«Исследование однофазных выпрямителей». лаб1Унжаков. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (тусур)

• Название: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (тусур)
• Анкор: «Исследование однофазных выпрямителей»
• Дата: 27.04.2023
• Размер: 2.13 Mb.
• Имя файла: лаб1Унжаков.docx
• Тип: Программа; #1093988

Министерство науки и высшего образования

Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Факультет электронной техники

Кафедра ПрЭ
Лабораторная работа № 1

«Исследование однофазных выпрямителей»

по дисциплине “Основы преобразовательной техники”

выполнена по учебному пособию Б. И. Коновалов, В. С. Мишуров. “Основы преобразовательной техники”

Выполнил:

студент ФДО ТУСУР

специальности 11.03.04

Унжаков Е.Н.

Лабораторная работа № 1

«Исследование однофазных выпрямителей»

Цель работы: исследование однофазных выпрямителей с выводом средней точки и мостового на идеализированных моделях при активной нагрузке без фильтра и с Г-образным LC-фильтром.

Программа работы

1. 
   Собрать схему выпрямителя со средней точкой без фильтра, как показано на рис. 3.6. Необходимые параметры взять из табл. 3.1 согласно номеру варианта.
   

_TV VD1 _R2
R_d


Рис. 3.6

Выбор варианта для лабораторных работ осуществляется по общим правилам с использованием следующей формулы:

V= (N× K) div 100,

где V– искомый номер варианта,

N – общее количество вариантов, div – целочисленное деление,

при V= 0 выбирается максимальный вариант,

K– код варианта = 52 (из личного кабинета)
V= (30× 52) div 100 = 15

Таблица 3.1 – Исходные данные к лабораторной работе № 1

Вариант	U1, В	f, Гц	kтр	Id, А	kп вых	Вариант	U1, В	f, Гц	kтр	Id, А	kп вых
1	200	400	12	4	0,05	16	200	100	11	2	0,08
2	150	50	11	6	0,06	17	150	200	10	4	0,09
3	120	60	10	8	0,07	18	120	300	9	6	0,1
4	100	100	9	2	0,08	19	100	400	8	8	0,05
5	170	200	8	4	0,09	20	170	50	14	2	0,06
6	200	300	14	6	0,1	21	200	60	13	4	0,07
7	150	400	13	8	0,05	22	150	100	12	6	0,08
8	120	50	12	2	0,06	23	120	200	11	8	0,09
9	100	60	11	4	0,07	24	100	300	10	2	0,1
10	170	100	10	6	0,08	25	170	400	9	4	0,05
11	200	200	9	8	0,09	26	200	50	8	6	0,06
12	150	300	8	2	0,1	27	150	60	14	8	0,07
13	120	400	14	4	0,05	28	120	100	13	2	0,08
14	100	50	13	6	0,06	29	100	200	12	4	0,09
15	170	60	12	8	0,07	30	170	300	11	6	0,1

Величина сопротивления нагрузки R_d

соотношений:

рассчитывается из следующих

2

d
U ^U1 ; U

^kтр
 0, 9U₂ ;

R  ^Ud.


d
I_d

 R₃

Сопротивления резисторов, выполняющих роль шунтов,

 0, 01 Ом.

U2 = 170 / 12 = 14,2 В. ; Ud = 0,9 * 14,2 = 12,78 В. ; Rd = 12,78 /8 = 1,6 Ом.

Диоды и трансформатор идеализированные.

R₁  R₂ 

Внутренние сопротивления амперметров принимаем равными нулю, внутренние сопротивления вольтметров принимаем равными бесконечности.

2. 
   Экспериментально для схемы на рис. 3.6 с помощью вольтметров и амперметров замерим действующие значения напряжений первичной
   

и вторичных обмоток трансформатора U₁

и U₂ ,

среднее значение напря-

жения на нагрузке

U_d, действующие значения токов первичной и вторич-

ных обмоток

I₁ и

I₂ ,

среднее значение тока нагрузки

I_d. В отчете приве-

дем схему с показаниями приборов.

