Исследовать внешние характеристики и определить основные параметры однофазных выпрямителей

Красноярск 2007 г.

Цель работы: Исследовать внешние характеристики и определить основные параметры однофазных выпрямителей. Снять осциллограммы токов и напряжений выпрямителя определить степень их отличия от теоретических.

Оборудование и приборы: 1) Стенд «Маломощный блок питания ЭС1А/1»                                                   2) Осциллограф.

Домашнее задание

1.  Изобразим Двухполупериодную схему ( рис.1) и  схему удвоения          ( рис.2).

 

Рис.1

Рис.2

2.  Начертим временные диаграммы для токов и напряжений вентилей в двухполупериодной схеме, работающей на индуктивную нагрузку, а также тока вторичной обмотки и напряжения вентилей для схемы удвоения, работающей на емкостную нагрузку.                    

Двухполупериодная схема                                       Схема удвоения

3. Заполним таблицу:

Схема ( нагрузка активная )						Кп
Однополупериодная	0,45		π	π	3,1	1,57
Двухполупериодная	0,9			π	1,48	0,67
Мостовая	0,9	0,9			1,23	0,67

4.  Рассчитаем выпрямитель.

U_н = 20 B, I_H = 0.2 A, U₁ = 220 B, f = 50 Гц, C = 200 мкФ, схема удвоения.

Определим сопротивление нагрузки

 Ом

Выпрямленная мощность составляет

Вт

Выпрямленный ток, приходящийся на один вентиль, составляет

 А

Выбираем в качестве вентилей выпрямительный диод КД 106 А с параметрами: Еобр = 100 В, Iпр = 0,3 А, Uпр = 1 В, Iобр = 10 мкА Епор = 0,7 В.

Подсчитаем сопротивление вентиля

 Ом

Определяем ориентировочное значение активного и индуктивного сопротивления, приняв амплитуду магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора В_m = 1 Тл.

 Ом

 мГн

Определим значение параметров А и х

Используя значения А и х определим по графикам значения функций В(А, х) = 1,5, F(A, x) = 4, H(A, x, m) = 68000

Действующее значение ЭДС во вторичной обмотке трансформатора

Определим обратное напряжение, действующее на вентили

               

Определим VA трансформатора

VA_тр = 1,66 · Р₀ = 6,64 Вт

Найдем значение амплитуды тока вентилей

Найдем значение коэффициента пульсации на выходе фильтра источника

5.  Уравнение внешней характеристики выпрямителя:

Порядок выполнения работы

Соберем схему двухполупериодного выпрямителя, соответствующую домашнему заданию, подключим вольтметр параллельно нагрузке и снимем внешнюю характеристику, изменяя сопротивление, следовательно, и ток нагрузки.

Подключив на выход выпрямителя активное сопротивление, параллельно которому подключим осциллограф, получим осциллограммы выходного напряжения при активной нагрузке. Форма выходного напряжения выпрямителя не претерпевает искажений и изменяется по закону ׀sin(ω·t)׀. По этому же закону изменяется напряжение на вентилях и ток через них.

Изменив характер нагрузки на активно – емкостный, а затем изменяя емкости С1 и С2 получим осциллограммы выходного напряжения выпрямителя при емкостной нагрузке. Получившаяся RC – цепь изменяет форму выходного сигнала выпрямителя. В сигнале возрастает постоянная составляющая, переменная составляющая претерпевает искажения, обусловленные интегрированием цепи нагрузки. Напряжение в нагрузке численно равно напряжению на конденсаторе. С изменением емкости изменяется постоянная времени цепи, что так же сказывается на параметрах выходного напряжения. С увеличением емкости (С2) возрастает постоянная составляющая и снижаются пульсации, однако увеличение емкости ведет к увеличению ее токов, а следовательно возрастают токи через вентили, что отрицательно сказывается на их режиме работы.

Изменим характер нагрузки выпрямителя на активно – индуктивный и получим осциллограммы выходного напряжения выпрямителя. Введение индуктивности в нагрузку так же увеличивает значение постоянной составляющей и снижает пульсации выходного напряжения. Напряжение в нагрузке пропорционально току через индуктивный элемент. С увеличением индуктивности происходит снижение пульсаций выходного напряжения за счет возрастания постоянной времени цепи. Возрастание времени переходного процесса приводит к снижению влияния токов, возникающих при переключении вентилей, что благоприятно сказывается на их работе.

Соберем схему мостового выпрямителя, снимем его нагрузочную характеристику.

Режимы работы вентилей в мостовой схеме выпрямителя аналогичны режимам работы в двухполупериодной схеме с нулевым выводом. Отличие заключается лишь в обратном напряжении при  отрицательной полуволне. В мостовой схеме обратное напряжение в два раза больше, за счет сложения напряжений последовательно включенных вторичных катушек. Катушки включены согласно, следовательно, напряжения вторичных обмоток синфазны.

Определим внутреннее сопротивление выпрямителей при различной нагрузке.

Двухполупериодная схема в нулевым выводом

Мостовая схема

Выводы: В ходе выполнения лабораторной работы я изучил схемы широко применяемых выпрямителей, ознакомился с методикой расчета выпрямителя, произведя расчет мостовой схемы. Собрав схему выпрямителя, произвели измерения параметров выпрямителя. Используя измеренные значения, напряжения и тока нашли внутреннее сопротивление нагруженного выпрямителя. Подключив осциллограф к различным элементам схемы, мы пронаблюдали за временными функциями токов и напряжений на вентилях и выходного напряжения. Сравнив эти осциллограммы с теоретическими, можно сказать, что теоретическая часть достаточно точно описывает работу элементов схемы выпрямителя. Что подтверждается  на практике.