Введение

Методические указания предназначены для студентов специальностей 140613 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования» и 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств» в качестве учебного пособия для выполнения практических работ по дисциплине «Электронная техника». Практические работы проводятся с целью более успешного освоения и закрепления теоретических знаний, полученных студентами на занятиях, а также приобретения ими практических навыков при расчете типовых электронных каскадов и схем. Возможность успешного выполнения работ предполагает наличие у студентов прочных знаний по дисциплинам: «Электротехника», «Измерительная техника», «Инженерная графика», «Информатика».

В методическом пособии приведены краткие теоретические сведения по рассматриваемой теме, основные требования к содержанию и оформлению работ, образцы выполнения расчетов и графической части, а также задания на работу (по вариантам) и необходимые справочные данные.

Общие требования к содержанию и оформлению работ

1. Каждая практическая работа обязательно должна содержать: название работы, цель работы, теоретические основы работы, выполнение работы (с необходимыми пояснениями и обоснованиями).

2. Работы выполняются на листах формата А4 в печатном или рукописном варианте.

3. В случае выполнения работы в рукописном формате, необходимо писать разборчиво, чертежным шрифтом, черными чернилами, схемы чертить карандашом.

4. В случае выполнения в печатном формате, необходимо печатать черной краской, шрифт Times New Roman, размер шрифта 14, выравнивание по ширине, заголовки выделять полужирным шрифтом (выравнивание по центру).

5. Отчет, помимо грамотно выполненных работ, должен включать в себя лист содержания и титульный лист.

6. Оформление работы производится согласно требованиям ГОСТа.

Практическая работа 1 Расчет выпрямителей переменного тока

Для питания некоторых устройств требуется постоянное напряжение различной величины. Однако наиболее распространенным источником электрической энергии является промышленная сеть переменного напряжения частотой 50 Гц. Для преобразования переменного напряжения в постоянное применяются выпрямители.

Выпрямители бывают управляемые и неуправляемые. Управляемые применяются в устройствах, в которых требуется регулировать величину выпрямленного напряжения. Регулирование осуществляется с помощью тиристоров. В неуправляемых выпрямителях может быть осуществлено однополупериодное и двухполупериодное выпрямление переменного однофазного напряжения. Соответственно различают однополупериодные и двухполупериодные выпрямители. Двухполупериодные, в свою очередь, могут быть со средней точкой и мостовые. Для выпрямления трехфазного напряжения применяются трехфазные выпрямители.

Однополупериодные выпрямители (рис. 1). Такая схема выпрямителя является простейшей. В этом выпрямителе выпрямительный диод включен последовательно с нагрузочным резистором R_н и вторичной обмоткой трансформатора. Первичная обмотка трансформатора питается от сети.

Рис. 1. Однополупериодный выпрямитель

а) б)

Рис. 2. Временные диаграммы напряжения на нагрузке без выпрямителя (а) и с однополупериодным выпрямителем (б)

Из временных диаграмм (рис. 2) видно, что i_н в нагрузочном устройстве имеет пульсирующий характер. В течение первого полупериода напряжения диод (вентиль) открыт, и в нагрузочном резисторе появляется ток. Если считать, что сопротивление вентиля в открытом состоянии равно нулю, то все напряжение будет приложено к нагрузочному резистору. Во второй полупериод полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора меняется на противоположную. При такой полярности диод включен в обратном направлении. Если считать, что сопротивление закрытого вентиля равно бесконечности, то все напряжение вторичной обмотки трансформатора будет приложено к закрытому вентилю. Недостатком такой схемы является низкий КПД, т.к. используется только одна полуволна напряжения.

Двухполупериодные выпрямители. Широкое применение нашли двухполупериодные выпрямители, в которых в отличие от однополупериодных выпрямителей используются оба полупериода напряжения сети. Из них наибольшее распространение получил двухполупериодный выпрямитель, в состав которого входит трансформатор, четыре диода, включенные по мостовой схеме, и нагрузочный резистор (рис. 3).

Рис. 3. Мостовой выпрямитель

В один из полупериодов напряжения сети диоды VD2 и VD4 открыты, а диоды VD1 и VD3 закрыты. Ток в этот полупериод имеет направление: верхний зажим вторичной обмотки трансформатора – диод VD2 – нагрузочный резистор R_н – диод VD4 – нижний зажим вторичной обмотки.

В другой полупериод диоды VD2 и VD4 закрыты, а диоды VD1 и VD3 открыты. Направление тока в этом случае: нижний зажим вторичной обмотки трансформатора – диод VD3 – нагрузочный резистор R_н – диод VD1 – верхний зажим вторичной обмотки.

При этом нетрудно заметить, что в течение всего периода ток в нагрузочном резисторе имеет одно и то же направление. Временные диаграммы двухполупериодного выпрямителя приведены на рис. 4.

Рис. 4. Временные диаграммы двухполупериодного выпрямителя

Если сравнить мостовой выпрямитель с однополупериодным, то при одном и том же напряжении вторичной обмотки трансформатора и сопротивлении нагрузочного устройства средний выпрямленный ток и напряжение в мостовом выпрямителе в два раза больше, чем в однополупериодном, а максимальное обратное напряжение на каждом из диодов в мостовом выпрямителе будет то же, что и в однополупериодном. Помимо уже названных достоинств мостового выпрямителя следует также отметить, что габариты и масса трансформатора, используемого в мостовом выпрямителе, меньше, чем у однополупериодного вследствие отсутствия подмагничивания сердечника трансформатора постоянным магнитным потоком, как это имеет место в однополупериодном выпрямителе. Недостатком мостового выпрямителя является необходимость применения четырех диодов, что понижает его надежность.

Также применяется двухполупериодный выпрямитель со средней точкой (вывод от середины трансформатора), схема которого представлена на рис. 5.

Рис. 5. Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Трехфазные выпрямители. В цепях трехфазного напряжения применяются трехфазные выпрямители (рис. 6). В каждой фазе такого устройства устанавливается выпрямительный диод, принцип действия которого аналогичен работе однополупериодного выпрямителя. Т.е. в каждой фазе используется лишь один полупериод, а на нагрузке все три полупериода суммируются.

Рис. 6. Трехфазный выпрямитель

Выбор диодов для выпрямительных устройств производят так, чтобы их основные параметры соответствовали основным показателям работы выпрямительного устройства.