20927

ДОСЛІДЖЕННЯ МАЛОПОТУЖНОГО ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Накреслити осцилограми напруги на навантаженні при величині струму Iн = 60 мА. Виміряти за допомогою цифрового вольтметра змінну складову напруги на навантаженні і постійну напругу при струмі навантаження Iн = 60 мА. Обчислити коефіцієнт пульсацій випрямленої напруги: де U m – амплітуда змінної складової вихідної напруги. Накреслити осцилограму напруги на навантаженні.

Украинкский

2013-08-01

262 KB

5 чел.

Лабораторна робота № 2

ДОСЛІДЖЕННЯ МАЛОПОТУЖНОГО ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ

Мета роботи - вивчити схеми однофазних джерел живлення при різних навантаженнях; дослідити роботу згладжуючих фільтрів.

Вказівки до виконання роботи

1. Перед виконанням роботи необхідно уважно ознайомитися з лабораторним стендом, з'ясувати призначення перемикачів і регуляторів, встановлених на лицьовій панелі.

2. Підключити шнур живлення в розетку з напругою      220 В.

Включити стенд тумблером  МЕРЕЖА ; при цьому спалахує сигнальна лампочка.

3. Досліджувані схеми фільтрів зібрати за допомогою перемикачів (тумблерів). Під час збирання схеми відповідного фільтру потрібно пам'ятати, що розташовані на макеті деякі тумблери розривають ланцюг (наприклад, В5, В6), а деякі – замикають елементи ланцюга, створюючи обхідний шлях для струмів (наприклад, В1,В3).

4. Для отримання першої точки зовнішньої характеристики

 (Iн = 0) необхідно тумблером В7 відключити навантаження.

5. Змінювати струм навантаження обертанням ручки змінного опору при включеному тумблері В7.

6. Для зняття осцилограм вимірювальний вхід осцилографа підключити до клем макету: ГЗ - Г6.

7. Для обмеження струму при дослідженні мостового напівпровідникового випрямляча служить резистор R11.

Програма виконання роботи

1. Зібрати схему для дослідження випрямляча без злагоджуючого фільтру (рис.2.1.)

    Рис.2.1.

2. Накреслити осцилограми напруги на навантаженні при величині струму = 60 мА.                                               

3. Зняти зовнішню  характеристику ( характеристику навантаження)  . Одержані результати занести в табл.2.1.

Таблиця 2.1

Параметр

Дані вимірювань

Iн,  мА

0

30

60

90

120

150

Uн, В

4. Виміряти за допомогою цифрового вольтметра змінну складову напруги на навантаженні і постійну напругу  при струмі навантаження     = 60 мА. Обчислити коефіцієнт пульсацій випрямленої напруги:

,

де U~m – амплітуда змінної складової вихідної напруги.

5. Зібрати схему для дослідження випрямляча  з ємнісним фільтром  (рис.2.2.).

   Рис.2.2.

6. Виконати дослідження відповідно до  пп. 2-4 для випрямляча з ємнісним фільтром (рис. 2.2)  і  одержані результати  занести в        табл. 2.2.

                                                                 

Таблиця 2.2.

Параметр

Дані вимірювань

Iн,  мА

0

30

60

90

120

150

Uн, В

7. Зібрати схему з індуктивним фільтром (L-фильтр), представлену на  рис.2.3.

Рис.2.3.

8. Провести дослідження за програмою, вказаною в  пп. 3, 4 і  одержані результати  занести в табл. 2.3.

Накреслити  осцилограму напруги на навантаженні.

                                    Таблиця 2.3.

Параметр

Дані вимірювань

Iн,  мА

0

30

60

90

120

150

Uн, В

9. Зібрати схему з індуктивно-емнісним Г-подібним фільтром (LC-фильтр) , представлену на  рис.2.4.

Рис.2..4.

10. Провести дослідження за програмою, вказаною в  пп. 3, 4 і  одержані результати  занести в табл. 2.4.

Накреслити осцилограму напруги на навантаженні.

   

              Таблиця 2.4.

Параметр

Дані вимірювань

Iн,  мА

0

30

60

90

120

150

Uн, В

11. Зібрати схему з П-подібним LC-фильтром (рис.2.5), виконати дослідження відповідно до  пп. 3,4 даного розділу і одержані результати занести в табл.2.5. Накреслити осцилограму напруги на навантаженні.

