практическая работа 14 вариант. Раменский Владимир Владимирович 9 Рендаренко Илья Александрович 10 Тарасенко Александр Андреевич 11 Татевосян Аветис Артурович 12 Федурин Дмитрий Иванович 13 Шестаков Дмитрий Сергеевич практическая работа
 Скачать 0.79 Mb.
|
|
Распределение вариантов практической работы № 1 ФИО № варианта Алтышкин Алексей Михайлович 1 Анохов Павел Андреевич 2 Арзамасцев Виктор Игоревич 3 Болычев Павел Сергеевич 4 Боровский Василий Александрович 5 Боровский Юрий Борисович 6 Вологдин Андрей Михайлович 7 Вологдин Евгений Валерьевич 8 Гора Александр Александрович 9 Горлачёв Виктор Николаевич 10 Гражданинов Семён Евгеньевич 11 Грешилов Сергей Владимирович 12 Дмитриев Виктор Евгеньевич 13 Жиляев Максим Андреевич 14 Забелин Антон Валерьевич 15 Загузин Николай Андреевич 16 Замкин Николай Сергеевич 17 Золотуев Максим Викторович 18 Золотухин Алексей Геннадьевич 19 Ильин Сергей Викторович 20 Казарян Самсон Серёжаевич 21 Клевцов Валентин Александрович 22 Клепинин Максим Александрович 23 Комкин Дмитрий Сергеевич 24 Кондратьев Дмитрий Сергеевич 25 Ляпин Алексей Александрович 26 Матвеев Роман Юрьевич 27 Мищенко Никита Анатольевич 28 Мясников Руслан Александрович 29 Никоненко Андрей Васильевич 30 Павлюс Роман Богданович 1 Першиков Игорь Олегович 2 Печенин Иван Владимирович 3 Поляков Алексей Владимирович 4 Попов Александр Александрович 5 Равченко Владислав Игоревич 6 Радченко Алексей Анатольевич 7 Разумов Борис Борисович 8 Раменский Владимир Владимирович 9 Рендаренко Илья Александрович 10 Тарасенко Александр Андреевич 11 Татевосян Аветис Артурович 12 Федурин Дмитрий Иванович 13 Шестаков Дмитрий Сергеевич ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА Тема Расчет диодного выпрямителя Цель Расчёт однополупериодной, двухполупериодной с нулевой точкой, мостовой, трехфазной схем выпрямителей с полупроводниковым выпрямительным диодом заданных параметров Краткие теоретические сведения Диодный выпрямитель – это схема из выпрямительных диодов, предназначенная для преобразования переменного - изменяющего полярность напряжения в пульсирующее однополярное - не изменяющее полярность. Рисунок 1 – Обозначение выпрямительного диода в схемах Принцип выпрямления основан на свойстве полупроводникового выпрямительного диода пропускать ток только в одну сторону – при положительном напряжении на диоде, те. при более высоком электрическом потенциале анода, чем электрический потенциал катода («+» на аноде, «-» на катоде, т.к. при положительном напряжении (прямом включении) сопротивление выпрямительного диода очень низкое (от значений менее 1 Ом до нескольких Ом, и при протекании через него тока напряжение на нём незначительное, часто в расчётах им пренебрегают. При отрицательном напряжении, те. при более низком электрическом потенциале анода, чем электрический потенциал катода («-» на аноде, «+» на катоде) сопротивление выпрямительного диода очень высокое (до 10 6 Ом, поэтому фактически тока через выпрямительный диод при отрицательном напряжении (обратном включении) нет. Это объясняется тем, что полупроводниковый диод является нелинейным элементом, сопротивление которого зависит от знака напряжения и от его величины. Полупроводниковый выпрямительный диод содержит один р переходи поэтому свойства диода объясняются вольтамперной характеристикой р перехода. При подключении выпрямительного диода к источнику переменного напряжения ток через диод течёт только в течение одного полупериода переменного напряжения – при положительном напряжении на диоде, ток является пульсирующим током неизменного направления. Нагрузкой диодных выпрямителей являются потребители постоянного тока, это – проводники (обмотки двигателей - медная проволока, электролиты и металлические электроды аккумуляторов и др, в схемах они обозначаются резисторами. Напряжение потребителей постоянного тока (U H ) – проводников – зависит только от силы тока (I) и сопротивления потребителя постоянного тока (R H ): В схемах