Экспериментально с помощью осциллографа замеряем амплитуду

обратного напряжения на диодах

^Umобр

и амплитуду переменной состав-

ляющей выпрямленного напряжения

^U(2)m<sup>.

За величину</sup> U_(2)m

приближен-

но можно считать половину полного размаха пульсаций кривой выпрям- ленного напряжения, как показано на рисунке 3.7.
u_d


v

Рис. 3.7

Используя экспериментальные данные, составим основные расчет- ные соотношения для исследуемой схемы выпрямителя. Результаты офор- мим в виде табл. 3.2.
Таблица 3.2 – Результаты исследования выпрямителя со средней точкой при активной нагрузке

	U2 Ud	I2 Id	I1  kтр Id	Umобр Ud	kп
Эксперимент	1,07	0,79	1,13	3,27	0,75
Теоретически	1,1	0,785	1,11	3,14	0,67

Рис. 3.8 результаты измерений (NI Circuit Design Suite 14.1)



Рис. 3.9 Диаграммы U1, I1

Рис. 3.10 Диаграммы U1(канал В), I1 (канал А)

Р
ис. 3.11 Диаграммы U1(канал В), Ud (канал А)




Рис. 3.12 Диаграммы Ivd2(канал В), Ud (канал А)



Рис. 3.12 Диаграммы Ivd1 (канал В), Ivd2 (канал А)

Теоретические соотношения берем из табл. 3.1 [1].

3. 
   Экспериментально с помощью осциллографа получаем диаграммы
   

напряжений и токов u₁,

u_d,

i₁ ,

ⁱVD1 <sup>,

i</sup>VD2 ^.

ем u₁.

В отчете представляем диаграммы, синхронизировав их с напряжени-

Диаграммы токов снимаются в виде напряжений на низкоомных ре-

зисторах (шунтах)

R₁ ,

R₂ ,

R₃ .

4. 
   Собираем схему выпрямителя со средней точкой с LC-фильтром, как показано на рис. 3.8.
   

_TV VD1 _R2
R_d


Рис. 3.8

Параметры схемы оставляем прежними (т. е. из табл. 3.1). Для расчета фильтра используем формулы (6.5–6.7) и пример 2 стр. 145 из [1].

Значение индуктивности сглаживающего дросселя принять пример- но в два раза больше критического значения. В этом случае можно считать, что для выпрямителя нагрузка носит индуктивный характер.

Амплитуда основной (второй, т. к. для рассматриваемой схемы m = 2 )

гармоники переменной составляющей выпрямленного напряжения (напряжения на входе фильтра):




= 12,78 * 0,67 = 8,56 В.

А мплитуда основной гармоники напряжения на выходе фильтра:

= 12,78 * 0,07 = 0,9 В.

Критическое значение индуктивности дросселя:




= (8,56 * 1,6) / (2 * 2 * 3,14 * 60 * 12,78) = 0,00143 Гн.
Принимаем L ≥ 2 * Lкр и учитывая возможность физической реализации:

L = 0,1 Гн.

Требуемый коэффициент сглаживания фильтра:




= 0,67 / 0,07 = 9,6
Расчетная емкость конденсатора:




(9,6 + 1) / ((2 * 3,14 * 60 )**2 * 0,1) = 750 мкФ.
Собственная частота фильтра:



1 / (0,1 * 0,00075)**0,5 = 115,5 рад/с.
Проверим условие:

: 2 * 3,14 * 60 = 377 рад/с. ≥ 2 * 115,5 = 231 рад/с.


Рис. 4.1 результаты измерений (NI Circuit Design Suite 14.1)
5. Экспериментально для схемы на рис. 3.8 произведем измерения подобно проведенным в п. 2. Результаты оформим в виде табл. 3.3.

Таблица 3.3 – Результаты исследования выпрямителя со средней точкой при индуктивной нагрузке

	U2 Ud	I2 Id	I1  kтр Id	Umобр Ud	kï	kп вых
Эксперимент	1,07	0,707	0,99	3,17	0,73	0,011
Теоретически	1,11	0,707	1	3,14	0,67	0,07

6. 
   Для схемы на рис. 3.8 повторим задание по п. 3.
   

