Исследование влияние схем выпрямления и фильтрации на соотношение токов в нагрузке и обмотках трансформаторов, страница 3

где m –  количество импульсов за период; f – частота сети Гц, С – емкость конденсатора

Получить небольшое значение коэффициента пульсаций напряжения на нагрузке k_п при ограниченной емкости конденсатора С можно лишь при большом сопротивлении нагрузки R_нг, то есть при небольших токах, вследствие чего емкостные фильтры применяются предпочтительно в маломощных схемах выпрямления.

Простейший индуктивный сглаживающий фильтр состоит из дросселя, включаемого последовательно с нагрузкой. В результате пульсаций выпрямленного тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, которая и сглаживает пульсации тока в цепи нагрузки, а, следовательно, и пульсации напряжения на ее зажимах. Коэффициент сглаживания пульсаций индуктивного фильтра:

.                                                                        (11)

Из (11) видно, что для получения достаточно большого коэффициента сглаживания необходимо увеличивать индуктивность дросселя L, либо использовать его при относительно небольшом значении .

Фильтр Г-образный (иначе − LC-фильтр) является компромиссным решением. Входным сопротивлением этого фильтра служит индуктивность, и при соблюдении условия  дроссель и конденсатор используются лучше, чем каждый из них в отдельности. При этом общее сопротивление цепи для переменной составляющей выпрямленого напряжения значительно уменьшается и поэтому увеличивается переменная составляющая выпрямленного тока, протекающего через дроссель, а значит, возрастает и падение напряжении на нем. Это приводит к уменьшению переменной составляющей напряжения на нагрузке по сравнению с ее значением  при раздельном включении конденсатора и дросселя. Коэффициент сглаживания LC-фильтра

                                                     (12)

Для исключения резонансных явлений необходимо, чтобы собственная частота фильтра была ниже частоты пульсаций, что выполняется, если

                                                                  (13)

При этом коэффициент сглаживания  k_c > 3.

Симметричная схема удвоения напряжения, как видно из таблицы, обеспечивает однополупериодный заряд двух конденсаторов, напряжение на которых складывается. Для данной схемы характерны большая разность между  и , а также очень мягкая нагрузочная характеристика  поэтому ее применение эффективно только при слаботочной нагрузке.

Описание установки

Установка выполнена в виде отдельного модуля, подключаемого к источнику питания БП3 и одному амперметру лабораторного стенда через разъем. В модуле имеются понижающий трансформатор, элементы фильтра (дроссель с насыщающимся и не насыщающимся сердечниками, конденсаторы с емкостью, различающейся в два раза), собраны различные схемы выпрямления и симметричная схема удвоения напряжения. Трансформатор и дроссель с практически линейной вольтамперной характеристикой выполнены с сердечниками из электротехнической стали, имеющей индукцию в колене кривой намагничивания Т. Насыщающийся дроссель выполнен на кольцевом пермалоевым сердечнике с индукцией насыщения В_s < 0.7Т.

Нагрузка схем обеспечивается резистором переменной величины (изменение дискретно осуществляется галетным выключателем). Параметры элементов представлены на лицевой панели модуля. Сборка исследуемой схемы производится с помощью галетных переключателей, установленных на лицевой панели модуля.

Для исследования постоянной составляющей и действующего значения токов в различных местах схемы (вторичной обметке трансформатора, после выпрямителя и в нагрузке) в модуль встроены два амперметра РА4 и РА5 магнитоэлектрической и электромагнитной систем соответственно (приборы используются без дополнительных выпрямителей). Включение этих приборов в различные участки схемы (на лицевой панели они помечены римскими цифрами I− III) также производится галетным переключателем. Измерение среднего по модулю значения тока в первичной обмотке трансформатора производится миллиамперметром РА1 стенда. Для осциллографирования формы тока в различных участках схемы предусмотрены штекерные гнезда, подключенные в резисторам малой величины сопротивления (измерительные резисторы на лицевой панели модуля между гнездами не указаны).

Задачи работы

1. Установить величину напряжения первичной обмотки трансформатора, при котором амплитуда магнитной индукции в сердечнике будет B_m= 1Т.

2. Выполнить наблюдения и произвести анализ формы тока в первичной обмотке трансформатора: 

–  в режиме холостого тока (без нагрузки);

–  в режиме максимальной нагрузки (минимальное сопротивление нагрузки) для трех схем выпрямления без фильтрации и с емкостным фильтром при любой величине емкости С.

Объяснить отличие формы тока от синусоидальной и акцентировать внимание на том, как это отражается на необходимой габаритной мощности трансформатора.