4 курс (заочка) / Учебные материалы / ЭУиСТ лабораторный практикум

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ И ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА

1. Общие рекомендации.

Ознакомление с принципом действия, режимами работы и основными параметрами однофазных схем выпрямления производится по [1], конспекту лекций и разделу «Общие сведения» данного пособия.

Фронтальный вид стенда для исследования однофазных схем выпрямления показан на рис.9.

Стенд содержит:

-измерительные приборы;

-принципиальные схемы выпрямления с указанием способов подключения к ним измерительных приборов, токовых шунтов и гнезд для определения с помощью осциллографа форм кривых тока и напряжения в различных точках схем, а также среднеквадратического значения переменного напряжения с помощью милливольтметра В3-38;

-коммутационные приборы для подключения стенда к однофазной сети общего пользования – автоматический выключатель QF1, пакетный переключатель для подачи питания и подключения нагрузки к одной из схем выпрямления – SA, тумблеры для коммутации элементов фильтра нижних частот (ФНЧ) – SA1… SA3 и подключения переменного сопротивления нагрузки – SA4;

-принципиальная схема ФНЧ и нагрузки с указанием измерительных приборов и гнезд для подключения осциллографа и милливольтметра В3-38.

Рис.9. Фронтальный вид стенда для проведения исследования однофазных схем выпрямления.

Принципиальные схемы исследуемых выпрямителей и схема нагрузки, подключаемая в зависимости от положения пакетного переключателя SA к одной из схем выпрямления, приведены на рис.10.

31

Как видно из рис. 10 первичная обмотка однофазного трансформатора с подключенными приборами (A1, V1, W) и автоматическим выключателем QF1 является общей для любой из трех схем выпрямления.

2. Исследование однофазной однотактной однополупериодной схемы.

2.1.Исследование на активную нагрузку.

Для исследования однофазной однотактной однополупериодной схемы выпрямления переключатель SA следует перевести в положение 1, в результате чего нагрузка с измерительными приборами АН, VH , элементами ФНЧ (С0 , С1 , L) и тумблерами SA1… SA4 будет подключена к выходу исследуемой схемы.

Для снятия внешней характеристики при работе на чисто активную нагрузку индуктивность L должна быть закорочена тумблером SA1, а конденсаторы С0 и С1 отключены тумблерами SA2 и SA3. Подключив тумблером SA4 нагрузку RH, определяют по амперметру АН максимально возможное значение тока нагрузки. Следует подключить милливольтметр В3-38 к гнездам Г4, Г5 для определения среднеквадратического значения переменного напряжения на выходе выпрямителя. В диапазоне возможного изменения тока нагрузки от максимального до нулевого значения (нулевое значение устанавливается с помощью тумблера SA4) следует произвести 5…6 измерений показаний всех приборов. Результаты измерений заносятся в табл.1.

Таблица 1

Измерение среднеквадратического значения переменной составляющей напряжения на выходе выпрямителя U0~ осуществляется вольтметром В3-38, подключаемым к гнездам Г3-Г5.

По результатам измерений определяются:

- коэффициент пульсации напряжения на выходе выпрямителя

Рис.10. Принципиальные схемы выпрямления и схема подключения нагрузки.

С помощью осциллографа, подключаемого к соответствующим гнездам на стенде, определить и зарисовать в отчете для одного из значений тока нагрузки:

-форму кривой тока вторичной обмотки трансформатора (гнезда Г1-Г2) i2=f(t);

-форму кривой напряжения на выходе выпрямителя (гнезда Г3-Г5) u0= f(t).

33

2.2.Исследование на емкостную нагрузку.

