12815

Исследования импульсного преобразователя с усилителем мощности

Лабораторная работа

Энергетика

Лабораторная работа №7 Исследования импульсного преобразователя с усилителем мощности 1.Цель работы Изучение принципа действия транзисторных преобразователей электрической энергии постоянного напряжения исследование их характеристик и особенностей схем

Русский

2013-05-03

270 KB

6 чел.

Лабораторная работа №7

«Исследования импульсного преобразователя

с усилителем мощности »

1.Цель работы

Изучение принципа действия транзисторных преобразователей электрической энергии постоянного напряжения, исследование их характеристик и особенностей схемотехнических реализации.

2. Подготовка к работе

2.1. Изучить теоретический материал по литературе . [1...5]: 

  •  краткие сведения; особенности структурного и функционального построения транзисторных преобразователей постоянного напряжения;
  •  процессы функционирования в транзисторных преобразователях постоянного тока с самовозбуждением; принцип действия импульсного преобразователя с усилителем мощности;
  •  особенности лабораторной установки;
  •  процессы функционирования исследуемого транзисторного преобразователя электрической энергии при различных режимах работы.

2.2. Ознакомиться с методическими указаниями к данной лабораторной работе.

2.3. Подготовить бланки отчета, где привести информацию , необходимую в дальнейшем для выполнения лабораторной работы.

2.4. Необходимо уяснить назначение каждого элемента преобразователя, цель каждого опыта, ожидаемые  результаты.

2.5. Ответить на контрольные вопросы .

2.6. Подготовить осциллограф к работе в режиме непрерывной развертки с закрытым входом с синхронизацией от сети в диапазоне 10 - 50 кГц (цена деления 20 мкс).

3. Контрольные вопросы

3.1. Где и для какой цели используются транзисторные преобразователи электрической энергии (их место, назначение в аппаратуре связи) ?

3.2. Изобразите широко используемые принципиальные схемы преобразователей электрической энергии. Охарактеризуйте достоинства и  недостатки каждой из приведенных схем.

3.3. Изобразите возможные цепи запуска классической схемы автогенератора Ройера. Поясните их принцип действия, достоинства и недостатки.

3.4. Объясните назначение каждого элемента принципиальной электрической  схемы. Поясните физические процессы, происходящие в каждом из элементов (число рассматриваемых элементов может быть ограничено преподавателем).

3.5. Изобразите временные диаграммы токов и напряжений в цепях, элементах схемы, указанных преподавателем.

3.6. Какие показатели качества характеризуют транзисторный преобразователь электрической энергии в режиме стабилизации выходного напряжения ?

3.7. Как обеспечивается стабилизация выходных напряжений источников первого и второго каналов преобразователя ?

3.8. . Рассмотрите режим работы силовых коммутирующих транзисторов принципиальной схемы макета преобразователя в режиме стабилизации, пользуясь их выходными характеристиками.

3.9. Рассмотрите режим работы силовых коммутирующих транзисторов принципиальной схемы макета преобразователя в нестабилизированном режиме, пользуясь их выходными характеристиками.

3.10. Рассмотрите режимы работы силовых коммутирующих транзисторов принципиальной схемы макета преобразователя в режиме короткого замыкания в цепи нагрузки.

4. Содержание работы

4.1. Изучить назначение, особенности структурного, функционального, схемотехнического построения преобразователей электрической анергии, а также и процессы их функционирования.

4.2. Исследовать преобразователь электрической энергии в режиме стабилизации.

4.2.1. Исследовать преобразователь при изменениях токов нагрузки первого Iн1 и второго Iн2 каналов источников выходных напряжений преобразователя :

  •  внешние характеристики Uн1=f(Iн1), Uн2=f(Iн1) при Uп=26В, Rн2=58.3 Ом=const и Uн2=f(Iн2), Uн1=f(const) при Uп=26В, Rн1=33,3 Ом=const
  •  зависимости изменения частоты преобразования от изменения токов Iн1 при Uп=26В, Rн2= const и Iн2 при Uп=26В, Rн1= const.

4.2.2. Исследовать преобразователь при изменении напряжения источника первичного электропитания:

  •  зависимости изменения выходных напряжений первого и второго каналов от изменений напряжения Uп первичного источника питания: Uн1=f(Uп), Uн2=f(Uп) при Rн1=33,3 Ом=const и Rн2=Uн2/Iн2=const;
  •  зависимости изменения частоты преобразования от изменения напряжения источника первичного электропитания: fп=f(Uп) при Rн1=33,3 Ом=const и Rн2= Uн2/ Iн2=const=58.3    100 Ом (задается преподавателем).

4.2.3. Исследовать процессы функционирования преобразователя.

4.2.4. Исследовать процессы функционирования преобразователя в режиме короткого замыкания в цепи нагрузки.

4.2.5. Обработка опытных данных.

