Проведение осциллографирования

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Юго-Западный государственный университет»

 

Кафедра Телекоммуникаций

 

 

УТВЕРЖДАЮ   Первый проректор – проректор по учебной работе   ___________Е.А. Кудряшов   «_____»_____________2011 г.

 

 

Изучение принципа работы и определение параметров

Однофазной однополупериодной схемы выпрямления.

Методические указания

По выполнению лабораторной работы № 1

По курсу «Электропитание устройств и систем

Телекоммуникаций»

 

 

 

Курск 2011

УДК 621.391 (075)

 

Составители: С.Г. Лукьянюк

 

 

Рецензент

 

Кандидат технических наук, доцент С.Г. Лукъянюк

Изучение принципа работы и определение параметров однофазной однополупериодной схемы выпрямления. [Текст]: методические указания по выполнению лабораторной работы № 1 по курсу «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций» / Юго-Западный. гос. ун-т; сост.: С.Н. Михайлов. Курск, 2011. с. 13: ил. 6.

 

 

Содержит методические указания по выполнению лабораторной работы № 1 «Изучение принципа работы и определение параметров однофазной однополупериодной схемы выпрямления» по курсу «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций».

Методические указания соответствуют требованиям типовой программы, утверждённой УМО по специальности Телекоммуникации, и рабочей программы дисциплины «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций».

Предназначены для студентов специальностей 210400.68, 210402.65, 210404.65, 210406.65 дневной и заочной форм обучения.

 

Текст печатается в авторской редакции

 

Подписано печать. Формат 60х841/16.

Усл. печ. л. 0,59. Уч.-изд. л. Тираж экз. Бесплатно

Юго-Западный государственный университет.

305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94

 

Цель работы

Изучить принцип работы однофазной однополупериодной схемы выпрямления.

Экспериментально определить основные параметры однофазной однополупериодной схемы выпрямления.

 

Описание лабораторного макета

Сменный блок «Исследование схем выпрямителей» включает четыре вентильных группы по три диода в каждой VD1-VD12 (две группы вентилей с общим анодом, две группы – с общим катодом), четыре одиночных вентиля VD13-VD16, конденсаторы С1-С4, два управляемых вентиля VS1-VS2 со схемой управления и резистор Rш = 1 Ом.

В качестве нагрузки выпрямителя используется переменный резистор блока нагрузок (правая панель лабораторной установки). Регулирование тока, протекающего через нагрузку, производится ручками «RН грубо» и «RН точно». Примерные пределы изменения RН: от 1300 Ом в положении 1 переключателя «RН грубо» до 17 Ом в положении 11. В положении «Х.Х.» RН = ¥.

Напряжения и токи в различных точках изучаемой схемы выпрямителя контролируются с помощью вольтметра PV1 и миллиамперметра РА1 лабораторной установки. Вольтметр PV1 и миллиамперметр РА1 позволяют измерять как постоянную, так и переменную составляющие напряжения или тока. Сопротивление шунта миллиамперметра составляет 1 Ом.

Напряжение на резисторе нагрузки и ток, протекающий через резистор, контролируются вольтметром PV2 и миллиамперметром РА2. Вольтметр PV2 позволяет измерять как постоянную, так и переменную составляющие напряжения.

 

Режимы работы измерительных приборов установки:

Измерительный прибор	Режим измерения	Предел измерения
PV1	~	200 V
=	200 V
PA1	~	2000 mA
=	2000 mA
PV2	~	20 V
=	200 V
PA2	=	2000 mA

 

Проведение осциллографирования

Для наблюдения формы напряжений имеются гнезда в точках подключения вольтметров или непосредственно на элементах схемы выпрямителя.

Для наблюдения формы токов необходимо в разрыв исследуемой цепи включить резистор Rш =1 Ом, вход осциллографа подключить к резистору Rш (форма напряжения на нем будет соответствовать форме протекающего в цепи тока, а отсчет величины напряжения, произведенный с помощью осциллографа, будет пропорционален величине протекающего тока). Пример осциллографирования тока вторичной обмотки трансформатора приведен на рисунке 1.

 

 

Рисунок 1.Осциллографирование тока вторичной обмотки трансформатора

В некоторых случаях можно подключить вход осциллографа параллельно миллиамперметру РА (сопротивление шунта миллиамперметра равно 1 Ом).

Осциллографирование исследуемых напряжений и токов должно осуществляться при таких положениях переключателей «V/дел» и «х1, х10», чтобы размер изображения по вертикали составлял больше половины шкалы экрана. При необходимости следует воспользоваться выносным делителем напряжения с коэффициентом деления 1: 10.

При проведении измерений необходимо переменный резистор плавной регулировки усиления канала «Y» повернуть по часовой стрелке до фиксации.

Длительность развертки должна находиться в пределах 2 mS/дел - 5 mS/дел. При этом на экране осциллографа будет наблюдаться один или два с половиной периода напряжения.

Рекомендуется использовать режим синхронизации горизонтальной развертки осциллографа «ОТ СЕТИ».

 

Примечание. Одновременное осциллографирование двух напряжений возможно только в том случае, если эти напряжения имеют общую точку отсчета. Это связано с тем, что один из проводов, подключенных к входу канала «Y» соединен с корпусом осциллографа. В дальнейшем на рисунках это провод отмечен знаком «_┴».

Для проведения осциллографирования двух напряжений необходимо провод «_┴» того входа «Y», по которому будет проводиться синхронизация осциллографа, подключить к общей точке отсчета исследуемых напряжений. При этом провод «_┴» другого входа «Y» можно не использовать.

 

 

3.Домашнее задание

3.1 Изучите по конспекту лекций и литературе разделы о выпрямительных устройствах в источниках бесперебойного питания:

- А.Ю. Воробьев Электроснабжение компьютерных и телекоммуникационных систем. – М.:Эло-Трендз.2002. – 280с.:ил.;

- Бушуев В.М. Электропитание устройств связи: Учебник для техникумов.- М.: Радио и связь, 1986. – 240 с.: ил.

3.2 Проведите необходимые расчёты коэффициентов амплитуды и формы переменной составляющей выпрямленного однополупериодного напряжения.

 

 

4. Основы теории

Однополупериодная схема выпрямителя с одним диодом применяется, в основном, при мощностях в нагрузке до 10 – 25 Вт и тогда, когда не требуется малый коэффициент пульсаций. Достоинства схемы – минимальное число элементов, малая стоимость. Недостатки – низкая частота пульсаций (равна частоте питающей сети), плохое использование трансформатора, подмагничивание его магнитопровода постоянным током.

 

4.1 Основные соотношения для схем выпрямителей

 

u_d(t) – мгновенное значение синусоидального напряжения

u_d(t) = U_m sin ωt = U sin ωt

U_m – амплитудное значение синусоидального напряжения;

U – действующее значение синусоидального напряжения;

U₂ – действующее значение напряжения вентильной обмотки трансформатора;

U_d - постоянная составляющая выпрямленного напряжения (среднее значение выпрямленного напряжения)

U_do - постоянная составляющая выпрямленного напряжения в режиме холостого хода

Для нерегулируемых выпрямителей

p – коэффициент пульсности

p = mnк

m – число фаз выпрямляемого напряжения;

n – число полупериодов выпрямления;

к – число каскадов, образующих выпрямитель.

 

К_о – коэффициент преобразования переменного напряжения в постоянное

K_o=U_d / U₂

Значения коэффициента преобразования переменного напряжения в постоянное для возможных значений коэффициента пульсности приведены в таблице 1.

Таблица 1.

p
Ko	0,9	1,17	1,35	1,39

 

U_~m - амплитуда переменной составляющей выпрямленного напряжения;

С достаточной степенью точности можно считать, что

 

U_~m = U_~m1 ,

где U_~m1 - амплитуда первой гармоники переменной составляющей выпрямленного напряжения.

k_П - коэффициент пульсации выпрямленного напряжения. Оценивается как относительная величина амплитуды первой гармоники выпрямленного напряжения

 

k_П = U_~m / U_d ≈ U_~m1 / U_d

Значения коэффициента пульсации выпрямленного напряжения для возможных значений коэффициента пульсности приведены в таблице 2.

 

Таблица 2

p
kП	0,67	0,25	0,057	0,0144

 

I₂ – действующее значение тока вентильной обмотки трансформатора;

I_{в ср} – среднее значение тока вентиля;

I_{в макс} – максимальное значение тока вентиля;

U _{обр макс} – максимальное обратное напряжение на вентиле;

I_{2 ср} – среднее значение тока вентильной обмотки трансформатора;

I_d – среднее значение выпрямленного тока;

Значения коэффициентов преобразования переменного напряжения в постоянное и пульсации выпрямленного напряжения для различных типов выпрямителей приведены в таблице 3.

 

 

Величина	Тип схемы выпрямления
	Однофазная однополупериодная	Однофазная двухполупериодная с выводом от средней точки трансформатора	Трехфазная нулевая Y-типа	Трехфазная нулевая Ж-типа	Трехфазная сложная нулевая (две последовательных «звезды» Y-типа)	Однофазная мостовая	Трехфазная мостовая разомкнутая	Трехфазная мостовая замкнутая
p
Ko=Udo / U2	0,45	0,90	1,17	1,35	2,34	0,90	2,34	1,35
Iв макс / Id	3,14	1,57	1,21	1,05	1,05	1,57	1,05	1,05
Iв ср / Id	1,00	0,5	0,33	0,17	0,33	0,5	0,33	0,33
U обр макс/ Udo	3,14	3,14	2,09	2,09	1,05	1,57	1,05	1,05
kП	1,57	0,67	0,25	0,057	0,057	0,67	0,057	0,057

Таблица 3.

 

 

5 Лабораторное задание

5.1 Наблюдайте осциллограммы и измерьте основные параметры напряжений и токов.

5.2 Исследуйте форму напряжения и тока, протекающего в нагрузке.

5.3 Исследуйте внешнюю характеристику выпрямителя

U_d = f (I_d).

5.4 Произведите расчет коэффициента пульсаций.

 

6 Методические указания

 

6.1. Подготовить установку к работе

Собрать схему, приведенную на рис.2а.

 

 

Рис. 2а. Однофазная однополупериодная схема выпрямления (проведение осциллографирования)

 

Переключатель «RН грубо» установить в положение «3».

Вольтметр PV1 установить в режим измерения переменного напряжения.

Вольтметр PV2 установить в режим измерения постоянного напряжения.

Включить питание установки выключателем «СЕТЬ – ВКЛ».

Нажатием кнопки «ОДНОФАЗНАЯ СЕТЬ –ВКЛ» включить питание схемы.

6.2. Провести осциллографирование:

- напряжения на вторичной обмотке трансформатора (гнезда 1 – 2);

- напряжения между анодом и катодом диода. Зафиксировать значение U _{обр макс};

- тока, протекающего через Rн (для осциллографирования использовать Rш). Зафиксировать значение I_{в макс} и I_d (по показаниям РА2);

- напряжения на Rн (гнезда 6 – 7). Зафиксировать значение амплитуды переменной составляющей выпрямленного напряжения U_~m. Также записать значение U_d (по показаниям РV2).

По результатам наблюдений и измерений зарисовать осциллограммы токов и напряжений, записать величины U _{обр макс}, U_d, I_{в макс}, I_d, U_~m.

Нажатием кнопки «ОДНОФАЗНАЯ СЕТЬ –ВЫКЛ» выключить питание схемы.

 

6.3. Снять внешнюю характеристику выпрямителя U_d = f (I_d)

Собрать схему, приведенную на рис.2б.

 

Рис. 2б. Однофазная однополупериодная схема выпрямления (снятие внешней характеристики выпрямителя)

Нажатием кнопки «ОДНОФАЗНАЯ СЕТЬ –ВКЛ» включить питание схемы.

Постепенно увеличивать ток через Rн, уменьшая его сопротивление. Для этого регулятор «RН грубо» переключать от положения «Х.Х.» до положения 11. Для получения большего количества отсчетов в положениях 1 - 3 воспользоваться плавной регулировкой Rн.

 

Заполнить таблицу 4.

Таблица 4

Измеряемая величина	Измерительный прибор	Положение переключателя «RН грубо»
Id, мА	РА2
Ud, В	PV2 в реж. «=»
U ~d, В	PV2 в реж. «~»
U2, В	PV1

Нажатием кнопки «ОДНОФАЗНАЯ СЕТЬ –ВЫКЛ» выключить питание схемы.

Выключить питание установки выключателем «СЕТЬ».

6.4. Построить внешнюю характеристику выпрямителя

U_d = f (I_d).

6.5. Определить параметры выпрямителя

6.5.1. Рассчитать коэффициент преобразования переменного напряжения в постоянное в режиме холостого хода

K_o=U_dо / U₂.

6.5.2. Рассчитать коэффициент пульсации выпрямленного напряжения в режиме малых токов

k_П = U_~m / U_d.

Для определения величины U_~m воспользоваться формулой

U_~m = U _~d * k_А* k_Ф / k_ФС,

где U _~d – показания вольтметра PV2;

k_ФС = 1,11 - коэффициент формы синусоидального напряжения;

k_Ф - коэффициент формы переменной составляющей выпрямленного однополупериодного напряжения;

k_А– коэффициент амплитуды переменной составляющей выпрямленного однополупериодного напряжения.

Произвести расчет k_П, используя величину U_~m, измеренную с помощью осциллографа. Сравнить полученные результаты расчетов.

6.5.3. Рассчитать отношение U _{обр макс}/ U_d.

6.5.4. Рассчитать отношение I_{в макс} / I_d.

7 Отчет

Отчёт по форме и содержанию должен соответствовать требованиям, изложенным в предыдущем разделе.

Содержание отчета:

- титульный лист;

- цель работы;

- отчет о проделанной работе с изложением собранной схемы, последовательности действий по проведению измерений и установки переключателей, временных диаграмм исследуемых напряжений и токов, расчетов основных параметров, заполненной таблицы измерений, графика внешней характеристики выпрямителя, расчетов основных показателей выпрямителя и погрешностей расхождения измеренных и теоретических параметров;

- выводы по полученным результатам и оценки полученной зависимости внешней характеристики, а также причин возникновения расхождений.

 

8 Контрольные вопросы

 

1) Как работает однофазная однополупериодная схема выпрямления? Основные параметры этой схемы.

2) Как влияет изменение характера нагрузки на работу исследуемого выпрямителя, вид внешней характеристики?

3) Чем и почему отличаются осциллограммы напряжений на выходе трансформатора и схемы выпрямления?

4) Приведите возможные области применения рассмотренной схемы выпрямителя.

5) Как изменение нагрузки выпрямителя сказывается на величине коэффициента пульсаций.

6) Приведите определение коэффициентов амплитуды и формы переменной составляющей выпрямленного однополупериодного напряжения.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: