Теорія ел і ел Турба Юдачов_ч2. Методичні вказівки до виконання лабораторного практикуму для студентів здіа спеціальності 90804 Фізична та біомедична електроніка

• Название: Методичні вказівки до виконання лабораторного практикуму для студентів здіа спеціальності 90804 Фізична та біомедична електроніка
• Анкор: Теорія ел і ел Турба Юдачов_ч2.doc
• Дата: 06.07.2018
• Размер: 1.8 Mb.
• Имя файла: Теорія ел і ел Турба Юдачов_ч2.doc
• Тип: Методичні вказівки; #21132
• страница: 5 из 6

Однофазна мостова схема

Схема мостового випрямляча показана рис 5.5.



Рисунок 5.5 - Однофазна мостова схема випрямляча
В однофазній мостовій схемі випрямляча при позитивній півхвилі струм протікає в напрямі, вказаному суцільними стрілками - через VD1, R_H і VD3. При негативній півхвилі - через VD2, R_H і VD4.

Напрями струмів, які течуть через навантаження протягом обох напівперіодів, співпадають. Вихідна напругаU₀ представляє половини синусоїди U₂, i₀ співпадає формою зU₀. У вторинній обмотці трансформатора протікає змінний синусоїдальний струм, що забезпечує хороше використання трансформатора. Між анодом і катодом вентилів в непровідному напрямі прикладена напруга вторинної обмотки трансформатора. Оскільки форми кривих струмів і напружень в навантаженні ті ж, що і в двонапівперіодній схемі з нульовим висновком, то



(5.12)

Зворотна напруга на діоді:

, (5.13)

тобто в два рази менше, ніж в двонапівперіодній схемі.

Діюче значення струму вторинної обмотки:
(5.14)
Достоїнства мостової схеми:

1. 
   Мостова схема може бути безпосередньо включена в мережу змінного струму, якщо напруга мережі забезпечує необхідну величину U₀, оскільки по вторинній обмотці трансформатора не протікає постійній складовій струму.
   
2. 
   Зворотна напруга при одному і тому ж U₀ нижче, ніж в двонапівперіодній схемі, в два рази.
   

Недолік мостової схеми:

4 вентилі, тому втрати в цій схемі трохи більше, чим в двонапівперіодній з нульовим дротом.

Для поліпшення якості випрямляння використовуються різні схеми фільтрів які згладжують форму вихідної напруги. Самий простий з них - конденсатор, що підключається паралельно навантаженню. Постійна складова струму через конденсатор не тече, а замикається по опору навантаженняR. Змінна складова розподіляється між навантаженням і конденсатором таким чином, що в навантаження потрапляє тим менша частина гармонійної складової струму k - ого порядку, чим менше опір, ємностіX_ck = (kωС)^-1 струму цієї гармоніки.

Фактично в ланцюзі відбувається перехідний процес, що повторюється. Коли абсолютне значення напруги на вході випрямляча досягає напруги на місткості, одна пара діодів відкривається і конденсатор зарядив до величиниU_m. Потім ця пара діодів закривається, і конденсатор починає розряджатися через навантаження. Коли в наступному напівперіоді абсолютне значення напруги на вході випрямляча знов досягне напруги на ємності, відкриється друга пара діодів, і конденсатор знову заряджатиме до величини U_m. Потім і ці діоди закриваються, конденсатор знову розряджається через навантаження і т.д. Чим більше значення постійної часу RC,тим повільніше спадає напруга на конденсаторі, тим менше за його пульсацію. Проте при цьому в діодах протікають великі імпульси струму.
5.4 Порядок виконання роботи

1. Запустити на комп'ютері програму Electronics Workbench.

2. Зібрати в програмі Electronics Workbench схему відповідно до рис.5.6.

Увага: при побудові схем слід встановити параметри вольтметра V1 як вольтметра постійного струму, а параметри вольтметра V2 як вольтметра змінного струму.



Рисунок 5.6 – Схема для дослідження однофазної схеми випрямляча
Об’єктом дослідження є ланцюг, який утворюються із джерела напруги E1, конденсатора С1, напівпровідникового діодаVD1 (нелінійний елемент) та резистора R1 (навантаження випрямляча). Перемикач (ключ) К1 забезпечує комутацію конденсатора що згладжує U₀. Осцилограф дає можливість організувати спостереження осцилограм і вимірювання напруги на різних ділянках ланцюга.

3. амперметр А1 вимірює силу струму у ланцюзі навантаження випрямляча, вольтметр постійного струму V1 вимірює вихідну (постійне) напругу випрямляча. Вольтметр змінного струму V2 вимірює напругу пульсацій (змінне) на виході випрямляча.

