Исследование однофазных выпрямителей синусоидального

Министерство образования и науки Российской Федерации
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НЕФТИ И ГАЗА имени И.М. ГУБКИНА
Кафедра теоретической электротехники и электрификации
нефтяной и газовой промышленности
И.А. МЕЛИК-ШАХНАЗАРОВА, Н.В.СИНИЦЫНА
Лабораторная работа №2.
Исследование однофазных выпрямителей
синусоидального напряжения.
Учебно-методическое пособие
для выполнения лабораторной работы по курсу «Электроника»
Москва
2014
УДК 621.3.011
Рецензент
А.В. Егоров – д.т.н., профессор кафедры теоретической электротехники и
электрификации нефтяной и газовой промышленности РГУ нефти и газа
имени И.М. Губкина
Мелик-Шахназарова И.А., Синицына Н.В.
Лабораторная работа «Исследование однофазных выпрямителей
синусоидального напряжения»: учебно-методическое пособие для
выполнения лабораторной работы по курсу «Электроника». – М.: РГУ
нефти и газа имени И.М.Губкина, 2014. – 17 с.
Пособие
содержит
универсальную
методику
проведения
экспериментальных исследований выпрямительных устройств с помощью
компьютерного моделирования в таких программных средах как Electronics
Workbench, LabVIEW, NI Multisim и др. Пособие также включает основные
теоретические положения, способствует формированию профессиональных
практических умений и выработке навыков самостоятельного освоения
дисциплины.
Соответствует Федеральным государственным образовательным
стандартам высшего профессионального образования для направлений
подготовки бакалавров 140400 «Электроэнергетика и электротехника при
изучении дисциплины базовой части профессионального цикла
«Электроника».
© Мелик-Шахназарова И.А., Синицына Н.В.
© Российский государственный университет
нефти и газа имени И.М. Губкина. 2014
2
1. Цель работы.
Исследование схем однофазных однополупериодного и двухполупериодного
выпрямителей,
анализ
влияния
различных
факторов
на
характеристики выпрямителей.
2. Основы теории.
Электрическая энергия подается к потребителям в виде трехфазного
или однофазного синусоидального напряжения. Однако для питания
различных электронных приборов необходимо постоянное напряжение
заданной
величины.
Для преобразования переменного
напряжения
питающей сети в постоянное чаще всего используются полупроводниковые
выпрямители.
Структурная схема однофазного выпрямительного устройства (рис.1)
состоит из трансформатора, выпрямительного блока, сглаживающего
фильтра и стабилизатора. Трансформатор (Тр) предназначен для изменения
уровня переменного напряжения и гальванической развязки выпрямителя и
питающей
сети.
Выпрямитель
преобразует
переменное
напряжение
синусоидальной формы в пульсирующее напряжение одной полярности.
Сглаживающий фильтр уменьшает пульсации на выходе выпрямителя.
Стабилизатор
поддерживает
выпрямленное
напряжение
на
заданном
фиксированном уровне при различных отклонениях на входе вторичного
источника питания.
В зависимости от условий работы и требований, предъявляемых к
выпрямительным устройствам, отдельные его блоки могут отсутствовать.
Тр
UВХ
Выпрями
тель
Фильтр
Стабилизатор
UВЫХ
RН
Рис.1. Структурная схема источника вторичного питания.
3
Для выпрямления однофазного переменного напряжения широко
применяются два типа выпрямителей: однополупериодный и двухполупериодный.
Однополупериодный выпрямитель (рис.2):
При рассмотрении работы выпрямителя примем, что диод идеальный,
т.е. его сопротивление в прямом направлении равно нулю, а в обратном
направлении бесконечно велико. В этом случае положительная волна
проходит в нагрузку без потерь, а отрицательная вся падает на диоде.
VD
а).
UВХ
б).
U2
iд=iн
RН
UН
U2
U2m
Т/2
3Т/2
t
uн
iн
uн
iн
𝑼ср =
𝑼𝒎
𝛑
t
Рис. 2. Схема (а), временные диаграммы напряжений и токов (б)
однополупериодного выпрямителя.
