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

6 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

66990. Морально-етична година 64.5 KB
  Обладнання: на дошці записана тема заняття прихована паперовою смужкою; оформлені висловлювання про добро: Раз добром нагріте серце вік не охолоне.Шевченко Добра людина із доброї скарбниці серця добре виносить а лиха із лихої виносить лихе. Життя таке коротке: поспішайте робити добро.
66991. Ми прийшли у цей світ, щоб творити добро 101.5 KB
  Допомогти учням зрозуміти зміст людського життя визначити своє місце в ньому навчити відрізняти добро від зла; сприяти вихованню в них людяності чесності працьовитості відповідальності любові до людей до рідної землі. На фоні музики читець декламує духовні заповіді Матері Терези Життя це можливість...
66992. «НЕМАЄ ВИЩОЇ СВЯТИНІ НІЖ ЧИСТЕ СЯЙВО ДОБРОТИ» 61.5 KB
  Людяність, милосердя, добро. Такі знайомі нам ці слова. Все частіше ми говоримо про них, а чи кожна людина відкрита для добра? Чомусь сьогдні наше суспільство заражене вірусом егоїзму, зла і жорстокості. Зачерствілі людські серця заросли ряскою байдужості до чужого горя, чужої біди, яких у нашому житті дуже багато.
66994. Про доброту і милосердя 310 KB
  Хто ж винен у ситуації до якої потрапив вовк Чи викликає у вас симпатію герой байки Чому Як можна допомогти вовкові 2. Як це не кайся Яку частину прислівя можна сказати саме вовкові ІІІ. Що можна віднести до милосердя А що ви вважаєте немилосердним ІІІ група Будь привітним.
66995. Доля, що дарує Надію 33.5 KB
  Одного разу Ніна Михайлівна їхала в поїзді і раптом почула по радіо повідомлення що пасажирці цього поїзду терміново потрібна донорська кров. Був випадок коли після забору крові прийшов вагон з мукою і Ніна Михайлівна пішла його розвантажувати. Ніна Михайлівна дістає із шухляди скриньку з паперами.
66996. Урок обучения грамоте 38 KB
  Формировать умение выделять эти звуки в речи. Ой что за звуки мы слышим сейчас Звучат голоса курицы и петуха гусей. Ребята что за интересные звуки сейчас прозвучали в нашем классе Какую песенку пропел петух Какие знакомые нам звуки вы услышали в пении петуха Запишите какими буквами они обозначаются.
66997. Письмо строчной буквы -з-, слогов и слов с ней 38.5 KB
  Цель: учить писать строчную букву –з-, соединять с другими буквами; развивать фонематический слух; познавательные возможности, тактильную память, умения анализировать, сравнивать; воспитывать самостоятельность, любовь к животным. Оборудование: оформление игровых моментов.
66998. Письмо великої букви Е. Підготовчі графічні вправи. Написання складів, слів та речень 119 KB
  Як назвати одним словом їх усіх Квіти Які квіти згадуються у віршику Які інші квіти ви знаєте Назвіть свою найулюбленішу квітку. Де ростуть ці квіти А чи можемо ми їх зараз побачити Чому Я вам пропоную поглянути на дошку. У назвах яких квітів є звук...