Ознакомление с работой и характеристиками транзисторного автономного инвертора напряжения, выполненного по одноазной мостовой схеме

ЭС-05-1

Лабораторная работа №6

Дон ГТУ

Кийченко С.С.

Автономный инвертор напряжения

8.04.08

Цель работы – ознакомление с работой и характеристиками транзисторного автономного инвертора напряжения (АИН), выполненного по одноазной мостовой схеме, а также двухтактного блокинг-генератора (магнитно-транзисторного генератора Ройера).

1 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

          Макет лабораторной установки для исследования АИН содержит  схему (рис.1, а) однофазного мостового інвертора на транзисторах V1…V4 и схему двухтактного блокинг-генератора с трансформаторными коллекторно-базовыми связями, работающего в автогенераторном режиме (рис.1,б). Последний выполнен на маломощных транзисторах V5, V6 и выполняет функции системы управления (СУ) однофазного мостового АИН. С этой целью трансформатор Тр имеет четыре выходные обмотки, каждая из которых нагружена через активное сопротивление (R₁… R₄) на переход эмиттер-база соответствующего транзистора V₁…V₄ мостового АИН.

          Включение макета осуществляется переводом ключа K1 в положение «ВКЛ», при этом одновременно подводится питание как к основной схеме АИН, так и к системе управления СУ. Переключателем К4 устанавливается напряжение питания системы управления СУ 6В или 12 В, что позволяет изменять частоту выходного напряжения инвертора с 900 Гц до 1800 Гц.

          Ключ К2, исключающий из нагрузочной цепи  дроссель L_н , позволяет исследовать работу силовой схемы АИН как на активную, так и на активно-индуктивную нагрузки. Ключ К3 осуществляет отключение нагрузки.

          При включении макета система управления СУ начинает генерировать сигналы, которые подаются между базой и эмиттером на транзисторы силовой схемы АИН.

          Если сигналы управления поступили на транзисторы V1 и V4, то эти транзисторы отпираются и через нагрузку начинает протекать ток, который замыкается в контуре: (+E_d)-V1-R_н-L_н-V4-(-E_d). При этом напряжение на нагрузке примерно равно +E_d.

          Через половину периода частоты управления транзисторы V1 и V4 запираются, а транзисторы V2 и V3 отпираются. Напряжение, приложенное к нагрузке, изменяет полярность, а ток в цепи нагрузки – направление. При активно-индуктивной нагрузке ток в цепи нагрузки изменяется по закону:

где , А – ток в нагрузке при L_н=0 (базисный ток);

 – параметр нагрузки;

, рад – переменный временной угол;

, рад/с – циклическая частота выходного напряжения(тока0 инвертора;

Т, с – время одного периода выходного напряжения.

          Диоды V1^/ и V4^/  при активно-индуктивной нагрузке служат для сброса энергии, запасенной в нагрузке, обратно в источник питания E_d.

          Осциллограммы входного тока (i_d), тока диода V1^/ (i_д) и коллекторного тока транзистора V₁ (i_k) снимаются с шунтов, связанных соответственно с контрольными точками Г1-Г2, Г2-Г3 и Г2-Г4. Осциллограмма выходного переменного тока АИН снимается подключением осциллографа к шунту амперметра А2 (контрольные точки Г5 и Г5^/ ).

          Для снятия осциллограммы напряжения предусмотрены контрольные точки Г4… Г8.

          Подключением осциллографа в точки Г1 и Г8 снимается осциллограмма напряжения источника питания E_d. Контрольные точки Г5 и Г7 предназначены для снятия осциллограммы напряжения на нагрузке, точки Г4 и Г5, а также Г5 и Г8 – для осциллографирования напряжений  соответственно на транзисторах V1 и V2.

          При исследовании магнитно-транзисторного генератора Ройера снимаются следующие осциллограммы: источника коллекторного питания Е_к – контрольные точки Г9 и Г12, напряжения на транзисторе V6 – точки Г11 и Г12, коллекторного тока транзистора V6 – точки Г10 и Г11.

2 ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

  Для частоты работы инвертора f=900Гц рассчитать:

1)  базисный ток I_но;

2)  параметр нагрузки к, если E_d =20 В, R_н=9 Ом, L_н=2,5 мГн

          2.2  Вычислить по уравнению (1) амплитудное значение тока нагрузки инвертора (I_нm), которое определяется для момента времени .

          2.3 Определить относителдьное значение амплитуды тока нагрузки.

          2.4 Начертить примерный вид внешней характеристики АИН .

3 РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

3.1 Убедиться в ключевом режиме работы, транзисторов и формирования на нагрузке переменного прямоугольного напряжения. Для этого при активной нагрузке R_н (ключ К2 – замкнут) и частоте f=900 Гц (ключ К4 в положении «6В») зарисовать осциллограммы E_d; U_н; U_кэV1,  U_кэV2; i_н; i_d; i_k; i_д.

          3.2 Выяснить влияние индуктивности нагрузки на работу инвертора. Для этого зарисовать осциллограммы, указанные в предыдущем пункте, при активно-индуктивной нагрузке (ключ К2 разомкнут). Осциллограммы снимать при том же усилении осциллографа.

          3.3 При помощи сетки на экране осциллографа измерить амплитудное значение переменного тока i_н при активной и активно-индуктивной нагрузках (R_н= min), определить относительное значение амплитуды тока I_нm / I_но и сравнить его с расчетным (см. п. 2.3)

          3.4 осциллограммы, указанные в п. п. 3.1 и 3.2, наблюдать при частоте f =1800 Гц (ключ К4 в положении «-12В»).

          3.5 Зарисовать при f =900 Гц осциллограммы магнитно-транзисторного генератора Ройера:

          Е_к – ЭДС источника питания;

          U_кэV6 – напряжение на транзисторе V6;

          I_k – коллекторный ток транзистора V6.

          3.6 Осциллограммы, указанные в предыдущем пункте, наблюдать при f=1800 Гц.

          3.7 При активной нагрузке снять внешнюю характеристику инвертора U_н= f(I_н).

4 УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

4.1 Осциллограммы напряжений и токов перерисовать, используя сетку на экране осциллографа С1-83. Одно деление сетки должно соответствовать 1 см в отчете (две клеточки на тетрадном листе).

          4.2 При снятии осциллограмм переключатель развертки осциллографа должен быть установлен в положение «0,2 мс/дел»: (множитель «х1»).

          4.3 Рекомендуемые установки входного делителя напряжения (аттенюатора) первого канала осциллографа при выполнении пунктов 3.1…3.6 рабочего задания:

          – при осциллографировании напряжений – 1 В/дел.

             (множитель «х10»).

          – при осциллографировании токов– 10 мВ/дел.

             (множитель «х10»).

          4.4 Осциллограммы пунктов 3.1 и 3ю2 рабочего задания зарисовать при максимальной нагрузке инвертора (потенциометр нагрузки R_н установить в крайнее по часовой стрелке положение).

          4.5 При снятии внешней характеристики инвертора (п. 3.7 рабочего задания) задавать ток нагрузки по амперметру А2, примерно, через 0,2 А. Выходное напряжение инвертора контролировать по вольтметру.

          Данные измерений внести в табл.1

Таблица  1

5 СОДЕРЖАНИЕ  ОТЧЕТА

5.1 Цель лабораторной работы

          5.2 Принципиальные схемы лабораторной установки.

          5.3 Таблица 1.

          5.4 Расчеты предварительного задания.

          5.5 Три комплекта осциллограмм, скомпонованных по осям времени, соответствующие пунктам 3.1, 3.2 и 3.5 рабочего задания.

          5.6 Внешняя характеристика инвертора.

Рисунок 1

Осциллограммы