Вопросы и задания к допуску для выполнения работы

1. Исходя из паспортных данных трансформатора, рассчитать номинальные токи в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

2. Что такое режим холостого хода трансформатора?

3. Изменяется ли напряжение на вторичной обмотке трансформатора при изменении тока во вторичной обмотке?

4. Как осуществляется режим короткого замыкания трансформатора? С какой целью он осуществляется?

5. Какие осциллограммы надо наблюдать в работе? С какой целью их надо наблюдать?

Контрольные вопросы к защите работы

1. Объяснить назначение, устройство и принцип действия трансформатора.

2. Записать уравнения электрического состояния и постоянства рабочего магнитного потока трансформатора.

3. Мощность, КПД трансформатора. Виды потерь в трансформаторе, методы их определения.

4. Внешняя характеристика трансформатора.

5. Чем отличается испытательный режим короткого замыкания от аварийного режима короткого замыкания?

6. Объясните причину несинусоидальности тока в катушке с ферромагнитным сердечником при подаче на нее синусоидального напряжения.

7. Объясните все построенные графики.

Лабораторная работа № 4

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Цель работы: Ознакомление с принципами построения и физи­ческие процессами в одно- и двухполупериодных выпрямителях с емкостным, индуктивным и индуктивно-емкостным сглаживающими фильтрами.

Литература: [I] глава 9, §§ 9.1-9,5 [г] § 7.5, II.2, [4] глава 4, §§ 4.1,4.4,4.6

Введение

Для питания большого числа электро и радиоустройств необходимы источники постоянного напряжения. В то же время в современной электротехника в системах производства, передачи преобразования и распределения электрической энергии широко используется переменный ток низкой частоты (в СССР - 50 Гц). Для преобразования переменного тока в постоянный применяются устройства, получившие название выпрямителей. На вход такого устройства подается переменное напряжение с частотой 50 Гц, т.е. спектр на входе содержит одну спектральную составляющую на ненулевой частоте. На выходе желательно получить постоян­ное напряжение, а остальные переменные составляющие напряже­ния подавить, т.е. спектр на выходе должен содержать состав­ляющую на нулевой частоте, а остальные составляющие должны быть по возможности уменьшены. Такое изменение спектрального состава нельзя получить с помощью линейных цепей с постоян­ными параметрами R,L,С, однако это легко осуществить c помощью нелинейных цепей, которые содержат, по крайней ме­ре один нелинейный элемент. В настоящее время в качестве нелинейных элементов в выпрямителях используются в основном полупроводниковые приборы, в первую очередь полупроводнико­вые диоды, которые позволяют получать выпрямленное напряже­ние до Нескольких десятков киловольт и токи нагрузки до со­тен ампер. Сопротивление диода в прямом направлении сущест­венно меньше его сопротивления в обратном направлении. Поэ­тому говорят, что диод обладает односторонней проводимостью и пропускает ток только в одном направлении.

Если последовательно с диодом включить сопротивление нагрузки и подать на эти два элемента переменное напряжение, то через диод и нагрузку будут протекать импульсы тока одного направления. Таким образом, напряжение на нагрузке будет меняться в широких пределах от Umax до нуля. Важная характе­ристика выпрямителя - среднее значение напряжения Uср. В данном случае Uср существенно меньше Umax ^:

Umax

Uср= π

Другая важная характеристика выпрямителя - величина пульсаций p, т.е. разница между максимальным и минималь­ным значениями напряжений, отнесенная к среднему значению выпрямленного напряжения:

P= Umax- Umin

2Uср

В данном случае величина р очень велика.

Для уменьшения величины пульсации часто используется емкостной фильтр, представляющий собой конденсатор, включенный параллельно сопротивлению нагрузки Rn (рис.4.1). При протекании тока через диод этот конденсатор заряжает­ся, а при прерывании тока - разряжается. Поэтому через на­грузку Rn все время течет ток и напряжение на нагрузке не надает до нуля, а уменьшается при разряде конденсатора, причем тем медленнее, чем больше емкость конденсатора и чем меньше ток через нагрузки, т.е. среднее значение выпрямленного напряжения увеличивается с ростом имкости, а пульса­ции уменьшаются до нескольких процентов (рис.4.2). Когда не­обходимо получить большие значения выпрямленных токов и на­пряжений, используются двухполупериодные выпрямители, содер­жащие два или четыре диода.

В области больших токов и малых сопротивлений нагрузки в двухполупериодных выпрямителях целесообразно использовать индуктивный фильтр, представляющий собой катушку индуктив­ности, включенную последовательно с сопротивлением нагрузки.

Под действием пульсирующего выпрямленного напряжения из-за явления самоиндукции ток через катушку индуктивности меняется тем меньше, чем больше величина индуктивности тем больше ток нагрузки. Чрезвычайно малые пульсации получаются при использовании индуктивно-емкостного фильтра, в простей­шем случае содержащего конденсатор с емкостью С, включен­ный параллельно нагрузке Rn и катушку индуктивности, вклю­ченную последовательно этой C, Rn цепи.

При выполнении работы используется импульсный вольт­метр, который измеряет положительное Un+ и отрицательное Un- (Un- отклонения напряжения от среднего значения Uср соот­ветственно положению переключателя полярности, расположен­ного на пробнике. Величина пульсации выражается чераз пока­зания импульсного вольтметра следующим образом:

p=Umax-Umin = (Uср+ Un+)-( Uср+ Un-) = Un+- Un-

2Uср 2Uср

Среднее значение напряжения измеряется вольтметром магнитоэлектрической системы.

При исследовании выпрямителей применяются следующие обозначения:

• u_вх, U_вх U_{вх max} — мгновенное, действующее и амплитудное значения синусоидального входного напряжения;

• u_d, U_d, U_{d max}, U_{d min} — мгновенное, среднее, максимальное, минимальное значения выходного (выпрямленного) напряжения;

• U_{max пер.} - амплитуда переменной составляющая выпрямленного напряжения, которая в первом приближении может быть определена их графика (рис4.1,4.2):

U_{max пер.} ;

• f_п — частота пульсаций выходного напряжения;

• m = f_пульс / f_вх — число пульсаций выпрямленного напряжения за один период напряжения питания;

• — коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения.

В однополупериодном выпрямителе без фильтра:

Двухполупериодный мостовой выпрямитель состоит из четырёх диодов, (рис. 4.3). При положительном полупериоде входного напряжения диоды Д2 и Д4 открыты и через них течёт ток в нагрузку. Диоды Д1 и Д3 в этот момент закрыты.При отрицательном полупериоде диоды Д2 и Д4 закрываются, но открываются диоды Д1 и Д3 пропуская ток в нагрузку в том же направлении. По сравнению с однополупериодным выпрямителем в двухполупериодном в два раза увеличивается постоянная составляющая выпрямленного напряжения и в два раза увеличиваетя частота пульсации, что облегчает задачу сглаживания пульсаций фильтрами.

.

Рис.4.3

В двухполупериодном выпрямителе без фильтра: