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

23 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

2048. Утримання та прибирання прилеглої території 16.56 KB
  Для здійснення контролю санітарно-екологічного стану навколишньої території за конкретним підприємством готельного господарства закріплюється певна площа.
2049. Основні прибиральні роботи в зимовий період 16.34 KB
  Щоденно прибирають бруд, сніг з доріжок, бордюрів, тротуарів і під'їзних автошляхів. Садівники прочищають доріжки у парках. У цей період необхідно періодично перевіряти стан багатолітніх насаджень.
2050. Основні прибиральні роботи навесні 16.41 KB
  Навесні прибирають сміття, що залишилось після остаточного танення снігу, проводять дрібний ремонт шляхів, тротуарів і доріжок. Особливої уваги потребують каналізаційні колодязі та місця з талою водою під час розтавання снігу.
2051. Основні прибиральні роботи в літній період 16.41 KB
  На початку літа клумби очищають від відцвілих рослин та прикрашають літніми сортами. Декоративні кущі періодично розчищають, підтримуючи задану форму.
2052. Основні прибиральні роботи в осінній період 16.45 KB
  Восени, крім щоденних прибиральних робіт, проводять підготовку до зимового періоду, прибирають осіннє листя, перекопують клумби, вдобрюють ґрунт.
2053. Прибиральні роботи 23.14 KB
  Висококваліфікований професійно підготовлений персонал, повноцінний інвентар, сучасні прибиральні матеріали, сучасні види прибиральних машин і механізмів. Важливим є правильний розподіл часу, що витрачається на прибиральні роботи.
2054. Поведінка обслуговуючого персоналу в підприємствах готельного типу 21.77 KB
  Для здійснення прибиральних робіт у приміщеннях житлових груп на підприємствах функціонують служби експлуатації номерного фонду. Найважливішою функцією цього підрозділу є підтримка необхідного рівня комфорту і санітарно-гігієнічного стану готельних номерів, а також приміщень загального користування
2055. Основы виброзащиты машин 316.5 KB
  Виброзащита - это совокупность методов и средств, уменьшающих вредное влияние вибраций. Создание виброзащитных устройств, позволяющих эффективно решать поставленные перед ними задачи при ограниченных массовых и геометрических характеристиках
2056. Изготовление колонн с помощью сварочных работ на заводе 597.86 KB
  Выбор и обоснование металла сварной конструкции. Выбор способа сварки и методов контроля качества сварных соединений. Расчет сварных швов, прикрепляющих планки к ветвям колонны. Энергосберегающие мероприятия при проектировании колонны.