Однофазные выпрямительные устройства. Исследование влияния сглаживающих фильтров на выпрямленные напряжение и ток

Министерство образования Российской Федерации

Амурский государственный университет

Кафедра: АППиЭ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Тема: однофазные выпрямительные устройства

Исполнители: 

студенты групп 154,153                                                     Ершов В.В

Калаев А.Е

Осадченко Р.Н

Багманов В.П

Руководитель:

старший преподаватель                                                     Истомин А.С.

Благовещенск, 2003

Цель работы: исследование одно- и двухполупериодньгх выпрямительных устройств; исследование влияния сглаживающих фильтров на выпрямленные напряжение и ток.

Краткие теоретические сведения

4.6.1.В чем заключается назначение выпрямительных устройств

Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования энергии источника переменного тока в постоянный ток. Выпрямительные устройства обычно состоят из трех основных элементов: трансформатора, электрического вентиля и сглаживающего фильтра. С помощью трансформатора вторичное напряжение U₂ понижают или повышают при заданном первичном напряжении U₁ с целью получения требуемой величины постоянного напряжения на выходе.

Электрический вентиль является основой выпрямителя, представляет собой один или несколько диодов, соединенных по определенной схеме

Сглаживающие фильтры необходимы для уменьшения пульсации переменного тока и напряжения на выходе выпрямительного устройства.

В зависимости от условий работы и требований, предъявляемых к выпрямительным устройствам, его отдельные узлы могут отсутствовать. Для выпрямления однофазного переменного тока применяются выпрямители однополупериодные и двухполупериодные. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя представлена на рис 1.

4.6.2.  Назначение основных узлов выпрямителя

При подаче переменного синусоидального напряжения на первичную об-мотку трансформатора напряжение на зажимах его вторичной обмотки также будет синусоидальным

U₂=U_2mSinwt;

Диод проводит электрический ток только в том-случае, когда его анод относительно катода имеет положительный потенциал, т.е. в нагрузке r_нтолько в этот момент появляется ток i_н. Когда же потенциал анода относительно катода отрицателен, ток в нагрузке отсутствует.

Таким образом, ток в резисторе r_нимеет пульсирующий характер, т.е. протекает только в одном направлении.

На рис 2 показаны временные диаграммы напряжений и токов однополупериодного выпрямления.

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения:

U₀ = I₀r_н = r_н = =  = 0.45U₂

где I₀ - постоянная составляющая тока:

U_2m = I_mr_н - амплитудное значение вторичного напряжения;

U₂ - действующее значение вторичного напряжения трансформатора

Для оценки пульсаций вводится коэффициент пульсаций К_п:

К_п =

где A_m - амплитуда наиболее выраженной гармоники выпрямленного напряжения или тока;

A₀ - постоянная составляющая напряжения или тока.

4. 6. 3. 1      Пояснение принципа действия однополупериодных и двухполупериодных схем выпрямителя.

Для однопериодного выпрямления К_п = 1.57.

Схемы двухполупериодного выпрямителя более эффективны, т.к.

а)         средние значения U и I в 2 раза больше, б)         коэффициент пульсации меньше – К_п = 0,67.

Пример схемы двухполупериодного выпрямителя на рис. 3. Это сочетание двух однополупериодных выпрямителей с общей нагрузкой, причём выпрямитель имеет вывод средней точки вторичной обмотки трансформатора:

U₂ = U₁₃ = U₂₃

Временные диаграммы напряжении и токов двухполупериодного выпрямителя изображены на рис. 4.

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения:

U₀ = I₀r_н = r_н =  = U₂ = 0.9U₂

Дчя уменьшения коэффициента пульсации выпрямленного напряжения используют сглаживающие фильтры.

В качестве фильтров могут быть использованы:

а) конденсатор, т. к. с ростом частоты емкостное сопротивление уменьшается: емкостный фильтр включают параллельно нагрузке (рис. 5);

б)         индуктивная катушка, т.к. с ростом частоты ее сопротивление увеличивается: индуктивный фильтр включают последовательно нагрузке (рис. 6), в)   смешанный фильтр, состоящий из конденсатора и индуктивной катушки.

4. 6. 3. 2      Принцип действия однополупериодных и двухполупериодных схем выпрямителя.

Самая простая выпрямительная схема (рис. 7-8) состоит из источника переменного напряжения и какого-либо вентиля В и приемника r_н (вентилем может служить электронная лампа, полупроводниковый диод, газотрон и т. д.). В схеме с одним вентилем используется только одна половина периода переменного напряжения, поэтому такая схема называется однополупериодной.

Будем считать вентиль идеальным, т. е. положим его прямое сопротивление r_пр = 0, а обратное г_об = , и условимся считать положительным указанное на рис. 7-8 направление от анода к катоду; в этом направлении вентиль пропускает ток. При синусоидальном напряжении источника ток в цепи в течение положительного полупериода напряжения также будет синусоидальным, совпадая по фазе с напряжением, а в течение отрицательного полупериода напряжения будет равен нулю.

Постоянная составляющая I₀ = этого тока, т. е. его среднее значение за целый период, определяется путем деления площади синусоиды кривой тока за полупериод на продолжительность целого периода, а площадь этой части синусоиды тока в соответствующем масштабе за полупериод равна:

Действующее значение силы тока:

I=

Действующее значение выпрямленного тока:

I =

Напряжение на сопротивлении г_н является выпрямленным напряжением. Его постоянная составляющая U₀ может быть определена путем умножения постоянной составляющей тока I₀ на сопротивление г_н:

U₀ = I₀ r_н = I_m r_н = U_m/

Следовательно, это напряжение в 2 раза меньше среднего значения синусоидального напряжения.