Описание исследуемой цепи и ее свойств.
Выпрямители напряжения – это преобразователи переменного напряжения в постоянное. На рис. 2.3,а изображена схема однофазного двухполупериодного выпрямителя, состоящего из двух выпрямительных диодов D1 и D2, входного трансформатораT1с выводом от средней точки вторичной обмотки и сглаживающего Г-образного фильтра L1, C1. Трансформатор обеспечивает необходимую величину напряжения
,
гальваническую развязку между выпрямителем и однофазной сетью переменного тока (источник V1), а также поочередное запирание и отпирание диодов D1 и D2. Сглаживающий фильтр служит для уменьшения пульсаций знакопостоянного напряжения 
, полученного в результате выпрямления с помощью диодов D1 и D2 знакопеременного напряжения 
.
Если в цепи отсутствуют реактивные элементы ( 
), то выпрямительные диоды D1 и D2 под действием напряжений 
и 
открываются строго поочередно, когда положительное напряжение 
( 
) превысит напряжение отпирания диода 
, т.е. когда > ( > ). В результате на нагрузке R1 сформируется знакопостоянное напряжение 
(оно же напряжение ) в виде положительных полуволн напряжения (рис. 2.3,б). Чтобы сгладить чрезмерно большие пульсации напряжения , в схему вводят элементы памяти.
Рассмотрим работу выпрямителя при активно-емкостной нагрузке, когда параллельно активному сопротивлению нагрузки R1 включен конденсатор C1 ( 
). Поскольку конденсатор запасает энергию электрического поля в виде напряжения, диоды D1 и D2 в такой схеме открываются только тогда, когда положительное напряжение ( ) превысит напряжение на конденсаторе на величину : > 
( > ). В это время конденсатор C1 быстро заряжается под действием напряжения 
. В остальное время диоды D1 и D2 закрыты, и конденсатор C1 медленно разряжается через сопротивление нагрузки 
(рис. 2.3,в).
|
|
|
Рис. 2.3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения:
а – схема; б, в, г – временные диаграммы при различных типах нагрузки
Быстрый заряд конденсатора C1 предполагает выполнение условия
,
где 
– постоянная времени заряда конденсатора C1, а 
– период задающего напряжения . При выполнении этого условия изменение напряжения на конденсаторе C1 происходит по закону задающего напряжения .
Медленный разряд конденсатора реализуется при условии
,
где 
– постоянная времени разряда конденсатора C1. Выполнение этого условия позволяет получить пульсации выпрямленного напряжения на низком уровне.
Из соотношения между постоянными времени заряда и разряда 
следует требование к сопротивлению нагрузки:
.
Поскольку диод открывается только при напряжении, превышающем , максимально возможное напряжение на конденсаторе C1 меньше амплитудного значения 
на величину , т.е.
|
|
|
.
Поэтому точнее будет считать, что в цепи действует напряжение
,
т.е. максимальное напряжение на нагрузке (при ) составит
,
а не . Минимальное напряжение на конденсаторе определится из уравнения баланса напряжений и в точке пересечения соответствующих графиков на уровне 
(рис. 2.3,в).
Средневыпрямленное напряжение 
, в общем случае, находят путем интегрирования напряжения на интервале [0, T/2]. При небольших отклонениях от 
считается, что
.
Качество выпрямленного напряжения оценивается коэффициентом пульсаций
,
величина которого полностью (при ) определяется постоянной времени разряда конденсатора:
.
