Исследование однополупериодного выпрямителя с преобразовательным трансформатором

2.16. Лабораторная работа №16.

Исследование однополупериодного выпрямителя

 с преобразовательным трансформатором

Цель работы

1.  Ознакомиться с особенностями работы однополупериодного выпрямителя с преобразовательным трансформатором при работе его на активную нагрузку.

2.  Экспериментально проверить основные энергетические соотношения, характеризующие работу простейшего выпрямителя, питающегося от преобразовательного трансформатора.

Общие теоретические сведения

На рис.2.16.1 показана схема простейшего однополупериодного выпрямителя с преобразовательным трансформатором и активной  нагрузкой, которой является резистор R.

Рис.2.16.1. Схема простейшего однополупериодного выпрямителя с преобразовательным трансформатором.

Анализ процессов во вторичной цепи преобразовательного трансформатора такого выпрямителя дает те же соотношения, которые были получены в работе №15.

Среднее значение выпрямленного тока (постоянная составляющая тока) в соответствии с временной диаграммой, показанной на рис.2.16.2 будет равно:

.                                  (2.16.1)

Рис.2.16.2. Временные диаграммы  в однополупериодном выпрямителе с преобразовательным трансформатором.

          Постоянная составляющая  напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя будет равна:

                         (2.16.2)

Здесь  - коэффициент схемы.

Напряжение на вторичной обмотке преобразовательного трансформатора:

.                                           (2.16.3)

Действующее значение напряжения на первичной обмотке:

 .                                                       (2.16.4)

Здесь k – коэффициент трансформации преобразовательного трансформатора.

Действующее значения тока во вторичной обмотке преобразовательного трансформатора:

.                           (2.16.5)

Итак, мы видим, что для вторичной стороны преобразовательного трансформатора применимы все полученные ранее соотношения. Однако для первичной стороны трансформатора имеется некоторая специфика. Она заключается в том, что постоянная составляющая I_d тока нагрузки, протекающая по вторичной обмотке, не может трансформироваться в первичную обмотку. Действующее значение тока в первичной обмотке трансформатора выразится через действующее значение тока во вторичной обмотке следующим образом:

 .                                             (2.16.6)

Здесь k – коэффициент трансформации преобразовательного трансформатора.

Учитывая, что ,  получим:

                                                                     (2.16.7)

Расчетная мощность первичной обмотки трансформатора:

.                              (2.16.8)

Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора:

.                                 (2.16.9)

Здесь  - мощность выпрямленного тока.

Типовая (расчетная) или габаритная мощность преобразовательного трансформатора будет равна полусумме полных мощностей обмоток:

.                        (2.16.10)

Из (2.16.10) следует, что при однополупериодном  выпрямлении преобразовательный трансформатор используется несколько лучше, чем источник питания без трансформатора. Однако и в этом случае он все же используется плохо.

Кроме того, при анализе не было учтено, что постоянная составляющая тока, протекающая по вторичной обмотке трансформатора, намагничивает его сердечник. Это приводит к насыщению сердечника трансформатора и к резкому возрастанию намагничивающего тока. Вследствие этого существенно возрастает ток в первичной обмотке трансформатора и увеличиваются потери в нем, что не было учтено при анализе.

Порядок выполнения работы

1. Исследовать на электронной модели (рис.2.16.3) процессы в однополупериодном выпрямителе, питающемся от преобразовательного трансформатора при активной нагрузке. Величины питающего напряжения и сопротивления нагрузки задаются преподавателем. Измеренные значения напряжений и токов записать в табл. 2.16.1.

                 Таблица 2.16.1

Измерено

Вычислено

U1

U2

Ud

U~

I1

I2~

Id

Pd

I2

I1

S2

S1

ST

kСХ

Kp

В

В

В

В

А

А

А

Вт

А

А

ВА

ВА

ВА

__

__

На электронной модели - действующее значение синусоидального питающего напряжения на первичной стороне преобразовательного трансформатора U₁ записывается с показаний источника переменного напряжения;

действующее значение синусоидального напряжения U₂ на вторичной стороне преобразовательного трансформатора измеряется вольтметром V2 (Mode: AC),

действующее значение  тока  I₁ на первичной стороне трансформатора  измеряется амперметром A1 (Mode: AC), 

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

переменная составляющая напряжения U~ на нагрузке измеряется вольтметром V~ (Mode: AC), 

переменная составляющая вторичного тока  I₂~ питания  измеряется амперметром A2~ (Mode: AC), 

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

2. По измеренным данным рассчитать:

а) Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора

                                         ;

          б) Действующее значение тока в первичной обмотке трансформатора  и сравнить его с измеренным значением;

в) мощность постоянной составляющей ;

г) мощность вторичной обмотки преобразовательного трансформатора

                              ;

 

Рис.2.16.3. Электронная модель для исследования однополупериодного выпрямителя с преобразовательным трансформатором.

д) мощность первичной обмотки преобразовательного трансформатора

;

е) типовую мощность преобразовательного трансформатора

;

ж) коэффициент схемы k_СХ;

з) коэффициент использования по мощности преобразовательного трансформатора k_p.

3. Дать заключение по  результатам проделанной работы.

Контрольные вопросы к работе  № 16

1.  Для чего нужен преобразовательный трансформатор?

2.  Как связаны между собой первичные и вторичные токи и напряжения?

3.  Почему расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора оказывается больше расчетной мощности первичной обмотки?

4.  Как влияет на работу трансформатора постоянная составляющая, протекающая по вторичной обмотке преобразовательного трансформатора?

5.  Объясните полученные в схеме энергетические соотношения.