4
Разложим функцию выпрямленного однополупериодного напряжения
на нагрузке в ряд Фурье
2𝑈2m 1 π
1
1
( + ∙ cos ωt +
∙ cos 2ωt −
∙ cos 4ωt − … )
π
2 4
1∙3
3∙5
Выпрямленное напряжение характеризуют средним за период
𝑈н (𝑡) =
значением, которое может быть в общем случае определено по формуле
𝑈н.ср. =
1
2π
∫ 𝑓(𝑡)𝑑𝑡 ,
2π 0
что совпадает со значением нулевой гармоники разложения функции в ряд
Фурье. В данном случае
𝑈н.ср. =
или
𝑈2m 𝑈2 ∙ √2
=
≈ 0,45 ∙ 𝑈2
π
π
𝑈2 ≈ 2,22 ∙ 𝑈н.ср. ,
где 𝑈2 - действующее значение напряжения
Аналогично 𝐼н.ср. ≈ 0,45 ∙
Из
схемы
видно,
𝑈2
Rн.
что
= 0,45 ∙ 𝐼2
максимальное
или
𝐼2 ≈ 2,22 ∙ 𝐼н.ср.
обратное
напряжение,
приложенное к диоду, равно амплитудному значению входного напряжения.
𝑈обр.𝑚𝑎𝑥 = 𝑈2m = √2 ∙ 𝑈2
В случае, если не представляется возможным подобрать диод,
выдерживающий заданное обратное напряжение, можно использовать
диодную сборку, состоящую из последовательно включенных диодов. Это
позволит равномерно распределить обратное напряжение и не повлияет на
работу выпрямителя в прямом направлении.
Одним из основных параметров, характеризующих выпрямитель,
является коэффициент пульсаций:
𝑈 (1)
𝑞=
𝑈н.ср.
Значение 𝑈н.ср. и 𝑈 (1) могут быть определены из разложения в ряд
Фурье как «0» и «1» гармоники соответственно.
5
Таким образом, для однополупериодного выпрямителя
2𝑈2𝑚 ∙ π
π
4π
𝑞=
= = 1,57
2𝑈2𝑚
2
2π
Двухполупериодный мостовой выпрямитель (рис.3):
В этом случае при положительной полуволне входного напряжения
работает
цепочка
при
VD1-RН-VD3,а
отрицательной
-
VD2-RН-VD4.
Сопоставляя направление тока при разных полуволнах входного сигнала с
заданным направлением тока в нагрузке, можем утверждать, что форма тока
(напряжения)
на
нагрузке
соответствует
форме
двухполупериодного
выпрямления.
а).
VD4
VD1
iд=iн
UВХ
U2
VD3
б).
VD2
UН
RН
U2
U2m
Т/2
3Т/2
t
uн
iн
uн
iн
𝑼н.ср. =
VD1,
VD3
𝟐𝑼𝒎
𝝅
t
VD2,
VD4
Рис. 3. Схема (а), временные диаграммы напряжений и токов (б) мостового
выпрямителя.
6
Из разложения выходного сигнала в ряд Фурье получим
𝑈н =
2𝑈m 4𝑈2m
4𝑈2m
4𝑈2m
−
∙ cos 2ωt −
∙ cos 4ωt −
∙ cos 6ωt − …
π
3π
15π
35π
𝑈н.ср. ≈ 0,9 ∙ 𝑈2
или
𝑈2 ≈ 1,11 ∙ 𝑈н.ср. ,
где 𝑈2 - действующее значение напряжения на вторичной обмотке
трансформатора.
Заметим, что значение
𝑈н.ср. увеличилось вдвое по сравнению с
предыдущей схемой.
𝐼н.ср. ≈ 0,9 ∙
или
𝑈2
= 0,9 ∙ 𝐼2
R н.
𝐼2 ≈ 1,11 ∙ 𝐼н.ср.
Из схемы видно, что максимальное обратное напряжение приложенное
к запертому диоду равно, как и в предыдущей схеме, амплитудному
значению входного напряжения.