Требование 
означает низкую нагрузочную способность выпрямителей с активно-емкостной нагрузкой и ограничивает их применение только в качестве маломощных источников питания. Значительно большей нагрузочной способностью обладают выпрямители с активно-индуктивной нагрузкой, у которых в качестве элемента сглаживающего фильтра используется катушка индуктивности (рис. 2.3,а при отсоединенном конденсаторе C1).
|
|
|
В такой схеме диоды D1 и D2, как и при чисто активной нагрузке, открываются поочередно на время, равное половине периода T задающего напряжения . Поэтому форма напряжения , непосредственно действующего на цепь L1, R1, имеет вид, показанный на рис. 2.3,г. Строго говоря, по причине того, что выпрямительные диоды открываются при напряжении 
(см. рис. 2.1,в), вся диаграмма напряжения смещена вниз (относительно уровня 
) на величину, примерно равную , что объясняется действием ЭДС самоиндукции катушки индуктивности. Это в определенной мере можно учесть, если считать, что на входе активно-индуктивной цепи действует источник напряжения с амплитудным значением напряжения
и внутренним сопротивлением 
.
Представив напряжение в виде ряда Фурье, состоящем, кроме составляющей с нулевой частотой, только из четных гармоник задающего напряжения 
, можно получить выражения основных параметров выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой:
; 
,
где 
– постоянная времени индуктивности, которая, в отличие от постоянной времени емкости, с уменьшением сопротивления нагрузки 
увеличивается, что положительно сказывается на коэффициенте пульсаций.
|
|
|
Использование в сглаживающем фильтре, наряду с индуктивностью, емкости (рис. 2.3,а при 
) позволяет значительно снизить величину коэффициента пульсаций:
.
В выпрямителе с таким сглаживающим фильтром, как и в выпрямителе с активно-индуктивной нагрузкой, выпрямленное напряжение
,
а величина пульсаций определяется в основном амплитудным значением 2-й гармоники задающего напряжения.
Процедура исследования.
В схеме опыта рис. 2.3.а подготовить мультиметр XMM1 для измерения постоянного (--- ) напряжения (V). Открыть панель двухканального осциллографа XSC1 и включить питание схемы. Путем выбора длительности развертки (Timebase/Scale) и масштаба шкал (Scale) напряжений каналов A и B получить удобный вид осциллограмм. При этом входы каналов A и B должны быть открытыми (DC) для постоянных составляющих напряжений, а масштабы шкал напряжений каналов A и B –одинаковыми. Дождаться окончания переходного процесса (судить по стабильности показаний вольтметра XMM1), после чего выключить питание схемы.
Для детального рассмотрения временных диаграмм использовать графопостроитель Grapher (View/Grapher). На графике щелкнуть правой кнопкой мыши и выбрать опцию Trace Properties. Установить желаемый диапазон наблюдения (Bottom Axis/Range: Min > 0, Max) и соответствующие масштабы по левой и правой осям напряжений (одинаковые). Ввести курсоры графопостроителя и с их помощью измерить 
, и . Выбор для исследования того или иного графика осуществляется за счет щелчка правой кнопки мыши на соответствующем графике.
Вольтметром XMM1 измерить выпрямленное напряжение . По данным , и рассчитать опытное значение коэффициента пульсаций 
. Данные и внести в графы табл. 2.3, соответствующие типу нагрузки (RLC – активно-индуктивно-емкостная; RL – активно-индуктивная; RC – активно-емкостная).
Таблица 2.3
| Нагрузка | RLC | RL | RC | |||
| Параметры |  , В
|  , %
| , В
| , %
| , В
| , %
|
| опытные | ||||||
| расчетные | ||||||
| Погрешность, % | ||||||
По приведенным выше формулам определить расчетные значения (на основании измеренного ) и (по данным , 
, 
и 
).
Провести аналогичные исследования для двух других типов нагрузки, произведя соответствующие коммутации элементов и либо задав им соответствующие значения параметров.
2.4. Содержание отчета:
* цель работы;
* схемы исследуемых цепей;
* расчет параметров цепей (с представлением промежуточных результатов);
* таблицы параметров цепей;
* передаточные характеристики ограничителей напряжений;
* временные диаграммы ограничителей напряжений и выпрямителей;
* выводы по результатам экспериментального исследования.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 189; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!