Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Теоретическое обоснование работы.



ИССЛЕДОВАНИЕ НЕУПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЫ

Методические указания к лабораторной работе по курсу “Электронные устройства систем управления”

Г. Набережные Челны

Г.

Лабораторная работа

"Исследование неуправляемых выпрямителей"

 

Цель работы: Изучить принцип действия однополупериодного выпрямителя, двухполупериодного выпрямителя со средней точкой, мостового выпрямителя. Ознакомиться с принципом действия сглаживающих фильтров.

 

Теоретическое обоснование работы.

 

Для питания электронных устройств требуется постоянное напряжение различной величины. Наиболее распространенным источником электроэнергии является промышленная сеть переменного напряжения частотой 50 Гц. Для преобразования переменного напряжения в постоянное применяют выпрямительные устройства.

Выпрямительные устройства, в которых выходное напряжение можно регулировать, называют управляемыми. Управляемые выпрямители построены на электронных приборах, которыми можно управлять - транзисторы, тиристоры и др.

В данной лабораторной работе рассмотрены неуправляемые выпрямители на полупроводниковых диодах.

Существуют схемы однополупериодного, двухполупериодного со средней точкой и мостового выпрямителей однофазного напряжения.

Рассмотрим однополупериодный выпрямитель. Схема выпрямителя представлена на рис.1.

 
 

Рис.1 Схема однополупериодного выпрямителя

 

В этом выпрямителе диод VD включен последовательно с сопротивлением нагрузки Rн и вторичной обмоткой трансформатора T.

 
 

На рис.2 показана временная диатрамма, из которой видно, что ток через нагрузку имеет пульсирующий характер.

Рис.2 Временные диаграммы

 

При приложении к аноду диода VD положительного напряжения сопротивление диода мало и почти все напряжение приложено к нагрузке Rн.

При приложении к аноду диода VD отрицательного напряжения сопротивление диода велико, почти все напряжение приложено к диоду, а через нагрузку Rн протекат обратный ток Iд.одр., т.е. в первый полупериод имеем:

Uт = Uн + Uд.пр = Iн Rн + Uд.пр

Uд.пр << Uн; или Uн » Uт

во второй полупериод имеем:

 

Uт = Uн + Uд.обр = Iд.обр Rн + Uд.обр

Uд.обр >> Uн; или Uд.обр » Uт

 

Коэффициент полезного действия будет:

 

Io2 Rн 0.406

h = Pвыхвх = ------------------- = ----------------

I2 (Rн + Rд.пр) 1 + Rд.пр/Rн

где Io =Im/p - постоянный ток в нагрузке Rн, или среднее значение тока,

I=Im/2 - потребляемый выпрямителем от трансформатора тока, или среднеквадратичное значение тока.

Максимальное значение КПД однополупериодного выпрямителя при Rн >> Rд.пр будет 40.6 %. Более высоким КПД обладают схемы двухполупериодных выпрямителей.

 
 

Рассмотрим двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, представленный на рис.3.

 

Рис.3. Схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой.

 

В нагрузке Rн подключены два однополупериодных выпрямителя на диодах VD1, VD2. Обмотки трансформатора T включены согласно, поэтому на аноды диодов подается противофазное напряжение UТ1 = -UТ2 и в любой момент времени через один из диодов протекает прямой ток.

Временные диаграммы работы выпрямителя со средней точкой представлены на рис. 4.

 

 

 
 

Рис.4

 

Через нагрузку Rн протекает пульсирующий ток. Каждый полупериод постоянная составляющая этого тока, в два раза больше, чем в схеме однополупериодного выпрямителя:

 

Iн = 2Iд.пр = 2Im/p

 

где Im =UТ1 2/Rн - максимальное значение тока в нагрузке Rн.

Обратное напряжение в запертом диоде составляет двойную амплитуду UТ1. Коэффициент полезного действия выпрямителя со средней точкой будет:

Pвых Io2 Rн 4/ p2 *Im2 Rн 8 *Rн

h= ------- = ----------------- = ----------------------- = -----------------

Рвх I2(Rн+Rд.пр) Im2 /2*(Rн+Rд.пр) p2 (Rн+Rд.пр)

При Rн >> Rд.пр коэффициент полезного действия выпрямителя будет 81.2 %.

Недостатком этой схемы выпрямителяявляется необходимость иметь на трансформаторе средний вывод на вторичной обмотке. Данные выпрямители используются для получения больших токов при малом наряжении на нагрузке Rн.

 

Таким же высоким КПД, как выпрямитель со средней точкой, обладает мостовой выпрямитель.

 
 

Схема выпрямителя представлена на рис.5.

 

Рис.5 Схема мостового выпрямителя

 

В мостовой схеме напряжение с трансформатора подается на диагональ моста из диодов VD1-VD4, с другой диагонали снимается выпрямленное напряжение для подключения нагрузки Rн.

В один полупериод ток проходит через доды VD1,VD3 и через Rн, в другой полупериод включаются диоды VD4,VD1.

Среднее значение выпрямленного напряжения

 

Uн = UТ1 - 2Uд.пр

 

т.е. практически такое же, как в схеме со средней точкой, но полное напряжение вторичной обмотки в два раза меньше.

