ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ И САМОКОНТРОЛЯ СТУДЕНТОВ
Задание для группы №4 3.11.2020
ОП.03. Основы электроники и цифровой схемотехники
ПЛАН УРОКА №9
Тема 1. Основные сведения об электровакуумных полупроводниковых
Тема урока: Практическое занятие № 3. Изучение и исследование электрических схем выпрямителей однофазного тока.
Цель работы: Изучить электрические схемы выпрямителей однофазного тока
Формы и методы: практическая работа; контрольный
Самостоятельная работа студентов: выполнение практической работы
ХОД УРОКА
І Организационная часть
- сообщение темы и цели урока.
ІІ Основная часть
Задание :
1.Изучить теоретический материал (краткий конспект)
2.Ответить на контрольные вопросы.
1. Структура и назначение выпрямителя
Для питания радиоэлектронной аппаратуры, устройств автоматики и вычислительной техники требуется постоянное напряжение различных значений. Наиболее распространенным источником электрической энергии является промышленная сеть переменного напряжения частотой 50 Гц. Для преобразования переменного синусоидального напряжения сети в постоянное напряжение применяют выпрямители.
Электрическая схема, предназначенная для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока, называется выпрямителем. Выпрямление переменного тока производится при помощи электрических вентилей (полупроводниковых диодов), обладающих односторонней проводимостью.
|
|
|
Схема любого выпрямителя содержит три основных элемента:
· силовой трансформатор - устройство для понижения или повышения напряжения питающей сети и гальванической развязки сети и нагрузки;
· выпрямительный элемент (вентиль), имеющий одностороннюю проводимость, - для преобразования переменного напряжения в пульсирующее;
· фильтр - для сглаживания пульсирующего напряжения. Выпрямительное устройство, в зависимости от схемы соединения и
назначения, может быть однофазное и трехфазное, управляемое и неуправляемое.
Для устройств электроники, автоматики, сигнализации, контроля и т.п. требуются небольшие мощности. Поэтому для их питания обычно применяются однофазные выпрямители с диодами малой и средней мощности. Для выпрямления однофазного переменного тока применяются как однополупериодные, так и двухполупериодные схемы выпрямителей.
Однополупериодное выпрямление
Схема однополупериодного выпрямителя переменного тока приведена на рис.1
Рис.1. Однополупериодный выпрямитель
|
|
|
Самая простая схема состоит всего лишь из одного диода, даёт на выходе постоянное нестабилизированное пульсирующее напряжение. Диоды подключается в цепь питания на фазный провод, либо на один из выводов обмотки трансформатора, вторым концом к нагрузке, второй полюс нагрузки – к нулевому проводу или второму выводу обмотки трансформатора.
Действующее значение напряжение в нагрузке равняется примерно половине амплитудного. Амплитудное значение напряжения это размах синусоиды питающей сети в общем случае для переменного тока
Uампл = Uдейств * √2.
Для электросетей России действующие напряжение однофазной сети – 220 В, а амплитудное примерно 311
Простыми словами – на выходе мы получаем пульсации длиною в пол периода (20 мс для 50 Гц) от 0 В, до 311 В. В среднем напряжение получается меньше чем 220 вольт, это используют для питания нетребовательных к качеству напряжения потребителей или для включения ламп накаливания в подсобных, хозяйственных помещениях и подъездах. Так снижается потребляемая мощность и возрастает срок службы.
Долговечность таких светильников колоссальная, я пришел в цех год назад, а лампу установили еще в 2013 году, так она до сих пор светит по 12 часов каждые сутки. Но такой свет нельзя использовать в рабочих помещениях, из-за высоких пульсаций. Осциллограмы входных и выходных напряжений изображены ниже:
|
|
|
Однополупериодная схема отсекает только одну полуволну, что вы и видите на эпюре выше. Из-за такого питания мы получаем большой коэффициент пульсаций.
Схема широко используется в импульсной схемотехнике, выпрямляя напряжение вторичной обмотки импульсного трансформатора .
Таким образом, через диод и нагрузочный резистор при однополу-периодном выпрямлении проходит пульсирующий ток в виде импульсов, длящихся полпериода и разделенных промежутком также в полпериода.
Величину пульсаций тока или напряжения оценивают коэффициентом пульсаций р - отношение амплитуды первой гармоники тока или напряжения к постоянной составляющей тока или напряжения.
Недостатками однополупериодной схемы выпрямления являются:
· высокий уровень пульсации (КП ~ 1,57) выпрямленного напряжения;
· низкий КПД, т.к. выпрямитель работает только на одной (положительной) полуволне переменного напряжения;
· значительно больший, чем в других схемах, вес трансформатора и нерациональное использование в трансформаторе меди и стали. Данная схема выпрямителя применяется крайне редко и только в
|
|
|
тех случаях, когда выпрямитель используется для питания цепей с низким током потребления.
На маломощных импульсных источниках питания тоже используют эту схему. Именно так, скорее всего, сделано ваше зарядное устройство для мобильного телефона.
Двухполупериодная схема
Для снижения коэффициента пульсаций и ёмкости фильтра используют другую схему – двухполупериодную (рис.2). Называется она – диодный мост. Переменное напряжение поступает на точку соединения разноименных полюсов диодов, а постоянное по знаку с одноименных. Выходное напряжение такого моста называют выпрямленным пульсирующим (или не стабилизированным). Именно такое включение диодов наиболее распространено во всех сферах электроники.
Рис.2. Двухполупериодныйвыпрямитель
На эпюрах вы видим, что обе вторая полуволна переменного напряжения «переворачивается» и поступает в нагрузку. В первую половину периода ток протекает через диоды VD1-VD4, во вторую через пару VD2-VD3.(рис.3)
Рис.3 Напряжение на выходе пульсирует с частотой в 100 Гц
Вторая схема используется в источниках питания со средней точкой, по сути это две однополупериодные объединенные с вторичной обмоткой трансформатора со средней точкой. Аноды подсоединяются к крайним концам обмотки, катоды к одному вывод нагрузки (плюсовой), второй вывод нагрузки подсоединяется к отводу от середины обмотки (средней точке).
Рис.4.
График выходного напряжения аналогичен и мы его рассматривать не будем. Существенное отличие лишь в том, что ток одновременно протекает через один диод, а не через пару как в мосте. Это снижает потери энергии на диодном мосте и лишний нагрев полупроводников.
Уменьшение коэффициента пульсаций
Коэффициент пульсаций – это величина, которая отражает насколько сильно пульсирует выходное напряжение. Или наоборот – насколько стабильно и равномерно ток подаётся в нагрузку.
Чтобы снизить коэффициент пульсаций параллельно нагрузке (выходу диодного моста) устанавливают всевозможные фильтры. Самый простой вариант – установить конденсатор. Чтобы пульсации были как можно меньше, постоянная времени Rнагрузки Cфильтра должна быть на порядок (а лучше несколько) больше периода пульсаций (в нашем случае 10 мс).
Для этого либо нагрузка должна иметь высокое сопротивление и малый ток, либо ёмкость конденсатора достаточно большой.
Для улучшения ряда характеристик фильтра могут применяться LC цепи, соединенные по схеме Г или П-фильтра, в отдельных случаях и другие конфигурации. Недостатком использования LC фильтров в радиолюбительской практики является необходимость подбора фильтрующего дросселя. А нужного по номиналу (индуктивности и току) зачастую нет под рукой. Поэтому приходится либо мотать самому, либо выходить из сложившейся ситуации другим образом – выпаяв из подобного по мощности блока питания.
ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ И САМОКОНТРОЛЯ СТУДЕНТОВ
1. Что такое выпрямитель? Для чего они применяются?
2. Объяснить принцип работы одно- и двухполупериодных выпрямителей.
3. Сравнить преимущества и недостатки одно- и двухполупериодных выпрямителей.
4. Почему при увеличении тока нагрузки уменьшается выходное напряжение?
5. Какие существуют схемы выпрямителей? Приведите классификацию выпрямителей.
Домашнее задание: Записать краткий конспект в рабочую тетрадь. Выполнить ПР №3.
Для закрепления просмотр видеоряда по теме урока.
https://www.youtube.com/watch?v=4-peZLhz6wU
https://www.youtube.com/watch?v=IrO7LDB9d1g
Выполненную работу (конспект) отправить на адрес электронной почты:
Rushania_1959@mail.ru
Спасибо!
Преподаватель Р.Р.Костенкова
Дата добавления: 2020-11-23; просмотров: 107; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!