Лаб.раб

потока в сердечниках основных полюсов ФОСТ, создающего в якоре эдс, составляющую 2–5 % от номинального напряжения ЕОСТ = сеnФОСТ. За счет этой эдс в обмотке возбуждения протекает ток возбуждения

IВ ОСТ = ЕОСТ /( RЯ + RВ + RР),

где RВ – сопротивление обмотки возбуждения, RЯ – сопротивление обмотки якоря, RР – сопротивление регулировочного реостата.

Ток возбуждения создает дополнительный магнитный поток ФВ. Самовозбуждение генератора произойдет только в том случае, когда этот дополнительный магнитный поток ФВ будет направлен согласно с остаточным магнитным потоком ФОСТ. Увеличение потока в сердечниках полюсов вызовет повышение эдс якоря

ЕЯ = сеn(ФОСТ +ФВ), дальнейшее повышение тока возбуждения IВ и магнитного потока ФВ до наступления равновесия, определяемого сопротивлением цепи возбуждения R = RЯ + RВ + RР. При этом сопротивление цепи возбуждения RВ должно быть меньше так называемого критического сопротивления.

При встречном направлении магнитных потоков в сердечниках полюсов самовозбуждение генератора невозможно. Чтобы генератор возбудился, необходимо в этом случае изменить направление тока возбуждения в обмотке возбуждения переключением проводов на её зажимах.

Для регулирования напряжения на зажимах генератора изменяют величину магнитного потока машины, зависящую от величины тока возбуждения IВ, который с помощью реостата RР устанавливают нужной величины.

Параллельную обмотку возбуждения называют шунтовой обмоткой, поэтому клеммы параллельной обмотки возбуждения обозначают «Ш1» и «Ш2».

Основными величинами, характеризующими работу генератора постоянного тока являются вырабатываемая мощность Р = UI, напряжение на зажимах U, ток возбуждения IВ, ток якоря IЯ или ток нагрузки I, частота вращения якоря n. Зависимость между этими величинами описывается двумя основными уравнениями –

уравнением эдс (Е = сеnФ) и уравнением электрического состояния цепи якоря (U = E – IЯ RЯ). Об эксплуатационных свойствах генератора судят по его основным характеристикам, показывающим зависимость основной величины генератора – напряжения – от тока возбуждения IВ, тока нагрузки I и скорости вращения якоря. При испытании генератора обычно снимают характеристику холостого хода, внешнюю характеристику и регулировочную характеристику.

Характеристика холостого хода – это зависимость эдс генератора Е0 от тока возбуждения IВ при разомкнутой внешней цепи. Характеристику холостого хода рекомендуется снимать, отключив обмотку возбуждения от якоря испытуемого генератора и пропуская ток возбуждения IВ от постороннего источника постоянного тока. В этом случае получается независимое возбуждение. Снятие характеристики начинается и заканчивается при разомкнутой обмотке возбуждения. При снятии характеристики ток возбуждения сначала плавно увеличивают до номинального значения (восходящая ветвь), а затем его уменьшают до нуля (нисходящая ветвь). Полученная характеристика по характеру аналогична кривой намагничивания ферромагнитных материалов.

83

По характеристике холостого хода судят о возможной устойчивости работы генератора и о степени использования магнитных материалов.

Внешняя характеристика генератора – это зависимость напряжения U на за-

жимах генератора от тока нагрузки I .

Уравнение внешней характеристики генератора постоянного тока с параллельным возбуждением легко получить из уравнения электрического состояния цепи якорь–нагрузка, записанного на основании второго закона Кирхгофа:

Е = U + IЯ RЯ.

Так как ток возбуждения IВ значительно меньше тока якоря IЯ, то можно считать, что I≈ IЯ. Тогда можно записать U = E – I RЯ.

В действительности внешняя характеристика генератора с параллельным возбуждением имеет вид ниспадающей кривой. Уменьшение напряжения на зажимах генератора с параллельным возбуждением при увеличении тока нагрузки происходит по следующим основным причинам:

1) с увеличением тока нагрузки увеличивается падение напряжения на обмотке якоря I RЯ;

2)с увеличением тока нагрузки увеличивается тормозной момент и скорость вращения двигателя уменьшается, следовательно, уменьшается эдс, индуктируемая в якоре генератора;

3)с увеличением тока нагрузки, из-за реакции якоря происходит уменьшение результирующего магнитного потока, следовательно, и эдс, индуктируемой в об-

мотке якоря ЕЯ.

Уменьшение напряжения приводит к уменьшению тока возбуждения и, следовательно, к уменьшению магнитного потока, эдс якоря и к дополнительному уменьшению напряжения на зажимах якоря.

По внешним характеристикам судят о процентном изменении напряжения генератора

U = 100 (U0 – UН ) / UН.