выпрямления диоды всегда включаются так, что все пути для протекания тока проходят одновременно через нагрузку выпрямителя и хотя бы один диод последовательное соединение нагрузки и диода при протекании тока. Схему составляют таким образом, что за счёт расположения диодов в схеме ток нагрузки имеет неизменное направление, поэтому напряжение нагрузки – неизменную полярность. Направление тока нагрузки (I) с учётом направления выпрямляющего действия диодов указывают стрелкой возле нагрузки. На нагрузке указывают полюса однополярного напряжения, возникающего на нагрузке вследствие протекания пульсирующего тока неизменного направления. Ток нагрузки течёт от «+» напряжения нагрузки к «-» напряжения нагрузки. При рассмотрении процессов на выделенном токопроводящем пути, содержащем нагрузку и выпрямительные диоды, пропускающие ток, т.к при на диодах данного токопроводящего пути положительное напряжение, можно отметить, что общее напряжение данного токопроводящего пути практически полностью приходится на нагрузку, тку диодов при положительном напряжении сопротивление очень низкое по сравнению с сопротивлением нагрузки (которое не зависит от напряжения. При рассмотрении процессов на выделенном токопроводящем пути, содержащем нагрузку и выпрямительные диоды, не пропускающие ток, т.к при на диодах данного токопроводящего пути отрицательное напряжение, можно отметить, что общее напряжение данного токопроводящего пути практически полностью приходится на диоды, тку диодов при отрицательном напряжении сопротивление очень высокое, а на нагрузке при отсутствии тока в данном токопроводящем пути напряжение равно нулю нагрузка - проводник При включении диодов в схемы нужно учитывать, что ток диода вызывает нагрев диода и должен быть ограничен величиной доп - максимально допустимым средним током выпрямительного диода. Если средний ток диода (диода) превышает доп, нужно либо брать для схемы диоды с подходящим доп, либо включать вместо одного диода столько параллельных диодов, чтобы ток, разветвляясь на параллельных диодах не превышал доп на каждом из них. Число параллельных диодов обозначают m. Определить его можно как результат округления вверх до целого числа следующего выражения При отрицательном напряжении на диоде амплитуда пульсаций напряжения U b не должна достигать напряжения электрического пробоя диода под обратным напряжением. Вводится величина U обр - максимально допустимая амплитуда пульсаций напряжения на диоде в непроводящий полупериод, при которой не возникает электрический пробой диода. U обр обычно меньше пробивного напряжения диода. Если амплитуда пульсаций напряжения U b превышает U обр , то нужно либо брать для схемы диоды с подходящим U обр , либо включать вместо одного диода столько последовательных диодов, чтобы напряжение, делясь на последовательных диодах, по амплитуде не превышало U обр на каждом из них. Число последовательных диодов обозначают n. Определить его можно как результат округления вверх до целого числа следующего выражения При расчёте схемы диодного выпрямителя необходимо, чтобы для каждого диода одновременно выполнялись 2 условия условие потоку (средний ток диода не должен превышать средний максимально допустимый ток диода) и условие по напряжению амплитуда пульсаций напряжения на диоде в непроводящий полупериод не должна превышать максимально допустимое значение. Если не выполняются оба условия – и потоку и по напряжению, тов каждой применяется смешанное соединение диодов (m ветвей, в каждой по n диодов. Рассмотрим диодные схемы выпрямления. Введём обозначения U d – среднее выпрямленное напряжение нагрузки I d – средний выпрямленный ток нагрузки P d средняя мощность нагрузки от выпрямленного тока U b – напряжение на диоде в непроводящий полупериод (амплитуда пульсаций напряжения на диоде в непроводящий полупериод) доп – максимально допустимый средний ток выпрямительного диода U обр – максимально допустимое значение обратного напряжения