При работе схемы на нагрузку емкостного характера тумблером SA2 следует подключить конденсатор С0 к выходу выпрямителя (обмотка дросселя L должна оставаться закороченной тумблером SA1). Затем определить максимально возможное для этого режима работы значение тока нагрузки IH МАКС и произвести 5…6 измерений показаний приборов в диапазоне изменения тока нагрузки от IH=0 до IH= IH МАКС. Результаты измерений заносятся в таблицу, аналогичную таблице 1. Расчетные данные в этой таблице определяются по выше приведенным выражениям (1)…(5). Для одного из значений тока нагрузки (отличного от нуля) с помощью .осциллографа определить и зарисовать в отчете:

-форму кривой напряжения на выходе выпрямителя (гнезда Г3-Г5) u0= f(t);

-форму кривой тока вторичной обмотки трансформатора (гнезда Г1-Г2) i2=f(t);

-форму кривой тока конденсатора С0 (гнезда Г3-Г4) iС0=f(t). Подключить тумблером SA3 параллельно конденсатору С0 конденсатор С1 и исследовать влияние величины ёмкости на форму кривых u0= f(t) и iС0=f(t).

2.3.Исследование на индуктивную нагрузку.

При исследовании работы схемы на нагрузку индуктивного характера конденсаторы С0 и С1 следует отключить тумблерами SA2 и SA3, а дроссель L подключить тумблером SA1 последовательно нагрузке RH. Определить максимально возможное для этого режимами значение тока нагрузки IH МАКС и произвести 5…6 измерений показаний приборов в диапазоне изменении тока нагруз-

ки от IH=0 до IH= IH МАКС. Результаты измерений заносятся в таблицу, аналогичную таблице 1. Расчетные данные таблицы определяются также по

(1)…(5). Для одного из значений тока нагрузки с помощью осциллографа определить и представить в отчете:

- форму кривой напряжения на выходе выпрямителя (гнезда Г3-Г5) u0= f(t);

-форму кривой тока вторичной обмотки трансформатора (гнезда Г1-Г2) i2=f(t).

3.Исследование однотактной, двухполупериодной схемы выпрямления.

3.1.Исследование на активную нагрузку.

Для исследования работы и характеристик однофазной, однотактной, двухполупериодной схемы выпрямления переключатель SA на стенде перевести в положение 2, в результате чего нагрузка с измерительными приборами и элемен-

34

тами коммутации (тумблеры SA1… SA4) будет подключена к выходу данной схемы.

Для снятия внешней характеристики при работе на чисто активную нагрузку индуктивность L должна быть закорочена тумблером SA1, а конденсаторы С0 и С1 отключены тумблерами SA2 и SA3. Подключив тумблером SA4 нагрузку RH, определяют по амперметру АН максимально возможное значение тока нагрузки. Для того, чтобы убедиться в том, что тумблеры установлены верно, следует подключить осциллограф к гнездам Г1, Г2 и определить форму кривой тока вентиля VD1 (кривая тока вентиля должна иметь в этом случае синусоидальную форму с длительностью, равной половине периода). В диапазоне возможного изменения тока нагрузки (от максимального до нулевого значения) следует произвести 5…6 измерений показаний приборов. Результаты измерений заносятся в таблицу, аналогичную табл.1.

Расчетные параметры КП0, η, χ (cosφ1) и Кисп тр определяются соответственно по формулам (1)…(3) и (5). Габаритная мощность трансформатора SТР для этой схемы выпрямления определяется ниже следующим выражением:

С помощью осциллографа, подключаемого к соответствующим гнездам на стенде, определить и представить в отчете для одного из значений тока нагрузки:

-форму кривой тока вторичной полуобмотки трансформатора (гнезда Г1,

Г2) i2=f(t);

-форму кривой напряжения на выходе выпрямителя (гнезда Г3, Г5) u0= f(t).

3.2.Исследование на емкостную нагрузку.

При исследовании работы схемы на нагрузку емкостного характера тумблером SA2 следует подключить конденсатор С0 к выходу выпрямителя (обмотка дросселя L должна оставаться закороченной тумблером SA1). Затем определить максимально возможное для этого режима работы значение тока нагрузки IH МАКС и произвести 5…6 измерений показаний приборов в

диапазоне изменении тока нагрузки от IH=0 до IH= IH МАКС. Результаты измерений заносятся в таблицу, аналогичную табл. 1. Расчетные параметры

КП0, η, χ(cosφ1) и Кисп тр определяются соответственно по формулам (1)…(3) и (5). Габаритная мощность трансформатора SТР для этой схемы выпрямления определяется по формуле (6). С помощью осциллографа, подключаемого к соответствующим гнездам на стенде, определить и представить в отчете для одного из значений тока нагрузки:

-форму кривой тока вторичной полуобмотки трансформатора (гнезда Г1,

Г2) i2=f(t);

-форму кривой напряжения на выходе выпрямителя (гнезда Г3, Г5) u0= f(t).