𝑈обр.𝑚𝑎𝑥 = 𝑈2m = √2 ∙ 𝑈2
Коэффициент пульсаций в данном случае:
4𝑈2𝑚
2
𝑞 = 3π = = 0,67
2𝑈2𝑚 3
π
Двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки
трансформатора (рис.4):
В данной
схеме благодаря
выбору включения
вторичной обмотки
трансформатора на диоды сигнал подается в противофазе. В первую
половину периода входного напряжения в точке «а» положительный
потенциал, диод VD1 открыт. В точке «в» в этом же промежутке времени
присутствует отрицательный потенциал и VD2 закрыт. В нагрузку проходит
положительная полуволна входного сигнала.
7
Во вторую половину периода диод VD1 – закрыт, а VD2 – открыт и в
нагрузку опять проходит положительная полуволна входного сигнала.
a
а).
VD1
* *
UВХ
iд=iн
RН
0
UН
*
b
VD2
б).
U2
U2m
Т/2
3Т/2
t
uн
iн
uн
iн
𝑼н.ср. =
𝟐𝑼𝟐𝒎
𝝅
t
VD1
VD2
Рис. 4. Схема (а), временные диаграммы напряжений и токов (б)
выпрямителя с выводом средней точки трансформатора.
В
результате
получаем
двухполупериодное
выпрямление,
коэффициент пульсации которого был получен ранее – q=0.67.
Достоинством
схемы
является
меньшее
количество
диодов.
Существенным недостатком является то, что к закрытому диоду приложено
обратное напряжение, равное удвоенной амплитуде напряжения одного
плеча вторичной обмотки трансформатора:
𝑈обр = 2𝑈2m
8
В данной схеме необходимо выбирать диоды с повышенным
допустимым обратным напряжением.
Ниже приведена таблица соотношений коэффициентов пульсаций для
схем выпрямителей.
Таблица 1.
Схема выпрямления
Однополупериодная
Двухполупериодная,
мостовая
Коэффициент пульсации q=
1,57
Двухполупериодная, с
выводом средней точки
трансформатора
Um (1)
Uср
0,67
0,67
Для уменьшения уровня пульсаций, а также для повышения среднего
значения выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя включается
сглаживающий фильтр. Простейшим вариантном фильтра является С-фильтр,
сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения в котором происходит
за счет периодической зарядки конденсатора С (когда напряжение на
вторичной обмотке трансформатора превышает напряжение на нагрузке) и
последующей его разрядки на сопротивление нагрузки.
Вывод коэффициента пульсаций выпрямительного устройства с Сфильтром (рис. 5а) опирается на подобие треугольников АВС и АКМ.
Исходя из предположений, что Uн.ср.≈ Uвх.max. и что напряжение на
конденсаторе
достигает
уровня
постоянной
составляющей
входного
напряжения за время, равное T/4, получаем
𝑞≈
1
4𝑓𝐶ф 𝑅н
Для однополупериодного выпрямителя, у которого частота основной
гармоники в два раза меньше, коэффициент пульсаций будет
𝑞≈
1
2𝑓𝐶ф 𝑅н
9
Как видно из формулы коэффициент пульсаций тем меньше, чем
больше Rн. Это видно из графика (рис. 5б). Чем больше τразряда = 𝑅н ∙ 𝐶ф , тем
ближе выходное напряжение к прямой линии.
Требуемый коэффициент пульсаций в источниках вторичного питания
не должен превышать 1-2%.
Эффективность
фильтра
может
быть
оценена
коэффициентом
сглаживания
𝐾сгл. ≈
𝑞вх.
𝑞вых.
где 𝑞вх. – коэффициент пульсаций схемы до включения фильтра
–
𝑞вых.
коэффициент
пульсаций
схемы
с
фильтром
𝐾сгл. ≈ 𝜔осн. ∙ 𝐶ф ∙ 𝑅н , где
𝜔осн. – частота основной гармоники выпрямленного напряжения
а).
Двухполупериодный
выпрямитель
Uвх.m
Uвх.m.
Uн.ср.
Rн. Uн.
Напряжение на выходе
выпрямителя без фильтра
Uн
б).
Cф.
UCф= Uн.
А
М
К
t
B T/4
C
𝛕разряда = 𝑹н ∙ 𝑪ф
Uн
в).
