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

28 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

77341. Язык программирования 0xfb.L 65.5 KB
  Близится выход С0x новой расширенной версии С которая может стать тем самым инструментом но стандарт С сам по себе очень сложен синтаксис система типов виртуальные методы не все компиляторы поддерживают все возможности поэтому расширение кажется спорным решением. Концепция является результатом развития идей метапрограммирования Lisp Nemerle и сводится к динамическому выстраиванию окружения состоящего из типов переменных и операторов во время компиляции. В процессе компиляции каждое выражение синтаксическая конструкция...
77342. МАНИПУЛЯТОРЫ ДЛЯ СИСТЕМ НАУЧНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ 244.5 KB
  И если для средств вывода уже есть такие мощные средства как системы типа Cve стерео очки стерео мониторы и шлемы виртуальной и расширенной реальности то в области средств ввода или манипуляторов таких решений очень мало и не имеют большого распространения. Нами была поставлена задача разработать интерфейс для работы с виртуальными объектами в котором бы учитывались достоинства и недостатки уже существующих манипуляторов и который был бы максимально прост и естественен в использовании. Обзор существующих решений Был проведён критический...
77343. Манипуляция объектами в системах компьютерной визуализации 38.5 KB
  Серьезной задачей в системах визуализации является обеспечение различных действий с визуальными объектами при работе с трехмерной графикой. Как правило, при реализации методов непосредственного манипулирования с визуальными объектами все операции проводятся в основном окне вывода
77344. Математическая и компьютерная модель стимуляции и использования радиочастотной энергии в почечных артериях на симпатические ганглии и пути 198.5 KB
  Электрод для деструкции симпатических ганглиев и путей. Метод деструкции симпатических ганглиев и проводящих путей Цель. Создать модель воздействия стимуляции и радиочастотной энергии на симпатические ганглии и проводящие пути для прогнозирования результата воздействия и сопоставления с клиническими данными для выработки оптимальной процедуры воздействия и достижения максимального успеха вмешательства Задачи Создать модель почечных артерии и ганглиев и проводящих путей вокруг них Создать модель связи между различными режимами...
77345. Методы манипуляций объектами в трёхмерных визуальных средах 220.5 KB
  Использование средств трехмерной графики в том числе базирующихся на средах виртуальной реальности естественно влечёт поиск новых трехмерны средств ввода и построения на их базе новых систем человеко-компьютерного взаимодействия. Вместе с тем возникают проблемы с применением сложных систем ввода в средах визуализации. Причем сложности возникают как с эксплуатацией и непосредственным использованием техники так и с диалоговыми языками ввода и взаимодействия. Наша цель состоит в разработке простых средств ввода в системах...
77346. МЕТОДЫ РАСПРЕДЕЛЁННЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИ ПОТОКА ДАННЫХ. ПРОТОТИП СИСТЕМЫ 21.5 KB
  Ему необходимо заботиться о распределении вычислительных задач синхронизации обмене данными и так далее. С другой стороны создаются среды для решения определённых классов задач в основном это касается задач для которых применим параллелизм по данным. Методика базируется на понятиях хранилища задач и правил. Задачей называется программа которая во время исполнения считывает данные с определёнными именами из хранилища и в результате своего исполнения формирует новые данные которые записываются в хранилище.