                                 Рис.2.5.

       Таблиця 2.5.

Параметр

Дані вимірювань

Iн,  мА

0

30

60

90

120

150

Uн, В

12. Зібрати схему з П-подібним RC -фільтром (рис.2.6), виконати дослідження у відповідності програмою, висловленою в пп. 3 і 4, одержані результати  занести в табл. 2.6. Накреслити осцилограму напруги на навантаженні.

Рис.2.6.

13. Побудувати на одному графіку всі зовнішні (навантаження) характеристики, зняті по п.З для кожної схеми випрямляча.

14. Зробити висновки по роботі.

Стислі теоретичні відомості

Випрямлячі.  Випрямлячем називають пристрій, призначений для перетворення  змінного струму в постійний струм. Звичайно випрямляч складається з трьох основних вузлів: трансформатора,  вентильного блоку і  згладжуючого фільтру, призначеного для зменшення (згладжування) пульсацій випрямленої напруги (струму). 

Залежно від схеми побудови випрямлячів їх розділяють на однотактні двотактні, а також на однофазні і багатофазні. У однотактних схемах струм у вторинній обмотці трансформатора \протікає протягом періоду змінної напруги  тільки в одному напрямі, в двотактних - в двох напрямах. Окрім цього,  існують   регульовані і нерегульовані випрямлячі. До нерегульованих відносяться випрямлячі, виконані на некерованих вентилях  або напівпровідникових діодах. Регульовані випрямлячі виконуються на базі  керованих вентилів (тиратронів, тиристорів). Міняючи кут включення керованих вентилів, можна регулювати середнє значення вихідної напруги.

На рис. 2.1.  показана схема однофазного мостового випрямляча, а на рис.2.7. представлені тимчасові діаграми струмів і напруг цієї схеми.

Протягом позитивного напівперіоду вторинної напруги струм проводять вентилі VD2 і VD3, а в негативний напівперіод – відповідно вентилі VD1 і VD4. В результаті цього струм в навантаженні протікає протягом двох напівперіодів в одному напрямку і  має форму, зображену на рис.2.7.

 Основні характеристики двопівперіодного випрямляча визначатимуться наступними виразами:

Середнє значення струму, що протікає через вентилі :

,

де Т – тривалість періоду змінної напруги;

       I2m,U2m -  відповідно амплітудне значення струму і напруги на вході випрямляча;

        i2 - поточне значення вхідного струму;

         Rн – опір  навантаження.  .

Рис.2.7. 

Середнє  значення струму навантаження Id  визначається виразом:

Розклавши криву випрямленої напруги в тригонометричний ряд можна одержати вираз середнього значення  напруги на навантаженні Ud  і коефіцієнта пульсацій Кп:

де m- число пульсацій на періоді вхідної змінної напруг,яке залежить від схеми випрямляча:

для двонапівперіодної схеми m = 2;

для трифазної схеми з середньою точкою m =3; 

для трифазної мостової схеми m = 6. 

Для даної схеми m = 2, тому середнє значення напруги на навантаженні рівне:

,

де  - діюче значення вхідної напруги.

Амплітуда к-ої гармоніки випрямленої напруги  визначається виразом:

Враховуючи, що період складає, то коефіцієнт пульсацій к-ой гармоніки визначатиметься  виразом:

На практиці враховують, в основному, тільки першу гармоніку.  Коефіцієнт пульсацій 1-ой гармоніки випрямленої напруги при      m =2;  3;  6; відповідно матиме значення: Кп1 = 0,67;  0,25;  0,057.