Пользуясь данными опытов пп. 4.2.1 ... 4.2.4, рассчитать, построить графические зависимости и выполнить анализ :

  •  зависимости коэффициента полезного действия η от изменения выходной мощности Рн :

η=f(Рн) при Uп= const=26В, Rн2=const=58,3 Ом;

η=f(Рн) при Uп= const=26В, Rн1=const=33,3 Ом;

  •  зависимости коэффициента полезного действия η от выходного напряжения Uп источника первичного электропитания:

η=f(Uп) при Rн1=const=33,3 Ом, Rн2=const=58,3 Ом;

  •  внешних характеристик

Uн1=f(Iн2), Uн2=f(Iн2) при Uп= const, Rн1=const,

Uн1=f(Iн1), Uн2=f(Iн1) при Uп= const, Rн2=const;

  •  зависимости нестабильности выходных напряжений источников первого и второго каналов от нестабильности Nп напряжений источника первичного электропитания :

N1=f(Nп) при Rн1=33,3 Ом; Rн2=58,3 Ом;

N2=f(Nп) при Rн1=33,3 Ом; Rн2=58,3 Ом;

  •  зависимости изменения частоты преобразования от изменения токов нагрузки источников первого fп= f(Iн1)  и второго fп=f(Iн2)  каналов и напряжения источника первичного электропитания fп= f(Uп).

4.3. Исследовать преобразователь электрической энергии в неста-билизированном режиме в соответствии с требованиями пп. 4.2.1.-. 4.2.5.

4.4. Выводы по результатам выполненной работы.

5. Содержание отчета

Отчет должен содержать :

5.1. Принципиальную, электрическую, функциональную, структурную схемы преобразователя в целом или его функциональных узлов и схему его подключения к первичному источнику питания (объем представления указанного материала ограничивается и конкретизируется преподавателем).

5.2. Технические данные использованных в работе измерительных приборов.

5.3.Таблицы измерений и вычислений.

5.4. Для стабилизированного и нестабилизированного режимов работы преобразователя графики :

а) внешних характеристик

Uн1=f(Iн2), Uн2=f(Iн2) при Uп= const , Rн1=const и Uн1=f(Iн1), Uн2=f(Iн2) при Uп=const, Rн2=const;

б) зависимости коэффициента полезного действия преобразователя от изменения выходной мощности

η=f(Рн) при Uп= const и Rн2=const;

η=f(Рн) при Uп= const,, Rн1=const  

η=f(Uп) при Rн1=const, Rн2=const;

в) зависимости нестабильности выходных напряжений первого и второго каналов от нестабильности напряжения первичного источника питания:

N1=f(Nп) ; N2=f(Nп) ;

г) зависимости изменения частоты преобразования от изменения тока нагрузки и напряжения первичного источника питания:

fп= f(Iн1), fп= f(Iн2), fп= f(Uп);

д) осциллограммы для стабилизированного и нестабилизированного режимов работы преобразователя при номинальном напряжении Uп=26В первичного источника питания соответственно для  режима короткого замыкания в цепи нагрузки, минимального I2min и максимального I2max токов нагрузки источника второго канала:

  •  базового,  коллекторного токов одного из транзисторов задающего генератора и напряжения на первичных обмотках трансформатора задающего генератора ;
  •  коллекторного тока одного из транзисторов и напряжения на первичных обмотках трансформатора усилителя мощности.

5.5. Выводы по сравнительному анализу полученных результатов исследованных режимов работы преобразователя.

6. Методические указания по выполнению

лабораторной работы        

6.1. Программа и порядок изучения теоретических вопросов.

К пункту 4.1. Изучить назначение, особенности структурного, функционального, схемотехнического построения транзисторных преобразователей и процессы их функционирования.

Изучить особенности схемотехнического исполнения лабораторной установки (см. рис.7.1, 7.2 и п.7 методических указаний).

Получить у преподавателя контрольные вопросы по изученному материалу и подготовить ответы на них. Уточнить у преподавателя форму и объем их представления в отчете.

ПРИМЕЧАНИЕ. Не допускается дальнейшее выполнение работы без разрешения преподавателя. Обязательным условием к допуску для выполнения работы является уяснение особенностей схемотехнического исполнения лабораторной установки.

6.2. Исследование преобразователя в режиме стабилизации.

К пункту 4.2. Режим стабилизации обеспечивается  при замкнутой цепи обратной связи: установкой переключателя .S1  в положение 1(Ст)

( рис. 7.2).

6.2.1. Внешние характеристики преобразователя.

К пункту 4.2.1.  

Подключить (рис. 7.1) осциллограф Р1 и источник первичного электропитания ИПЭ к лабораторному стенду и сети 220 В. Вход осциллографа Р1 подключить (рис.7.2) к гнездам Х4, Х5 лабораторного стенда-макета преобразователя. Установить переключатель S2 (рис.7.2) в положение "1(Uн1)". Установить (рис. 7.1) выключатель S источника первичного электропитания в положение "1 (Сеть)" и с помощью автотрансформатора ТV1 установить по вольтметру РV1 номинальное значение напряжения ИПЭ, равное Uп = 26 В. В процессе снятия внешних характеристик напряжение питания поддерживается постоянным (Uп=26 В = сonst). Это значение считается номинальным. Для исследования внешних характеристик преобразователя Uн1=f(Iн2), Uн2=f(Iн2) и зависимости fп= f(Iн1)  установить переключатель S3 в положение "1(Iн1)" (рис. 7.2). Изменение сопротивления Rн1=R18+R16 за счет изменения сопротивления резистора R16 приводит к изменению тока Iн1 нагрузки источника напряжения первого канала. Изменяется при этом и ток Iп, потребляемый от источника первичного электропитания. При этом Rн2=R17=58,3 Ом = const (рис. 7.2). Для пяти-шести фиксированных значений тока Iн1, равномерно разбив весь диапазон его изменения, измеряемого амперметром  РА2, выполнить следующие измерения:

