РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра теоретической электротехники и электрификации нефтяной и газовой промышленности
Выполнил: Исакгаджиев Г.Р.
студент группы ХТ–06–3
Преподаватель: Федоришин В.В.
Москва
2008
Объект исследования - простейшие схемы выпрямления, собранные на
специальной панели универсального лабораторного стенда.
Мнемосхема всех элементов устройства представлена на рис.1.
Задачи исследования:
А. Собрать схему однополупериодного выпрямления.
Для этой схемы:
1) наблюдать и зафиксировать временные диаграммы напряжения на нагрузке Rн = const
а) без фильтра,
б) с фильтром С2,
в) с фильтром LC2;
2) определить коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения для этих случаев;
3) измерить и построить внешние характеристики источника выпрямленного напряжения, т.е. двухполюсника cd(см.рис.1)
а) без фильтра,
б) с фильтром C2,
в) с фильтром LC2.
Б. Собрать схему двухполупериодного выпрямления.
Для этой схемы:
1) определить коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения
а) без фильтра,
б) с фильтром C2;
2) измерить и построить внешние характеристики этого источника напряжения
а) без фильтра,
б) с фильтром C2 .
Порядок проведения исследований:
1. Изучить теоретические основы и методику решения задачи А.
2. Решить задачу А.
3. Составить план и программу действий по решению задачи Б.
4. Решить задачу Б.
5. Составить отчет о проведенных исследованиях.
Основы теории и методика исследования схем однополупериодного выпрямления
1. Принцип действия схемы выпрямления:
Схемы выпрямления создаются для преобразования переменного напряжения (тока) в постоянное напряжение (ток). Простейшая схема выпрямления имеет вид, представленный на рис.2:
Здесь Д-диод-нелинейный элемент, обладающий вольтамперной характеристикой, представленной на рис.2б. Этот элемент при одной полярности напряжения на его зажимах (прямое включение - Uпр, Iпр) эквивалентен резистору с малым сопротивлением, т.е. Rg<<Rн , а при другой полярности(обратное включение Uобр, Iобр) - сопротивление этого элемента (диода) Rg>>Rн т.е. очень велико. Часто диод при обратном включении рассматривают, как разрыв цепи.
Допустим, что U2(выходное напряжение трансформатора) изменяется по синусоидальному закону (U2=U2m*sin(wt)), тогда рассмотрим электрическое состояние в схеме рис.2. для разных полупериодов этого напряжения (рис.3.):
Вследствие различия сопротивления Rg диода в разные полупериоды напряжения U2 временная диаграмма напряжения Uн на нагрузке является несинусоидальной – говорят, получается однополупериодное выпрямление.
Несинусоидальная функция – Uн(t) – может быть представлена суммой синусоидальных составляющих с различными амплитудами, частотами и начальными фазами. Такое представление можно выполнить, разлагая данную функцию в ряд Фурье.
Разложение в ряд Фурье, т.е. отыскание значений гармонических и постоянной составляющих разложения данной функции, может быть выполнено: либо по готовым формулам, имеющимся в литературе для ряда часто встречающихся функций, либо по специальным алгоритмам численного анализа.
Так, для функции однополупериодного выпрямления (рис.4.) ряд ФУРЬЕ имеет вид:
Мы видим, что напряжение на нагрузке выпрямителя, т.е. Uн , имеет:
а) постоянную
составляющую или среднее значение, равную : 
б) первую (или основную) гармонику – синусоидальную составляющую с частотой W :
в) высшие гармоники-синусоидаьные составляющие с частотами, кратными основной частоте.
Таким образом, на нагрузке Rн образуется напряжение, пульсирующее относительно некоторого постоянного (среднего) значения, т.е. это напряжение одновременно является и постоянным и переменным.
Непостоянность этого напряжения характеризуют коэффициентом пульсаций p=Uнm/Uнср , т.е. отношением амплитуды первой гармоники в разложении Фурье для данной функции к ее среднему значению. В случае однополупериодного выпрямления получим:
2. Сглаживание пульсирующих напряжений.
Для того, чтобы напряжение на нагрузке Rн было менее пульсирующим, применяют сглаживающие фильтры.
Если параллельно резистору нагрузки Rн подключить конденсатор Сф (см.рис.5), то изменится временная диаграмма напряжения Uн(t)
Если считать, что при t=0 Uc=0 , то при увеличении U2 в интервале от t=0 до t=t1, диод Д открыт и происходит заряд Cф по известному закону:
Если в схеме рис.5а. Rg=0 и Rтр(сопротивление вторичной обмотки трансформатора ТР) =0, то и Uc=U2
В момент t=t1 конденсатор зарядится до напряжения U2m и при дальнейшем изменении U2(t) окажется, что Uc>U2 .
