Лабораторна робота №7 «Дослідження однофазних некерованих випрямлячів»

Мета роботи: вивчити схеми однофазних випрямлячів, що працюють на активну, активно – індуктивну і активно – ємкісне навантаження, визначити напругу на виході випрямляча.

Теоретичні відомості

Електроживлення радіоелектронної апаратури (РЕА) здійснюється від різних джерел постійного або змінного струму. Найпоширеніший спосіб електроживлення від мережі змінного струму припускає використання випрямлячів, згладжуючих фільтрів і стабілізаторів напруги або струму.

Випрямні пристрої використовуються для перетворення змінної напруги в постійне. Випрямний пристрій зазвичай складається з трансформатора, напівпровідникових діодів, що здійснюють випрямляння змінної напруги, і згладжуючого фільтру, що зменшує пульсацію випрямленої напруги.

Для роботи випрямлячів принципове значення має характер фільтру, включеного на виході випрямляча. Випрямлячі, навантажені на фільтр у вигляді конденсатора, використовуються в широкому діапазоні випрямленої напруги і потужностей. Трансформатори цих випрямлячів повинні мати велику потужність, чим випрямлячі з індуктивним фільтром. До недоліків випрямлячів з ємкісним фільтром відносяться велика амплітуда струму через випрямний діод у момент включення джерела.

Трансформатори цих випрямлячів повинні мати більшу потужність, ніж випрямлячі з індуктивним фільтром. К недолікам випрямлячів з ємкісним фільтром відносять велику амлитуду струму через випрямний діод під час вмикання джерела.

Випрямлячі з індуктивним фільтром застосовуються в широкому діапазоні випрямленої напруги при потужностях від десятків ватів до декількох кіловат і при струмах понад 1 А. Такі випрямлячі мають менший внутрішній опір в порівнянні з випрямлячами з ємкісним фільтром, що зменшує залежність випрямленої напруги від струму навантаження. Застосування індуктивного фільтру обмежує імпульс струму через діод. Недоліком випрямлячів з таким фільтром є перенапруження, що виникають на вихідній ємкості і на дроселі фільтру при включенні випрямляча і при стрибкоподібних змінах струму навантаження, що представляє небезпеку для елементів самого випрямляча і його навантаження. Випрямлячі з індуктивним фільтром застосовуються в широкому діапазоні випрямленої напруги при потужностях від десятків ватів до декількох кіловат і при струмах понад 1 А. Такие випрямлячі мають менший внутрішній опір в порівнянні з випрямлячами з ємкісним фільтром, що зменшує залежність випрямленої напруги від струму навантаження. Вживання індуктивного фільтру обмежує імпульс струму через діод. Недоліком випрямлячів з таким фільтром є перенапруження, що виникають на вихідній ємкості і на дроселі фільтру при включенні випрямляча і при стрибкоподібних змінах струму навантаження, що представляє небезпеку для елементів самого випрямляча і його навантаження.

Випрямлячі без згладжувального фільтру застосовуються порівняно рідко і в тих випадках, коли пульсації напруги на навантаженні не мають істотного значення. Згладжувальний фільтр також часто відсутній в багатофазних випрямлячах, що мають малу пульсацію випрямленої напруги.

Вибір схеми випрямляча залежить від ряду чинників, які повинні враховуватися залежно від вимог, що пред'являються до випрямного пристрою. До них відносяться: випрямлена напруга і потужність, частота пульсації випрямленої напруги, число діодів, зворотна напруга на діоді, коефіцієнт використання потужності трансформатора, напруга вторинної обмотки. Підвищення частоти пульсації дозволяє зменшити розміри згладжувального фільтру.

Допустимі пульсації на виході джерел живлення залежать від характеру навантаження і можуть складати від тисячних доль відсотка (перші каскади мікрофонних підсилювачів) до одиниць і десятків відсотків (виконавчі пристрої). Для зменшення пульсації використовуються додаткові фільтри.

Г-подібний індуктивно-ємкісною (LC) фільтр (рис 7.1, а) застосовується в джерелах середньої і великої потужності унаслідок того, що падіння напруги на фільтрі можна зробити порівняно малим і тим самим забезпечити вищий ККД.

Недоліки LC-фільтрів:

1) порівняно великі розміри і вага (при низькій частоті первинного джерела);

2) дросель фільтру є джерелом перешкод, що створюються магнітним полем розсіяння;

3) дросель фільтру іноді є причиною складних перехідних процесів, що приводять до спотворень в роботі пристроїв (підсилювача, передавача і тому подібне);

4) фільтр не усуває повільних змін живлячої напруги.

