Міністерство освіти і науки, МОЛОДІ ТА СПОРТУ України
Харківський національний
Університет радіоелектроніки
Кафедра БМЕ
Методичні вкакзівки
до лабораторної роботи
„ СКЛАДАННЯ І ДОСЛІДЖЕННЯ
ДЖЕРЕЛ ЖИВЛЕННЯ МЕДИЧНОЇ ТЕХНІКИ”
з курсу
"Складання, ремонт та випробування
медичної апаратури”
Для студентів денної та заочної
форм навчання спеціальності
Фізична та біомедична електроніка (ФБЕ)
Біомедична інженерія (БМІ)
Харків 2012
4 «Складання і дослідження
ДЖЕРЕЛ ЖИВЛЕННЯ МЕДИЧНОЇ ТЕХНІКИ»
4.1 Мета роботи
Мета роботи − вивчення принципу роботи джерел живлення медичної техніки, дослідження характерних несправностей трансформаторних адаптерів, різновидів спрямувачів.
4.2 Зміст роботи
Лабораторна робота полягає у вивченні схем трансформаторних джерел живлення, однофазних, трьохфазних схем спрямлення напруги, електронних схем одно та двополуперіодного спрямлення, визначенні основ згладжування спрямленої напруги.
Основою для живлення будь-якої медичної техніки, пристрою чи блоку є адаптери напруги мережі живлення до напруги забезпечення робото спроможності конкретних пристроів, які і виконують операцію перетворення енергії потужного джерела у вихідний сигнал (напруги або струму) у заданій функціональній залежності величин, які наведені на рис. 4.1.
Рисунок 4.1 – Адаптер напруги
Перший етап перетворення вхідної напруги має різновиди стосовно виконання мережі живлення: однофазної чи трифазної. Однофазна мережа на практиці є складовою від трифазної, тому для визначення їх особливостей слід розрізняти трифазну напругу, отриману від з’єднання генератора «зіркою», чи «трикутником», показані на рис.4.2. та рис.4.3 .
Рис.4.2 З´єднання «зірка» Рис.4.3 З´єднання «трикутник».
На практиці монтажна схема має вигляд рис.4.4, рис.4.5.
Рис.4.4 З´єднання «зірка» Рис.4.5 З´єднання «трикутник».
Трифазна система «зірка» має переваги за причини наявності лінійних та фазних напруг відмінність яких стосується у співвідношеннях:
для з´єднання «зіркою» та
для з´єднання «трикутником».
Важливе значення для роботи трифазної системи мережевого живлення відіграють нормальні режими функціонування, відхилення від яких спричиняють аварійні ситуації та несправності, що становлять загрозу не тільки для апаратури, але й для обслуговуючого персоналу.
Використання енергії трифазної мережі для спрямування у постійний струм з режимом фільтації пульсацій напруги становить основу адаптерів живлення. Найпростіша схема складає однополуперіодний спрямувач, монтажна схема та графіки її роботи наведені на рис.4.6.
Рис.4.6 – Робота однополуперіодного однофазного спрямувача
У режимі двополуперіодного спрямувача використовують обидві напівхвилі змінного струму, спрямовані у позитивну область напруг за допомогою мостової схеми на діодах. Схема та графік вихідної напруги наведено на рис.4.7.
Рис.4.7 Схема та графік вихідної напруги однофазного спрямувача
Використання трьох, або багатофазної мережі живлення дозволяє суттєво зменшити ємність конденсатора фільтра за рахунок властивості мережі: енергія в системі у кожен проміжок часу не дорівнює нулю. Це справедливо для однополуперіодного режиму спрямування (рис.4.8), так і для двополуперіодної роботи спрямувача (рис.4.9)
Рис. 4.8 Однополуперіодний режим спрямування
Рис. 4.9 Двополуперіодний режим спрямування
З графіків двополуперіодного режиму спрямдення (рис.4.9) наглядно видно, що енергія випрямленої напруги передається до споживачи, навіть за відсутності накопиченої енергії в конденсаторі фільтра. Для однополуперіодного режиму застосування конденсаторів фільтру доцільне.
Схеми спрямувачів для розглянутих режимів (рис.4.8 та рис.4.9) наведені на рис.4.10 та рис.4.11 відповідно.