Uвх.m.
Uн.ср.
А
М
2Uнm
К
t
B T/4
C
𝛕разряда = 𝑹н ∙ 𝑪ф
Рис. 5. Схема и временные диаграммы, поясняющие работу
двухполупериодного выпрямителя.
10
Из графика (рис. 5в) видим, что выходное напряжение равное
напряжению на конденсаторе, имеет форму, близкую к синусоидальной с
размахом амплитуды 2Uнm . Подобное допущение имеет силу при значениях
𝑈н𝑚 ≪ 𝑈н.ср. .
Внешняя
зависимость
характеристика
𝑈н.ср. = 𝑓(𝐼н.ср. )
выпрямителя
существенно
(рис.6.),
зависит
от
то
есть
параметров
выпрямительного устройства.
За счет внутренних сопротивлений выпрямителя, к которым относятся
сопротивления трансформатора и неидеальных диодов, напряжение на
сопротивлении нагрузки уменьшается с ростом тока. Наклон характеристики
определяется величиной внутреннего сопротивления. Включение фильтра
увеличивает наклон внешней характеристики за счет повышения внутреннего
сопротивления выпрямительного устройства, но и повышает уровень
среднего значения выпрямленного напряжения в точке холостого хода
Uн.ср
.
Выпрямитель без фильтра
Выпрямитель с C- фильтром
Iн.ср.
0
Рис.6. Внешняя характеристика выпрямителя.
3. Примеры задач по теме лабораторной работы.
Задача №1.
Определить в однополупериодном выпрямителе амплитуду пульсаций на
нагрузочном резисторе Rн=1кОм и коэффициент пульсаций qвых., если
емкость конденсатора фильтра Cф=500мкФ, выпрямленное напряжение
Uн.ср.=15В и частота сети f=50Гц.
11
VD
UВХ
U2
Cф
RН =1 кОм
UН
Решение:
Так
как
частота
основной
гармоники
однополупериодного
выпрямителя равна частоте питающего напряжения, запишем
𝐾сгл. = 𝐶ф ∙ 2π𝑓 ∙ 𝑅н = 500 ∙ 10−6 ∙ 2 ∙ 50 ∙ 3,14 ∙ 1000 = 157
С другой стороны
𝐾сгл. =
𝑞вх.
𝑞вых.
причем qвх.=1,17 для данной схемы.
𝑞вых. =
𝑞вх.
1,57
=
= 0,01
𝐾сгл. 157
(1)
𝑞вых.
𝑈m
(1)
=
⇒ 𝑈m = 𝑞вых. ∙ 𝑈ср. = 0,01 ∙ 15 = 0,15 В
𝑈ср.
Задача №2.
Определить емкость конденсатора фильтра Cф в мостовом выпрямителе, если
выпрямленные напряжение Uн.ср.=12В и ток Iн.ср.=10мА, а коэффициент
пульсации qвых. не должен превышать 0,01. Частота питания сети 5кГц.
VD4
VD1
iн
UВХ
U2
VD3
VD2
Cф
UН
RН
Решение
Из средних выпрямленных значений напряжения и тока в нагрузке
(режим постоянного тока) определим Rн.
12
𝑅н =
Uн.ср.
12
=
= 1,2 кОм
𝐼н.ср.
10 ∙ 10−3
Коэффициент пульсации на выходе
𝑞вх.
𝑞вх.
𝑞вых. =
=
= 0,01
𝑞вых. ωосн. ∙ 𝑅н ∙ 𝐶ф
Для двухполупериодного выпрямителя
𝑞вх. = 0,67
ωосн. = 2 ∙ ω = 2 ∙ 2 ∙ 3,14 ∙ 5 ∙ 103 = 62,8 ∙ 103
Тогда
𝐶ф =
0,67
= 0,89 мкФ
62,8 ∙ 103 ∙ 1.2 ∙ 103 ∙ 0,01
Задача №3.