  •  тока Iп по амперметру РА1,
  •  напряжений Uн1 и Uн2 по вольтметру РV2 ( в положении "1(Uн1)" переключателя S2 измеряется напряжение Uн1 источника первого канала, в положении "2(Uн2 )" - напряжение Uн2 источника второго канала),
  •  периода Т переменного напряжения.

Период Т переменного напряжения на первичных обмотках трансформатора ТV1 задающего генератора определяется по осциллографу Р1 :

Т= n m ,                      (1)

где n - количество делений (клеток) на экране осциллографа в периоде Т переменного напряжения , m - значение длительности развертки осциллографа Р1 ( время/дел.).

С учетом полученного, согласно (1) значения Т, частота преобразователя fп= 1/T. Весь возможный интервал изменения Iн1 необходимо пройти ( путем изменения R16) равномерно. Результаты измерений занести в табл. 7.1.

Для исследования внешних характеристик Uн2=f(Iн2) при Rн1=33,3 Ом = const и зависимости f=f(Iн2) при Rн1 = 33,3 Ом = const установить переключатель S3 в положение "2(Iн2)". Выполнить пять, шесть измерений тока Iп , выходных напряжений Uн1, Uн2 источников первого и второго каналов, а также периода Т переменного напряжения на первичных обмотках трансформатора ТV1 задающего генератора при равномерном шаге изменения тока Iн2 во всем возможном диапазоне изменения сопротивления Rн2=R16+R17 (путем изменения R16).

Таблица 7.1

Uп=Uпном=26В=const, Rн2=58.3 Ом=const

Данные измерений

Расчетные данные

№ п/п

Iн1, А

Iп, А

Uн1, В

Uн2, В

T, мкС

Iн2, А

r1, Ом

r2, Ом

fп, кГц

N1, %

N2, %

Pн1, Вт

Pн2, Вт

Pн, Вт

Pп, Вт

η, %

1

2

Указанные измерения производятся соответственно по амперметру РА1 , вольтметру РV2 и осциллографу Р1 аналогично вышеизложенному. При этом Rн1=33,3 Ом = const.

Результаты измерений занести в табл. 7.2.

Таблица 7.2

Uп=26В=const, Rн1=33,3 Ом=const

Данные измерений

Расчетные данные

№ п/п

Iн2, А

Iп,А

Uн1, В

Uн2 , В

T, мкС

Iн1, А

r1, Ом

r2, Ом

fп, кГц

N1, %

N2, %

Pн1, Вт

Pн2, Вт

Pн, Вт

Pп, Вт

η, %

1

2

.

.

6

6.2.2.Исследование преобразователя при изменении напряжения источника первичного электропитания.

ПРИМЕЧАНИЕ. Уточнить у преподавателя значение Rн2=58,3÷100 Ом.

К пункту 4.2.2. Установить с помощью автотрансформатора ТV1 по вольтметру РV1 (рис.7.1 ) напряжение + 20 В, переключатель   S3 - в положение-"2(Iн2)" (рис.7.2). Изменяя сопротивление Rн2 = R18 + R16 - с помощью переменного резистора R16 установить значение тока Iн2=Uн2/Rн2 (значение тока Iн2 измеряется амперметром РА2). В дальнейшем сопротивление реостата R16 не изменяется.

Изменяя через 2 В напряжение Uп первичного источника питания от 20 В до 30 В, зафиксировать значения  Uп, Iп, Iн2, Uн2, 1, fп. Измерения указанных параметров производятся измерительными приборами РVI, РА1, РА2, РV2, Р1 аналогично измерениям, выполненным при исследовании внешних характеристик преобразователя. Результаты измерения заносятся в таблицу 7.3.

Табл. 7.3.

Rн1=33,3 Ом=const;          Rн2= Uн2/ Iн2=const

Данные измерений

Расчетные данные

№   п/п

Uп, В

Iп А

Uн1,В

Iн2,  А

Uн2,  В

T,  мкС

Iн1,  А

∆Uп,, В

∆Uн1, В

∆Uн2, В

fп,  кГц

N1,  %

N2,.  %

Nп,  %

Pн1,  Вт

  Pн2, Вт

Pн,  Вт

Pп,  Вт

η, %

Кст1

Кст2

1

2

6

6.2.3. Исследование процессов функционирования преобразователя.

