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

25263. Проблема класифікації релігій. Огляд різноманітних типологій релігії 28.5 KB
  Огляд різноманітних типологій релігії Більшість дослідників прагне розподілити релігії за певними критеріями але потрібно відкинути нормативні класифікації розподіл на релігію істинну свою і релігію хибну інших. 3 групи: 1 релігії арійських народів індоєвропейські народи; 2 релігії семітських народів семітськохамітська мовна група; 3 релігії туранських народів народи Уралу і Алтаю. Три релігії природи: чаклунство; брахманізм і буддизм; стадія переходу до релігії свободи зороастризм єгипетська і фінікійська релігії; 2...
25264. Проблема сутності християнства: огляд різноманітних точок зору. Ідейні передумови появи християнства 30 KB
  Проблема сутності християнства: огляд різноманітних точок зору. Ідейні передумови появи християнства Афанасій Великий: Слово про втілене слово і сповідання віри про втіленого Бога дало стійкість християнству це ортодоксальна точка зору. Іша точка зору: Євангеліє формується під грецьким впливом і долає іудаїзм; ІІга точка зору: Євангеліє це є продовження іудаїзму іудаїзм єдина основа християнства. Це однією точкою зору є бачення смислу християнства у етичному вченні Ісуса Христа.
25265. Утвердження християнства в Київській Русі. Володимирова версія хрещення Русі: аргументи „за” і „проти” 30 KB
  Утвердження християнства в Київській Русі. Володимирова версія хрещення Русі: аргументи за і проти Ідеї християнства на територію Східної Європи почали проникати ще за римських часів про що свідчать матеріали археологічних памяток Кримського півострова. На Русі знайомство з новою вірою відбулося у ІХ ст. Процес впровадження православя на Русі був дуже довгим і не однозначним.
25266. Українське православя: його витоки та особливості історичного розвитку. Православний рух в Україні 90-х рр. XX ст.-початку XXI ст 30 KB
  УАПЦ 1990 незалежна УПЦ Друга половина XVI ст. Філарет веде політику щоб УПЦ отримала автокефалію травень 1992 р. в Харкові Собор єпископів Російської православної церкви на якому Філарет був усунений з кафедри предстоятеля УПЦ. утворення Української православної церкви Київського патріархату злиття УПАЦ і тих хто підтримував Філарета від УПЦ.
25267. Містицизм в рел іст людства. Особливості міст сприйняття. Заг хар христ містики 24 KB
  як правило супроводжує періоди сусп криз: занепад Рим імперії неоплатонізмтворцем світу є надчуттєве абстрактне єдине що може бути сприйняте людиною лише в екмтазі гностицизмматерія гріховне і зле начало що протистоїть духовному непізнаваному первоначалу; кін сер віків суфізмпізнання Бога шляхом особливих танців або постійного повторення молитв кабалавтручання в божественні процеси за допомогою спец ритуалів молитв ісихазмчерез містичне споглядання у чернецтві можна досяг вищий ступінь пізнання запереч пізн Бога за...
25268. Проблеми християнської антропології 33.5 KB
  Видима частина тіло плоть; невидима душа дух психічне те що існує у формі почуттів уявлень думок. 2 частини у Л: душа і тіло. Дух душа тіло. Ідея про тіло як необхідний орган знаряддя душі.
25269. Особливості розвитку православної філософії і богослов'я в ХІХ-ХХ століттях 34.5 KB
  Щербацький велику увагу приділяли проблемам пізнання істини суті пізнання. Концепція пізнання себе: âПізнай себеâ. Пізнання це наближення до Бога шляхом пізнання себе. Теорія пізнання Сковороди безпосередньо пов'язана з його вченням про три світи і дві натури вона є двоїстою: з одного боку Г.
25270. Християнський неноплатонізм. Корпус ареопагітиків 28 KB
  Корпус ареопагітиків включає 4 трактати: Про небесну ієрархію Про церковну ієрархію і Про божественні імена Таємниче богословя і 10 послань в них розкривається доктрина вища точка християнського неоплатонізму. Автор повязав онтологію неоплатонізму з соціальною проблематикою; доктрина про церковну ієрархію безпосередньо підстроюється до доктрини небесних ієрархій. При цьому на відміну від мітичного історизму Августину Церква як град Божий образ церкви як ідеальна людська спільнота що знаходиться у згоді з...
25271. Римська («зовнішня» людина) і грецька («внутрішня» людина) гілки окцидентальної філософії Середньовіччя 29 KB
  Західноєвроп суспільства формуються як суспільства ієрархизованімайстер підмайстер иежу перейти дуже важко; васал мого васала не мій васал король не може впливати на васала свого васала. Світська і духовна ієрархія кардинал і король король не може впливати на васала папи.