4. Для дослідження однофазної схеми випрямляча за допомогою ключа К1 (натисненням клавіші «пробел» на клавіатурі) від’єднується конденсатор С1. Включити схему за допомогою перемикача , або, натиснувши на клавіатурі Ctrl+G. Дочекатися появи зображення на екрані віртуального осцилографа і замалювати осцилограми вхідної напруги і напруги на виходе випрямляча. За осцилограмами визначити період пульсацій на виходе випрямляча. Вимкнути схему, натиснувши на клавіатурі Ctrl+Т.

Показання вимірювальних приладів занести в таблицю 5.1.

Таблиця 5.1

Параметри які вимірювались					Розрахункові параметри		Положення ключа К1
Е1, В	I1, А	U0, В (V1)	U, В (V2)	ТПУЛЬС	KП	fПУЛЬС
							Вимкн
							Вкл

5. Перевести ключ К1 в замкнутое положение, что дает возможность наблюдать осциллограммы исходного напряжения при подключении конденсатору фильтра С1.

Включити схему за допомогою перемикача , або, натиснувши на клавіатурі Ctrl+G. дочекавшись появи зображення на екрані віртуального осцилографа, замалювати осцилограми вхідної напруги і напруги на конденсаторі С1. Вимкнути схему, натиснувши на клавіатурі Ctrl+Т. За осцилограмами визначити період пульсацій на виходе випрямляча. Показання вимірювальних приладів занести в таблицю 3.1. провести розрахунок коефіцієнтів пульсацій для схеми с конденсатором С1 и без його. По осцилограмах переконається що час заряду і розряду конденсатора С1 різні, визначити причину цього явища. Зробити висновок як впливає підключення конденсатора С1 на величину пульсацій на виході випрямляча.

6. Зібрати в програмі Electronics Workbench схему відповідно до рис.5.7.



Рисунок 5.7 – Схема для дослідження двонапівперіодного випрямляча з нульовим дротом
Об’єктом дослідження є схема двонапівперіодного випрямляча з нульовим дротом, яка утворюється із джерела напруги E1, конденсатора фільтра С1, напівпровідникових діодів VD1, VD2 (нелінійні елементи) та резистора R1 (навантаження випрямляча). Перемикач (ключ) К1 забезпечує комутацію конденсатора фільтру. Осцилограф дає можливість організувати спостереження осцилограм і вимірювання напружень на різних ділянках ланцюга.

7. Для дослідження схеми двонапівперіодного випрямляча за допомогою ключа К1 (натисненням клавіші «пробел» на клавіатурі) від’єднується конденсатор С1. Включити схему за допомогою перемикача , або, натиснувши на клавіатурі Ctrl+G. Дочекатися появи зображення на екрані віртуального осцилографа і замалювати осцилограми вхідної напруги і напруги на виходе випрямляча. За осцилограмами визначити період пульсацій на виходе випрямляча. Вимкнути схему, натиснувши на клавіатурі Ctrl+Т. Показання вимірювальних приладів занести в таблицю 5.2.

Таблиця 5.2

Параметри які вимірювались						Розрахункові параметри		Положення ключа К1
Uвх, В (V3)	I1, А (А1)	I0, А (А2)	U0, В (V1)	U, В (V2)	ТПУЛЬС	KП	fПУЛЬС
								Вимкн
								Вкл

8. Перевести ключ К1 у замкнуте положення, що дає можливість спостерігати осцилограми вихідної напруги при підключенні конденсатору фільтра С1.

Включити схему за допомогою перемикача , або, натиснувши на клавіатурі Ctrl+G. дочекавшись появи зображення на екрані віртуального осцилографа, замалювати осцилограми вхідної напруги і напруги на конденсаторі С1. Вимкнути схему, натиснувши на клавіатурі Ctrl+Т. За осцилограмами визначити період пульсацій на виходе випрямляча. Показання вимірювальних приладів занести в таблицю 3.2. провести розрахунок коефіцієнтів пульсацій для схемі с конденсатором С1 и без нього. По осцилограмах переконається що час заряду і розряду конденсатора С1 різні, визначити причину цього явища. Зробити висновок як впливає підключення конденсатора С1 на величину пульсацій на виході випрямляча.

9. Зібрати в програмі Electronics Workbench схему відповідно до рис.5.8.



Рисунок 5.8 – Схема для дослідження однофазного мостового випрямляча
Об’єктом дослідження є схема однофазного мостового випрямляча , яка утворюється із джерела напруги E1, конденсатора фільтра С1, моста напівпровідникових діодів VD1 (нелінійні елементи) та резистора R1 (навантаження випрямляча). Перемикач (ключ) К1 забезпечує комутацію конденсатора фільтру. Осцилограф дає можливість організувати спостереження осцилограм і вимірювання напруги на різних ділянках ланцюга.

10. Для дослідження схеми однофазного мостового випрямляча за допомогою ключа К1 (натисненням клавіші «пробел» на клавіатурі) від’єднується конденсатор С1. Включити схему за допомогою перемикача , або, натиснувши на клавіатурі Ctrl+G. Дочекатися появи зображення на екрані віртуального осцилографа і замалювати осцилограми вхідної напруги і напруги на виходе випрямляча. За осцилограмами визначити період пульсацій на виходе випрямляча. Вимкнути схему, натиснувши на клавіатурі Ctrl+Т. Показання вимірювальних приладів занести в таблицю 5.3.

Таблиця 5.3

Параметри які вимірювались					Розрахункові параметри		Положення ключа К1
Uвх, В (Е1)	I0, А (А2)	U0, В (V1)	U, В (V2)	ТПУЛЬС	KП	fПУЛЬС
							Вимкн
							Вкл

11. Перевести ключ К1 у замкнуте положення, що дає можливість спостерігати осцилограми вихідної напруги при підключенні конденсатору фільтра С1.

Включити схему за допомогою перемикача , або, натиснувши на клавіатурі Ctrl+G. дочекавшись появи зображення на екрані віртуального осцилографа, замалювати осцилограми вхідної напруги і напруги на конденсаторі С1. Вимкнути схему, натиснувши на клавіатурі Ctrl+Т. За осцилограмами визначити період пульсацій на виходе випрямляча. Показання вимірювальних приладів занести в таблицю 3.3. провести розрахунок коефіцієнтів пульсацій для схемі з конденсатором С1 і без нього. По осцилограмах переконається що час заряду і розряду конденсатора С1 різні, визначити причину цього явища. Зробити висновок як впливає підключення конденсатора С1 на величину пульсацій на виході випрямляча.

3.5 Зміст звіту

До звіту заносять:

- тему та мету роботи;

- принципові схеми електричних кіл, які аналізуються;

- епюри струмів і напруг на окремих ділянках ланцюга досліджуваних схем;

- необхідні розрахунки;

- висновки по роботі.
3.6 Контрольні питання

1. 
   які характеристики нелінійних елементів відносяться до статичних?
   
2. 
   які характеристики нелінійних елементів відносяться до динамічних?
   
3. 
   у чому принципова відмінність статичних характеристик від динамічних?
   
4. 
   який вигляд повинна бути ВАХ нелінійного елементу, щоб його можна було використовувати для випрямляння електричного струму.
   
5. 
   приведіть форму струму на виході однонапівперіодного випрямляча у відсутності фільтра.
   
6. 
   приведіть форму напруги на виході однонапівперіодного випрямляча в наявності фільтра
   
7. 
   приведіть форму струму на виході двонапівперіодного випрямляча у відсутності фільтра
   
8. 
   Що оцінює коефіцієнт пульсацій?
   
9. 
   Як визначити коефіцієнт пульсацій за наслідками вимірювань проведених в лабораторній роботі?
   
10. 
    Як визначити коефіцієнт пульсацій за наслідками розкладання функції сигналу вихідного струму в ряд Фур’є?
    

Лабораторна робота №6
ДОСЛІДЖЕННЯ трифазних ЛАНЦЮГІВ, ЩО МІСТЯТЬ несиметричні нелінійні ЕЛЕМЕНТИ

6.1. Мета роботи: Дослідження трифазних ланцюгів, що містять несиметричні нелінійні елементи, у колах з синусоїдальними сигналами. Експериментальне підтвердження здатності нелінійних елементів випрямляти змінний електричний струм. Проведення порівняльного аналізу різних схем трифазних випрямлячів.

6.2 Зміст роботи:

- провести дослідження характеристик різних схем випрямлячів, відповідно до порядку виконання роботи;

- побудувати необхідні осцилограми струмів і напруги, провести розрахунок вказаних величин;

- зробити висновки за результатами роботи.

6.3 Теоретичні відомості

Пристрої з електричними вентилями, призначені для перетворення змінної напруги в постійне, називаються випрямлячами. Про якість судять по величині коефіцієнта пульсацій К_П. Коефіцієнт пульсацій є відношення величини діючого значення змінної складової на виході випрямляча до його постійної складової.
(6.1)
Чим менша величина коефіцієнта пульсацій, тим краще якість випрямляння.

Всі випрямляючі схеми можна розділити за основними ознаками:

4. 
   по числу фаз первинної обмотки трансформатора - на однофазні і 3^х - фазні;
   
5. 
   по числу імпульсів струму у вторинній обмотці трансформатора за період - на одне і двонапівперіодні;
   
6. 
   некеровані і керовані.
   

Для спрощення аналізу випрямляча заздалегідь розглядатимемо його роботу на чисто активне навантаження, вважаючи трансформатор і вентилі ідеальними. Це означає, що втрати в трансформаторі відсутні, а вентилі мають ідеальну вольт-амперну характеристику. Для правильного вибору трансформатора і вентилів необхідне знання параметрів, якими характеризується робота кожного з елементів випрямної схеми. Заданими є: середні значення випрямленої (вихідної) напругиU₀і струму I₀та необхідний коефіцієнт пульсацій К_п.