27910

Исследование работы неуправляемых однофазных выпрямителей с помощью по «Electronics Workbench»

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Выпрямители служат для преобразования переменного напряжения питающей сети в постоянное. Основными компонентами выпрямителей служат вентили – элементы с явно выраженной нелинейной вольт-амперной характеристикой. В качестве таких элементов используют кремниевые диоды.

Русский

2014-10-17

311.5 KB

24 чел.

Исследование работы неуправляемых однофазных выпрямителей с помощью по «Electronics Workbench»

Цель работы: изучить принцип действия и основные характеристики неуправляемых однофазных выпрямителей, ознакомиться с принципом действия сглаживающих фильтров.

1. Теоретическая часть.

Выпрямители.

Выпрямители служат для преобразования переменного напряжения питающей сети в постоянное. Основными компонентами выпрямителей служат вентили – элементы с явно выраженной нелинейной вольт-амперной характеристикой. В качестве таких элементов используют кремниевые диоды.

Однополупериодный выпрямитель. 

Простейшим является однополупериодный выпрямитель (рис. 1.1.2). Напряжение и ток нагрузки имеют форму, показанную на рис. 1.1.3. Выходное напряжение меньше входного на величину падения напряжения на открытом диоде.



Рис. 1.1.2

Среднее значение выпрямленного напряжения:

.          (1.1.1)

Здесь  – действующее значение входного напряжения. С помощью формулы (1.1.1) по заданному значению напряжения  можно найти входное напряжение выпрямителя.

Максимальное обратное напряжение на диоде: 




Максимальный ток диода:

.



Рис. 1.1.3


Важным параметром выпрямителя является коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения, равный отношению максимального и среднего напряжений. Для однополупериодного выпрямителя коэффициент пульсаций


Выпрямленные напряжение и ток в схеме на рис. 1.1.2 имеют большой уровень пульсаций. Поэтому на практике такую схему применяют в маломощных устройствах в тех случаях, когда не требуется высокая степень сглаживания выпрямленного напряжения.

Двухполупериодные выпрямители.

Меньший уровень пульсаций выпрямленного напряжения можно получить в двухполупериодных выпрямителях. На рис. 1.1.4 показана схема выпрямителя с выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора.

 
Рис. 1.1.4

Во вторичной обмотке трансформатора индуцируются напряжения  и , имеющие противоположную полярность. Диоды проводят ток поочередно, каждый в течение полупериода. В положительный полупериод открыт диод VD1, а в отрицательный – диод VD2. Ток в нагрузке имеет одинаковое направление в оба полупериода, поэтому напряжение на нагрузке имеет форму, показанную на рис. 1.1.5. Выходное напряжение меньше входного на величину падения напряжения на диоде.


 
Рис. 1.1.5


В двухполупериодном выпрямителе постоянная составляющая тока и напряжения  увеличивается вдвое по сравнению с однополупериодной схемой:

;     .

Из последней формулы определим действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора:

.

Коэффициент пульсаций в данном случае значительно меньше, чем у однополупериодного выпрямителя:

.

Так как ток во вторичной обмотке трансформатора двухполупериодного выпрямителя  синусоидальный, а  не пульсирующий, он не содержит постоянной составляющей. Тепловые потери при этом  уменьшаются, что позволяет уменьшить габариты трансформатора.


Существенным недостатком схемы на рис. 1.1.4 является то, что к запертому диоду приложено обратное напряжение, равное удвоенной амплитуде напряжения одного плеча вторичной обмотки трансформатора:

.

Поэтому необходимо выбирать диоды с большим обратным напряжением. Более рационально используются диоды в мостовом выпрямителе (рис. 1.6).



Рис. 1.1.6

Эта схема имеет такие же значения среднего напряжения и коэффициента  пульсаций, что и схема выпрямителя с выводом от средней точки трансформатора. Ее преимущество в том, что обратное напряжения на диодах в два раза меньше. Кроме того, вторичная обмотка трансформатора содержит вдвое меньше витков, чем вторичная обмотка в схеме на рис.  1.1.4.

Сглаживающие фильтры

Рассмотренные схемы выпрямителей  имеют относительно большие значения коэффициента пульсаций. Между тем для питания электронной аппаратуры часто требуется выпрямленное напряжение с коэффициентом пульсаций, не превышающим нескольких процентов.   Для уменьшения пульсаций используют специальные  устройства – сглаживающие фильтры.

Простейшим является емкостный фильтр (С-фильтр). Рассмотрим его работу на примере однополупериодного выпрямителя (рис. 1.1.7).


Рис. 1.1.7

Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения и тока происходит за счет периодической зарядки конденсатора С  (когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора превышает напряжение на нагрузке) и последующей его разрядки на сопротивление нагрузки.

Временные диаграммы напряжений и токов выпрямителя  показаны на рис. 1.1.8. На интервале времени  диод открыт и конденсатор заряжается. На интервале   диод закрыт и конденсатор разряжается через сопротивление . Для уменьшения пульсаций емкость конденсатора должна быть большой, чтобы постоянная времени разряда  была намного больше периода выпрямленного напряжения.

 
Рис. 1.1.8

Как следует из рис. 1.1.8, диод открыт только на интервале . Чем короче этот интервал, тем больше амплитуда тока через диод.  Режим работы диода в схеме выпрямителя с фильтром оказывается достаточно тяжелым.

На практике используют и более сложные схемы сглаживающих фильтров, содержащих конденсаторы и индуктивные катушки. Они обеспечивают лучшее сглаживание. Основной недостаток таких фильтров – большие габариты и вес.