При этом диод Д будет заперт и начнется разряд конденсатора на резистор Rн по следующей формуле:
т.е. разряд
конденсатора осуществляется по экспоненте с постоянной времени 
.
Разряд конденсатора Сф будет продолжаться до тех пор, пока U2 не станет равным или больше Uc, т.е. до момента t=tc (рис.5б):
С этого момента диод открывается и начинается подзаряд Сф вплоть до момента t3, когда конденсатор зарядится до напряжения U2m т.д.
Рассматривая временную диаграмму Uн(t)=Uc(t) (рис.5б), видим, что Uнср в этом случае больше, чем Uнср для функции однополупериодного выпрямления, и пульсация напряжения на нагрузке ослаблена.
Коэффициент пульсаций для полученной функции Uн(t) - рис.5б. можно найти, если разложить эту функцию в ряд Фурье. Для определения коэффициентов ряда Фурье можно использовать численное интегрирование по методу трапеций.
3. Внешняя характеристика выпрямителя
Измеряя Uнср и Iнср при различных Rн (рис.6а.), можно выявить внешнюю характеристику, т.е. зависимость Uнср=f(Iнср) выпрямителя, как источника выпрямленного напряжения (рис.6в.):
Аналогично можно выявить ВХ выпрямителя с фильтром - рис.7а,б,в.
Рассмотрение рис.6б и рис.7б показывает, что с включением фильтра не только снижается коэффициент пульсаций, но и увеличивается среднее значение выпрямленного напряжения.
4. Методика исследования однополупериодного выпрямления
а) Сборка схемы однополупериодного выпрямления на панели универсального стенда производится в соответствии с рис.8:
Для измерния Iнср применяют амперметр магнитоэлектрической системы, измеряющий среднее значение тока. В данной работе необходимо выбрать измеритель тока с пределом измерения 300 МА!
Для наблюдения временных диаграмм напряжения (Uн(t)) выпрямителей без фильтра и с фильтром, т.е. после замыкания ключа K4 (рис.9), а также для измерения среднего значения этих напряжений, применяют осциллограф.
б) Наблюдения и фиксация Uн(t) при Rн=const.
1. Включить стенд, предварительно повернув ручку регулировки U1 против часовой стрелки до упора !
2. Установить коэффициент усиления осцилографа по входу Y1=2 В/дел.
3. Регулируя U1, добиться значения U2m (по "картинке" на экране осциллографа), примерно равного 6 или 10 В.
4. Перенести полученную "картинку" в масштабе на миллиметровку.
5. Включить K4, т.е. подключить C2 фильтра и при Rн=const наблюдать изменение "картинки" на экране осциллографа.
в) Измерить средние значения напряжения Uн(t), полученного на экране осциллографа при Rн=const для двух случаев - выпрямление без фильтра и выпрямление с фильтром С2.
г) Рассчитать коэффициенты пульсаций для Uн(t) без фильтров P1 и для Uн(t) с фильтром С2 * P2.
д) Снятие внешних характеристик (ВХ) выпрямителя.
Для каждого значения Rн фиксируют значение Iнср (показания миллиамперметра) и значение Uнср, которое определяется с помощью осцилографа. Таким образом, заполняется таблица Uнср, Iнср, Rн для двух случаев - выпрямитель без фильтра, выпрямитель с фильтром С2, т.е. для каждого Rн наблюдают и фиксируют с экрана осциллографа:
1 - временные диаграммы Uн(t) без фильтра и с фильтром С2 на одном рисунке;
2 - среднее значение тока.
Всего производят 3-4 измерения. Полученные зависимости изображают в виде графиков.
Основы теории и методика исследования схем двухполупериодного выпрямления
1. Принцип действия схем двухполупериодного выпрямления становится ясным из рассмотрения рис.9.
В первый полупериод напряжения U2(t) открыты диоды 1 и 2: на нагрузке создается напряжение Uн=U2. Во второй полупериод открыты диоды 3 и 4: на нагрузке создается напряжение Uн = -U2, т.е. того же напряжения, что и в первый полупериод. При этом возрастает среднее значение напряжения на нагрузке по сравнению с однополупериодным выпрямлением, а пульсации уменьшаются.
Разложение в ряд Фурье функции двухполупериодного выпрямления имеет вид:
коэффициент пульсаций:
2. Исследование схемы двухполупериодного выпрямления проводится по той же методике, что и исследование схемы однополупериодного выпрямления. Сборка схемы для исследования двухполупериодного выпрямителя производится в соответствии с рис. 10:
Схема выпрямления синусоидального напряжения однополупериодным выпрямителем
Схема выпрямления синусоидального напряжения двухполупериодным выпрямителем
 |
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.