Максимальне значення зворотної напруги, що прикладається до вентилів :

Потужність постійного струму :

   

Потужність навантаження:

Коефіцієнт корисної дії:

Фільтри.  Для зменшення змінної складової напруги в навантаженні на виході випрямляча встановлюють згладжуючі фільтри. При цьому ефективність фільтру оцінюється по величині його коефіцієнта згладжування. Під коефіцієнтом згладжування фільтру по 1ой гармоніці прийнято рахувати відношення коефіцієнта пульсацій на вході фільтру К1п(1)  до коефіцієнта пульсацій на його виході Кп(1):

,    

де  - коефіцієнт фільтрації, який показує, в  скільки разів зменшується амплітуда основної гармоніки на виході фільтру  в порівнянні з амплітудою основної гармоніки в разі відсутності фільтру . В результаті одержуємо:

Ємнісний фільтр (рис.2.2.) використовується, переважно,  в малопотужних випрямлячах при струмах навантаження не перевищуючих 1.5–2.0 А.   Розрахунок ємнісного фільтру  ведеться з умови, що змінна складова струму вентиля рівна струму конденсатора, а постійна складова – струму навантаження. При цьому величина ємності конденсатора, що забезпечує дану умову, визначається виразом:

,

де Rн – опір навантаження;

Для двухполуперіодной схеми відповідно одержуємо:

На рис.2.3. зображена схема індуктивного L-фильтра. Робота          L-фильтра заснована на тому, що опір індуктивності постійному струму рівний нулю, а змінному - пропорційно значенню індуктивності і частоті змінної складової.  Послідовно сполучені індуктивність фільтру і опір навантаження утворюють дільника напруги. Вся постійна складова випрямленої напруги падає на навантаженні, а велика частина змінної складової - на індуктивності, тому пульсації напруги на навантаженні значно знижуються. Необхідна величина індуктивності визначається відповідно до виразу:

Для схеми, зображеної на рис.2.3. mп = 2, тому значення L  знаходиться з виразу:

Із зменшенням опору навантаження ефективність фільтру місткості зменшується.  Тому при струмі навантаження понад 1,5-2.0 А (для зменшення змінної складової вихідної напруги випрямляча) використовуються складніші фільтри, наприклад, LC індуктивно-ємнісні фільтри (рис.2.4.). Розрахунок LC – фільтру виконують виходячи з умов безперервності струму в дроселі. Вказаний режим досягається в тому випадку, якщо виконується умова:

 

,

після чого визначається величина ємності з умови:

У П-подібному фільтрі, що використовується у випрямлячах малої потужності, перша ланка починається з ємності, а потім включається Г-подібний LC (рис.2.5.) або RC фільтр (рис.2.6). Коефіцієнт фільтрація багатоланкового фільтру визначається добутком коефіцієнтів фільтрації окремих ланок:

де - коефіцієнт фільтрації З – фільтру;

     -  коефіцієнт фільтрації другої Г-подібної ланки.

     При відомих значеннях коефіцієнтів пульсацій на вході і на виході фільтру спочатку розраховують коефіцієнт фільтрації всього фільтру. Потім розраховується величина першої ємності С1 виходячи з того, коефіцієнт пульсацій на вході другої ланки повинен орієнтовно знаходитися в межах: . Після цього розраховують величину L дроселя або активний опір Rф другої ланки. Причому L визначають з умови безперервності струму в дроселі, а величину Rф вибирають з умови :

У багатоланкових фільтрах питання про вибір числа ланок треба вирішувати з економічної точки зору, щоб вартість фільтру була якнайменшою. Виходячи з цього,  при Кф50 доцільно застосовувати 2-ланкові фільтри, а при Кф220 – триланкові фільтри.

Контрольні питання

1.  Принцип роботи випрямляча.

2. Як визначається величина середнього значення випрямленої напруги?

3. Вольтамперна характеристика напівпровідникового діода.

4. Поясніть роботу мостового однофазного випрямляча.

5. Поясніть роботу і зобразіть форму напруги на навантаженні двопівперіодного випрямляча без фільтру.

6. Як визначається коефіцієнт пульсацій випрямленої напруги і від чого залежить його величина?

7. Поясніть роботу і зобразіть форму напруги на навантаженні двухполуперіодного випрямляча з і  індуктивно-ємнісним фільтром місткості.

8. Зобразіть схеми основних типів згладжуючих фільтрів.

9. Що називають зовнішньою характеристикою випрямляча і від чого залежить її вигляд (нахил)?