На вход выпрямителя подано напряжение 100В при частоте 1КГц. На
выходе выпрямителя параллельно включены ёмкостной фильтр C=5 мкФ и
нагрузка Rн=1кОм. Определить среднее выпрямленное значение выходного
напряжения Uн.ср. для двух случаев:
- выпрямитель однополупериодный
-выпрямитель двухполупериодный
Решение
1).Двухполупериодное выпрямление:
(1)
Из Δ АМК на рис. 5б приближенно определим 𝑈н
(1)
АК = 𝑈н
(1)
АК = 𝑈н =
= КМ ∙ tan α = КМ ∙
АВ Т 𝑈вх.𝑚
= ∙
ВС 4 𝑅н ∙ 𝐶ф
1
100√2
∙
= 5√2 = 7,1 В
1 ∙ 103 ∙ 4 1 ∙ 103 ∙ 5 ∙ 10−6
(1)
Из рисунка: 𝑈н.ср. = 𝑈вх.𝑚 − 𝑈н = 100√2 − 5√2 = 95√2=134 В
2).Однополупериодное выпрямление:
Отличие в расчетах заключается в допущении, что напряжение на
конденсаторе достигает значения 𝑈н.ср. за время равное Т/2. В результате
13
Т 𝑈вх.𝑚
1
100√2
(1)
𝑈н = ∙
=
∙
= 10√2
2 𝑅н ∙ 𝐶ф 1 ∙ 103 ∙ 2 1 ∙ 103 ∙ 5 ∙ 10−6
4. Домашнее задание.
4.1. Проработать литературу по данному разделу.
4.2. Подготовить бланк отчета, с перечнем пунктов лабораторного задания. К
каждому
пункту
начертить
электрическую
схему
для
проведения
исследований, таблицы для записей экспериментальных и расчетных данных.
4.3.Записать формулы для проведения расчетов.
4.4.Ответить на контрольные вопросы.
5. Методические указания к выполнению лабораторной работы.
5.1. Измерение несинусоидальных напряжений (токов)
Действующее значение несинусоидального напряжения (тока), как
известно из теории цепей несинусоидального тока, определяется по формуле
𝑈перем. = √𝑈 (0)2 + 𝑈 (1)2 + 𝑈 (2)2 + ⋯
При
работе
в
программной
среде
Electronics
Workbench
соответствующее измерение реализуется с помощью двух вольтметров, один
из которых измеряет только постоянную составляющую
Uпост. = U(0) ,
а второй – только переменную составляющую искомого напряжения (тока)
√𝑈 (1)2 + 𝑈 (2)2 + ⋯
Таким
образом,
действующее
значение
напряжения
определяемое по показаниям приборов, будет равно
2
2
𝑈 = √𝑈пост.
+ 𝑈перем.
5.2. Определение коэффициента пульсаций
14
(тока),
Численное значение коэффициента пульсаций 𝑞 =
𝑈 (1)
можно
𝑈н.ср.
определить по опытным данным двумя способами:
- по показаниям приборов
Этот расчет является приближенным, так как в расчете вместо первой
гармоники
несинусоидального
напряжения
присутствует
сумма
всех
несинусоидальных составляющих
𝑞≅
𝑈перем.
𝑈пост.
Полученная расчетная величина тем ближе к теоретической, чем
больше первая гармоника по сравнению остальными высшими гармониками
несинусоидального напряжения (тока).
- по данным анализатора гармоник
Для
получения
напряжения
по
составляющих
разложению
в
несинусоидального
ряд
Фурье
можно
выпрямленного
воспользоваться
анализатором из программы Electronics Workbench:
 Выбрать в функциях Analisis→Fourier (Фурье)
 Задать частоту основной гармоники в соответствии с заданием
например,50 Гц и количество отображаемых гармоник например,3.
15
Воспроизвести графическое изображение разложения в ряд Фурье
нажав simulate.
Output node – номер
контрольной точки
(узла), в которой
анализируется спектр
сигнала
Fundamental frequency
– основная частота
Number of garmonic –
количество гармоник
 Установить визирную линию с помощью нажатия кнопки toggle cursors
(переключить курсора):
-на нулевой частоте→для определения Uср.
-на частоте основной гармоники → для определения U(1)max
16
5.3. Снятие осциллограммы.
Двухканальный
осциллограф
необходим
регистрации формы напряжения на нагрузке.