Регулировочная характеристика представляет зависимость тока возбуждения IВ от тока нагрузки I IВ = f(I) при постоянном напряжении на зажимах генератора

U = const.

При снятии регулировочной характеристики изменяют ток нагрузки до номинального значения, а при помощи регулировочного реостата в цепи обмотки возбуждения поддерживают величину напряжения неизменной на зажимах генератора. Так как при увеличении тока нагрузки I напряжение уменьшается, то для поддержания величины напряжения U неизменной необходимо увеличивать эдс путем увеличения тока возбуждения IВ.

По регулировочной характеристике определяют пределы регулирования напряжения генератора.

5. Содержание отчета

4.1.Наименование и цель работы.

4.2.Паспортные данные исследуемого генератора постоянного тока.

84

4.3.Схема включения генератора и приводного двигателя.

4.4.Таблицы с результатами испытания генератора.

4.5.Графики полученных характеристик холостого хода, внешних и регулировочных.

4.6.Выводы о рабочих и регулировочных свойствах генератора с параллельным и независимым возбуждением.

6. Контрольные вопросы

1.Как устроен генератор постоянного тока?

2.По каким внешним признакам можно отличить машину постоянного тока от машины переменного тока?

3.Каков принцип действия генератора постоянного тока?

4.Каковы условия самовозбуждения генератора с параллельным возбуждени-

ем?

5.Как протекает процесс самовозбуждения генератора с параллельным возбуждением?

6.По каким причинам генератор может не возбудиться?

7.Что отражает характеристика холостого хода?

8.Укажите причины уменьшения напряжения на зажимах генератора с параллельным возбуждением при увеличении тока нагрузки.

9.Как можно регулировать напряжение на зажимах генератора постоянного

тока?

10.По каким признакам можно судить о том, что генератор постоянного тока непригоден для дальнейшей эксплуатации?

85

Работа № 14. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

1. Цель работы

Ознакомиться с работой, основными характеристиками и применением полупроводниковых диодов – выпрямительного диода, стабилитрона, диода Шоттки и светоизлучающего диода.

2. Предварительное домашнее задание

2.1. Изучить тему «Полупроводниковые диоды», содержание данной работы и быть готовым ответить на все контрольные вопросы.

2.2. Пользуясь схемами соединений, приведенными в руководстве, начертить принципиальными схемы для проведения экспериментов, перечисленных в лабораторной работе.

3. Порядок выполнения работы

3.1.Ознакомиться с лабораторной установкой (модуль питания, модуль диодов, модуль миллиамперметров, модуль мультиметров, осциллограф).

3.2.Экспериментальное исследование выпрямительного диода

3.2.1. Собрать схему для исследования выпрямительного диода VD1 на постоянном токе (рис. 14.1). Соединить перемычкой гнезда Х2 и Х6. Для измерения анодного тока между гнездами Х1 и Х10 включить миллиамперметр на пределе измерения 100 мА (х1000), для измерения анодного напряжения между гнездами Х3 и Х15 включить мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения. Представить схему для проверки преподавателю.

Рис. 14.1 3.2.2. Включить электропитание стенда и мультиметр. Установить переклю-

чатель SA1 модуля диодов в позицию «+». Снять вольтамперную характеристику выпрямительного диода на постоянном токе сначала для прямой, а затем для обратной ветви. Для этого установить переключатель SA1 сначала в позицию «+», а

86

затем в позицию «–». Увеличивая входное напряжение с помощью потенциометра RP1 от нуля, измерять ток и напряжение на диоде. Результаты измерений занести в табл. 14.1 и 14.2. Выключить электропитание. Установить потенциометр RP1 в нулевое положение.

Таблица 14.1

Uпр, В

Iпр, мА

Таблица 14.2

Uобр, В

Iобр, мА

3.2.3. Экспериментальное исследование однополупериодного выпрямителя на полупроводниковом диоде. Для этого соединить проводником выводы Х1 и Х10 модуля диодов. Включить электропитание стенда, осциллографа и модуля диодов. Установить переключатель SA1 модуля диодов в позицию « », потенциометр RP1 установить в крайнее правое положение. Подключить вход осциллографа к гнездам Х10 и Х11. Установить синхронизацию от сети. Снять осциллограмму входного выпрямляемого напряжения U, определив масштабы по времени и напряжению.

Снять осциллограмму напряжения на нагрузке Uн. Для этого корпус осциллографа подключить к гнезду X3, а вход к гнезду X10. Зарисовать в масштабе осциллограмму напряжения на нагрузке Uн, определив масштабы по времени и напряжению. Для снятия осциллограммы тока iа подключить осциллограф к шунту Rш (корпус осциллографа подключить к гнезду Х12, вход канала подключить к гнезду Х13). Зарисовать осциллограмму анодного тока. При этом учесть, что сопротивление шунта Rш составляет 10 Ом.

