Лабораторна робота №3

Дослідження схем випрямлення

1. Мета роботи

. Вивчення принципу дії схем одно- та двопівперіодного випрямлення.

. Розрахунок струмів та напруг у навантаженні та порівняльний аналіз результатів розрахунків і експериментів.

2. Підготовка до роботи

2.1. Вивчити теорію за рекомендованою літературою.

2.2. Записати в конспект формули, які необхідні для виконання розрахунків в роботі.

2.3. Вихідні дані для розрахунку випрямляча:

- величина діючої напруги джерела змінного струму U₁=24В, частота мережі f_m=50Гц;

- величину опору навантаження розрахувати по формулі:

де R₀ = 80 Ом, К – номер варіанту, К = 1...10;

- діод типа 1N4009 (аналог КД 226А, КД 103).

2.4. Треба визначити:

- параметри схеми, які необхідні для вибору діодів – І₀, І_d, І_dm, U_зв.m;

- параметри, які необхідні для вибору трансформатора – І₁, І₂, U₂, S_Т.

3. Теоретичні відомості

Випрямлячі – це електричні пристрої, що призначені для перетворення енергії джерела змінного струму в енергію напруги постійного струму.

Склад випрямляча показано на узагальненій структурній схемі, що наведена на рис.1.

Напруга мережі живлення подається на трансформатор (Т_Р), на виході якого отримується змінна напруга необхідного рівня. За допомогою вентильної схеми (ВС) змінна напруга перетворюється на пульсуючу випрямлену напругу. Для уменшення пульсацій випрямлена напруга подається на згладжувальний фільтр (ЗФ) і після нього – на навантаження (Н). Часто між згладжуючим фільтром і навантаженням вмикають ще стабілізатор напруги (СН), який забезпечує стабільність вихідної напруги випрямляча.

Рис.1. Структурна схема випрямляча

Експлуатаційні характеристики випрямлячів:

1) Величина середньої напруги на навантаженні U₀, та його середнього струму І₀:

2) Коефіцієнт пульсацій випрямленої напруги ,

де U_m(1) – амплітудне значення основної гармоніки випрямленої напруги при розвиненні останньої в ряд Фур`е.

3) Навантажувальна характеристика U₀ = f(І₀).

4) Середнє значення струму через вентиль І_d.

5) Амплітудне значення струму через вентиль І_dm.

6) Амплітудне значення зворотної напруги, що прикладається до вентиля U_зв.m.

Головним вузлом кожного випрямляча є вентильна схема.

До основних вентильних схем однофазних випрямлячів відносять:

- однопівперіодна схема;

- двопівперіодна з нульовим виводом;

- мостова схема.

Однофазна однопівперіодна схема випрямляча. На рис.2 показані принципова схема (рис.2, а) та часові діаграми роботи (рис.2, б) випрямляча.

а) б)

Рис 2. Схема та часові діаграми роботи однопівперіодного

випрямляча

Вентильна схема утворюється лише одним діодом VD. Його робота полягає в тому, що протягом одного півперіоду навантаження підключається діодним ключем до вторинної обмотки трансформатора, а протягом другого півперіоду відключається від неї. Показники якості вихідної напруги та ін. у цього випрямляча вкрай низькі. Тому його застосовують дуже рідко.

Значно кращі показники мають однофазні двопівперіодні випрямлячи.

Однофазна двопівперіодна схема випрямляча з нульовим виводом.

Схема двопівперіодного випрямляча з нульовим виводом та часові діаграми роботи показані на рис.3. Ця схема являє собою два однопівперіодних випрямляча, що підключені до навантаження паралельно. Вторинна обмотка трансформатора випрямляча має вивід від її середини – нульовий вивід. В провідному стані завжди знаходиться один з діодів.

а) б)

Рис.3. Схема та часові діаграми роботи випрямляча з нульовим виводом

За час позитивної півхвилі напруги навантаження підключається до першої півобмотки трансформатора, а за час негативної – до другої півобмотки. Таким чином, за час періоду напруги мережі струм через навантаження протікає в одному напрямку безперервно. Внаслідок цього середнє значення вихідної напруги випрямляча подвоюється у порівнянні із схемою однопівперіодного випрямляча.

Однофазна мостова схема випрямляча. На рис.4, а зображена схема однофазного мостового випрямляча, а на рис.4, б – часові діаграми напруг і струмів.

а) б)

Рис.4. Схема та часові діаграми роботи мостового випрямляча

Схема складається з трансформатора, що має одну вторинну обмотку, та чотирьох випрямних діодів, з’єднаних у мостову схему. В одну діагональ мосту ввімкнене навантаження, а до другої діагоналі – вторинна обмотка трансформатору. У провідному стані завжди знаходяться два діоди (VD1, VD4, або VD2, VD3). Через навантаження струм завжди тече в одному напрямку. За формою вихідної напруги вона тотожна схемі рис.3, а.

Застосування мостової схеми зменшує потужність трансформатора і зменшує в два рази зворотну напругу на діодах у порівнянні із схемою випрямляча з нульовим виводом.

Основні розрахункові співвідношення, а також показники різних схем випрямлення, яки працюють на активне навантаження, зведені в таблиці 1.

Таблиця1

Схема   Величина	Однопівперіодна	Двопівперіодна з нульовим виводом	Мостова
U0	експеримент
I0	експеримент
U2m	експеримент
Uзв m	експеримент
KП	розрахунок		0, 67	0, 67
експеримент
f=1/T	експеримент