-форму кривой тока конденсатора С0 (гнезда Г3-Г4) iС0=f(t).

35

Подключить тумблером SA3 параллельно конденсатору С0 конденсатор С1 и исследовать влияние величины ёмкости на форму кривых u0= f(t) и iС0=f(t).

3.3.Исследование на индуктивную нагрузку.

При исследовании работы схемы на нагрузку индуктивного характера дроссель L должен быть подключен последовательно с нагрузкой RH, а конденсаторы С0 и С1 подключаются параллельно нагрузке. Далее следует определить максимально возможное значение тока нагрузки IH МАКС и, подключив осциллограф к гнездам Г1, Г2, убедиться в том, что тумблеры SA1… SA3 установлены верно. В диапазоне от IH=0 до IH= IH МАКС произвести 5…6 измерений показаний приборов, результаты которых занести в таблицу, аналогичную табл. 1. По результатам измерений рассчитать по формулам (1)…(3), (5) и (6) и занести в

эту таблицу значения параметров КП0, η, χ(cosφ1) SТР и Кисп тр.

С помощью осциллографа, подключаемого к соответствующим гнездам на стенде, определить и представить в отчете для одного из значений тока нагрузки:

-форму кривой тока вторичной полуобмотки трансформатора (гнезда Г1,

Г2) i2=f(t);

-форму кривой напряжения на выходе выпрямителя (гнезда Г3, Г5) u0= f(t);

-форму кривой напряжения на обмотке дросселя L (гнезда Г5-Г6) uL= f(t). С помощью осциллографа, подключенного к гнездам Г1, Г2 определить критическое значение тока нагрузки, при котором ток вентиля спадает до нуля, но имеет длительность равную половине периода.

4.Исследование однофазной мостовой схемы выпрямления.

4.1.Исследование на активную нагрузку.

Для исследования работы и характеристик однофазной мостовой схемы выпрямления переключатель SA на стенде следует перевести в положение 3, в результате чего нагрузка с измерительными приборами и элементами коммутации (тумблеры SA1… SA4) будет подключена к выходу данной схемы.

Для снятия внешней характеристики при работе на чисто активную нагрузку индуктивность L должна быть закорочена тумблером SA1, а конденсаторы С0 и С1 отключены тумблерами SA2 и SA3. Подключив тумблером SA4 нагрузку RH, определяют по амперметру АН максимально возможное значение тока нагрузки. Следует подключить милливольтметр В3-38 к гнездам Г4, Г5 для определения средне-квадратического значения переменного напряжения на выходе выпрямителя. В диапазоне возможного изменения тока нагрузки от максимального до нулевого значения (нулевое значение устанавливается с помощью тумблера

36

SA4) следует произвести 5…6 измерений показаний всех приборов. Результаты измерений заносятся в табл.1.

Расчетные параметры КП0, η, χ(cosφ1) и Кисп тр определяются соответственно по формулам (1)…(3) и (5). Габаритная мощность трансформатора SТР для этой схемы выпрямления определяется ниже следующим выражением:

- габаритная мощность трансформатора

SТР=( U1* I1+ U2* I2)/2

С помощью осциллографа, подключаемого к соответствующим гнездам на стенде, определить и зарисовать в отчете для одного из значений тока нагрузки:

-форму кривой тока вторичной обмотки трансформатора (гнезда Г1-Г2) i2=f(t);

-форму кривой напряжения на выходе выпрямителя (гнезда Г3-Г5) u0= f(t).

4.2.Исследование на емкостную нагрузку.

