результатам экспериментов сравнить исследуемые схемы выпрямления и сделать выводы о достоинствах и недостатках каждой схемы. Оформить отчёт с учётом требований раздела 5 настоящих указаний.

Таблица 3.3.

Пара-

метры

Коэффициент использования вторичной обмотки трансформатора

Однополу-периодная схема выпрямлен

Двухполупериодная схема выпрямления

Мостовая схема

Греца

Схе-ма

Латура

Нагрузка

Активного

х-ра

(R)

Ем-кост-ного

х-ра

(RC)

Ак-тив-ног.

х-ра

(R)

Ем-кост-ного

х-ра

(RC)

Индук-тивн. х-ра

(RL)

Актив-ного

х-ра

(R)

Ем-кост-ного

х-ра

(RC)

Индук-тивн.

х-ра

(RL)

Активного  

х-ра

(R)

U0, В

I0, мА

U2, В

I2, мА

Р0, Вт

S2, ВА

К20/S2

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 обмотки X3 -  X4 и выпрямленного напряжения X5 - 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;  

I2m            - максимальное значение тока вентиля;

              - угол отсечки;

n = w2 / w1- коэффициент трансформации трансформатора;

Нагрузкой емкостного характера принято считать нагрузку, удовлетворяющую условию RH >> 1/ mC, 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 Uобрm= U0, низким значением частоты основной гармоники пульсаций (50 Гц) и низким коэффициентом пульсации для активной нагрузки КП1 = 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 XC  10RH. На рисунке 3.7 б изображены осциллограммы напряжений и токов для индуктивной нагрузки, когда XL  10RH. 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 UОБР m = U0). При этом частота пульсаций выпрямленного напряжения равна 100 Гц (коэффициент пульсаций для активной нагрузки КП1 = 0, 67).

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

Uобр m = U0 + U2m - максимальное значение обратного напряжения на вентиле; I0 - среднее значение тока вентиля; кП1 = Н / rФС – коэффициент пульсаций  по первой гармонике выпрямленного напряжения; rФ – 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 = U2m 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 ( XC  10 RH) и на рисунке 4.3б– для индуктивной нагрузки (XL  10 RH).

Данная схема, как и в предыдущем примере, характеризуется сравнительно малыми пульсациями (частота 100 Гц, коэффициент пульсации при активной нагрузке КП1 = 0, 67), а также более низким обратным напряжением на вентиле и наиболее полным использованием трансформатора (для активной нагрузки UОБР 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:

- IB = I0 / 2;

- kП1 = 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 U2m. 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.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24842. Сети кампусов 58.51 KB
  Сети этого типа объединяют множество сетей различных отделов одного предприятия в пределах отдельного здания или в пределах одной территории покрывающей площадь в несколько квадратных километров. Службы такой сети включают взаимодействие между сетями отделов доступ к общим базам данных предприятия доступ к общим факссерверам высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам. Пример сети кампуса Именно на уровне сети кампуса возникают проблемы интеграции неоднородного аппаратного и программного обеспечения.
24843. Корпоративные сети 65.42 KB
  Сети масштаба предприятия корпоративные сети объединяют большое количество компьютеров на всех территориях отдельного предприятия. Для соединения удаленных локальных сетей и отдельных компьютеров в корпоративной сети применяются разнообразные телекоммуникационные средства в том числе телефонные каналы радиоканалы спутниковая связь. Пример корпоративной сети Непременным атрибутом такой сложной и крупномасштабной сети является высокая степень гетерогенности нельзя удовлетворить потребности тысяч пользователей с помощью однотипных...
24844. Вычислительная сеть 18.62 KB
  Качество доступа к ресурсу как глобальная характеристика функционирования сети может быть описана многими показателями выбор которых зависит от задач стоящих перед вычислительной сетью. Производительность вычислительной сети может быть оценена с разных позиций. С точки зрения пользователя важным числовым показателем производительности сети является время реакции системы особенно в той части которая относится к работе сети.
24845. Стандартные стеки коммуникационных протоколов 21.42 KB
  Три основных момента: Существует множество протоколов и хотя все они участвуют в реализации связи каждый протокол имеет различные цели выполняет различные задачи обладает своими преимуществами и ограничениями. Несколько протоколов могут работать совместно. В этом случае они образуют так называемый стек или набор протоколов Работа различных протоколов должна быть скоординирована так чтобы исключить конфликты или незаконченные операции.
24846. К локальным сетям - Local Area Networks (LAN) 13.54 KB
  Изза коротких расстояний в локальных сетях имеется возможность использования относительно дорогих высококачественных линий связи которые позволяют применяя простые методы передачи данных достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит с. В связи с этим услуги предоставляемые локальными сетями отличаются широким разнообразием и обычно предусматривают реализацию в режиме online.
24847. Глобальные сети - Wide Area Networks (WAN) 13.78 KB
  Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого в глобальных сетях часто используются уже существующие линии связи изначально предназначенные совсем для других целей. Изза низких скоростей таких линий связи в глобальных сетях десятки килобит в секунду набор предоставляемых услуг обычно ограничивается передачей файлов преимущественно не в оперативном а в фоновом режиме с использованием электронной почты. Для устойчивой передачи дискретных данных по некачественным линиям связи применяются...
24848. Оценка стоимости облигационного займа 27 KB
  Стоимость облигационного займа приблизительно равна доходу который получает держатель облигаций. Проценты по облигационным займам выплачиваются из чистой прибыли поэтому корректировка стоимости облигационного займа на налог на прибыль не производится.
24849. Повышение рыночной стоимости 31.5 KB
  Управление стоимостью компании это современная стратегия менеджмента ориентированная на повышение инвестиционной привлекательности конкурентных преимуществ и устойчивой работы в рыночной среде в расчете на длительную перспективу. Отмечено что повышение рыночной стоимости компании является стратегической целью управления. Фактор создания стоимости представляется как некоторый элемент социальноэкономической системы влияющий на количественные и качественные параметры компании от которых зависит ее рыночная цена а управление стоимостью ...
24850. Подходы к оценке интеллектуальной собственности 34.5 KB
  При рыночном подходе используется метод сравнения продаж когда рассматриваемый актив сравнивается с аналогичными объектами интеллектуальной собственности или интересами в этих объектах либо с ценными бумагами обеспеченными неосязаемыми активами которые были проданы на открытом рынке. Могут применяться несколько методов оценки затрат на создание ОИС: Метод стоимости замещения объекта оценки заключается в суммировании затрат на создание ОИС аналогичного объекту оценки в рыночных ценах существующих на дату проведения оценки с учетом износа...