на выпрямительном диоде в непроводящий полупериод (максимально допустимая амплитуда пульсаций напряжения на диоде в непроводящий полупериод, при которой не возникает электрический пробой диода) I. Однополупериодная схема Рисунок 2 - Однополупериодная схема диодного выпрямителя В этой схеме на нагрузке ток есть только в течение одного полупериода переменного напряжения обмотки трансформатора, когда на диоде положительное напряжение (вместо обмотки трансформатора может быть любой источник переменного напряжения. При этом напряжение обмотки трансформатора приходится почти полностью на нагрузку (на ней есть ток. На диоде почти нет напряжения, тку него при этом очень низкое сопротивление. При последовательном соединении ток диода равен току нагрузки В течение непроводящего полупериода тока нет нив диоде, нив нагрузке. На нагрузке в данный полупериод переменного напряжения обмотки трансформатора напряжения нет (потому что нет тока. Обратное напряжение в непроводящий полупериод приходится на единственный диод схемы. Его амплитуда U b - такая же, как на нагрузке в проводящий полупериод (U dmax ), которая равна амплитуде напряжения обмотки трансформатора (U тр.max ) Амплитуда напряжения нагрузки через его среднее значение Значит II. Двухполупериодная схема с нулевой точкой (с общей точкой) Рисунок 3 - Двухполупериодная схема с нулевой точкой (с общей точкой) В этой схеме нагрузка подключается к середине вторичной обмотки трансформатора и к двум диодам, как показано на схеме (рисунок 3). В течение одного периода переменного напряжения обмотки трансформатора пол- периода напряжение положительное на диоде VD 1, при этом напряжение на диоде VD 2 – отрицательное. В течение следующего полупериода переменного напряжения обмотки трансформатора напряжение положительное на диоде VD 2, при этом напряжение на диоде VD 1 – отрицательное. В этой схеме поочерёдно работают два токопроводящих пути. Точка подключения к вторичной обмотке трансформатора является общей точкой двух токопроводящих путей, её заземляют («зануляют»). При положительном напряжении диода VD 1 ток течёт через него, нагрузку и верхнюю половину обмотки трансформатора. Напряжение верхней половины обмотки трансформатора приходится практически полностью на нагрузку, т.к. в ней есть тока у диода VD 1 низкое сопротивление и на нём почти нет напряжения. В течение данного полупериода переменного напряжения обмотки трансформатора на диоде VD 2 отрицательное напряжение, поэтому в нём и нижней половине обмотки трансформатора тока нет. На нагрузку в течение данного полупериода диод VD 2 тока не дат, поэтому напряжение нижней половины обмотки трансформатора приходится полностью на диод VD 2. Ток диода VD 1 равен току нагрузки. При отрицательном напряжении диода VD 1 тока в нём нет. Значит, тока нет ив верхней половине обмотки трансформатора. На нагрузку диод VD 1 тока не дат. Нона диоде VD 2 при этом положительное напряжение, поэтому он проводит ток, значит, ток есть в нижней половине обмотки трансформатора и на нагрузке, причём в том же направлении, в каком он протекал в предыдущую половину периода колебаний переменного напряжения обмотки трансформатора, когда ток проводил диод VD 1. При положительном напряжении на диоде VD 2 напряжения на нём практически нету него низкое сопротивление. Напряжение нижней половины обмотки трансформатора приходится практически полностью на нагрузку, т.