При работе схемы на нагрузку емкостного характера тумблером SA2 следует подключить конденсатор С0 к выходу выпрямителя (обмотка дросселя L должна оставаться закороченной тумблером SA1). Затем определить максимально возможное для этого режима работы значение тока нагрузки IH МАКС и произвести 5…6 измерений показаний приборов в диапазоне изменения тока нагрузки от IH=0 до IH= IH МАКС. Результаты измерений заносятся в таблицу, аналогичную таблице 1. Расчетные данные в этой таблице определяются по выше приведенным выражениям (1)…(5). Для одного из значений тока нагрузки (отличного от нуля) с помощью осциллографа определить и зарисовать в отчете:

-форму кривой напряжения на выходе выпрямителя (гнезда Г3-Г5) u0= f(t);

-форму кривой тока вторичной обмотки трансформатора (гнезда Г1-Г2) i2=f(t);

-форму кривой тока конденсатора С0 (гнезда Г3-Г4) iС0=f(t). Подключить тумблером SA3 параллельно конденсатору С0 конденсатор С1 и исследовать влияние величины ёмкости на форму кривых u0= f(t) и iС0=f(t).

4.3.Исследование на индуктивную нагрузку.

При исследовании работы схемы на нагрузку индуктивного характера конденсаторы С0 и С1 следует отключить тумблерами SA2 и SA3, а дроссель L подключить тумблером SA1 последовательно нагрузке RH. Определить максимально возможное для этого режимами значение тока нагрузки IH МАКС и произвести 5…6 измерений показаний приборов в диапазоне изменении тока нагруз-

ки от IH=0 до IH= IH МАКС. Результаты измерений заносятся в таблицу, аналогичную таблице 1. Расчетные данные таблицы определяются также по

(1)…(5). Для одного из значений тока нагрузки с помощью осциллографа определить и представить в отчете:

37

- форму кривой напряжения на выходе выпрямителя (гнезда Г3-Г5) u0= f(t);

-форму кривой тока вторичной обмотки трансформатора (гнезда Г1-Г2) i2=f(t).

5.Содержание индивидуального отчета по лабораторной работе.

Индивидуальный отчет по лабораторной работе должен содержать:

-принципиальную электрическую схему каждого из объектов исследования (схему выпрямления);

-экспериментальные и расчетные данные для каждого из режимов работы соответствующей схемы выпрямления, представленные в таблицах, аналогичных табл.1 (по три таблицы для каждой схемы выпрямления);

-внешние характеристики (зависимости UH=f(IH)) для всех трех режимов работы каждой из схем выпрямления, построенные в одних осях координат (по три кривых для каждой из схем выпрямления);

-временные диаграммы кривых напряжения и тока для всех трех режимов работы каждой из схем выпрямления.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Каковы достоинства и недостатки однофазных схем выпрямления по сравнению с многофазными?

2.Какова область применения каждой из рассмотренных схем выпрямления?

3.Какими параметрами характеризуются выпрямительные устройства?

4.Почему однополупериодная схема выпрямления на практике не работает на нагрузку индуктивного характера?

5.Что такое габаритная мощность трансформатора? Почему габаритная мощность трансформатора при работе на нагрузку емкостного характера больше, чем при работе на нагрузку индуктивного характера при том же значении мощности нагрузки?

6.Как влияет величина ёмкости на выходе выпрямителя на габаритную мощность трансформатора (при неизменной мощности нагрузки)?

7.Что подразумевается под понятием критическое значение тока при работе выпрямителя на нагрузку индуктивного характера?

8.Что такое критическое значение индуктивности? Как зависит от величины минимальное значение тока нагрузки, при котором наступает режим разрывных токов дросселя?

9.Что такое перекрытие фаз? Каким из рассмотренных схем выпрямления и при каких режимах работы присуще это явление?

10.Какие из рассмотренных схем могут работать непосредственно от сети переменного тока без трансформатора?

38

11.Объясните, почему при относительно низких напряжениях на нагрузке (меньше десяти вольт) и достаточно больших токах нагрузки предпочтение отдается двухполупериодной схеме с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора?

12.Что такое число фаз выпрямления?

13.Каковы эквивалентные схемы замещения вентилей при расчете схем выпрямления, работающих на низких и высоких (десятки килогерц и выше) частотах преобразования энергии?