10. Як визначається вихідний опір випрямляча?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

77229. Параллельная реализация алгоритма ACO 69 KB
  В настоящее время биоинформатика также включает в себя теоретические методы и алгоритмы решения задач возникающих из анализа биологических данных.
77230. Интеграция мультимедиа решений с аппаратным ускорением для MID устройства 205 KB
  MID (mobile internet device) - это устройства, которые отвечают требованиям низкого энергопотребления, мобильности, а также предоставляющие обширные возможности для работы в сети. По сути MID - это компьютер по размеру не многим больше телефона...
77231. Создание среды разработки библиотек формул подсчета технико-экономических показателей теплоэлектростанций 443 KB
  В процессе создания новой системы для планирования расчёта и учёта технико-экономических показателей ТЭС возникла необходимость в модуле предоставляющем удобный пользовательский интерфейс и обладающим следующими возможностями: ввод перечня технико-экономических показателей ввод формул...
77232. Конечный мозг, его развитие, строение (отделы, полость, ее стенки, части, белое и серое вещество). Границы долей полушарий большого мозга. Артерии большого мозга 15.86 KB
  Границы долей полушарий большого мозга. Артерии большого мозга. Конечный мозг telencephlon является производным переднего мозгового пузыря и представлен двумя полушариями большого мозга hemispheri cerebrtes. Продольная щель мозга разделяет полушария между собой поперечная щель мозжечок от затылочных долей.
77233. Белое вещество полушарий большого мозга. Внутренняя капсула. Корково-ядерный пусть 16.34 KB
  Белое вещество полушарий большого мозга. Оно представлено многочисленными волокнами: Проекционные волокна представлены пучками афферентных и эфферентных волокон осуществляющих связи проекционных центров коры полушарий большого мозга с базальными ганглиями ядрами ствола головного мозга или ядрами спинного мозга. свода мозга fornix cerebri обеспечивают связь подкорковых центров обоняния c проекционным центром обоняния столбы свода тело свода спайка свода и бахромки гиппокампа Ассоциативные волокна соединяют различные участки коры в...
77234. Обонятельный мозг развивается из вентральной части конечного мозга и состоит из двух отделов: центрального и переферического 243.57 KB
  Рецептор переферические отростки биполярных клеток 1 нейроны в regio olfctori сллизистой полости носа. Центральные отростки биполярных клеток образуют nn. Аксоны митральных клеток проходят в составе обонятельного тракта и вблизи обонятельного треугольника распадаются на три пучка: Медиальный пучок Промежуточный пучок Латеральный пучок Через переднюю спайку мозга в обонятельный тракт противоположной стороны к митральным клеткам обонятельной луковицы. Образованы центральными отростками биполярных клеток расположенных в обонятельной области...
77235. Борозды и извилины лобной доли. Динамическая локализация функций в лобной доле 80.82 KB
  precentrlis inferiorчасто сливается с верхней в единую предцентральную борозду gyrus frontlis inferior Проекционные центры участки коры полушарий большого мозга представляющие собой корковую часть анлизатора имеющие непосредственную морфофункциональную связь через проводящие пути с подкорковыми центрами. Ассоциативные центры участки коры не имеющие непосредственной связи с подкорковыми центрами связанные временной двусторонней связью с проекционными центрами. Центры лобной доли.
77236. Борозды и извилины теменной и затылочной долей коры больший полушарий. Динамическая локализация функций 252.5 KB
  Теменная доля: Борозды: Постцентральная борозда Внутритеменная борозда Извилины: Постцентральная извилина Нижняя теменная долька состоит из надкраевой и угловой извилин Центры: Проекционный центр общей чувствительности g. postcentrlis Проекционный центр схемы тела s. intrprietlis Ассоциативный центр стереогнозии узнавания предметов на ощупь lobus prietlis superior Ассоциативный центр праксии целенаправленных отработанных движений g. suprmrginlis Ассоциативный центр лексии зрительный анализатор письменной...
77237. Борозды и извилины височной доли больших полушарий. Динамическая локализация 248.5 KB
  Височная доля: Борозды: Верхняя височная борозда Нижняя височная борозда Извилины: Верхняя височная извилина Средняя височная извилина Нижняя височная извилина Центры: Проекционный центр слуха ядро слухового анализатора g. temporlis superior Проекционный центр вкуса ядро вкусового анализатора prhippocmplis et incus Проекционный центр обоняния старый prhippocmplis et incus Проекционный центр висцероцепции нижняя треть постцентральной и предцентральной извилин Проекционный центр вестибулярных функций g....