4. Трансформаторы.

Трансформатором называется электромагнитное устройство переменного тока, предназначенное для изменения напряжения (понижения шли повышения), а также для согласования сопротивлений электрических цепей (рис 7.3).

Основной частью трансформатора является магнитопровод из магнитомягкого железа с размешенными на нем обмотками (не менее двух).

Обмотка, подключаемая к источнику напряжения, называется первичной; обмотка, к которой подключается потребитель называется вторичной.

Рис. 7.3 Схематическое изображение трансформатора

Соотношение называется коэффициентом трансформации.

Здесь U1 - первичное напряжение (на входе);

U2 - вторичное напряжение (на выходе);

ω 1 - количество витков в первичной обмотке;

ω 2 - количество витков вторичной обмотке.

Катушка с магнитопроводом, предназначенная для создания индуктивного сопротивления, называется дросселем.

Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопроводы трансформаторов и дросселей набираются из штампованных пластин, либо навиваются из полос электротехнической стали.

Как правило, перед выпрямлением напряжение электрической цепи необходимо понизить до требуемого для транзисторов уровня. Эту задачу выполняют трансформаторы.

Схемы выпрямления. Если диод включить через трансформатор (рис. 7.4), то на нагрузочном резисторе Rn появится выпрямленное напряжение U2. Такой выпрямитель получил название однополупериодного. Ha нагрузке Rn появляется неснусоидальная ЭДС.

Рис. 7.4. Схема однополупериодного выпрямителя и осциллограммы его напряжений

Такую ЭДС (периодическую функцию с периодом 7) можно разложить в ряд Фурье: .

Здесь a1cosωt - первая гармоническая составляющая (первая

гармоника);

a2cos2ωt - вторая гармоническая составляющая (вторая гармоника);

- нулевая гармоника (постоянная составляющая выпрямленного

напряжения).

Известно также, что если разлагаемая функция Sn(t) симметрична относительно оси абсцисс и гармоники четных номеров отсутствуют,то составляющая .

Выпрямленное напряжение U2 (рис. 7.4) Не симметрично относительно оси X, но в силу малого уровня постоянной составляющей и большого уровня высших гармокик (особенно третьей) практического применения в выпрямителях не получило.

Двухполупериодные выпрямители. На рис.7.5 показаны схемы двдухполупериодных выпрямителей.

а)

б)

Рис. 7.5. Схемы двухполупериодных выпрямителей:

а - с двумя диодами, трансформатор со средней точкой; б - с четырьмя диодами (мостовая схема).

Схемы рис. 7.5 равнозначны, но в схеме рис. 7.5 а требуется трансформатор со средней точкой, а в схеме рис. 7.5, б можно применять обычный трансформатор. На рис 7.6 показаны осциллограммы работы двухполупериодного выпрямителя. Постоянная составляющая в выпрямленном сигнале будет пропорциональна его асимметрии. Поэтому двухполупериедный выпрямитель будет обеспечивать лучшее соотношение между постоянной и переменной составляющими чем однополупериодный.

В периодическом напряжении Un двухлолупериодного выпрямителя составляющая нулевой гармоники значительно выше, чем в однополупериоднoм Наличие высших гармонических составляющих (напряжение пульсации) вынуждает применять низкочастотные фильтры для их сглаживания CI, LI, С2 (рис. 7.7).

Рис. 7.6. Осциллограмма двухполупериодного выпрямителя

Практическая часть

«Монтаж и исследование одкополупериодного выпрямителя».

Цель работы

1. Изучить принцип работы однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей.

2. Приобрести навыки измерения основных параметров выпрямителя.

Порядок выполнения роботы

1. Определить выводы первичной и вторичной обмоток трансформатора.

2. Убедиться в исправности входящих в выпрямитель элементов:

а) диодов в четырёхдиодном мостике;

б) электролитических конденсаторов;

в) дросселя фильтра.

3. Произвести монтаж выпрямителя в соответствии с монтажной схемой, и принципиальной схемой (рис. 7.7).

4 После проверки собранной схемы преподавателем или учебным мастером подключить первичную обмотку трансформатора в сеть переменного напряжения 36 В 50 Гц.

5. Милливольтметром переменного напряжения ВЗ-33 произвести

измерение напряжений:

а) на входе трансформатора U1~;

б) на выходе трансформатора U2~;

в) на выходе диодного мостика U3~;

г) на выходе фильтра низкой частоты U4~;

Примечание. Напряжения U3~ и U4~ измерять о шкале милливольт.

6. Вольтметром постоянного напряжения В7-26 измерить постоянные

напряжения:

а) на выходе диодного мостика U3·;

б) на нагрузке фильтра RnU4·.;

7. Отпаять нагрузочный резистор Rn и произвести измерение напряжения на выходе фильтра в режиме холостого хода U4хх.

8. Рассчитать коэффициент трансформации трансформатора и определить тип трансформатора (повышающий Кт > 1 или понижающий К_т <1).

Рис. 7.7. Принципиальная схема однополупериодного выпрямителя

7. Определить коэффициент пульсации на входе фильтра:

.

7. Определить коэффициент пульсации на входе фильтра:

7. Определить коэффициент фильтрации (эффективность работы фильтра):

7. Определить ток нагрузки:

13. По величине тока I n и напряжения U4≈ найти на графике первую точку нагрузочной характеристики выпрямителя (рис. 7.8)

Рис. 7.8 Нагрузочная характеристика выпрямителя

14. Вторую точку характеристики отложить в выбранном масштабе на оси Х (ось напряжений) как U4xx (рис. 7.8).

15. Соединить полученные две точки между собой и продолжить нагрузочную характеристику до пересечения c осью ординат (осью токов). В точке пересечена отсчитать ток короткого замыкания Ik3.

16. Определить внутреннее сопротивление выпрямителя

R1=Uxx/Ik3;

17.После проверки преподавателем результате измерения схему выпрямителя разобрать.

Контрольные вопросы

1. Что такое диод?

2. От чего зависит коэффициент трансформации

трансформатора?

3. Объясните разницу между схемами однололупериодного

и двухполупеиодного выпрямителей.

4. Чем определяется величина постоянной составляющей выпрямленного сигнала?

5. Какую функцию выполняет фильтр выпрямителя?

6. Что такое коэффициент пульсации, от чего он зависит?

13