14.Каковы критерии оценки пульсации выходного напряжения выпрямителя? Что такое коэффициент пульсации?

Лабораторная работа №4 ИССЛЕДОВАНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить принцип действия и особенности импульсных источников питания. Ознакомиться с принципом действия релейных стабилизаторов.

2.ПЛАН РАБОТЫ

1.Снять внешнюю характеристику стабилизатора Uн=f(Iн) при постоянном напряжении питания.

2.Снять нагрузочную характеристику стабилизатора Uн=f(U0) при постоянном токе нагрузки Iн=const.

3.Снять зависимость величины и частоты пульсации на нагрузке стабилиза-

тора при изменяющемся напряжении U0 и постоянном токе нагрузки, а также при постоянном напряжении U0 и изменяющемся токе нагрузке.

4.С помощью осциллографа определить и представить в отчете:

-формы напряжений на регулирующем элементе, дросселе L2 и диоде

VD7;

-формы токов через регулирующий транзистор, дроссель L2 и диод VD7.

3.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

3.1.Стабилизаторы.

Стабилизаторами напряжения (тока) называются устройства, автоматически поддерживающие напряжение (ток) на стороне потребителя с заданной степенью точности.

По принципу действия стабилизаторы делятся на два принципиальных вида:

1)Стабилизаторы непрерывного действия, регулирующий элемент (РЭ) которых представляет собой плавно регулируемое сопротивление;

2)Импульсные (ключевые) стабилизаторы, регулирующий элемент которых представляет собой периодически замыкающийся и размыкающийся

39

ключ; стабилизация в этом случае достигается путем регулирования времени нахождения ключа в закрытом или открытом состоянии.

Оба вида стабилизаторов, в свою очередь делятся на два типа:

1)Компенсационные стабилизаторы, характеризующиеся наличием элементов, контролирующих величину выходного напряжения и вырабатывающих сигнал ошибки. Последний, через систему обратной связи (ОС) воздействует на РЭ, поддерживая выходное напряжение постоянным;

2)Параметрические стабилизаторы, характеризующиеся отсутствием элементов, контролирующих выходное напряжение. Работа таких стабилизаторов основывается на использовании характеристик нелинейных эле-

ментов.

Принцип работы компенсационного импульсного стабилизатора можно видеть по структурной схеме приведенной на рис.1.

Входное напряжение поступает на ключ К и далее, через фильтр Ф, на выходные клеммы устройства. Проходя через фильтр, напряжение выделят постоянную составляющую. Т.е. импульсы напряжения усредняются, «размазываясь» по всему периоду T.

Часть выходного напряжения снимаемое с измерительного элемента ИЭ, сравнивается с эталонным опорным напряжением ОЭ, и их разность, определяющая собой сигнал ошибки, через усилитель У подается на элемент преобразования сигнала ЭПС. Дело в том, что в отличии от стабилизатора непрерывного действия выходное напряжение усилителя в данном случае не может быть непосредственно использовано для управления регулирующим элементом, так как для этой цели необходимо иметь напряжение форма которого определяется выбранным видом ключа. Поэтому сигнал с усилителя У подается на ЭПС, с которого в преобразованном виде он поступает на ключ, периодически замыкая и размыкая его с некоторой частотой . Сигнал воздействующий на ключ, изменяет относительную длительность замкнутого состояния ключа, поддерживая постоянным выходное напряжение стабилизатора.

Частота может быть фиксированной и нефиксированной. В первом случае структурная схема должна содержать в себе задающий генератор ЗГ (рис.1), определяющий частоту . Во втором случае частота определяется автоколебаниями схемы стабилизатора.

На электрическую цепь (рис. 1 а), содержащую замыкающийся и размыкающийся ключ, подается постоянное напряжение U0. Соответственно на выходе этой цепи будем получать прямоугольные импульсы напряжения (рис. 2 б)

среднее значение которого будет равно

,

где T – период работы ключа, – время, в течении которого ключ находится в замкнутом состоянии, - относительная длительность замкнутого состоя-

ния ключа.

Из определения следует, что регулировать величину можно:

40