ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Федерального государственного бюджетного
образовательного учреждения
высшего образования
«Уральский государственный университет путей сообщения»
Кафедра: «Электрические машины»
Лабораторная работа №3
Выполнили: студенты
Проверил:
группы СОа-415
Сисин В.А
Кабанюк М. В.
Харитонова Я. А.
Екатеринбург
2018
Цель работы: исследовать влияние сглаживающего фильтра на
характер выпрямленного напряжения; снять внешнюю характеристику
выпрямителя с учетом фильтра; оценить влияние активного сопротивления
нагрузки на сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения; рассчитать
коэффициенты пульсации, фильтрации и сглаживания; провести сравнение
рассмотренных вариантов фильтров и сделать выводы.
Задание 1. Исследовать работу сглаживающих фильтров(RC, LC и Побразный LC).
Рисунок 1-Сглаживающий RC-фильтр
Проведем осциллографическое исследование на входе и выходе
фильтра для одного значения нагрузки( положение 5).
Рисунок 2-Осциллограмма на входе RC-фильтра
2
Рисунок 3-Осциллограмма на выходе RC-фильтра
Измерим значение напряжения (U0
вых)
и тока (I0
вых)
на выходе и
значение напряжения (U0 вх) на входе. Результаты измерений занесены в
табл.1.
Рисунок 4-Сглаживающий LC-фильтр
Проведем осциллографическое исследование на входе и выходе
фильтра для одного значения нагрузки ( положение 5).
Рисунок 5- Осциллограмма на входе LC-фильтра
3
Рисунок 6- Осциллограмма на выходе LC-фильтра
Измерим значение напряжения (U0
вых)
и тока (I0
вых)
на выходе и
значение напряжения (U0 вх) на входе. Результаты измерений занесены в
табл.1.
Рисунок 7-Сглаживающий П-образный фильтр LC
Рисунок 8- Осциллограмма на входе П-образного LC-фильтра
4
Рисунок 9- Осциллограмма на выходе П-образного LC-фильтра
Измерим значение напряжения (U0
вых)
и тока (I0
вых)
на выходе и
значение напряжения (U0 вх) на входе. Результаты измерений занесены в
табл.1.
Таблица1-Измеряемые величины
Схема исследуемого
фильтра
Положение тумблеров
Uог,В
U0вых,В
Измерения
I0вых,А
U0вх,В
Кпвых
Расчеты
Кфэксп
Кфрасч
RC
LC
S1↑S4↑S5↑S8↑ S1↓S5↑S8↑
0,73
0,93
18
29
0,02
0,03
25
28
0,04
0,032
16,75
20,937
43,77
28,57
П-образный LC
S2↑S1↓S5↑S8↑
0,5
34
0,039
33
0,015
45,56
55,26
С помощью ABCD-параметров рассчитаем Кфрасч для RC-Фильтра:
Составим систему уравнений:
U = A ∗ Uвых + B ∗ Iвых
{ вх
Iвх = C ∗ Uвых + D ∗ Iвых
Разобьем один четырехполюсник на два, и вычислим ABCD-параметры
для каждого.
1 z 1 300
Z1
0 1 0 1
0
1 0 1
Z2
1 / z 1 0,138 1
5
Чтобы найти параметры большого четырехполюсника перемножим Z1 и
Z2.
1 300 1 0 42.4 300
0 1 0.138 1 0.138 1
Найдем Iвых по формуле:
Iвых =
Uвых
18
=
= 0,082 (A)
Rн
220
Рассчитаем Uвх подставив в первую формулу системы:
Uвх = A ∗ Uвых + B ∗ Iвых = 42,4 ∗ 18 + 300 ∗ 0,082 = 787,8 (В)
Рассчитаем Кфрасч:
Кфрас =
Uвх
787,8
=
= 43,77
Uвых
18
Коэффициент дл LC-фильтра рассчитывается аналогично.
С помощью ABCD-параметров рассчитаем Кфрасч для П-образного
LC-Фильтра:
Составим систему уравнений:
U = A ∗ Uвых + B ∗ Iвых
{ вх
Iвх = C ∗ Uвых + D ∗ Iвых
Разобьем один четырехполюсник на три, и вычислим ABCD-параметры
для каждого.
1 z 1 193,424
Z2
1
0 1 0
0
1 0 1
Z1 Z 3
1 / z 1 0,138 1
Чтобы найти параметры большого четырехполюсника перемножим Z1
и Z2, Z3.
1 193.424 1 0 1 0 54.385 193.424
1 0.138 1 0.138 1 0.276
1
0
Найдем Iвых по формуле:
6
Iвых =
Uвых
34
=
= 0,154 (A)
Rн
220
Рассчитаем Uвх подставив в первую формулу системы:
Uвх = A ∗ Uвых + B ∗ Iвых = 54,385 ∗ 34 + 193,424 ∗ 0,154 = 1878,88 (В)
Рассчитаем Кфрасч:
Кфрас =
Uвх
1878,88
=
= 55,26
Uвых
34
Снять внешнюю характеристику выпрямителя с учетом фильтров U0 =
f(I0), зависимость коэффициента пульсации от сопротивления нагрузки Кп =
f(Rн), зависимость коэффициента фильтрации от сопротивления нагрузки Кф
= f(Rн).
Таблица 2-Измеряемые величины для П-образного LC-фильтра
Положение
Б10S
1
5
7
9
10
11
12
1000
220
150
100
51
37
25
U0вх,В
38
34
34
30
28
25
20
U0вых,В
35
33
34
31
28
25
18
0,01
0,039
0,066
0,15
0,25
0,41
0,5
0,1
0,5
0,74
0,92
1,05
1,31
1,51
0,002857 0,015152 0,021765 0,029677
0,0375
Величина
Rн,Ом
I0вых,А
Uог,В
Кпвых
Кфэксп
234,5
0,0524 0,083889
44,22 30,78378 22,57609 17,86667 12,78626 7,986755
7
U040
35
30
25
20
П-обрз
15
10
5
I0
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Рисунок 10- внешняя характеристика выпрямителя с учетом фильтров U0 =
f(I0)
Кп0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
П-обр
0,03
0,02
Rн
0,01
0
0
200
400
600
800
1000
1200
Рисунок 11- зависимость коэффициента пульсации от сопротивления
нагрузки
8
250
Кф
200
150
П-обр
100
50
Rн
0
0
200
400
600
800
1000
1200
Рисунок 12- зависимость коэффициента фильтрации от сопротивления
нагрузки
9
Вывод: В ходе данной лабораторной работы мы исследовали влияние
сглаживающих фильтров на выпрямитель и выяснили, что RC-фильтр лучше
использовать при малых токах, т.к с его увеличением будет увеличиваться и
пульсация напряжения. LC-фильтр лучше использовать при большой
мощности нагрузки т.к с уменьшением сопротивления коэффициент
пульсации увеличивается, а коэффициент фильтрации уменьшается.
10