К пункту 4.2.3. Установить автотрансформатором ТV1 по вольтметру РV1 напряжение + 20 В (рис.7.1) и переключатель SЗ в положение "2(Iн2)" (рис.7.2). Изменяя сопротивление Rн2 = R18 + R16 с помощью переменного резистора R16 установить минимальное значение тока Iн2 нагрузки источника напряжения второго канала. Подключить вход Y осциллографа Р1 к гнездам XI, Х2. Наблюдать и зарисовать в отчет осциллограмму тока базы транзистора VТ1 задающего генератора (здесь и далее вход осциллографа должен быть переключен на прием сигналов постоянного тока, при изображении осциллограмм правильно указывать ось времени). Изменяя сопротивление Rн2 реостата, установить максимальное значение тока Iн2. Наблюдать и отразить на предыдущей осциллограмме изменение формы тока базы транзистора VТ1. Поступая аналогично изложенному выше, наблюдать и зарисовать в отчет следующие осциллограммы :

  •  коллекторного тока транзистора VТ1 (гнезда ХЗ, Х4);
  •  напряжения на первичных обмотках трансформатора задающего генератора (гнезда Х4, Х5) ;
  •  тока коллектора транзистора VТ6 усилителя мощности (гнезда Х6, Х7);
  •  напряжения на первичной обмотке трансформатора усилителя мощности (гнезда Х7, Х8).

ПРИМЕЧАНИЯ.

I. При необходимости следует изменять масштаб наблюдаемых осциллограмм путем изменения коэффициента деления входного напряжения осциллографа .

2.Всякий раз при осциллографировании на экране по оси времени должно наблюдаться 1,5-2 периода исследуемого колебания.

6.2.4. Исследование преобразователя в режиме короткого замыкания в цепи нагрузки.

К пункту 4.2.4. Исследование функционирования преобразователя в режиме короткого замыкания в цепи нагрузки источника напряжения второго канала производится при напряжении первичного источника питания  Uп, равного 26 В и положении переключателя S3 - "2(Iн2)".

Изменяя сопротивление Rн2 с помощью реостата R16, установить максимальное значение тока I2. Измерить токи Iп, Iн2 и напряжения Uп,2  соответственно первичного источника питания и источника напряжения второго канала. Полученные результаты занести в таблицу 7.4.

Проводником перемкнуть гнезда Х9, Х10 и зафиксировать показания приборов РА1, РV1, РА2, РV2, которые измеряют соответственно ток Iп, напряжение Uп , ток Iн2 и напряжение 2. Полученные результаты занести в табл. 7.4. 

При сохранении режима короткого замыкания в цепи нагрузки источника напряжения второго канала наблюдать и зарисовывать осциллограммы в гнездах XI, Х2; ХЗ, Х4; Х4, Х5; Х6.Х7; Х7,Х8 попарно подключая к ним осциллограф Р1 (рис.7.2).

Таблица 7.4

Измерения

Uп=26В=const, Rн1=33,3 Ом=const

Данные измерений

Расчетные данные

Iп, А

UпВ

1 В

2 А

2, А

1, А

Рп, Вт

Рн1Вт

Рн2Вт

Рн Вт

До КЗ

При КЗ

После КЗ

ПРИМЕЧАНИЕ. Осциллограммы опыта короткого замыкания располагаются в отчете под одноименными осциллограммами предыдущего испытания преобразователя соответствующего отсутствию короткого замыкания в цепи нагрузки источника напряжения второго канала.

Устранить перемычку между гнездами Гн9,  Гн10 и зафиксировать показания приборов РА1, РV1, РА2, РV2. Полученные результаты занести в табл. 7.4. Довести до сведения преподавателя полученные результаты эксперимента.

6.2.5. Обработка опытных данных.

ПРИМЕЧАНИЕ. Допускается выполнение пункта 6.2.5. после проведения исследований    преобразователя в нестабилизированном режиме по п.6.3.

К пункту 4.2.5. Рассчитать и заполнить расчетные части табл. 7.1 - 7.4 в соответствии с приведенными ниже соотношениями. Текущее значение токов в цепях нагрузок источников первого 1 и второго Iн2 каналов

1=Uн1/Rн1;             Iн2=Uн2/Rн2

Внутреннее сопротивление источников первого r1 и второго r2 каналов находятся

r1=∆Uн1/∆Iн1;      r2=∆Uн2/∆Iн2

Приращения выходных напряжений и токов источников первого ∆Uн1 и ∆Iн1, второго ∆Uн2 и ∆Iн2 каналов и первичного электропитания ∆Uп и ∆Iп определяется:

∆Uн1= Uн1- Uн1ном

∆Iн1 =Iн1 - Iн1ном

∆Uн2= Uн2- Uн2ном

∆Iн2 =Iн2 - Iн2ном

∆Uп= Uпном- Uпmin= Uпmax- Uпном

∆Iп= Iпном- Iпmin

Нестабильность выходных напряжений источников первого N1 и второго N2 каналов и первичного электропитания Nп:

N1=100 ∆Uн1/ Uн1ном, %

N2=100 ∆Uн2/ Uн2ном, %

Nп =100 ∆Uп/ Uпном, %.

Активные мощности, потребляемые от источников первичного электропитания Рп, первого Рн1 и второго каналов Рн2 и преобразователя Рн в целом:

Рп=Iп Uп,

Рн1=1 Uн1

Рн2=2 Uн2

Рн= Рн1+ Рн2

Коэффициент полезного действия преобразователя

η=100 Рн/Рп

Коэффициент стабилизации по входному напряжению источников первого Кст1 и второго Кст2 каналов:

Кст1=Nп/N1

Кст2=Nп/N2

Внешние характеристики обоих каналов строятся по данным таблиц 7.1, 7.2 на одном графике и для нестабилизированного, и для стабилизированного режимов работы преобразователя.

