20173

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ СТАБИЛИЗАТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Снять зависимость напряжения на выходе дросселя насыщения от величины тока в обмотке подмагничивания при = const. S7 тумблер подключения обмотки переменного напряжения к источнику. Поскольку сердечники ФРС имеют различную степень насыщенности магнитопровода то изменение напряжения сети U1 в обмотке W1 мало влияет на величину магнитного потока в стержне с меньшим сечением и соответственно на величину наводимого напряжения вторичной обмотки W2.

Русский

2013-07-25

326.23 KB

20 чел.

1

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ

СТАБИЛИЗАТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

  1.  Цель работы

Изучение принципа работы и исследование свойств параметрического (феррорезонансного) стабилизатора переменного напряжения и дросселя насыщения.

6.2. Задание.

6.2.1. Снять зависимость для активной (R), индуктивной (L) и емкостной (C) нагрузок.

  1.  Снять зависимость напряжения на выходе дросселя насыщения от величины тока в обмотке подмагничивания , при = const.
    1.  Определить коэффициент стабилизации K(U)  при работе стабилизатора на различные нагрузки.

6.3. Краткое описание макета и теоретические выкладки.

Принципиальная схема макета представлена на лицевой панели.

Назначение элементов макета:

              S1 - тумблер включения питания феррорезонансного стабилизатора.

              S2 - тумблер подключения блока нагрузок и измерительных приборов PV и PA1.

  S3, S4, S5 - тумблера подключения индуктивной, емкостной и активной нагрузок.

    X1, X2 - гнезда подключения осциллографа к выходу феррорезонансного стабилизатора.

                L - дроссель управления (насыщения).

VD1…VD4 - мостовой выпрямитель питания обмотки подмагничивания.

              S6 - тумблер подключения обмотки подмагничивания.

              S7 - тумблер подключения обмотки переменного напряжения к источнику.

             R1 - переменный резистор для регулировки тока подмагничивания.

           PA2 - микроамперметр для измерения тока подмагничивания (максимальное показание прибора 500мА)

Конструкция феррорезонансного стабилизатора.

В макете используется феррорезонансный стабилизатор (ФРС) с одним сердечником и магнитным шунтом (рис. 6.1.). Магнитный шунт (МШ) отделен от остальной части сердечника воздушным зазором. Изменяя величину этого зазора можно перераспределять магнитный поток, создаваемый обмоткой W1, между магнитным шунтом и насыщенным стержнем. Это позволяет более точно настраивать ФРС.

Стержни магнитопровода ФРС имеют различную степень насыщенности магнитопровода. Так стержень с меньшим сечением имеет максимальную насыщенность, по сравнению со стержнем большего сечения.

Сильная насыщенность сердечника с малым сечением достигнута благодаря следующим причинам:

а) большой величине плотности магнитного потока;

б) наличию резонансного контура в котором действует значительный ток Ip.

U1

W2

Wk

W1

Wp

Cp

МШ

Рис. 6.1.

Как видно из схемы, часть резонансной обмотки Wр используется как вторичная W2. Это позволяет несколько экономить расход меди. Кроме этого имеется полная гальваническая развязка обмотки W1, Wр, W2.

Работа ФРС.

Поскольку сердечники ФРС имеют различную степень насыщенности магнитопровода, то изменение напряжения сети U1 в обмотке W1 мало влияет на величину магнитного потока в стержне с меньшим сечением, и соответственно на величину наводимого напряжения вторичной обмотки W2.

Для еще большего улучшения стабильности выходного напряжения U2 используется дополнительная, так называемая компенсационная обмотка Wк. Так как эта обмотка расположена на том же ненасыщенном стержне, что и первичная (рис. 6.1.), то напряжение Uк, находимое в ней, прямо пропорционально напряжению сети. Компенсационная обмотка Wк включается последовательно со вторичной U2, но так, что ее напряжение Uк действует навстречу напряжению U2.

Следовательно, если напряжение в сети U1 возрастает и в результате этого немного возрастает и вторичное U2 стабилизированное напряжение, то это возрастание компенсируется действием обмотки Wк, так как при этом из увеличенного вторичного U2 вычитается возросшее Uк.