Снять осциллограмму напряжения на диоде Uа, определив по ней величину максимального обратного напряжения на диоде Uобр макс. Выключить питание осциллографа, модуля и стенда.

3.3. Экспериментальное исследование диода Шоттки.

Собрать схему для исследования диода Шоттки (VD2) на постоянном токе. Выполнить пункты 3.2.1 и 3.2.2 для диода Шоттки. Сравнить вольтамперные характеристики обычного выпрямительного диода и диода Шоттки.

3.4. Экспериментальное исследование стабилитрона 3.4.1. Собрать схему для исследования стабилитрона на постоянном токе (ана-

логично схеме по рис. 14.1). Выполнить пункт 3.2.2 для стабилитрона. Построить график зависимости выходного напряжения Uст от тока Iст. Результаты занести в табл. 14.3.

По полученной вольтамперной характеристике определить напряжение стабилизации Uст и величину дифференциального сопротивления rд.

87

Таблица 14.3

Uст, В

Iст, мА

3.4.2.Собрать схему параметрического стабилизатора напряжения (рис. 14.2). Выключить электропитание стенда. Переключатель SA1 модуля диодов установить в позицию «–».

3.4.3.Изменяя величину входного напряжения с помощью потенциометра RP1 снять зависимость величины выходного напряжения от величины входного на-

пряженияUст = f(Uвх). Результаты занести в табл. 14.4. По построенной зависимости определить коэффициент стабилизации Кст параметрического стабилизатора на участке стабилизации.

Таблица 14.4

Uст, В

Uвх, В

Рис. 14.2

3.5. Исследование влияния величины напряжения на светоизлучающем диоде на световую эмиссию.

Собрать схему для исследования светодиода (VD3) на постоянном токе (аналогично схеме по рис. 14.1). Включить питание модуля диодов (выключатель SA1 в позицию «+») и увеличивая с помощью потенциометра RP1 положительное входное напряжение от нуля, измерять напряжение на светодиоде и ток светодиода. Установить при этом степень светоизлучения (отсутствует, слабое, среднее, сильное). Результаты занести в табл. 14.5.

88

4. Методические указания

В лабораторной работе изучаются характеристики выпрямительного диода типа 1N4007, полупроводникового стабилитрона типа КС168А, светоизлучающего диода типа L5013 и диода Шоттки типа 1N5819. Основные параметры исследуемых полупроводниковых приборов приведены в табл. 14.6, 14.7 и 14.8.

Из полупроводниковых диодов наиболее часто используются выпрямительные диоды, использующие свойство односторонней проводимости pn-перехода. Полупроводниковым стабилитроном называют диод, напряжение на котором в области электрического пробоя слабо зависит от тока. Применяется в стабилизаторах напряжения и тока, источниках опорного напряжения, цепях защиты.

ных диодов). Благодаря этому образуется очень тонкий запорный слой, и создаются условия для электрического пробоя при сравнительно небольших значениях

89

приложенного напряжения.

В простейших (параметрических) стабилизаторах стабилизация напряжения основана на свойстве стабилитрона сохранять относительное постоянство напряжения при изменении (в определенных пределах) проходящего через них тока. Схема простейшего параметрического стабилизатора на полупроводниковом стабилитроне изображена на рис. 14.4.

шая часть приращения входного напряжения приходится на приращение напряжения на балластном сопротивлении и значительно меньшая часть – на изменение напряжения на стабилитроне. В результате выходное напряжение изменится незначительно. Оценивается работа стабилизатора коэффициентом стабилизации

Кст:

Кст = Uвх/ Uст.

При неизменном входном напряжении и изменении тока нагрузки, например

от Iн до Iн min, ток через стабилитрон возрастает на величину (Iн - Iн min). При этом выходное напряжение UH изменится незначительно. Для нормальной работы стабилизатора необходимо обеспечить условия, при которых ток стабилитрона не

должен выходить за пределы рабочего диапазона Icт.min ÷ Icт.max . Поэтому величину балластного сопротивления выбирают из условия

Принцип работы светоизлучающих диодов основан на излучательной рекомбинации в объеме pn-перехода при инжекции не основных носителей заряда под действием прямого напряжения. В результате излучательной рекомбинации переход испускает электромагнитные волны, которые могут находиться в световом (видимом) или инфракрасном (невидимом) диапазоне. На полупроводники, излучающие энергию в инфракрасном диапазоне наносят люминофор, который преобразует невидимое излучение в цветовое. Цвет свечения зависит от состава люминофора и может быть зеленым, красным, синим и голубым. Важными достоинствами светоизлучающих диодов является малая потребляемая мощность, высокая

90