Лабораторная работа № 2 Исследование неуправляемых выпрямителей Цель:

1. изучение работы однофазных и трехфазных выпрямительных схем и сглаживающих фильтров;

2. анализ процессов в схемах и сравнение форм входного и выходного напряжения для однополупериодного, двухполупериодного выпрямителей и в схеме выпрямительного диодного моста;

3. сравнение частот выходного сигнала и максимальных значений выходного напряжения;

4. анализ обратного напряжения на диоде в различных схемах выпрямителей.

Приборы и оборудование: Мультиметр, осциллограф, источник переменного напряжения, трансформаторы, кремневые диоды 1N4001, резисторы.

Краткие сведения из теории.

Выпрямителем называют устройство с электрическими вентилями, предназначенное для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока. Выпрямители являются основными источниками питания разнообразной радиоэлектронной аппаратуры. Мощные выпрямители применяются в электроприводе для питания двигателей постоянного тока, при электросварке, в электрометаллургии, электрохимии и т. д. В общем случае в выпрямительное устройство входят трансформатор, вентили, сглаживающий фильтр. В некоторых случаях трансформатор и фильтр могут отсутствовать. В качестве вентилей могут быть использованы электровакуумные (ламповые), ионные и полупроводниковые диоды. Наиболее широко в современных выпрямительных устройствах применяются полупроводниковые диоды, характеристики которых близки к характеристикам идеальных вентилей.

Напряжение на выходе выпрямителя, строго говоря, не является постоянным, а имеет сложную форму и помимо постоянной составляющей содержит переменные, гармонические составляющие основной и кратной ей частот (высшие гармоники). Поэтому важнейшими параметрами выпрямителя являются его выходные параметры: постоянная составляющая выпрямленного напряжения , постоянная составляющая выпрямленного тока и коэффициент пульсаций, равный отношению амплитуды переменной составляющей основной частоты выпрямленного напряжения к его постоянной составляющей, в лабораторной работе для расчета коэффициента пульсаций будем использовать формулу 2.9:

.

(2.1)

Варианты выпрямительных схем отличаются числом фаз переменного напряжения, схемой соединения вентилей, формой выпрямленного напряжения и другими особенностями.

Однофазный однополупериодный выпрямитель содержит всего один вентиль, включенный последовательно с нагрузкой (рис. 2.1).

Рис. 2.1 - Модель однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром на выходе.

Ток через вентиль и нагрузку протекает в течение лишь половины периода от 0 до π. В отрицательный, по отношению к вентилю, полупериод напряжения u2 от π до 2π вентиль закрыт. Напряжение u2 является для него обратным. Амплитудное значение обратного напряжения.

Среднее значение выходного напряжения (постоянная составляющая) однополупериодного выпрямителя вычисляется по формуле

.

(2.2)

Значение двухполупериодного выпрямителя вдвое больше

,

(2.3)

где максимум вторичного напряжения на полной обмотке трансформатора и вычисляется по формуле:

,

(2.4)

где - максимальное значение напряжения на первичной обмотке трансформатора; - коэффициент трансформации, отношение числа вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки трансформатора.

Частота выходного сигнала для схемы с однополупериодным или двух полупериодным выпрямителем вычисляется как величина, обратная периоду выходного сигнала:

.

(2.5)

При этом период сигнала на выходе однополупериодного выпрямителя в два раза больше, чем у двухполупериолдного.

Рис. 2.1 - Модель двухполупериодного выпрямителя.

Максимальное обратное напряжение на каждом диоде двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки трансформатора равно разности удвоенного максимального значения напряжения вторичной обмотке трансформатора и прямого падения напряжения на диоде :

.

(2.6)

Если включить на выход любого из выпрямителей, то переменная составляющая выходного напряжения будет ослаблена. Среднее значение выходного напряжения выпрямителя с ёмкостным фильтром может быть приближено оценено из основания:

,

(2.7)

где и - максимум и минимум выходного напряжения, .

Для оценки качества фильтра обычно используют коэффициент пульсации выходного напряжения, который вычисляется из соотношения:

.

(2.8)