Министерство образования Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
«Новгородский Государственный Университет имени Ярослава Мудрого»
 |
Кафедра «Радиофизика и электроника»
ЭЛЕКТРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Методические указания к лабораторным работам
С использованием программы «Electronics Workbench»
Великий Новгород
Электропреобразовательные устройства: Методические указания к лабораторным работам: сост. Н.Н. Борисов; НовГУ.- Великий Новгород, 2003.-
Методические указания содержат 4 лабораторные работы по курсу «Электропреобразовательные устройства»
Одобрено на заседании кафедры РиЭ
Протокол № _____ от ____________
Зав. кафедрой РиЭ Е.В. Петров
ã Новгородский Государственный Университет
имени Ярослава Мудрого, 2003
СОДЕРЖАНИЕ
Лабораторная работа №1
Исследование схем выпрямления электрического тока............5
Лабораторная работа №2
Исследование сглаживающих фильтров........................10
Лабораторная работа №3
Исследование стабилизаторов напряжения.....................14
Лабораторная работа №4
Исследование управляемого выпрямителя на тиристорах........ 19
Введение
Данный лабораторный практикум включает в себя 4 работы, основной целью которых является изучение и исследование характеристик и параметров электропреобразовательных устройств: выпрямителей, сглаживающих фильтров, стабилизаторов и т.п.
Перед изучение лабораторного цикла каждый студент обязан сдать минимум по технике безопасности, который должен включать в себя правила работы с радиотехнической аппаратурой и специфические вопросы, касающиеся работы с персональными компьютерами.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ ВЫПРЯМЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Цель работы
В работе исследуются однофазные и двухфазные, однотактные и двухтактные схемы выпрямления, а также схемы с умножением напряжения. При этом изучаются зависимости параметров выпрямленного напряжения от вида схемы, вида и величины нагрузки, проводится экспериментальная проверка теоретического анализа схем выпрямления.
Краткие теоретические сведения
Принцип работы выпрямителя проведем на примере работы однотактной однофазной схемы (рисунок 1.1). Вторичная обмотка трансформатора, вентиль (диод), и нагрузка включены последовательно, и ток по цепи протекает тогда, когда напряжение на аноде диода положительно относительно катода (рисунок 1.2).
Рисунок 1.1 Однотактная однофазная схема выпрямления
В непроводящем состоянии диода к нему приложено обратное напряжение, которое оценивается максимальным значением Uоб и ток по цепи не протекает. При импульсном характере тока вводиться понятие угла отсечки тока q - угла, соответствующего половине времени протекания тока через диод. При активной нагрузке в схеме на рисунке 1.1 q=p/2. Поскольку напряжение на нагрузке имеет форму периодически повторяющихся синусоидальных импульсов, то его можно разложить вряд Фурье:
Un=Uo+U1m sinwt+U2m sin2wt+U3m sinwt+…
Определяя полезный эффект выпрямления – постоянную составляющую получим
Uo=Em2/p,
где Еm2 – амплитуда ЭДС вторичной обмотки трансформатора.
Качество выпрямленного напряжения оценивают коэффициентом пульсаций – отношением амплитуды q -й гармоники выпрямленного напряжения к постоянной составляющей.
Рисунок 1.2 Временные диаграммы работы однотактного однофазного выпрямителя.
Knq=Uqm/Uo
Обычно имеют в виду самую мощную первую гармонику пульсаций.
Kn1=U1m/Uo
Для данной схемы Kn1=p/2.
В общем случае и для упрощения коэффициент пульсаций рассматривают как отношение напряжения пульсаций к постоянной составляющей. Для данной схемы Kn=Еm2/Uo=p.
Схема на рисунке 1.1 наиболее проста, но имеет ряд недостатков:
-большие масса и габариты трансформатора, в следствии плохого использования напряжения;
-большая величина обратного напряжения и импульсного тока через диод;
-большая величина коэффициента пульсаций и низка частота пульсаций.
Работу и расчетные соотношения для двухфазной однотактной и однофазной двухтактной схем предлагается изучить самостоятельно.
Для получения напряжения в несколько раз превышающего ЭДС во вторичной обмотке трансформатора применяют схемы с умножение напряжения.
На рисунке 1.3 представлена симметричная схема удвоения напряжения.
Рисунок 1.3 Симметричная схема удвоения напряжения
Во время положительной полуволны происходит заряд конденсатора С1 через открытый диод D1, во время отрицательной полуволны заряд С2 через D2. Напряжение на нагрузке получается как сумма напряжений на этих конденсаторах и примерно равна 2Еm.
Несимметричные схемы предлагается рассмотреть самостоятельно.
Рабочие свойства выпрямителя характеризуются внешней характеристикой – зависимость выходного напряжения от величины тока протекающего через нагрузку Uo=f(Io).
3 Порядок выполнения работы
3.1 Исследуйте работу схем выпрямителей изображенных на рисунках 1.4-1.8.
3.2 Снимите внешнюю характеристику данных выпрямителей. При снятии характеристики изменяйте сопротивление нагрузки от 10 кОм до 10 Ом.
3.3 Для фиксированного значения сопротивления нагрузки с помощью осциллографа и вольтметра измерьте переменную и постоянную составляющие напряжения на нагрузке и рассчитайте коэффициент пульсаций. Сопоставьте полученные расчеты с теоретическими.
3.4 Зарисуйте осциллограммы напряжения на выходе выпрямителей:
Рисунок 1.4 Однофазная однотактная схема выпрямления
Рисунок 1.5 Двухфазная однотактная схема выпрямления
Рисунок 1.6 Однофазная двухтактная схема выпрямления
Рисунок 1.7 Схема удвоения выпрямленного напряжения
Рисунок 1.8 Схема умножения напряжения в восемь раз
4 Контрольные вопросы
4.1 Что называют внешней характеристикой выпрямителя?
4.2 Как определяют фазность схемы?
4.3 Как определяют тактность схемы?
4.4 Каковы достоинства и недостатки данных схем выпрямителей?
4.5 Как работают изученные схемы выпрямителей?