к. в ней есть ток. Ток диода VD 2 равен току нагрузки. В данной схеме ток в нагрузке есть в течение обоих полупериодов переменного напряжения обмотки трансформатора, причём водном и том же направлении. При этом ток в каждом из диодов есть только в течение одного полупериода переменного напряжения обмотки трансформатора, одинаковый стоком нагрузки. Значит, средний ток каждого диода в 2 раза меньше среднего тока нагрузки. При этом должно выполняться условие Поэтому Напряжения на диодах и нагрузке распределяется также как в однополупериодной схеме, только теперь на нагрузку в проводящий полупериод и на диод в непроводящий полупериод приходится неполное напряжение обмотки трансформатора, а только половина напряжения обмотки трансформатора III. Мостовая схема Рисунок 4 - Мостовая схема В мостовой схеме (см. рисунок 4) в течение одного полупериода переменного напряжения обмотки трансформатора положительное напряжение на диодах VD 1 и VD 3. В данный полупериод ток течёт через диод VD 1, нагрузку, диод VD 3 и всю обмотку трансформатора. Диоды VD 2 ив данный полупериод переменного напряжения обмотки трансформатора находятся под отрицательным напряжением и поэтому не проводят ток. Диоды VD 2 и VD 4 входят в токопроводящий путь, образованный диодом VD 2, нагрузкой, диодом VD 4 и обмоткой трансформатора. Этот токопроводящий путь в данный полупериод переменного напряжения обмотки трансформатора обесточен. Токи диодов VD 1 и VD 3 и нагрузки в проводящий полупериод одинаковые и равны току обмотки трансформатора. Напряжений на диодах VD 1 ив проводящем состоянии практически нет, всё напряжение обмотки трансформатора приходится на нагрузку. В токопроводящем пути, образованном диодом VD 2, нагрузкой, диодом VD 4 и обмоткой трансформатора тока нет, поэтому напряжения на нагрузку данный токопроводящий путь не дат. Всё напряжение обмотки трансформатора приходится на диоды VD 2 и VD 4 и делится на них поровну, т.к. они соединены последовательно в своём токопроводящем пути. В течение следующего полупериода переменного напряжения обмотки трансформатора положительное напряжение на диодах VD 2 и VD 4. В данный полупериод ток течёт через диод VD 2, нагрузку, диод VD 4 и всю обмотку трансформатора. Диоды VD 1 ив данный полупериод переменного напряжения обмотки трансформатора находятся под отрицательным напряжением и поэтому не проводят ток. Токи диодов VD 2 и VD 4 и нагрузки в проводящий полупериод одинаковые и равны току обмотки трансформатора. Напряжений на диодах VD 2 ив проводящем состоянии практически нет, всё напряжение обмотки трансформатора приходится на нагрузку. В токопроводящем пути, образованном диодом VD 1, нагрузкой, диодом VD 3 и обмоткой трансформатора тока нет, поэтому напряжения на нагрузку данный токопроводящий путь не дат. Всё напряжение обмотки трансформатора приходится на диоды VD 1 и VD 3 и делится на них поровну, т.к. они соединены последовательно в своём токопроводящем пути. В течение обоих полупериодов переменного напряжения обмотки трансформатора ток нагрузки течёт в неизменном направлении согласно схеме включения диодов (см. рисунок 4). При этом на каждом из диодов ток течёт только в течение полупериода переменного напряжения обмотки трансформатора. Поэтому, средний ток каждого диода в 2 раза меньше среднего тока нагрузки. При этом должно выполняться условие Поэтому Напряжения на диодах и нагрузке распределяется так, что теперь на нагрузку в проводящий полупериод и на 2 диода в непроводящий полупериод приходится полное напряжение обмотки трансформатора. Нов непроводящий полупериод напряжение обмотки трансформатора теперь делится поровну между двумя диодами. Поэтому Теперь IV. Трёхфазная схема Рисунок 5 – Трёхфазная (однополупериодная) схема В трёхфазной схеме (см. рисунок 5) ток в каждой обмотке трёхфазного трансформатора ток течёт только при положительном напряжении на диоде данной фазы, те. в течение только одного полупериода колебаний переменного тока соответствующей фазы, что обеспечивает протекание тока в нагрузке в неизменном направлении. В нагрузке происходит наложение пульсирующих токов трёх фаз. Хотя колебания напряжений фаз сдвинуты друг относительно друга на 120°, за один период колебаний переменного тока в каждой из фаз напряжение совершает одно полное колебание. Фазы дают одинаковый вклад в средний ток нагрузки. Поэтому, средний ток каждой из фаза, значит, и средний ток каждого из диодов фаз в 3 раза меньше среднего тока нагрузки При этом должно выполняться условие Поэтому Более