Феррорезонансные стабилизаторы.

Режим обеспечивающий поддержание напряжения или тока на выходе электропитающих установок с заданной степенью точности при воздействии различных дестабилизирующих фактов, называется режимом стабилизации.

Стабилизатором напряжения (тока) называется устройство, автоматически обеспечивающее поддержание напряжения (тока) на нагрузке с заданной степенью точности при изменении дестабилизирующих факторов в заданных пределах.

Применяются следующие два основных способа стабилизации: параметрический и компенсационный.

При параметрическом способе режим электропитания стабилизируется за счет применения элемента с нелинейно-вольтамперной характеристикой. При этом способе стабилизации дестабилизирующий фактор непосредственно воздействует на нелинейный элемент, а изменение выходного напряжения (тока) относительно заданного значения не контролируется и определяется только параметром нелинейного элемента.

L1

Iвх

IL2

L2

Rн

Uвх

U

Up

I

Ip

Рис. 6.2. Принципиальная схема параметрического стабилизатора переменного напряжения с насыщенным реактором L2.

Рис. 6.3. Вольт-амперная характеристика реактора переменного тока

В качестве элемента обладающего нелинейной вольтамперной характеристикой используют дроссель с насыщенным сердечником (реактор), работающего в режиме насыщенного магнитопровода (см. рис. 6.2., 6.3).

Приведенная схема параметрического стабилизатора, несмотря на свою простоту не получила широкого распространения, так как ей присуще следующие существенные недостатки:

  1.  КПД и коэффициент мощности невелики, поскольку положение рабочей точки на характеристике определяется при большом токе реактора L2.
  2.  Невысокий коэффициент стабилизации из-за относительно большого значения динамического сопротивления.
  3.  Искажение формы кривой переменного напряжения на нагрузке.
  4.  Большие масса и габариты.

L1

Rн

С

L2

U

в

а

б     UL2C

UL2

Uc

I

Рис. 6.4. Принципиальная схема феррорезонансного стабилизатора (ФРС).

Рис. 6.5. Зависимость между напряжением и током в элементах феррорезонансного стабилизатора.

Эти недостатки можно существенно снизить, если параллельно реактору L2 подключить конденсатор с емкостью С такой величины, чтобы собственная частота контура L2С была бы близка к частоте стабилизируемого переменного напряжения (см. рис. 6.4.). Такие стабилизаторы переменного напряжения называются феррорезонансными.

Принцип работы ФРС отличается от рассмотренного выше простейшего стабилизатора.

При малом напряжении Uвх реактор L2 ненасыщен, величина его индуктивности велика и результирующий ток имеет емкостной характер. В точке "в", (см. рис. 6.5.) соответствующей резонансу токов в контуре, результирующий ток равен нулю. При дальнейшем повышении Uвх он имеет индуктивный характер. При этом результирующий ток резко увеличивается, а изменение напряжения на контуре L2С и, следовательно, на нагрузке Rн увеличивается незначительно. Устойчиво стабилизатор работает на участке  а-б.

Преимуществом данной схемы перед предыдущей является следующее:

  1.  КПД выше. Это объясняется тем, что потребляемый контуром L2С ток меньше тока насыщения реактора.
  2.  Коэффициент мощности более высокий за счет компенсации реактивной составляющей.
  3.  Форма напряжения на выходе стабилизатора менее искажена, так как Uвых снимается с резонансного контура.

В практических схемах феррорезонансных стабилизаторов для увеличения коэффициента стабилизации вводят еще один ненасыщенный реактор (компенсационный), обмотку которого располагают на магнитопроводе реактора L1 (см. рис. 6.6).

L1

Rн

С

L2

Uвх

Рис. 6.6. Принципиальная схема ФРС с улучшенными показателями.

Достоинства такого феррорезонансного стабилизатора:

  1.  Высокий коэффициент стабилизации (Кст.н до 40).
  2.  Относительно высокой КПД (85 - 90) % и коэффициент мощности до 0,9.
  3.  Стабилизаторы такого типа могут применяться в широком диапазоне мощностей.