Рис. 6.1 Диаграммы U1(канал В), I1 (канал А)



Рис. 6.2 Диаграммы U1(канал В), Ud (канал А)



Рис. 6.3 Диаграммы Ivd2(канал А), Ud (канал В)



Рис. 6.4 Диаграммы Ivd1 (канал В), Ivd2 (канал А)

6. 
   Для схемы на рис. 3.8 экспериментально получим зависимость коэффициента пульсаций на нагрузке от тока нагрузки. Ток нагрузки изменять от заданного в табл. 3.1 до значения, в десять раз меньшего.
   

Экспериментально по результатам измерений:

Iд, A 7,5 6 5 4 3 2 1 0,75 Кпвых 0,011 0,0126 0,0137 0,0145 0,0155 0,0163 0,0166 0,017 Таб. 7.1 Зависимость коэффициента пульсаций от тока (сопротивления) нагрузкиXIд, A	7,5	6	5	4	3	2	1	0,75
Кпвых	0,011	0,0126	0,0137	0,0145	0,0155	0,0163	0,0166	0,017

С уменьшением тока (увеличением Rd) Кпвых увеличивается, в нашем случае незначительно т.к. емкость фильтра достаточно большая 750 мкФ.



Выводы:

Лабораторная работа выполнена на компьютере с помощью пакета программ NI Circuit Design Suite 14.1 в операционной среде Windows.

Освоены основные идеи и навыки работы с этой САПР и подобными ей.

Выполнены экспериментальные исследования и теоретические расчеты однофазных выпрямителей с выводом средней точки на идеализированных моделях при активной нагрузке без фильтра и с Г-образным LC-фильтром.

Зарегистрированы формы и величины токов и напряжений в разных узлах собранных схем и в цепях первичной обмотки трансформатора, и в цепях вторичной обмотки. Отмечено изменение формы токов обмоток и диодов при добавлении в схему сглаживающего фильтра, а также кардинального улучшения качества питания нагрузки. Практически показана обратно-пропорциональная зависимость качества питания (коэффициента пульсации) от тока нагрузки. Отдельно следует отметить, что с применением фильтра уменьшается ток первичной обмотки а следовательно и мощность трансформатора.

ЛИТЕРАТУРА

1. 
   Коновалов Б. И. Основы преобразовательной техники : учеб. посо- бие / Б. И. Коновалов, В. С. Мишуров. – Томск : ФДО, ТУСУР, 2017. – 172 с.
   
2. 
   Зиновьев Г. С. Основы силовой электроники : учеб. пособие для вузов / Г. С. Зиновьев. – Новосибирск : НГТУ, 2003. – 651 с.
   
3. 
   Диоды и тиристоры в преобразовательных установках / М. А. Абрамович, В. М. Бабайлов, В. Е. Либер [и др.]. – М. : Энергоатом- издат, 1992. – 432 с.
   
4. 
   Малогабаритные трансформаторы и дроссели : справочник / И. Н. Сидоров, С. В. Скорняков, В. В. Христинин. – М. : Радио и связь, 1985. – 415 с.
   
5. 
   Полупроводниковые выпрямители / под ред. Ф. И. Ковалева, Г. П. Мостковой. – М. : Энергия, 1978. – 448 с.
   
6. 
   Полупроводниковые приборы : учебник для вузов / Н. М. Тугов, Б. А. Глебов, Н. А. Чарыков; под ред. В. А. Лабунцова. – М. : Энергоатом- издат, 1990. – 576 с.
   
7. 
   Розанов Ю. К. Основы силовой электроники / Ю. К. Розанов. – М. : Энергоатомиздат, 1992. – 295 с.
   
8. 
   Руденко В. С. Основы преобразовательной техники : учебник для вузов / В. С. Руденко, В. И. Сенько, И. М. Чиженко. – М. : Высш. шк., 1980. – 424 с.
   
9. 
   Электрические конденсаторы и конденсаторные установки : спра- вочник / В. П. Берзан, Б. Ю. Геликман, М. Н. Гураевский [и др.] ; под ред. Г. С. Кучинского. – М. : Энергоатомиздат, 1987. – 656 с.