Твір LC (ГН-МКФ) залежить від необхідного коефіцієнта згладжування До, (відношення коефіцієнта пульсації на вході фільтру до коефіцієнта пульсації на його виході) і визначається по формулі;

(7.1)

де: где:

Fc — частота струму, що випрямляється (Гц); m — кількість фаз. Для однонапівперіодної схеми m=1, для двонапівперіодної і мостової, а також для паралельної схеми подвоєння m=2; Кс – коефіцієнт згладжування.

Для двонапівперіодної або мостової схеми при частоті мережі 50 Гц:

(7.2)

Величини L і З повинні бути вибрані так, щоб виконувалася умова:

(7.3)

Якщо твір LC більше 200...250, то фільтр слід робити двухзвенным, причому другу ланку можна виконати по схемі RС-фільтра.

a б

Рисунок 7.1 – Індуктивно–ємкістний фільтр(а), реостатно–ємкістний фільтр(б).

Г-подібний реостатно-ємкісний фільтр (рис 7.1, б) доцільно застосовувати при малих випрямлених струмах (менше 15... 20 мА) і невеликих значеннях коефіцієнта згладжування. Такий фільтр є достатньо дешевим, має малі розміри і вагу. Його недоліком є малий ККД із-за великого падіння випрямленої напруги на опорі фільтру.

Однонапівперіодну схему зазвичай застосовують при випрямлених струмах до декількох десятків міліампер і в тих випадках, коли не вимагається високого ступеня згладжування випрямленої напруги. Ця схема характеризується низьким коефіцієнтом використання потужності трансформатора. Коефіцієнт пульсації на виході такого випрямляча, визначається по наближеній формулі: Kn=6400/RnC.

Для однонапівперіодного випрямляча коефіцієнт пульсацій визначається по формулі:

(7.4)

де:

Um – амплітуда імпульсів випрямленої напруги;

U – середнє значення випрямленої напруги.

Для характеристики випрямляча з фільтром або стабілізатором використовується коефіцієнт згладжування Кс = Кп / Кпо, де Кп, Кпо – коефіцієнти пульсації до і після фільтру (стабілізатора).

Двонапівперіодний випрямляч з середнім виведенням вторинної обмотки трансформатора застосовують в низьковольтних пристроях. В порівнянні з однофазним мостовим випрямлячем він дозволяє зменшити удвічі число діодів і тим самим знизити втрати. Коефіцієнт пульсації визначається по наближеній формулі: Кn=1920/(RnС)

Коефіцієнт пульсації для m – фазного випрямляча визначається по формулі:

(7.5)

де m – число фаз.

Для двонапівперіодного випрямляча m = 2 і, отже .

Однофазна мостова схема характеризується високим коефіцієнтом використання потужності і тому може бути рекомендована для використання в пристроях підвищеної потужності при вихідній напрузі від десятків до сотень вольт; пульсації такі ж, як в попередній схемі.

Випрямлячі, навантажені на фільтр у вигляді конденсатора, використовуються в широкому діапазоні випрямленої напруги і потужностей. До недоліків випрямлячів з таким фільтром відносяться велика амплітуда струму через випрямний діод у момент включення джерела, а також необхідність в трансформаторах великої потужності в порівнянні з випрямлячами з індуктивним фільтром.

Коефіцієнт пульсації випрямляча з ємкісним фільтром визначається по формулі:

(3.6)

де:

m – число фаз; f – частота живлячої мережі; З – ємкість конденсатора на фільтрі; Rn – опір навантаження.m – число фаз; f – частота питающей сети;

Хід роботи

1. Зібрати однонапівперіодну схему випрямляння (рис 7.2). Замалювати осцилограми і визначити амплітудне значення напруги на вході випрямляча розрахунковим і досвідченим шляхом. Підключивши вольтметр до навантаження визначити напругу на виході випрямляча досвідченим і розрахунковим шляхом.

Рисунок 7.2 – Однонапівперіодний випрямляч

2. Зібрати схему двонапівперіодного випрямляча з середнім виведенням вторинної обмотки трансформатора (рис 7.3). Провести досліди аналогічно пункту 1.

Рисунок 7.3 – Схема двонапівперіодного випрямляча з виведенням середньої точки трансформатора

3. Зібрати однофазну мостову схему (рис 7.4). Провести досліди аналогічно пункту 1 і 2.

Рисунок 7.4 – Однофазний мостовий випрямляч

4. Визначити коефіцієнт пульсацій у всіх схемах. Описати переваги і недоліки кожної схеми.

Поиск по сайту: