Лабораторная работа № 3
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЕ СХЕМ
ВЫПРЯМЛЕНИЯ
И ФИЛЬТРАЦИИ НА СООТНОШЕНИЕ ТОКОВ В НАГРУЗКЕ
И ОБМОТКАХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Цель работы
Приобретение навыков использования различных схем выпрямления и фильтрации в трансформаторных нерегулируемых источниках питания систем автоматики.
При создании и эксплуатации трансформаторных источников питания постоянного тока необходимо иметь в виду, что действующие значения напряжений и токов вторичных обмоток трансформаторов будут отличаться от напряжений и токов в нагрузке. Это отличие обусловлено схемами выпрямления и способами фильтрации (рассматриваются только однофазные сети электропитания).
Формулы,
приведенные в таблице, позволяют проследить общую тенденцию влияния схем
выпрямления и фильтрации нa соотношение
действующего значения напряжения и тока
во вторичной обмотке трансформатора со
средним значением тока
и напряжения
в нагрузке.
Здесь
падение напряжения на диоде принято равным 1В, однако не учтено влияние
реальной добротности дросселя и трансформатора, а также величины емкости конденсатора.
Влияние этих факторов на соотношение напряжений и токов в нагрузке и вторичной
обмотке трансформатора возрастает по мере снижения .
Поэтому формулы таблицы позволяют выполнить расчет
и
низковольтных
источников питания приближенно. Более детально это может быть установлено при
математическом моделировании с использованием, например, программных средств
пакета ElectronicsWorkbench либо вычислительной среды MATLAB.
Следует
помнить, что реактивная составляющая падения напряжения на дросселе зависит от степени
насыщения стали его сердечника, а, следовательно, от тока в его обмотке. Действующее
значение тока в обмотках трансформатора, также зависят от степени насыщения его сердечника
(причина – в искажении формы тока). В силу указанных причин необходимо обеспечивать
ненасыщенные режимы работы сердечников дросселей и трансформаторов. Поэтому для
фильтров, как правило, используют дроссели с разрезным сердечником. Трансформаторы необходимо использовать
при таком напряжении питания, чтобы амплитудное
значение индукции в сердечнике не превышало значений, соответствующих колену кривой
намагничивания (здесь и в
дальнейшем индекс «m» соответствует амплитудному значению). С учетом возможности измерения ЭДС вторичной обмотки трансформатора прибором
магнитоэлектрической системы в режиме холостого хода величина
может
быть определена на основе закона
электромагнитной индукции:
(1)
где – среднее значение ЭДС самоиндукции
во вторичной обмотке, В;
– частота сети, Гц (для сети
электропитания f = 50); w2 – число витков вторичной обмотки;
–
сечение сердечника, м2.
Сравнение различных схем
выпрямления и фильтрации выполняют, анализируя коэффициенты пульсаций и
сглаживания, обратное напряжение на диодах,
а также сопоставляя между собой постоянные составляющие выпрямленного
напряжения и тока
на
нагрузке с действующими значениями напряжения
и тока
во вторичной
обмотке трансформатора.
Под коэффициентом пульсации kп понимается отношение амплитуды
наиболее выраженной гармонической
составляющей (реально – первой), входящей в кривые выпрямленного тока либо
напряжения, к постоянной составляющей
этого тока или напряжения.
Коэффициент сглаживания фильтра определяется отношением коэффициентов пульсаций, оцениваемых на входе и выходе фильтра.
Кривая, полученная в процессе однополупериодного выпрямления переменного тока, может быть разложена в гармонический ряд Фурье:
(2)
Из (2)
следует, что пульсирующий ток при однополупериодном выпрямлении, кроме переменных, составляющих различных
амплитуд и частот, содержит постоянную составляющую В этом
смысл использования процедуры выпрямления. Величина выпрямленного падения
напряжения на сопротивлении нагрузки
определяют в
соответствии с законом Ома:
(3)
Выражая среднее значение выпрямленного напряжения синусоидальной формы через действующее значение на вторичной обмотке трансформатора, имеем
(4)
Коэффициент пульсации тока
(5)
Максимальное
обратное напряжение на диоде в рассматриваемой схемe равно амплитудному значению напряжения на вторичной обмотке .
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.