Описание лабораторной установки. Схема лабораторного стенда сглаживающего дросселя приведена на рис

Схема лабораторного стенда сглаживающего дросселя приведена на рис. 2.5.

Переменное напряжение 220 В подается через вилку XP1, тумблер SA1 и предохранитель F1 на первичную обмотку трансформатора Т1. Со вторичных обмоток трансформатора снимается переменное напряжение, которое выпрямляется на диодном мосту VD2 и сглаживается на конденсаторах С4, С6, благодаря чему формируется постоянное двухполярное напряжение ± 15 В. Светодиод НL1 служит для индикации включения питания. На элементах DA1, DA2, R1-R5, R7, R9-R10, C1-C3, VT3, VT4 реализован генератор синосуидального напряжения, амплитуда выходного сигнала которого регулируется переменным резистором R5. На элементах VT1, VT2, R8, C5 реализован регулятор постоянного напряжения, величина выходного сигнала которого регулируется переменным резистором R8. Через сглаживающий дроссель L1 и сопротивление нагрузки R11 протекают одновременно постоянный и переменный токи (2.1).

Величина протекающего тока I через сглаживающий дроссель определяется сопротивлением нагрузки R11 и полным сопротивлением дросселя. Величина постоянной составляющей тока I₀ контролируется амперметром постоянного тока А. При этом на дросселе падает напряжение, величину которого можно определить как

, (2.11)

где U₀ – падение напряжения, обусловленное активным сопротивлением дросселя R_а; U_max – падение напряжения, обусловленное реактивным сопротивление дросселя Х_L.

Рис. 2.5. Схема лабораторного стенда

Падение напряжения, обусловленное активным сопротивлением дросселя, контролируется вольтметром постоянного напряжения V:

. (2.12)

Величина действующего значения переменной составляющей напряжения U_≈ , падающего на сглаживающем дросселе, контролируется по осциллографу. В соответствии с (2.11)

, (2.13)

где I_≈ – действующее значение переменной составляющей тока.

К клеммам Х1 и Х2 подключается вход осциллографа, что поз­воляет визуально наблюдать форму протекающего тока i через сопротивление нагрузки R11. При этом падение напряжения на нагрузке в соответствии с (2, 13) будет

. (2.14)

где U_Н0 – падение постоянной составляющей тока на сопротивлении нагрузки R11=33 Ом; U_Нmax – амплитудное значение переменной составляющей падения напряжения на сопротивлении нагрузки.

Измерив U_Нmax и вычислив действующее значение переменной составляющей падения напряжения на нагрузке как

, (2.15)

найдем ток переменной составляющей, протекающий через сглаживающий дроссель:

. (2.16)

Тогда индуктивность сглаживающего дросселя можно выразить в соответствии с (2.13) как

. (2.17)

При увеличении постоянного тока подмагничивания сердечник сглаживающего дросселя начинает насыщаться, и в соответствии с (2.2) его индуктивность будет уменьшаться. При этом будет изменяться соотношение переменной и постоянной составляющей падения напряжения на сопротивлении нагрузки и сглаживающем дросселе. При некотором значении тока сердечник войдет в сильное насыщение, и индуктивность дросселя снизится на столько, что практически вся переменная составляющая напряжения выделится на сопротивлении нагрузки, что означает, что сглаживающий дроссель перестал выполнять свою основную функцию.

Порядок проведения лабораторной работы.

1. Подключить осциллограф к клеммам Х2, Х3. Включить питание лабораторного стенда тумблером SA1, включить осциллограф.

2. Резистором R5 установить заданную преподавателем амплитуду переменной составляющей напряжения. Амплитуду контролировать по осциллографу на клеммах Х2 – Х3.

3. Изменяя постоянный ток подмагничивания резистором R8 от минимума до максимума, снять зависимость амплитудного значения переменной составляющей падения напряжения на сглаживающем дросселе (по осциллографу на клеммах Х2 – Х3) от постоянного тока подмагничивания в соответствии с (2.11).

4. Переключить вход осциллографа к клеммам Х1 – Х2. Изменяя постоянный ток подмагничивания резистором R8 от минимума до максимума, снять зависимость амплитудного значения переменной составляющей падения напряжения на сопротивлении нагрузки R11 (по осциллографу на клеммах
Х1 – Х2) от постоянного тока подмагничивания в соответствии с (2.14).

5. Рассчитать и построить зависимость индуктивности сглаживающего дросселя от постоянного тока подмагничивания в соответствии с (2.17).

6. Изменяя постоянный ток подмагничивания резистором R8 от минимума до максимума по полученным осциллограммам снять зависимость амплитудного значения переменной составляющей и значения постоянной составляющей падения напряжения (2.14) на сопротивлении нагрузки R11 от постоянного тока подмагничивания.

7. Рассчитать и построить зависимость коэффициента сглаживания выпрямленного напряжения от постоянного тока подмагничивания.

Коэффициент сглаживания рассчитывается как

. (2.18)

8. Рассчитать активное сопротивление дросселя по (2.12).

9. Рассчитать и построить зависимость среднего значения энергии, запасаемой в сердечнике дросселя, от величины постоянного тока подмагничивания в соответствии с (2.9).

Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Краткая теория (рабочие формулы).

3. Результаты измерений и вычислений в виде таблиц, графиков, расчетов.

4. Выводы.

Контрольные вопросы

1. Где применяют сглаживающие дроссели?

2. Характеристики сглаживающего дросселя.

3. Для чего применяют воздушный зазор в сердечниках сглаживающего дросселя?

4. Почему и как изменяется индуктивность дросселя при увеличении воздушного зазора в сердечнике?

5. Пояснить зависимость магнитного потока в сердечнике дросселя от величины постоянного тока подмагничивания.

6. Как увеличить диапазон рабочих токов сглаживающего дросселя?

7. Почему и как изменяется индуктивность дросселя при увеличении постоянного тока подмагничивания?

8. Пояснить зависимость среднего значения энергии, запасаемой в сердечнике дросселя, от величины постоянного тока подмагничивания.

Рекомендуемая литература

1. Белопольский И.И. и др. Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Энергия, 1973. – 400 с.

2. Мишин Д.Д. Магнитные материалы: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1991. – 384 с.

3. Бамдас А.М., Савиновский Ю.А. Дроссели фильтров радио-аппаратуры. – М.: Советское радио, 1962. – 362 с.

4. Морозов А.Г. Электротехника, электроника и импульсная техника. – М.: Высш. шк., 1987. – 448 с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3