сложной является формула для амплитуды обратного напряжения на диоде Ход работы Используя данные своего варианта см. таблицу 1), рассчитайте однополупериодную, двухполупериодную с нулевой точкой, мостовую, трёхфазную схемы выпрямителей с заданными параметрами выпрямительного диода, составьте схему каждого выпрямителя. Таблица 1. Распределение параметров выпрямительных диодов по вариантам 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Вариант, Вт 1000 500 300 600 200 250 750 150 450 800 650 U d , В 200 150 200 250 150 300 400 200 220 100 175 доп, А 2 1 1,2 1 0,75 0,25 1,5 0,25 0,5 2 1,25 U обр , В 400 250 300 300 350 500 350 150 300 250 200 Образец расчета (расчет варианта № 0) 1. Средневыпрямленный ток потребителя 2. Проверка условия для тока 1 диода однополупериодной схемы Условие не выполняется Нужно установить вместо одного диода m параллельных Напряжение на 1 диоде однополупериодной схемы в непроводящий полупериод Проверка условия для напряжения 1 диода однополупериодной схемы Условие не выполняется. Нужно установить n последовательных диодов В однополупериодной схеме вместо 1 диода VD необходимо установить диодную группу из m=3 параллельных ветвей, в каждой ветви по n=2 последовательных диода. Составим схему выпрямителя. Рисунок 6 – Однополупериодная схема варианта № 0 3. Проверка условия для тока 1 диода двухполупериодной схемы с общей точкой Условие не выполняется. Нужно установить вместо каждого из диодов VD 1 и VD 2 m параллельных диодов Напряжение на 1 диоде двухполупериодной схемы с общей точкой в непроводящий полупериод Проверка условия для напряжения 1 диода двухполупериодной схемы с общей точкой Условие не выполняется. Нужно установить вместо каждого из диодов VD 1 и VD 2 n последовательных диодов В двухполупериодной схеме с общей точкой вместо каждого из диодов VD 1 и VD 2 необходимо установить диодную группу из m=2 параллельных ветвей, в каждой ветви по n=2 последовательных диода. Составим схему выпрямителя. Рисунок 7 – Двухполупериодная схема с общей точкой для варианта № 0 4. Проверка условия для тока 1 диода мостовой схемы Условие не выполняется. Нужно установить вместо каждого из диодов VD 1, VD 2, VD 3 и VD 4 m параллельных диодов Напряжение на 1 диоде мостовой схемы в непроводящий полупериод Проверка условия для напряжения 1 диода мостовой схемы Условие выполняется. Значит, достаточно 1 диода в каждой параллельной ветви с диодами, n=1. В мостовой схеме вместо каждого диода VD 1, VD 2, VD 3, VD 4 необходимо установить диодную группу из m=2 параллельных ветвей с n=1 диодом в каждой ветви. Составим схему выпрямителя. Рисунок 8 – Мостовая схема для варианта № 0 5. Проверка условия для тока трехфазной схемы Условие выполняется. Значит, достаточно 1 ветви с диодами вместо каждого из диодов VD 1, VD 2, VD 3, те. m=1. Напряжение на 1 диоде трехфазной схемы в непроводящий полупериод Проверка условия для напряжения 1 диода трехфазной схемы Условие не выполняется. Нужно установить n последовательных диодов вместо каждого из диодов VD 1, VD 2, VD 3: В трехфазной схеме вместо каждого диода VD 1, VD 2, VD 3 необходимо установить диодную группу из n=2 последовательных диодов. Составим схему выпрямителя. Рисунок 9 – Трёхфазная однополупериодная схема для варианта № 0 Контрольные вопросы 1. Объясните назначение диодного выпрямителя. 2. Расскажите, какие электронные приборы входят в состав диодного выпрямителя. 3. Объясните, как включается нагрузка в схему выпрямителя. 4. Поясните электрические схемы данной работы. 5. Объясните, на каком принципе основано выпрямление переменного тока диодным выпрямителем. 6. Назовите основные выпрямительные схемы. 7. Перечислите основные параметры выпрямительных диодов, необходимые для расчёта диодного выпрямителя. 8. Назовите основные условия, которые должны выполняться для выпрямительных диодов в схемах выпрямления. 9. Объясните, как необходимо изменить схему выпрямителя, если основные условия не выполняются. |