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

25 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

8359. Влияние иностранных инвестиций на экономику Китая 124 KB
  Влияние иностранных инвестиций на экономику Китая Введение Процессы, происходящие в экономике Китая, на протяжении нескольких последних десятилетий привлекают к себе внимание специалистов и широкой мировой общественности. Достижения, демонстрируемые...
8360. История Китая 168.5 KB
  КИТАЙ По истории Китая вы помните, что в Китае сменялись разные династии. Для истории Китая характерна определенная цикличность. Приходит к власти новая династия, проводит реформы, все идет хорошо, процветание. А потом наступает упадок, и смена дина...
8361. Китайские церемонии или радостно встречая 18-ый съезд КПК 47.5 KB
  Китайские церемонии или радостно встречая 18-ый съезд КПК Связка трех сил внутри китайского руководства Учение Маркса (марксизм-ленинизм - идеи Мао Цзэдуна) было всесильным и верным в период индустриального общества борьбы труда и капитала. Теперь ж...
8362. Китай. Экономическое и политическое развитие КНР 707 KB
  План. Введение Экономико- и политико-географическое положение. Особенности исторического развития. Природно-ресурсные предпосылки для развития экономики. Земельные ресурсы. Минеральные ресурсы. Топливные ПИ...
8363. Средневековая китайско-конфуцианская цивилизация 286 KB
  Средневековая китайско-конфуцианская цивилизация I. Формирование основ средневекового китайского общества и государства: II в. до н.э. - VI в. н.э. Период Хань: конец II в. до н.э. - III в. н.э. Период Троецарствия: 220 гг....
8364. Китай Економіко-географічна характеристика країни 114 KB
  Китай Економіко-географічна характеристика країни. Площа - 9,6 млн км,2. Населення - 1,2 млрд чоловік. Столиця - Пекін. Китай - країна, історія державності якої сягає кількох тисячоліть Її зробив вагомий внесок у матеріальну та духовну культуру людс...
8365. Удивительный Китай 172.08 KB
  Удивительный Китай Китай - это не только другая страна, это другая планета, на которой обитают существа совершенно другой расы, мотивы слов и поступков которых подчиняются железно многотысячелетней логике, для обычного человека не имеющей разумного ...
8366. Демографический кризис в Китае и проблемы связанные с ним 32.41 KB
  Введение. Весь мир взволнован проблемами постоянно растущей численности населения Китая. Приводятся все новые факты, подтверждающие реальность китайской демографической угрозы. Огромное население придает всем проблемам в Китае масштабность, глубину...
8367. Заметки о китайском социализме 88 KB
  Заметки о китайском социализме. Опыт Китая позволяет понять, что необходимо сделать для строительства эффективного социалистического общества XXI века. Понятно, что это будет общество, отличающееся от социализма, обоснованного в других условиях К. М...