Зависимость коэффициента полезного действия η от изменения выходной мощности Рн преобразователя строится по данным табл. 7.1 - 7.3. Эти характеристики позволяют оценить эффективность процесса преобразования энергии в исследуемом устройстве при возмущающем факторе в цепях нагрузок преобразователя.

Зависимости строятся для первого канала (в соответствии с данными табл. 7.1 )

η=f(Рн) при Uп = 26 В =const,       Rн2= const=58,3 Ом;

для второго канала (в соответствии с данными табл. 7.2)

η=f(Рн) при Uп = 26 В =const,       Rн1= const=33,3 Ом.

Возмущение со стороны источника первичного электропитания также влияет на энергетическую сторону процесса преобразования. Для исследуемого преобразователя это характеризуется зависимостью:

η=f(Uп) при Rн1= const=33,3 Ом, Rн2= const=58,3 Ом,

которая строится по данным табл. 7.3.

Пользуясь данными табл. 7.1 и 7.2 построить в единой координатной системе зависимости η=f(Рн).

Используя данные табл. 7.3 построить зависимость η=f(Uп).

Выполнить анализ полученных зависимостей. Пояснить, какие процессы функционирования в преобразователе влияют на характер полученных зависимостей. Построить по данным табл. 7.3 графики зависимостей нестабильностей выходных напряжений источников первого N1=f(Nп) и второго N2=f(Nп) каналов.

В единой координатной системе построить зависимости изменений частоты преобразования от изменений токов нагрузки источников первого канала   fп=f(Iн1) - по табл. 7.1, второго канала fп=f(Iн2) - по табл. 7.2 и напряжения Uп  первичного электропитания fп=f(Uп) - по табл. 7.3 .

Выполнить анализ полученных зависимостей. Пояснить, какие процессы функционирования в узлах преобразователя влияют на характер изменений полученных зависимостей.

6.3. Исследование преобразователя в нестабилизированном режиме.

К пункту 4.3. Нестабилизированный режим работы преобразователя обеспечивается отключением цепи обратной связи - установкой переключателя S1 в положение "2(Н Ст)". Исследование характеристик преобразователя в нестабилизированном режиме выполняется в том же объеме и в той же последовательности , как и в стабилизированном режиме работы, описанном выше. Выполнить изложенные выше пп. 6.2.1. ... ... 6.2.5.

Результаты исследований в виде графиков и осциллограмм приводятся в отчете к лабораторной работе в одном масштабе и для стабилизированного, и для нестабилизированного режимов работы преобразователя. По результатам работы сделать выводы.

Оформить отчет с учетом требований раздела 5 настоящей методической разработки.

7.Особенности лабораторной установки

В состав лабораторной установки входят эквивалент источника первичного электропитания, электронно-лучевой осциллограф и лабораторный стенд (рис.7.1).

Лабораторный стенд (рис.7.2) содержит в своем составе исследуемый транзисторный преобразователь электрической энергии, эквивалента нагрузок на резисторах R16, RГ7, R18 , измерительные приборы: амперметр РАЗ и вольтметр РV2. На лицевую панель стенда вынесены указанные измерительные приборы РА3 и  РV2, переключатели S1, S2, S3, измерительные гнезда XI ... Х12, орган регулировки токов Iнi  нагрузки источников или первого (i=1) или второго  (i=2) каналов.

При подключении входных цепей электронного осциллографа к измерительным гнездам можно наблюдать временные диаграммы в общем случае напряжений в соответствующих участках цепей при функционировании лабораторной установки.

Временные диаграммы напряжений на активных резисторах характеризуют и ток, протекающий через них. Например, для исследования временных диаграмм токов коллекторов транзисторов (VТ1 - задающего генератора и VТ6 - усилителя мощности) используются эталонные измерительные резисторы (датчики токов) R2 и R14. Для исключения влияния их на процессы функционирования указанных функциональных узлов преобразователя они выбираются малой величины (доли Ома, один, два Ома ). Чем больше значение измеряемого тока, тем меньше должна быть величина измерительных резисторов.

Исследуемый преобразователь позволяет реализовать два режима работы: нестабилизированный режим работы, соответствующий функциональной схеме рис.7.1 и стабилизированный, соответствующий - рис 7.2. Указанные режимы обеспечиваются соответствующей установкой переключателя S1:

  •  положению "1" ( Ст)" соответствует стабилизированный режим,
  •  положению "2 (НСт)" - нестабилизированный режим.

При этом преобразователь преобразует электрическую энергию ИПЭ с одним выходным напряжением Uп в электрическую энергию двух источников постоянных напряжений: первого канала (Х9, Х10) и второго канала (X11, Х12).

Использование переключателя S2 позволяет измерить одним вольтметром РV2 выходные напряжения указанных двух каналов :

  •  положению "1 (1)" соответствует выходное напряжение первого канала ;
  •  положению "2 (2)" - второго канала».