для
наблюдения
и
Пример подключения
осциллографа показан на рисунке. Один канал отражает форму входного
напряжения, а второй – напряжения на нагрузке.
Для получения изображения на виртуальном осциллографе необходимо
выбрать масштаб напряжения по каналам и длительность развертки,
соответствующую частоте напряжения.
6. Лабораторное задание.
Таблица вариантов
№
1
2
варианта
Rн, кОм
1
4
Cф,мкФ
5
3
3
4
5
6
7
8
9
10
3
2
6
9
10
7
5
8
2
1
4
3
5
2
4
1
17
6.1. Исследование однополупериодного выпрямителя.
6.1.1. В предложенной программной среде собрать схему однополупериодного
выпрямителя без фильтра (ключ K1 – разомкнут) (рис 6).
VD
Iпост.
iд=iн
A
K1
UВХ
U2
Cф
Uпост.
RН
UН V1
Uперем
V.2
E1=100В,
f=5кГц
Рис. 6.Схема однополупериодного выпрямителя.
6.1.2. Подготовить схему к проведению эксперимента, для чего установить
параметры компонентов схемы:
- ЭДС источника напряжения: E1, В (в программной среде задается
действующее значение напряжения)
- частота: f, Гц
- сопротивление нагрузки: Rн (в соответствии с таблицей вариантов).
6.1.3. Подключить к соответствующим узлам схемы входы осциллографа для
наблюдения и регистрации формы напряжения на нагрузке.
6.1.4. Запустить программу моделирования процессов. Показания приборов
занести в таблицу №1. Снять осциллограмму входного напряжения и
напряжения на нагрузке.
6.1.5. Исследовать влияние емкостного фильтра на коэффициент пульсаций
выпрямительного устройства (рис.6, К1 — замкнут). Занести измеренные
значения в таблицу 1.1.
18
Таблица 1.1
Тип
Установлено
Измерено
выпрямителя:
одно-
Uвх,
f,
В
кГц
без фильтра
100
5
с С- фильтром
100
5
полупериодный
R,
Ом
Cф,
Uпост
Uперем
мкФ
Вычислено
Коэффици
ент
пульсации
q
Коэффициент
сглаживания
𝑲сгл. =
𝒒с ф.
=
∙ 𝟏𝟎𝟎%
𝒒без ф.
6.1.6. Изменяя сопротивление нагрузки RН провести измерения для
построения внешней характеристики выпрямителя Uср = f (Iср). Полученные
данные занести в таблицу 1.2.
Таблица 1.2.
Сопротивление
Схема
нагрузки
выпрямления
RН
Ом
100 Ом
500 Ом
1 кОм
5кОм
10кОм
Iн
без фильтра
Uн
Iн
с С- фильтром
Uн
6.2. Исследование двухполупериодного мостового выпрямителя.
6.2.1. В предложенной программной среде собрать схему
двухполупериодного мостового выпрямителя (рис 7, К1 — разомкнут):
6.2.2. Запустить программу моделирования процессов. Показания приборов
занести в таблицу 2.1. Снять осциллограмму входного напряжения и
напряжения на нагрузке.
19
6.2.3. Исследовать влияние емкостного фильтра на коэффициент пульсаций
выпрямительного устройства (рис.7, К1 — замкнут). Занести измеренные
значения в таблицу 2.1.
E1=100В,
f=5кГц
VD4
VD1
iд=iн
UВХ
Iпост.
А
U2
VD3
Uпост.
K1
VD2
UН
RН V1
Uперем.
V2
Рис.7. Схема исследования двухполупериодного выпрямителя.
Таблица 2.1.
Тип
Установлено
Измерено
выпрямителя:
Uпост.
двухUвх,
f,
В
кГц
без фильтра
100
5
с С- фильтром
100
5
полупериодный,
R,
Ом
Uперем
.
Cф,
мкФ
мостовой
6.2.4.
Вычислено
Изменяя сопротивление нагрузки RН
Коэффици
ент
пульсации
q
Коэффициент
сглаживания
𝑲сгл. =
𝒒с ф.
=
∙ 𝟏𝟎𝟎%
𝒒без ф.
