Лабораторная работа №5 Тема: Исследование процессов в цепях переменного тока с выпрямителями.

5.1 Цель работы

1. Исследование основных соотношений между входным и выходным напряжением для различных схем выпрямления однофазного переменного тока.

2. Экспериментальная проверка методов расчета однофазных цепей переменного тока при несинусоидальном напряжении питания.

3. Исследование способов улучшения формы кривой выпрямленного напряжения.

5.2 Схема лабораторной установки

Схема лабораторной установки представлена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1

Основными элементами установки являются:

а) полупроводниковый мост, предназначенный для выпрямления переменного напряжения и являющийся источником высших гармоник напряжения (тока) на нагрузке;

б) сопротивление нагрузки R_н;

в) емкость C;

г) ключи К₁ и К₂, предназначенные для коммутации элементов цепи.

Для фиксирования необходимых физических величин, характеризующих режим работы цепи, в составе элементов лабораторной установки имеются:

- вольтметр V₁, предназначенный для измерения действующего значения переменного напряжения на входе цепи;

- ваттметр W, предназначенный для измерения активной мощности, потребляемой нагрузкой от выпрямителя;

- амперметр A₂, предназначенный для измерения действующего значения несинусоидального тока в цепи;

- вольтметр V₂ магнитоэлектрической системы, предназначенный для измерения постоянной составляющей напряжения;

- амперметр A₁ магнитоэлектрической системы, предназначенный для измерения постоянной составляющей тока в нагрузке;

- вольтметр V₃, предназначенный для измерения действующего значения напряжения на выходе выпрямителя;

- электронный осциллограф, предназначенный для визуального наблюдения формы кривой выпрямленного напряжения;

- анализатор спектра звуковых частот (АСЗЧ), позволяющий определять действующее значение переменного несинусоидального напряжения, амплитуду и частоту каждой гармоники несинусоидального напряжения.

5.3 Порядок выполнения лабораторной работы

5.3.1 Задание на подготовку к работе

В часы самостоятельной подготовки студент изучает теоретический материал по литературе, указанной в списке литературы. Записывает в лабораторный журнал тему, цель и программу лабораторной работы, изображает схему лабораторной установки, таблицы для фиксации полученных экспериментальных данных.

Подготовить и знать ответы на контрольные вопросы.

Перед лабораторной работой на самостоятельной подготовке решить задачу.

Задача.

К электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных источника с напряжением и активного сопротивления Ом, подключаются поочередно в качестве нагрузки индуктивное и емкостное сопротивление Ом. Найти мгновенное и действующее значение тока в цепи, а также активную мощность цепи для обоих вариантов подключения нагрузки, если частота первой гармоники Гц.

5.3.2 Задание на выполнение работы

1. Ознакомиться с элементами лабораторной установки, записать их номинальные данные.

2. Собрать электрическую схему (см. рисунок 5.1) и предъявить для проверки преподавателю. Получить разрешение на включение схемы под напряжение.

3. Включить лабораторную схему под напряжение соответствующим автоматом на щитке питания при разомкнутых ключах К1 и К2 и установить напряжение указанное преподавателем.

4. Записать показания электроизмерительных приборов в таблицу 5.1

Таблица 5.1

Тип схемы

Эксперимент

Расчет

U1, В

U2, В

U3, В

I1, А

I2, А

P, Вт

Rн, Ом

U`2, В

U`3, В

P`, Вт

S, В·А

χ, -

Kис, -

однополупериодное выпрямление

двухполупериодное выпрямление

двухполупериодное выпрямление с конденсатором

5. Перестраивая фильтр анализатора спектра звуковых частот, зафиксировать действующие значения гармоник несинусоидального напряжения на выходе выпрямителя. (Для однополупериодного выпрямления частоты гармоник соответственно равны f=50, 100, 200, 300 …). Записать показания анализатора в таблицу 5.2.

Таблица 5.2

т ип схемы частота гармоник	однополупериодное выпрямление	двухполупериодное выпрямление	двухполупериодное выпрямление с конденсатором
	Ui, В	Ui, В	Ui, В
f=0 Гц
f=50 Гц
f=100 Гц
f=200 Гц
f=300 Гц
U`3 (расчет)

6. Замкнуть ключ К₁ и выполнить измерения в соответствии с п.п. 4, 5 для схемы двухполупериодного выпрямления.

7. Подключить конденсатор C с помощью ключа К₂ к нагрузке R_н и выполнить измерения в соответствии с п.п. 4, 5.

8. По показаниям вольтметра V₂ и амперметра A₁ определить величину сопротивления нагрузки R_н.

9. Определить расчетным путем и записать в таблицу 5.1 величину постоянной составляющей напряжения U`₂ для схем одно- и двухполупериодного выпрямления без фильтрующего конденсатора C с учетом того, что выходное напряжение может быть представлено в виде ряда:

- для однополупериодного выпрямления

;

- для двухполупериодного выпрямления

,

где - амплитуда входного синусоидального напряжения U₁.

10. По данным гармонического анализа несинусоидального напряжения на выходе выпрямителя определить расчетным путем, с учетом напряжения U`<sub>2</sub>, действующее значение несинусоидального напряжения на нагрузке U`₃.

Результаты расчета занести в таблицы 5.1 и 5.2.

11. По данным гармонического анализа несинусоидального напряжения U₃ и величине R_н рассчитать активную мощность P`.

12. Рассчитать полную мощность S, потребляемую выпрямителем от источника питания.

13. Определить коэффициент мощности выпрямителя χ и коэффициент искажения кривой напряжения для различных схем выпрямления.

14. В журнале для лабораторных работ составить отчет о выполненной работе и предъявить преподавателю.