Введение в схему переключателя S3 дает возможность при исследовании преобразователя изменять и измерять ток нагрузки источников или первого или второго каналов при наличии одного регулируемого резистора R16 и одного амперметра РА2 :

  •  положению "1(Iн1)" показания амперметра РА2 соответствуют току нагрузки Iн1 источника первого канала, который можно изменять за счет изменения сопротивления Rн1 нагрузки данного канала путем регулировки потенциометра R16:

RКн4 » R817 + RК16 ,

при этом источник второго канала нагружен на сопротивление нагрузки 2=R18=58,3 Ом=const;

  •  положению "2(Iн2)" показания амперметра РА2 соответствуют току нагрузки Iн2 источника второго канала, который можно изменять за счет изменения сопротивления нагрузки 2 второго канала путем регулировки потенциометра R16:

Rн2 = R18 + R16 .

Сопротивление нагрузки 1 источника первого канала является сопротивление резистора R17:

1=R17=  33,3 Ом=const.

На рис 7.1 в качестве источника первичного электропитания используются автотрансформатор ТV1, трансформатор ТV2, силовые выпрямитель ВС и фильтр ФС. Ток и напряжение на его выходе измеряется амперметром РА1 и вольтметром РV1 соответственно. Введение трансформатора ТV2 в ИПЭ позволяет при исследованиях преобразователя заземлять любую точку его схемы.

8. Приложение

 Принцип действия транзисторного преобразователя

Преобразователь электрической энергии (в дальнейшем - преобразователь) содержит (рис.7.2) задающий генератор (автогенератор) на коммутирующих транзисторах VT1, VT2 трансформатор TV1, усилитель мощности на силовых коммутирующих транзисторах VT6, VТ7 и трансформаторе ТV2, цепь отрицательной обратной связи (ООС) на операционном усилителе D1 и согласующих транзисторах VТ3 - VТ5. Кроме указанных элементов каждый из отмеченных выше функциональных узлов имеет дополнительные элементы, назначение которых будет пояснено ниже при описании принципа работы преобразователя.

Нагрузкой автогенератора являются цепи управления силовыми транзисторами VТ6, VТ7. Нагрузкой усилителя мощности является эквивалент нагрузки аппаратуры связи - активные сопротивления R16, R17, R18. Причем, сопротивление является переменным - реостатом, что позволяет изменять ток как в цепи нагрузки Rн  при Rн2=58,3 Ом=const, когда тумблер S3   находится в положении "1", так и в цепи нагрузки Rн2 при Rн1=33,3 Ом =const, когда тумблер S3 находится в положении "2".

Для измерения тока в указанных цепях нагрузок используется амперметр А2. Значения напряжений в цепях нагрузок Rн1 и Rн2  измеряются вольтметром \/2: в положении "1" тумблера S2 измеряется в цепи нагрузки Rн1, в положении "2" - в цепи нагрузки Rн2. Тумблер S1 в положении "1" позволяет исследовать преобразователь в нестабилизированном режиме (цепь ООС разомкнута), а в положении "2" - в стабилизированном режиме ( цепь ООС замкнута).

При наличии напряжения Uп на входе преобразователя (выходе первичного источника питания) в автогенераторе возбуждаются колебания. При этом напряжение первичного источника питания плюсом прикладывается через развязывающий диод VD2 к средней точке трансформатора ТV1 и через цепь запуска  R1, C1 - к базам транзисторов VT1, VT2.

Прямоугольное напряжение с выхода автогенератора (обмотки 9-10 и 11-12 ТV1 ) используется для управления транзисторами  VТ6, VТ7  усилителя мощности, обеспечивая в каждый из полупериодов открытое состояние одного и закрытое - другого. Этим обеспечивается подключение плюсовой шины первичного источника питания в один полупериод к выводу 1 первичной обмотки силового трансформатора ТV2, в другой  полупериод - к выводу 4. В результате на каждой из первичных обмоток (1-2 и 3-4) трансформатора ТV2  появляется прямоугольное напряжение типа "меандр". Аналогичное по форме напряжение индуцируется  и на вторичных обмотках 5-6 и 7-8 трансформатора ТV2. Неидеальность используемой элементной базы приводит к конечной скорости изменения напряжения на обмотках трансформаторов ТV1, ТV2.

Поскольку время tпер, в течение которого выпрямленные напряжения  в цепях нагрузок Rн1 и Rн2 соизмеримы  с переменными составляющими и  существенно меньше периода Т переменного напряжения, то в качестве фильтров целесообразно использовать конденсаторы соответственно С5, С6.

Независимо от положения тумблеров S1…S3 на выходе автогенератора присутствует сигнал управления усилителем мощности.  Изменение напряжения, прикладываемого к первичным обмоткам трансформатора ТV1,  приводит к изменению частоты колебаний автогенератора, поскольку увеличение (уменьшение) напряжения приводит к уменьшению (увеличению)  времени перемагничивания трансформатора ТV1.

При положении "2" тумблера S1 первичный источник питания с выходным напряжением Uп обеспечивает функционирование автогенератора поступаемой через диод VD1 электрической энергией. Однако изменение Uп приводит к изменению частоты колебаний автогенератора. При установке тумблера в положение "1"  подключается цепь обратной связи и на среднюю точку (выводы 2-3) первичной обмотки трансформатора ТV1 через диод VD3 подается стабильное напряжение (Uн2≥30 В) нагрузки Rн2.

