Исследование электронного выпрямителя. Схема электронного выпрямителя лабораторной установки. Измерение внешней (нагрузочной) характеристики выпрямителя без фильтра

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Кафедра автоматизации производственных процессов

Лабораторная работа № 3

«Исследование электронного выпрямителя»

Санкт-Петербург

2002

Цель работы

Изучение принципа действия и измерение характеристик электронного выпрямителя (источника вторичного электропитания).

Описание лабораторной установки

Исследование работы электронного выпрямителя производится на схеме, приведенной на рис. 1. Схема смонтирована на макете, на задней стенке которого укреплены основные элементы: вентильная группа из четырех диодов, П-образный сглаживающий фильтр, состоящий их конденсаторов C1_ф, C2_ф, L_ф и выключателей SA1, SA2, SA3, SA4, сопротивления нагрузки R_Н, величина которого может изменяться. Кнопкой SA5 нагрузку можно отключить.

Рис. 1 Схема электронного выпрямителя лабораторной установки

(Положение выключателя соответствует индуктивному фильтру)

Напряжение питания переменного тока U_~ подается от отдельного источника питания. Ток нагрузки и напряжение питания на ней измеряют измерительными приборами: миллиамперметром постоянного тока и вольтметрами постоянного и переменного токов. К схеме также присоединяется электронный осциллограф ЭО для наблюдения осциллограмм выпрямленного напряжения. К макету напряжение источника питания измерительные приборы присоединяют с помощью соединительных проводов.

Включение источников питания осуществляется только после проверки преподавателем собранной студентами схемы лабораторной работы.

Программа работы

1. Измерение внешней (нагрузочной) характеристики выпрямителя без фильтра.

Для выполнения этого пункта работы необходимо:

а) выключить индуктивный дроссель L_ф из схемы – это достигается замыканием ключа SA3, который шунтирует дроссель накоротко;

б) отключить конденсаторы C1_ф и C2_ф размыканием ключей SA2 и SA4.

Примечание: Любой элемент фильтра отключается при нижнем положении соответствующего тумблера).

Изменяя сопротивления нагрузки измеряйте  ток в ней, начиная от 0. Для каждого значения тока снять уровни напряжений по вольтметрам постоянного и переменного токов, чтобы построить внешнюю характеристику выпрямителя. Результаты измерений записать в таблицу 1.

Таблица 1

Ток нагрузки I0, мА	Напряжения		Кпульс	Ксгл
	пост. составл. U0, В	перем. составл. U~, В
0 . . . .

В процессе работы зарисовать осциллограмму напряжений на нагрузке (при I_0max).

2. Измерение внешней характеристики выпрямителя с ёмкостным фильтром.

Для включения ёмкостного фильтра надо с помощью ключа SA2 подключить в схему конденсатор С1_ф, закоротить дроссель L и конденсатор С2_ф. Снять зависимость U₀ = f(I₀) так же, как при выполнении предыдущего пункта работы. Результаты записать в таблицу 2, аналогичную таблице 1. Зарисовать осциллограмму напряжения на нагрузке выпрямителя с ёмкостным фильтром (при  I_0max).

3. Измерение внешней характеристики выпрямителя с индуктивным  фильтром.

Для включения индуктивного фильтра надо разомкнуть ключ SA3 и отключить конденсаторы С1_ф и С2_ф c помощью SA2 и SA4. Результаты измерений U₀ = f(I₀) записать в таблицу 3, аналогичную таблице 1. Зарисовать осциллограмму напряжения на нагрузке с индуктивным фильтром (при I_0max).

4. Измерение внешней характеристики выпрямителя с Г-образным фильтром.

Для включения Г-образного фильтра надо подключить дроссель L и конденсатор С2_ф ключом SA4 и отключить конденсатор С1_ф. Результаты измерений U₀ = f(I₀) записать в таблицу 4, аналогичную таблице 1. Зарисовать осциллограмму напряжения на нагрузке выпрямителя с Г-образным фильтром (при I_0max).

5. Измерение внешней характеристики выпрямителя с П-образным фильтром.

Для включения П-образного фильтра надо включить конденсаторы С1_ф и С2_ф и дроссельL. Результаты измерений U₀ = f(I₀) записать в таблицу 5, аналогичную приведенной таблице 1. Зарисовать осциллограмму напряжения на нагрузке выпрямителя с П-образным фильтром (при I₀).

Содержание отчета

1. Принципиальная схема макета выпрямителя c фильтром.

2. Таблицы измерений токов и напряжений с результатами вычислений коэффициентов пульсаций , сглаживания .

3. Внешние характеристики U₀ = f(I₀) для выпрямителя без фильтра и с различными сглаживающими фильтрами на одном графике.

4. Осциллограммы напряжений с поясняющими надписями.

5. Анализ влияния фильтров на характер изменения напряжений при разных нагрузках. Оценка влияния нагрузки на коэффициент пульсации K_пульс.

6. Вычисление внутреннего сопротивления выпрямителя без сглаживающего фильтра при максимальной нагрузке аналитически

, Ом, где     E₀ – постоянная составляющая э.д.с. выпрямителя (E₀=U₀ при I₀=0), В;

U_0н- постоянная составляющая напряжения на R_н при I_0max, В;

I_0max – наибольшее значение тока нагрузки выпрямителя без фильтра (см. табл. 1), А.

Вычисленное значение R_вн складывается из активного сопротивления вторичной обмотки трансформатора и сопротивлений двух диодов прямому постоянному току.

7. Графическое определение внутреннего сопротивления выпрямителя по внешним характеристикам:

Способность фильтра уменьшать пульсации характеризуется коэффициентом сглаживания

, где     K_{пульс. вх.} –коэффициент пульсаций напряжения на входе фильтра (значение K_пульс –на выходе выпрямителя с отключенным фильтром);

K_{пульс. вых.} – текущее значение коэффициента пульсаций для конкретного типа фильтра для измеренного значения тока нагрузки.

Значение K_сгл используется для расчета фильтров при питании электронных устройств. Например, для расчета Г-образных фильтров используются формулы:

RC-фильтр

RC-фильтр

где     R, L, C – элементы сглаживающих фильтров, измеряемые соответственно в Ом, Гн, мкФ;

m – число фаз выпрямителя (для однополупериодной схемы m=1; для двухполупериодной схемы и параллельной схемы удвоения напряжения m=2)$

f – частота выпрямляемого тока, в нашем случае – 50 Гц.