провести измерения для
построения внешней характеристики выпрямителя Uср = f (Iср). Полученные
данные занести в таблицу 2.2.
20
Таблица 2.2
Сопротивление
Схема
нагрузки
выпрямления
RН
Ом
100 Ом
500 Ом
1 кОм
5кОм
10кОм
Iн
без фильтра
Uн
Iн
с С- фильтром
Uн
6.3. Исследование двухполупериодного выпрямителя с выводом средней
точки трансформатора.
6.3.1. В предложенной программной среде собрать схему двухполупериодного
выпрямителя с выводом средней точки (рис 8, К1 — разомкнут):
a VD1
K1
*
*
UН
Iпост.
RН
0
A
UВХ
E1=100В,
f=5кГц
V1
*
Uпост.
V2
b
iд=iн
Uперем.
VD2
Рис.8. Схема двухполупериодного выпрямителя с выводом средней точки
трансформатора.
21
6.3.2. Запустить программу моделирования процессов. Показания приборов
занести в таблицу 3.1. Снять осциллограмму входного напряжения и
напряжения на нагрузке.
6.3.3. Исследовать влияние емкостного фильтра на коэффициент пульсаций
выпрямительного устройства (рис.8, К1 — замкнут). Занести измеренные
значения в таблицу 3.1.
Таблица 3.1.
Тип
выпрямителя:
Установлено
Измерено
двухполупериодный,
с выводом
средней точки
трансформатора
f,
R, Cф,
Uвх,
Uпост. Uперем.
кГц
Ом
мкФ
В
без фильтра
100
5
с С- фильтром
100
5
Вычислено
Коэффициент
Коэффициент сглаживания
пульсации
𝑲сгл. =
𝒒с ф.
q
=
𝒒без ф.
∙ 𝟏𝟎𝟎%
6.3.4. Изменяя сопротивление нагрузки RН провести измерения для
построения внешней характеристики выпрямителя Uср = f (Iср). Полученные
данные занести в таблицу 3.2.
Таблица 3.2
Сопротивление
Схема
нагрузки
выпрямления
RН
Ом
100 Ом
Iн
без фильтра
Uн
Iн
с С- фильтром
Uн
22
500 Ом
1 кОм
5кОм
10кОм
7. Требования к оформлению отчета.
1. Отчет должен содержать осциллограммы входных и выходных
напряжений выпрямительного устройства (с фильтром и без фильтра)
для каждого из исследуемых выпрямителей
2. По результатам эксперимента определить коэффициенты пульсаций и
погрешность, вносимую методом измерений. Данные расчетов занести
в таблицы. Провести сравнительный анализ полученных результатов
расчетов.
3. По результатам измерений построить в одном масштабе ВАХ для
каждого исследуемого выпрямителя без фильтра и с C -фильтром на
одном графике.
8.Контрольные вопросы.
1.Какие преимущества имеют двухполупериодные выпрямители перед
однополупериодными?
2.Как определить коэффициент пульсаций выпрямителя?
3.Какие преимущества имеет мостовая схема по сравнению с выпрямителем
с выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора?
4.По каким параметрам выбирают диоды для выпрямителей?
5.Как влияет емкость сглаживающего конденсатора на амплитуду пульсаций
выпрямленного напряжения?
6.Как изменятся амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения и
коэффициент пульсаций, если частота напряжения сети увеличится в два
раза?
7.Назовите основные виды сглаживающих фильтров.
9.Литература
9.1. Бурбаева Н.В., Днепровская Т.С. Сборник задач по полупроводниковой
электронике- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004г.-167с.
9.2. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника- М.:
Высшая школа, 2008 г.-800с.
23
Мелик-Шахназарова Ирена Александровна,
Синицына Наталья Владимировна
ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ ПО КУРСУ
«ЭЛЕКТРОНИКА»
Подписано в печать 24.10.13. Формат 60х90/16.
Усл.п.л. 0,5. Гарнитура Таймс. Тираж 100 экз.
Заказ №
Издательский центр
РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина
119991, Москва, Ленинский просп., 65, корп.1
Тел/Факс. 8(499)233-95-44
24