Любые изменения напряжения Uп первичного источника питания до Uп=30 В не изменят напряжения питания  автогенератора, поскольку развязывающий диод VD1 всегда остается в закрытом  состоянии - на его катоде потенциал всегда выше (или равен) потенциала анода. Поэтому стабильность частоты определяется стабильностью напряжения на Rн2.

НЕСТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ преобразователя можно исследовать при положении "2" тумблера S1. Силовые коммутирующие транзисторы VТ1, VТ2 автогенератора и VT6, VT7 усилителя мощности в каждом из периодов Т половину периода открыты - находятся в насыщенном состоянии. При этом падение напряжения Uкэнас на их переходах коллектор-эмиттер составляет порядка 0,3 В - 0,8 В, а величины токов - мощностью их нагрузки. Соответственно в течение половины периода каждый из транзисторов VТ1, VТ2  и VT6, VT7 закрыт. Падения напряжений Uкэотс при этом существенно превышают Uкэнас, и если не учитывать кратковременные выбросы напряжений, то значения их равны 2Uп. (примечание: кратковременные выбросы напряжений обусловлены наличием паразитных индуктивностей проводников, трансформаторов и большой скоростью изменения токов, протекающих через них).

Ключевой режим работы транзисторов VТ1, VТ2  и VT6, VT7  обеспечивает малые потери энергии при преобразовании, поскольку в насыщенном состоянии протекает максимальный ток при малом значении Uкэнас, а в режиме отсечки значительному падению    Uкэотс=2Uп соответствует малое значение тока Iко.

Кроме потерь энергии в режимах насыщения и отсечки в транзисторах имеются потери на переключение. Во-первых, конечные частотные свойства транзисторов не позволяют им мгновенно переключиться из одного состояния в другое, во-вторых, технологический и температурный разброс параметров элементов преобразователя приводит к постоянному подмагничиванию и насыщению в конце одного из полупериодов силового трансформатора ТV2 усилителя мощности, приводящего к значительным коммутационным токам (соответственно и к значительным динамическим потерям энергии и понижению надежности преобразователя).

Подключение баз транзисторов VT6, VT7 через развязывающие диоды VD9, VD10 к нагрузке Rн2 устраняет их перегрузки в режиме короткого замыкания. При отсутствии короткого замыкания напряжение (относительно минусовой шины первичного источника питания) на нагрузке Rн2 всегда выше напряжения на базах транзисторов VT6, VT7. Поэтому диоды VD9, VD10 закрыты и не влияют на работу преобразователя. В режиме короткого замыкания управляющие напряжения, поступаемые через R9, R10 на базы транзисторов VT6, VT7 шунтируются через диоды VD9, VD10, и транзисторы VT6, VT7 запираются. После самоустранения короткого замыкания в цепи нагрузки Rн2  происходит автоматическое восстановление работоспособности усилителя мощности.

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ преобразователя можно исследовать при положении "1" тумблера S1, подключающего цепь ООС. Изменение сопротивления согласующего элемента (транзисторы VT3, VT5) позволяет имитировать сигнал управления, поступающий на базы транзисторов VT6, VT7. Осуществляется это следующим образом.

В одном из полупериодов коммутации транзистор VT6 будет открыт, а транзистор VT7 - закрыт. Уменьшение (увеличение) сопротивления согласующего элемента приведет к увеличению (уменьшению) тока, протекающего по цепи: база транзистора VT6, диод VD5, обмотка 7-8  трансформатора ТV2, коллекторно-эмиттерный переход транзистора VT3. В результате часть тока, поступающего в базу транзистора VT6, будет поступать в указанную цепь.

Это приводит к подзапиранию (подотпиранию) транзистора VT6, увеличению (уменьшению) его сопротивления и соответственно к уменьшению (увеличению) напряжения на обмотке 1-2 трансформатора ТV2. Из схемы рис. 7.2 следует, что сумма напряжений на коллекторно-эмиттерном переходе VT3 и обмотке 7-8 ТV2 для рассматриваемого полупериода работы преобразователя равна напряжению на базе транзистора VT6. Поэтому увеличение (уменьшение) напряжения на коллекторно-эмиттерном переходе транзистора VT3 приводит к увеличению (уменьшению) напряжения на базе транзистора VT6.

Поскольку нагрузка (первичная обмотка 1-2 ТV2) подключена в цепи эмиттера VT6, а потенциал на эмиттере транзистора в открытом состоянии всегда ниже (для транзисторов n-р-n  типа проводимости) потенциал на его базе на 0,5 - 1,5 В, то увеличение (уменьшение) потенциала на базе приводит к увеличению (уменьшению) потенциала на эмиттере транзистора VT6 (соответственно и на выводе 1 обмотки 1-2 ТV2).

В следующий полупериод открывается транзистор VT7 и закрывается транзистор VT6. При этом шунтирование сигнала управления транзистора VT7  осуществляется через диод VD4, обмотку 5-6 ТV2 и толлекторно-эмиттерный переход транзистора VT3.