Рис.4.10 Однополуперіодна схема Рис.4.11 Двополуперіодна схема
4.3 Порядок виконання роботи
1. Лабораторна робота виконується на навчально-дослідницькому лабораторному стенді УИЛС-1 зі штатним комплектом обладнання.
2. Скласти схему трифазної системи «зірказірка». Провести виміри фазних та лінійних напруг при підключенні навантаження у симетричному та несиметричному режимах. Напругу фаз встановити 12 В. Результати експериментів занести в таблиці 1 3.
Таблиця 1 Дослідження трифазної системи живлення «зірказірка» у симетричному режимі
Умова |
Uab |
Ubc |
Ucа |
Ua |
Ub |
Uc |
Unn |
Ra=Rb=Rc |
|
|
|
|
|
|
|
Таблиця 2 Дослідження трифазної системи живлення «зірказірка» у аварійному режимі
Умова |
Uab |
Ubc |
Ucа |
Ua |
Ub |
Uc |
Unn |
1) обрив фази А |
|
|
|
|
|
|
|
2) обрив лінії В |
|
|
|
|
|
|
|
3) КЗ Uф при нейтралі |
|
|
|
|
|
|
|
4) КЗ Uф без нейтралі |
|
|
|
|
|
|
|
Таблиця 3 Дослідження трифазної системи живлення «зірказірка» у несиметричному режимі з нейтраллю/без нейтралі.
Умова |
Uab |
Ubc |
Ucа |
Ua |
Ub |
Uc |
Unn |
Ra |
|
|
|
|
|
|
|
Cb |
|
|
|
|
|
|
|
Lc |
|
|
|
|
|
|
|
3. Визначити відповідні співвідношення лінійних та фазних напруг.
4. З´ясувати можливі негативні наслідки на функціонування апаратури при аварійних та несиметричних режимах роботи кіл живлення.
5. Застосовуючи одну з фаз стенду при напрузі 10В, скласти схему однополуперіодного спрямувача за монтажною схемою рис.4.6. Обрати за узгодженням з викладачем номінальні значення Rф та Rн. Почергово змінюючи значення Сф з набору С4 стенду, реєструвати на осцилографі графічні зображення процесу спрямлення напруги.
6. З´ясувати вплив конденсатора фільтру на процес випрямлення, виконати заміри напруг спрямлення та напруг пульсацій у різних умовах фільтрації. Результати записати у таблицю 4.
Таблиця 4Напруги спрямлення та пульсацій однополуперіодної схеми
Значення |
С=0 |
С=1мкФ |
С=5мкФ |
С=10мкФ |
С=20мкФ |
Uспрям. |
|
|
|
|
|
пульс. |
|
|
|
|
|
Напруга Uдіюча = |
Напруга Uмакс.= |
7. Виконати завдання п.6 для двополуперіодного однофазного випрямення за схемою рис.4.7, результати внести у таблицю 5 та співставити їх з результатами попереднього дослідження.
Таблиця 5 Напруги спрямлення та пульсацій двополуперіодної схеми
Значення |
С=0 |
С=1мкФ |
С=5мкФ |
С=10мкФ |
С=20мкФ |
Uспрям. |
|
|
|
|
|
пульс. |
|
|
|
|
|
Напруга Uдіюча = |
Напруга Uмакс.= |
8. Зібрати схему рис.4.10 та дослідити однополуперіодний режим спрямлення трифазної схеми рис. 4.8. Змалювати (сфотографувати) графіки зміни вихідної напруги в нормальному режимі, а також при наявості несправності у фазах системи живлення (обрив фаз, вихід з ладу спрямлюючих діодів).
9. Зібрати схему рис.4.11 та дослідити двополуперіодний режим спрямлення трифазної схеми рис. 4.9. Змалювати (сфотографувати) графіки зміни вихідної напруги в нормальному режимі, а також при наявості несправності у фазах системи живлення (обрив фаз, вихід з ладу спрямлюючих діодів).
10. Систематизувати отримані результати, визначити діію пульсацій спрямленої наруги у кожному конкретному випадку застосування схеми випрямлення. Зробити висновки, оформити графіки, підготувати звіт.