2. Этапы выполнения лабораторной работы.

Эксперимент 1: 

Исследование однополупериодного неуправляемого выпрямителя.

Сначала следует исследовать работу выпрямителя без емкостного фильтра, отключив его. На вход А осциллографа подается выходной сигнал, а на вход В - входной.

Зарисуйте полученные осциллограммы.

Измерьте максимальные входные и выходные напряжения. Устанавливая различные значения сопротивления нагрузки выпрямителя (резистор R1), снимите показания вольтметра и амперметра, занеся их в таблицу 2.1.

Постройте внешнюю характеристику однополупериодного выпрямителя, работающего без емкостного фильтра.

Затем подключите емкостный фильтр и снимите и постройте внешнюю характеристику выпрямителя аналогично ранее описанному.

Зарисуйте осциллограммы напряжений при двух различных значениях емкостей фильтрующего конденсатора.

Таблица 2.1 - Внешняя характеристика однополупериодного выпрямителя

Вычислите среднее значение входного напряжения для схемы без фильтра и с подключенным фильтром.

Эксперимент 2: 

Исследование двухполупериодного неуправляемого выпрямителя с отводом от средней точки трансформатора.

Сначала следует исследовать работу выпрямителя без индуктивного фильтра, отключив его с помощью выключателя. На вход А осциллографа подается выходной сигнал, а на вход В - входной.

Зарисуйте полученные осциллограммы.

Измерьте максимальные входные и выходные напряжения. Устанавливая различные значения сопротивления нагрузки выпрямителя (резистор R1), снимите показания мультиметра, работающего в режиме вольтметра, и амперметров, занеся их в таблицу 2.2. Амперметры А1 и А3 измеряют постоянную составляющую, а амперметр А2 - переменную. Сравните их показания.

Постройте внешнюю характеристику двухполупериодного выпрямителя, работающего без индуктивного фильтра.

Затем подключите индуктивный фильтр и снимите и постройте внешнюю характеристику выпрямителя аналогично ранее описанному.

Также зарисуйте осциллограммы напряжений при двух различных значениях фильтрующих индуктивностей.

Таблица 2.2 - Внешняя характеристика двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки трансформатора

Вычислите среднее значение входного напряжения для схемы без фильтра и с подключенным фильтром.

Список использованной литературы

Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. - М.: «Солон-Р», 1999.-506 с.

Панфилов Д.И., Иванов В.С., Чепурин И.Н. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Еlectronics Workbench: В 2 т./ Под общей ред. Д.И. Панфилова - Т.2: Электроника. - М.: ДОДЭКА,2000.-288с.

Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники: Учеб. пособие для студ. неэлектротехн. спец. средних спец. учеб. заведений. - М.: Высш. шк., 1998. - 752 с.

Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. - М.: Высш. шк., 1978.

Сайт: emkelektron.webnode.com


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4235. Капітал підприємства та його ефективне використання 564 KB
  Капітал підприємства та його ефективне використання. Виробництво як джерело підприємницького прибутку Виробництво та потреби Технологія виробництва та виробнича функція Ефективність виробництва Виробництво та потреби Виробництво...
4236. Економіка праці та соціально-трудові відносини 714.5 KB
  В умовах функціонування економіки України на ринкових засадах найбільш суттєві зміни відбуваються у сфері соціально-трудових відносин. Питання і проблеми, які тут виникають, надзвичайно гострі і складні, оскільки зачіпають інтереси всього насе...
4237. Значение медицинской генетики для общей патологии человека. Классификация болезней человека (генетические аспекты) 759 KB
  Значение медицинской генетики для общей патологии человека. Классификация болезней человека (генетические аспекты) Прогресс в развитии медицины и общества приводит к относительному возрастанию доли генетически обусловленной патологии в заболеваемости...
4238. Механіка електропривода. Електропривод з двигунами постійного струму 5.13 MB
  Основи електропривода Привод – це система пристроїв призначених для перетворення різних видів енергії на механічну, що використовується для приведення в рух виконавчого органа робочої машини. В залежності від виду первинної енергії розрізняють ...
4239. Експлуатація та обслуговування машин 3.52 MB
  У посібнику наведені основні положення Типової системи з технічного обслуговування та ремонту метало- та деревообробного обладнання – основного нормативного документа зі зберігання, транспортування, монтажу, підготовки до використання та викори...
4240. Економіка праці та соціально-трудові відносини. Конспект лекцій 1.64 MB
  Вступ Дисциплінна Економіка праці та соціально-трудові відносини є однією з основних фундаментальних дисциплін підготовки фахівців економічного профілю, яка дозволяє оволодіти теоретико-методологічними основами соціально-економічних відносин у сфе...
4241. Економіка праці і соціально-трудові відносини 413 KB
  Економіка праці і соціально-трудові відносини як предмет наукового дослідження і навчальна дисципліна Праця і соціально-трудові відносини як предмет наукового дослідження. Мета, об’єкт, предмет і завдання дисципліни. Методологі...
4242. Основи етики та естетики. Курс лекцій 116.5 KB
  Предмет етики. Особливості функціонування моралі Предмет етики. Етика, мораль і моральність. Сутність та походження моралі. Особливості функціонування моралі. Етичні категорії. Основні етичні проблеми сучасності. Предмет естетики. Основні категорії...
4243. Комплексный подход к управлению производительностью (эффективностью) производства 83 KB
  Комплексный подход к управлению производительностью (эффективностью) производства Комплексный (системный ) подход к производительности и эффективности производства. Влияние факторов внешней среды на производительность. Влияние внутренних переменных ...