В рассматриваемый полупериод функционирование преобразователя аналогично описанному выше. Если диоды VD4, VD5 подключить непосредственно к коллекторно-эмиттерному переходу транзистора VT7, то изменение его сопротивления также будет приводить к изменению напряжения на базах и эмиттерах транзисторов VT6, VT7 соответственно и на первичных    обмотках 1-2 и 3-4 ТV2, но КПД при этом уменьшается на величину Iкзmax U9,10 (где Iкзmax - максимальное значение тока транзистора VT3; U9,10 - напряжения на обмотках 9-10 и 11-12, можно принять U9,10 Uн1-3 В).

В результате транзисторы VT6, VT7 в зависимости от изменения сопротивления (падения напряжения) коллекторно-эмиттерного перехода транзистора VT3 также изменяют свое сопротивление (соответственно изменяется и падение напряжения на коллекторно-эмиттерных переходах VT6, VT7) и из -меняют величину ( амплитудное значение) прямоугольного напряжения на обмотках ТV2.

Изменение сопротивления VT3 осуществляется выходным сигналом операционного усилителя D1 , выполняющего функции усилителя постоянного тока, и схемы сравнения.

Поскольку выпрямленное напряжение первичных обмоток TV2 подается через делитель (переменное сопротивление R14) на инверсный вход D1, то любое отклонение от опорного напряжения, получаемого на стабилитроне VD8 и подаваемого на неинверсный вход D1, усиливается D1 в противофазе.

Поэтому увеличение (уменьшение) напряжения на нагрузке Rн1 (например, по причине увеличения (уменьшения) напряжения первичного источника питания или уменьшение (увеличение) тока через Rн1) приводит к уменьшению (увеличению) сопротивления транзистора VT3, увеличению (уменьшению) сопротивления транзисторов VT6, VT7 и уменьшению (увеличению) напряжения на нагрузке Rн1.  

Увеличивая коэффициент усиления контура регулирования, можно обеспечить наперед заданную точность стабилизации напряжения на нагрузке Rн1.

Напряжение на нагрузке Rн2 не охвачено (непосредственно) цепью ООС, поэтому его стабильность хуже, чем стабильность напряжения на Rн1. Например, увеличение тока нагрузки Rн2 приведет к уменьшению напряжения  Uн2, поскольку даже при стабильном напряжении, наводимом на обмотках 5-6 и 7-8 ТV2 увеличение тока приводит к увеличению падения напряжения на внутренних сопротивлениях обмоток 9-10 и 11-12 монтажных проводников, диодов VD11, VD12.

Для исследования преобразователя в различных режимах работы некоторые точки его схемы выведены на лицевую панель стенда (гнезда Гн1.. .Гн10).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

35807. Виготовлення візитниці. Творчий проект 23.86 MB
  На мою думку підготовка проекту з трудового навчання дає нам можливість опанувати технології обробки сучасних конструкційних матеріалів щоб надати виробу естетичної привабливості. 2 Зробити розрахунки розмірів виробу. 4 Розробити технологічну карту виготовлення виробу. Вимоги до виробу Канцелярський набір візитниця повинен відповідати таким вимогам: Ергономіки зручність у використанні; Естетики задоволення смаку будьякого споживача; Технології конструкція не повинна бути занадто складною ...
35809. Оздоблення одягу. Творчий проект 26.29 KB
  Бойченка Творчий проект на тему Оздоблення одягу Виконала учениця 9А класу Ткаченко Катерина Керівник: Горонескуль Таїсія Миколаївна Творчий задум Я вирішила прикрасити кофту ґудзиками тому що. Адже тканина є основою форми одягу. У моделюванні одягу особливе значення має фактура тканини її властивості. Так м‘які еластичні тканини підходять для моделі з плавними м‘якими лініями з драпуванням м‘якими складками зборками а щільні формостійкі матеріали потребують більш простих і лаконічних форм одягу.
35810. Кормушка для птиц 6.21 MB
  Кормушки могут быть любых размеров и изготавливаются из разных материалов. Это и пластиковые бутылки и коробки изпод сока и самодельные деревянные кормушки. Поэтому конструкции кормушек очень разнообразны а самые простые кормушки для птиц могут быть сделаны практически из всего что попадется под руку. Стационарные кормушки укреплены на столбах.
35811. Украшения и аксессуары. Творческий проект 5.66 MB
  В древней Руси браслеты назывались непонятными словами зарукавья и обруча. Браслеты популярны и сегодня. Вечерние туалеты предполагают самые разнообразные браслеты. Сегодня очень популярны также браслеты для ног которые носят на щиколотке.
35813. Мой выбор профессии 220.61 KB
  Творческий проект Мой выбор профессии Содержание Обоснование выбора профессии Жизненные ценности История профессии. Описание профессии Карта самоконтроля готовности к профессиональному самоопределению Психограмма профессии Профпригодность Профпроба Заключение Список литературы Обоснование выбора профессии Цель моей жизни заключается в получении высшего образования и приобретении профессии которая мне будет интересна. В девятом классе передо мной встала проблема выбора профессии. Я неплохо разбираюсь в физике и...