Коэффициент пульсаций напряжений стремится уменьшить до

Цель и задачи работы.
Экспериментальное исследование основных характеристик
однофазных выпрямителей: однополупериодных, двухполупериодных
(с выводом средней точки трансформатора и мостового) и
сглаживающих фильтров.
Краткие сведения об объекте изучения.
Выпрямители
переменного
тока
предназначены
для
преобразования переменного тока в постоянный (пульсирующего
тока). Для выпрямителей используются приборы, которые обладают
односторонней проводимостью: диоды, транзисторы. Если ток
возникает только в одном из двух полупроводников переменного
напряжения, то такой выпрямитель называют однополупериодным.
При наличии тока в течение обоих полупериодов при поочередной
работе диодов выпрямитель называют двухполупнриодным.
Для однополупериодного достаточно включить один диод
последовательно с нагрузкой. В течение положительного полупериода
(от 0 до ) синусоидального напряжения U2 = U2Msin(t), то есть когда
на аноде положительный потенциал, диод открыт, и ток в цепи равен
IH = I2 = U2/RH. При полупериоде (от 0 до 2), когда на аноде
отрицательный потенциал, ток в чепи проходить не будет, так как
диод будет заперт.
Среднее значение напряжения на нагрузке Ud = 0.45U2.
Коэффициентом
пульсации
выпрямленного
напряжения
называют отношение амплитуды первой гармоники U1M к среднему
значению выпрямленного напряжения Kn = UM/Ud.
Широкое применение нашли двухполупериодные выпрямители,
наиболее распространен мостовой двухполупериодный выпрямитель.
В один из полупериодов напряжения сети U, когда вывод со вторичной
обмотки трансформатора имеет положительный потенциал по
отношению к выводу B, диоды VD2, VD3 открыты, а диоды VD1, VD4
закрыты. В другой полупериод, когда вывод A имеет отрицательный
потенциал по отношению к выводу B, диоды VD2, VD3 закрыты, а
диоды VD1, VD4 открыты. Ток через нагрузку проходит в одном
направлении в оба полупериода.
Среднее значение напряжений на нагрузке Ud = 0.9U2.
Коэффициент пульсаций напряжений стремится уменьшиться до
заданного уровня с помощью устройств, называемых сглаживающими
фильтрами. Основным параметром, характеризующим эффективность
действия
сглаживающего
фильтра,
является
коэффициент
сглаживания, равный отношению коэффициента пульсации на входе и
выходе фильтра. Емкостной фильтр включают параллельно
нагрузочному резистору, индуктивный фильтр - последовательно с
нагрузочным
резистором.
Если
требуется
более
высокий
коэффициент сглаживания, то прибегают к более сложным
сглаживающим фильтрам. К ним относятся Г - образные и П образные, LC - фильтры.
Описание лабораторной установки.
1. Лабораторная работа выполняется на универсальном стенде ЭВ4.
2.
На
панели
№5
расположена
схема
выпрямителей.
Однополупериодная схема получается при исходном положении
кнопок S1 и S2 (в не нажатом состоянии). Для сборки
двухполупериодной схемы с выводом средней точки трансформатора
необходимо нажать кнопку S2. Для сборки мостовой схемы
необходимо нажать, кнопку S1 и S2. Снятие внешней характеристики
без сглаживающего фильтра производится при нажатой кнопке S3 и
отжатых S4 и S5. Исследование выпрямителя с индуктивным
фильтром производится при отжатых кнопках S3, S4, S5. Включение Г
- образного фильтра производится нажатием кнопки S5. П - образный
С - фильтр устанавливается нажатием кнопок S4 и S5.
Режим холостого хода устанавливается с помощью кнопки S6.
3.Ток нагрузки Id в однополупериодном выпрямителе измеряется
амперметром магнитоэлектрической системы с пределом измерения
300 мА, в двухполупериодном - с пределом измерения 1А.
4.Напряжение на выходе выпрямителя Ud и напряжение на входе
выпрямителей измеряется цифровым вольтметром.
Порядок выполнения работы.
1. Собрать схему однополупериодного выпрямителя.
2. Снять внешние характеристики Ud = f(ld) выпрямителя: а) без
сглаживающего фильтра; б) с емкостным фильтром; в) с индуктивным
фильтром; г) Г - образным LC - фильтром; д) П - образным; изменяя
нагрузку от ld=0 до максимальной. Результаты измерений представить
в виде таблицы 1.
3. По данным таблицы 1. на одном графике изобразить внешние
характеристики
выпрямителей,
работающие
с
различными
фильтрами.
4. Подключить к нагрузочному резистору электроннолучевой
осциллограф. Для выпрямителя с емкостным и индуктивным
фильтром снять зависимости амплитуды пульсаций напряжения на
нагрузке Um от тока нагрузки. Результаты
представить в виде
таблицы 2.
5. По данным таблиц 1 и 2 рассчитать и изобразить на графике
зависимости коэффициента пульсаций входного напряжения
Кn = UM/Ud от тока нагрузки для выпрямителя с емкостным и
индуктивным фильтрами.
Таблица 1
Без фильтра Id, mA
Um, B
Емкостный Id, mA
фильтр
Um, B
Индуктивный Id, mA
фильтр
Um, B
Г-образный Id, mA
фильтр
Um, B
П-образный Id, mA
LC-фильтр Um, B
6. По осциллограммам выходного напряжения дать качественную
оценку влияния на амплитуду пульсаций: а) тока нагрузки для
выпрямителя с Г-образным LC-фильтром; б) количества реактивных
элементов в фильтре (С-фильтр, Г-образный LC-фильтр, П-образный
LC-фильтр) при заданном токе нагрузки.
7. Измерить напряжение на входе выпрямителя U2 и действующее
значение нагрузке Ud. Подсчитать отношение и сравнить его с
теоретическим значением.
Таблица 2
Емкостный
фильтр
Индуктивный
фильтр
Id, mA
Um, B
Id, mA
Um, B
8. Собрать схему двухполупериодного выпрямителя (с выводом
средней точки трансформатора или мостовой по указанию
преподавателя). Выполнить для двухполупериодного выпрямителя
пункты 2, 3, 4, 5, 6, 7 (рисунок).
Содержание отчета.
Отчет по лабораторной работе должен включать:
- схемы электрических цепей;
- таблицы с опытными данными;
- кривые зависимостей;
- выводы.
Контрольные вопросы.
1.
По
каким
основным
схемам
выполняются
однофазные
выпрямители? Дайте их сравнительную оценку.
2. Перечислите основные параметры выпрямительных диодов. По
каким параметрам производится выбор типа диодов для выпрямителя
с заданной характеристикой.
3.
Какие
типы
сглаживающих
фильтров
применяются
в
выпрямительных
устройствах?
Поясните
принцип
работы
индуктивного фильтра.
4. Поясните работу выпрямителя с емкостным фильтром.
5. Сравните соотношения входных и выходных величин различных
выпрямителей.
6. Назовите области применения выпрямителей.
Список рекомендуемой литературы.
1. В.Г. Герасимов. Основы промышленной электроники. - М.: Высш.
шк, 1986.-С. 224-243.
2. В.Г. Герасимов. Лабораторные работы по основам промышленной
электроники. -М.: Высш. шк., 1989.-С. 9-17.