Электротехника \ Электронная и преобразовательная техника

Исследование бестрансформаторного однополупериодного выпрямителя, страница 2

получается меньше единицы. Следовательно, чтобы получить мощность 100Вт в нагрузке, питаемой от однополупериодного выпрямителя, из сети должна потребляться полная мощность 141ВА. Реактивная мощность Q в цепи равна нулю, так как в цепи нет реактивных элементов и основная гармоника тока совпадает по фазе с синусоидальным напряжением, подводимым к цепи. Чем же объясняется, что полная мощность в данном случае больше активной? Наличием в цепи так называемой мощности искажения Т. Мощность искажения, обусловленная различием форм кривых тока и напряжения источника питания, равна

, (2.15.13)

т.е. в данном случае мощность искаженная такая же по величине, как и активная мощность. С физической точки зрения увеличение мощности вызвано тем, что энергия в нагрузку передается не за два полупериода, как это происходит при синусоидальном токе, а только за один полупериод. При этом получается большая концентрация энергии в единицу времени, т.е. получается большая мощность. Если после выпрямителя включить фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, то интервал времени передачи энергии уменьшится и станет меньше полного полупериода. Мощность, потребляемая из сети и мощность искажения возрастут, а коэффициент мощности уменьшится.

Эффективность, с которой переменный ток преобразуется в постоянный, оценивается отношением мощности постоянной составляющей к активной мощности. Это отношение называется КПД выпрямителя. Для однополупериодной схемы выпрямления он равен:

. (2..15.14)

Полная мощность, потребляемая из сети равна:

. (2.15.15)

Здесь P_d= – мощность выпрямленного тока (постоянной составляющей тока).

Мощность источника питания существенно больше мощности постоянного тока, так как через источник кроме постоянной составляющей тока проходят и гармонические составляющие тока. Выражение (2.15.15) показывает, что источник питания используется плохо.

Отношение называют коэффициентом использования источника питания по мощности и обозначают . Для однополупериодной схемы коэффициент использования источника питания по мощности равен:

(2.15.16)

Из формулы (2.15.16) видно, что коэффициент использования источника питания составляет менее 30 процентов.

Качество выпрямленного тока или напряжения характеризуется коэффициентом пульсаций k_q, под которым понимают отношение амплитуды пульсаций к среднему значению выпрямленного тока или напряжения:

. (2.15.17)

Отношение действующего значения высших гармоник на выходе выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения называют коэффициентом гармоник:

. (2.15.18)

Напряжение на вентиле VD найдем из выражения: .Отсюда:

. (2.15.19)

Максимальное напряжение на диоде в интервале, когда диод закрыт (не проводит), называется максимальным обратным напряжением. В схеме, показанной на рис.2.15.1,в максимальное значение обратного напряжения на диоде VD, как исследует из (2.15.19) равно амплитудному значению питающего напряжения. Следовательно, допустимое обратное напряжение применяемого диода должно быть с определенным запасом больше, чем амплитудное значение входного напряжения. Максимальное значение тока через вентиль равно максимальному значению выпрямленного тока. Среднее значение тока через вентиль равно среднему значению выпрямленного тока . Эти значения необходимы для выбора вентиля VD.

Ввиду указанных выше недостатков однополупериодные выпрямители применяются редко. Однако существенное преимущество их – простота и надежность в ряде случаев, особенно при малых мощностях, заставляют отдать предпочтение именно этим выпрямителям.

Порядок выполнения работы

1. Исследовать на электронной модели (рис.2.15.4) процессы в однополупериодном выпрямителе, питающем активную нагрузку. Величины питающего напряжения и сопротивления нагрузки задаются преподавателем. Измеренные значения напряжений и токов записать в табл. 2.15.1.

Таблица 2.15.1

Измерено					Вычислено
U₁	U_d	U~	I~	I_d	I₁	U_H	P_d	S₁	k_СХ	K_p
В	В	В	А	А	А	В	Вт	ВА	__	__

На электронной модели:

действующее значение синусоидального питающего напряжения U₁ измеряется вольтметром V1 (Mode: AC),

выпрямленное напряжение на нагрузке Ud измеряется вольтметром Vd (Mode: DC),

действующее значение переменной составляющей напряжения U~ на нагрузке измеряется вольтметром V~ (Mode: AC),

действующее значение переменной составляющей тока источника I~ питания измеряется амперметром A~ (Mode: AC),

выпрямленный ток I_d в нагрузке измеряется амперметром Ad (Mode: DC).

2. По измеренным данным рассчитать:

а)действующее значение тока источника питания ;

б)действующее значение напряжения на нагрузке:

;

в) мощность постоянной составляющей ;

г) полную мощность источника питания ;

д) коэффициент схемы k_СХ;

е) коэффициент использования источника питания .

3. Наблюдать на экране осциллографа форму выпрямленного напряжения при отсутствии сглаживающего конденсатора С. Подключить с помощью ключа S1 конденсатор С параллельно нагрузке (рис.2.15.5).

Наблюдать на экране осциллографа форму сглаженного напряжения при изменении емкости в пределах: с шагом ,

где R- величина сопротивления нагрузки,

f– частота питающего напряжения.

Измерить по осциллографу величину пульсаций и рассчитать коэффициент пульсаций по формуле . Данные свести в табл. 2.15.2.

Рис.2.15.4. Электронная модель для исследования однополупериодного выпрямителя без сглаживающего фильтра.

Рис.2.15.5. Электронная модель для исследования однополупериодного выпрямителя со сглаживающим фильтром.

Определить коэффициент гармоник по формуле

По данным табл.2.15.2 начертить зависимости и .

Таблица 2.15.2

С	мкФ
U_d	В
U~	В
U_max	В
U_min	В
k_q	_
k_Г	_

4. Дать заключение по результатам проделанной работы.

Контрольные вопросы к работе № 15

1. Чему равен коэффициент схемы для однополупериодного выпрямителя?

2. Как найти ток источника питания I₁, если известен выпрямленный ток I_d?

3. Чему равен коэффициент пульсаций для однополупериодного выпрямителя без сглаживающего фильтра?

4. В чем назначение сглаживающего фильтра и какой его принцип действия?

5. Во сколько раз мощность источника питания должна быть больше мощности постоянной составляющей в нагрузке?

6. Чем объясняется увеличение мощности питающего источника по сравнению с мощностью выпрямленного тока?

7. В чем достоинства и недостатки однополупериодного выпрямителя?

1 2

Скачать файл