6. Содержание отчета

7.1 Наименование и цели лабораторной работы.

7.2 Перечень приборов и оборудования.

7.3 Принципиальная электрическая схема лабораторного макета.

7.5 Результаты измерений и вычислений (таблицы 1.1 и 1.2).

7.6 Графики зависимости = f( ).

7.7 Осциллограммы напряжений на вторичной обмотке трансформатора, тока вторичной обмотки трансформатора, напряжения на нагрузке и обратного напряжения на диоде для обеих схем.

7. Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).

8. Выводы по работе.

8 Контрольные вопросы

8.1. Какой параметр выпрямителя и как определяется по внешней характеристике?

8.2 Для чего предназначено сопротивление в схеме лабораторного макета (рисунок 1.1)?

8.3 Изобразите временную диаграмму напряжения на диоде, указав периоды открытого и закрытого состояний.

8.4 Чему равно максимальное обратное напряжение на вентиле мостового выпрямителя, включенного непосредственно в сеть промышленной частоты с напряжением U = 220 В?

9. Необходимый объем знаний и умений студентов для

ЗАЧЕТА

Студент должен знать ответы на контрольные вопросы. Должен уметь проводить измерения, предусмотренные заданием на работу, анализировать результаты измерений.

9. Краткие теоретические сведения

Выпрямитель предназначен для преобразования переменного тока в постоянный.

Обычно в выпрямителях в качестве вентилей используют полупроводниковые диоды. Если к диоду приложено прямое напряжение, диод оказывает бесконечно малое сопротивление току. Если к диоду приложено обратное напряжение, диод имеет бесконечно большое сопротивление и ток через диод не протекает.

По числу фаз питающей сети выпрямители бывают однофазные и трехфазные.

Рассмотрим принцип действия однофазной однополупериодной схемы выпрямления (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2  Однофазная однополупериодная схема выпрямления при работе на активную нагрузку

При положительных полупериодах напряжения на вторичной обмотке трансформатора к диоду приложено прямое напряжение и через нагрузку потечет ток. При отрицательных полупериодах напряжения к диоду приложено обратное напряжение и диод ток не пропускает. Так как ток через диод и нагрузку протекает только в течение одного полупериода, схема называется однополупериодной. Временные диаграммы напряжения на нагрузке и тока нагрузки представлены на рисунке 1.3.

При расчете схемы выпрямления основными параметрами нагрузки являются : среднее значение выпрямленного напряжения , тока нагрузки и допустимый коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения .

Напряжение и ток определяются по формулам:

где  амплитуда напряжения на вторичной обмотке трансформатора;

 амплитуда тока, протекающего через вторичную обмотку

трансформатора.

Рисунок 1.3  Временные диаграммы токов и напряжений , действующих в активной нагрузке при однополупериодном выпрямлении переменного напряжения

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения определяется отношением амплитуды напряжения основной гармоники на выходе выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения :

Коэффициент показывает степень приближения выпрямленного напряжения к прямой линии.

Достоинства однополупериодной схемы:

1. простота схемы, содержащей всего один вентиль;

2. возможность работы без трансформатора.

Недостатки однополупериодной схемы:

1. большое обратное напряжение на диоде;

2. большая величина пульсации выпрямленного напряжения

( =1,57);

3. плохое использование трансформатора, так как его габаритная мощность более чем в три раза превышает мощность, отдаваемую в нагрузку на постоянном токе;

4. низкая частота пульсации выпрямленного напряжения (частота пульсаций совпадает с частотой тока сети).

Однофазная двухполупериодная схема со средней точкой (рисунок 1.4) по существу представляет собой два параллельно включенных однополупериодных выпрямителя, работающих поочередно через полпериода выпрямляемого напряжения.. Ток через нагрузку выпрямителя протекает в течение двух полупериодов изменения переменного напряжения.

Рисунок 1.4  Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой (однофазная схема Миткевича) при работе на активную нагрузку

Рисунок 1.5  Временные диаграммы тока и напряжения , действующих в активной нагрузке при двухполупериодном выпрямлении (б) переменного напряжения (a)

Средние значение выпрямленного напряжения и тока нагрузки определяются по формулам:

где  амплитуда напряжения на вторичной полуобмотке трансформатора;

 амплитуда тока, протекающего через вторичную полуобмотку

трансформатора.

Основными преимуществами данной схемы по сравнению с однополупериодной являются:

1. меньший коэффициент пульсации (  = 0,67);

2. частота пульсации выпрямленного напряжения вдвое больше частоты питающего напряжения.

Основными недостатками схемы являются:

1. выпрямитель работает только с трансформатором, вторичная обмотка которого имеет вывод от средней точки;

2. использование двух вентилей вместо одного;

3. высокое обратное напряжение на вентилях равное, как и в однополупериодной схеме.

Рисунок 1.6  Однофазная мостовая схема выпрямления

Мостовая схема (рисунок 1.6) из всех двухполупериодных схем выпрямителей, работающих от однофазной сети переменного тока, обладает наилучшими технико-экономическими показателями.

Допустим, что в первый полупериод напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора точка а имеет положительный потенциал, а точка б – отрицательный. Ток протекает от точки а через диод VD2, сопротивление нагрузки и диод VD4 к точке б. По обмотке трансформатора ток течет от точки б к точке а. В этот полупериод диоды VD1 и VD3 заперты. В следующий полупериод полярность напряжения на вторичной обмотке изменится и ток будет протекать от точки б через дио VD3, нагрузку, диод VD1 к точке а и по обмотке трансформатора от точки а к точке б. В этот полупериод диоды VD2 и VD4 заперты. По нагрузке ток протекает оба полупериода в одном направлении (рисунок 1.7,б).

Средние значение выпрямленного напряжения и тока нагрузки определяются по формулам:

где  амплитуда напряжения на вторичной обмотке трансформатора;

 амплитуда тока, протекающего через вторичную обмотку

трансформатора.

Рисунок 1.7 – Временные диаграммы тока и напряжения , действующих в активной нагрузке при двухполупериодном (б) выпрямлении переменного напряжения (a)

Основными преимуществами мостовой схемы выпрямителя по сравнению с предыдущей являются:

1. возможность работы без трансформатора;

2. лучшее использование трансформатора;

3. вдвое меньшее обратное напряжение на вентилях при одинаковом напряжении нагрузки.

Недостатки мостовой схемы:

1. большое число вентилей;

2. повышенное прямое падение напряжения на вентильном звене

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ОДНОФАЗНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ, РАБОТАЮЩИХ НА РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ НАГРУЗОК