К недостаткам ФРС следует отнести:

  1.  Сильную зависимость выходного напряжения от частоты.
  2.  Зависимость напряжения от характера нагрузки.
  3.  Наличие электромагнитных помех, обусловленных значительной индуктивностью рассеяния реактора.
  4.  Искажения формы переменного напряжения на нагрузке.

Искажение формы выходного напряжения приводит к появлению на выходе стабилизатора высших гармоник нечетного порядка: 3, 5, 7 и т.д. Поэтому в стабилизаторах необходимо принимать меры для подавления этих гармоник. Средством для этого является специальные резонансные фильтры, работающие по принципу резонанса напряжения (см. рис.6.7).

L1

Rн

С

L2

Uвх

С2

L3

С3

L4

Рис. 6.7.

Использование резонансных фильтров позволяет получить на выходе ФРС практически неискаженную форму синусоидального напряжения.

Феррорезонансные стабилизаторы напряжения достаточно часто используются в технике электропитающих устройств. Важнейшим из свойств, выделяющих их среди других типов стабилизаторов и регуляторов переменного напряжения, является простота, надежность и практичность. Любые изменения выходного напряжения в пределах рабочего диапазона приводят лишь к измерениям формы кривой напряжения на выходе-действующее значение практически остается неизменным.

6.4. Порядок выполнения работы.

  1.  Ознакомиться с расположением органов управления.
    1.  Снять зависимость напряжения на выходе стабилизатора от напряжения на его входе для: активный (R), индуктивной (L) и емкостной (C) нагрузок.

Для этого шпур питания макета подключить к лабораторному автотрансформатору (ЛАТр). Тумблера на макете поставить в положение соответствующие включению макета и подключению различных нагрузок.

Результаты показаний приборов записать в таблицу 6.1.

Таблица 6.1.

Uвх, (В)

0

20

50

100

120

150

200

210

220

230

R

Uвых, (В)

0

5,5

9

16

16,5

17

17,3

17,3

17,2

17,2

L

Uвых, (В)

0

16,5

18,2

20

20

20,3

20,5

20,2

20,3

20,2

C

Uвых, (В)

0

18

20

21

21

21

21

21

20,9

20,9

; ;  

; ;  

;  ;

;  ;  

Примечание: зависимость для активной нагрузки (R) снимают при токе Iн в зависимости от номера бригады взятым из таблицы 6.2.

Таблица 6.2.

Номер бригады

1,5

Ток нагрузки Iн (А)

0,4

Ток нагрузки устанавливают при номинальном входном напряжении.

  1.  По данным таблицы 6.1 построить графики зависимостей для нагрузок R, L, С.
    1.  Снять зависимость напряжения на выходе дросселя насыщения от величины тока в обмотке подмагничивания при .

Для этого шнур питания макета подключить к сети 220В. Подключить измерительные приборы и активную нагрузку. Тумблера S6, S7 поставить в положение "вкл". Ручку резистора R1 установить в крайнее левое положение, затем плавно вращая ручку резистора Rн устанавливают заданное значение тока нагрузки Iн.max. После этого ручку резистора R1 переводят в крайнее правое положение, тумблер S6 выключают и записывают показания прибора PV при Iу = 0. Вновь включают S6 и измеряют значения Uн при наличии тока управления.

Показания приборов записать в таблицу 6.3.

Таблица 6.3

Ток нагрузки (А)

Iу (mА)

0

25

50

100

200

300

Iн.max. = 0,4

Uн (В)

3

3,5

5

8

12

13,8

Iн.max. = 0,6

Uн (В)

0,9

1,2

1,9

3,8

7,2

9

Iн.max. = 0,8

Uн (В)

0

0

0

0,5

2

3

6.4.5. По данным таблицы 6.3.построить графики зависимостей для А.

6.4.6. Из графиков определить коэффициент стабилизации К(U) для каждой из нагрузок по формуле: ,

где:

        - номинальные значения входного и выходного напряжения.

6.5. Содержание отчета.

  1.  Перечень приборов и оборудования.
    1.  Принципиальные схемы ФРС и дросселя насыщения.
    2.  Таблицы 6.1, 6.3, графики зависимостей , расчеты коэффициента стабилизации.
    3.  Краткие выводы по лабораторному занятию.

6.6. Контрольные вопросы.

  1.  Поясните принцип действия ФРС.
    1.  Почему стабилизаторы называются "параметрическими"?
    2.  Пояснить принцип работы простейшего электромагнитного стабилизатора напряжения.
    3.  Назначение компенсационной обмотки в ФРС.
    4.  Каковы достоинства и недостатки ФРС по сравнению с электромагнитными стабилизаторами?
    5.  Почему обмотку подмагничивания (управления) выполняют с большим числом витков тонкого провода?
    6.  Какие недостатки имеют дроссели насыщения?
    7.  Пояснить по схеме принцип стабилизации напряжения на выходе выпрямителя с помощью дросселя насыщения.


V

A

mA

FU

TS

Lk

X1

X2

1

2

1

2

PV

PA1

S3

S4

C2

C1

S1

S7

L

R1

PA2

VD1-VD4

S2

Rm

S5

1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11907. Определение плотности твердого тела на примере цилиндра 85.5 KB
  Определение плотности твердого тела. Цель работы: познакомиться с методом обработки результатов измерений научиться пользоваться штангенциркулем и микрометром. Оборудование: цилиндр штангенциркуль микрометр...
11908. Основные правила работы в лабораториях кафедры прикладной физики 48 KB
  Основные правила работы в лабораториях кафедры прикладной физики I.На каждое лабораторное занятие студенты должны приносить ссобой: а лабораторный журнал тетрадь в клетку не менее 48 листов. бнесколько листов миллиметровой бумаги формата А4 А5. вклей для бума
11909. СТАТИСТИКА ВРЕМЕНИ РЕАКЦИИ ЧЕЛОВЕКА (Статистическая обработка результатов измерений) 80.5 KB
  Лабораторная работа № 1 СТАТИСТИКА ВРЕМЕНИ РЕАКЦИИ ЧЕЛОВЕКА Статистическая обработка результатов измерений Цель работы: определение времени реакции человека. Ознакомление со статистической обработкой результатов измерений. Приборы и принадлежности: измерител...
11910. ФИЗИЧЕСКИЙ МАЯТНИК Введение Описание установки 38.39 KB
  Лабораторная работа № 5 ФИЗИЧЕСКИЙ МАЯТНИК Введение Описание установки Рис. 1 Физический маятник представляет собой твердое тело в нашем случае стержень 12 с отверстиями который монтируется на блоке 11 закрепленном на стойке 10 модуля ЛКМ3 так чтобы ось блока не пр...
11911. Алгоритмы речевого кодирования в стандарте GSM 544.5 KB
  Лабораторная работа по курсу Информационные технологии в телекоммуникационных системых Алгоритмы речевого кодирования в стандарте GSM Содержание [0.0.1] Лабораторная работа [0.0.1.1] Алгоритмы речевого кодирования [0.1] В...
11912. Оценка качества речи, передаваемой по каналу GSM 704 KB
  Лабораторная работа по курсу Проектирование информационных и телекоммуникационных систем Оценка качества речи передаваемой по каналу GSM Содержание Лабораторная работа Содержание Задание Теорети...
11913. Изучение электронного осциллографа 717.55 KB
  Отчёт по лабораторной работе № 1 Изучение электронного осциллографа Цель работы. Ознакомление с устройством электронного осциллографа; изучение с помощью этого прибора процессов в простых электрических цепях. Приборы и оборудование. 1. Электронный о
11914. Изучение свободных электромагнитных колебаний в LRCконтуре 327.5 KB
  Отчет по лабораторной работе №4 14 Изучение свободных электромагнитных колебаний в LRCконтуре. Выполнили: студенты 1.Теоретическое введение. Из определения LRC: где коэффициент затухания. собственная частота контура. При малые затухания. где ...
11915. Измерение коэффициента взаимной индукции в переменном поле 145.5 KB
  Лабораторная работа N 9 Измерение коэффициента взаимной индукции в переменном поле 1 Цель работы: Измерение коэффициента взаимной индукции коаксиальных катушек на основе закона электромагнитной индукции. 2 Теоретическая часть: Явление взаимной индукции заклю