Пульсирующее напряжение характеризуют коэффициентом пульсации Kп. Напряжение на выходе выпрямительного устройства можно представить в виде суммы постоянного и переменного напряжений. Существует два определения коэффициента пульсации: амплитудное и действующее. Коэффициентом пульсации по амплитуде называют отношение амплитуды переменного напряжения пульсации к постоянному напряжению на выходе выпрямителя:

 

Um ½*(Umax - Umin)

Кпа = ------ = -----------------------

Uo ½ *(Umax + Umin)

где Um - амплитуда напряжения пульсации;

Uo - постоянное напряжение;

Umax - максимальное значение напряжения;

Umin - минимальное значение напряжения.

Коэффициент пульсации по амплитуде используют, когда есть возможность визуального наблюдения формы выходного напряжения выпрямительного устройства.

Коэффициент пульсации по действующему значению называют отношение действующего значения напряжения пульсации к значению постоянного напряжения на выходе выпрямительного устройства:

 

Кп = U/Uo

 

где U - действующее значение напряжения пульсации;

Uo - постоянное напряжение.

Для однополупериодного выпрямителя коэффициент пульсации

по амплитудному значению будет:

 

Um ImRн

Кпа = ------ = ---------- = 1.57

Uo 2IoRн

 

где Im - амплитудное значение тока;

Io = Im/p - постоянный ток.

Коэффициент пульсации по действующему значению будет:

U IRн

Кп = ----- = ------- = 1.21

Uo IoRн

где I - действующее значение тока пульсации;

Io - постоянный ток.

Для двухполупериодного выпрямителя со средней точкой и мостового выпрямителя:

 

Кпа = 0.667

Кп = 0.48

 

Пульсации напряжения вызывают помехи в электронных устройствах, поэтому для уменьшения изменения выходного напряжения применяют сглаживающие фильтры.

В качестве элементов сглаживающих фильтров используют реактивные элементы: конденсаторы, дроссели, а также активные элементы - транзисторы.

При выборе фильтра задаются коэффициентом сглаживания (фильтрации):

 

S = Кп1п2,

 

где Кп1 - коэффициент пульсации на входе фильтра;

Кп2 - коэффициент пульсации на выходе фильтра.

Коэффициент сглаживания (фильтрации) показывает во сколько раз фильтр уменьшает напряжение пульсаций выпрямленного напряжения. Для увеличения коэффициента сглаживания используют многозвенные фильтры, т.е. фильтры соединяют последовательно, в этом случае коэффициент сглаживания будет:

 

Sобщ = S1 * S2 * ... Sn,

 

где S1,S2, ... Sn - коэффициенты сглаживания каждого звена.

В зависимости от элементов сглаживающие фильтры делятся на емкостные, индуктивные, резистивно-емкостной, индуктивно-емкостной. Действие сглаживающего фильтра основано на том, что элемент, включенный последовательно с нагрузкой представляет большое сопротивление для переменной составляющей пульсации и малое сопротивление для постоянного тока, элемент, включаемый параллельно с сопротивлением нагрузки, обладает малым сопротивлением для переменного напряжения и большое сопротивление для постоянного тока.

При малых токах нагрузки применяют емкостной фильтр, в этом случае скорость разряда емкости невелика и постоянное напряжение на нагрузке близко к амплитудному значению переменного напряжения.

Коэффициент сглаживания емкостного фильтра:

 

S = w Cj Rн,

 

где w =2pf - круговая частота;

Cj - емкость фильтра;

Rн - сопротивление нагрузки.

При больших токах в нагрузке используют индуктивный фильтр, индуктивность включается последовательно с нагрузкой. Коэффициент сглаживания индуктивного фильтра:

 

w Lj

S = --------,

Rн

 

где Lj - индуктивность фильтра.

 
 

В схемах, где тредуется более высокий коэффициент сглаживания, но ток нагрузки мал, используют резистивно-емкостной фильтр RC, представленный на рис. 6.

 

Рис. 6. Схема резистивно-емкостного фильтра.

 

Коэффициент сглаживания RC - фильтра будет:

 

S = w2 Rj2 Cj2 + 1,

 

где Rj - сопротивление фильтра;

Cj - емкость фильтра.

Данная формула справедлива при условии Rн >> 1/(wCj).

Для повышения коэффициента сглаживания применяют LC -

фильтр, представленный на рис. 7. Если выполняется условие:

 

w Lj >> 1 / wCj << Rн

 

 

коэффициент сглаживания будет: S = w2LjCj - 1.

В качестве элемента сглаживания фильтра могут применяться активные элементы, но в этом случае изменение тока в нагрузке должны быть незначительные, т.е. электронные фильтры рассчитаны на определенное сопротивление нагрузки.

 
 

Рис.7. Схема индуктивно-емкостного сглаживающего фильтра.

 

Для качественной оценки выпрямительных устройств используют внешние характеристики. Внешней характеристикой называют зависимость выходного напряжения выпрямительного устройства от тока нагрузки.

На рис. 8 приведен внешние характеристики выпрямителей без фильтра и с фильтрами.

На внешней характеристике представленны зависимости напряжения нагрузки от тока нагрузки для однополупериодного выпрямителя без фильтра 1, с емкостным фильтром 3, с RC фильтром 4, с LC фильтром 5 и мостового выпрямителя без фильтра 2. Напряжение, подводимое на выпрямители, одинаково. Наклон внешней характеристики определяет внутреннее сопротивление выпрямителя

 

DUн

ri = ---------,

DIн

 

где DUн, DIн - изменение напряжения и тока в нагрузке.

 
 

Сравнение внешних характеристик при одинаковом токе нагрузки Iн позволяет выявить предпочтительное выпрямительное устройство.

 

 

Рис. 8. Внешние характеристики выпрямителей.

 




Поиск по сайту:







©2015-2020 mykonspekts.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.