Исследование работы выпрямителей переменного тока

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

Цель работы. Рассмотреть принцип действия различных схемам выпрям­ителей переменного тока.

Задание на подготовку к лабораторной работе.

В результате изучения теоретического материала студент должен

знать:

- схемы и принцип действия одно- и двухполупериодных выпрямителей;

- основные характеристики выпрямителей;

- методы уменьшения пульсаций выпрямленного тока.

Уметь:

- собирать различные схемы выпрямителей;

- измерять основные параметры выпрямителей с помощью электроизмерительных приборов и электронного осциллографа,

- подключать различные фильтры нижних частот для уменьшения пульсаций выпрямленного тока.

 

Пояснения. Для питания различных элетро- радиотехнических устройств требуется постоянный ток различного напряжения. Промышленная сеть поставляет потребителям переменный ток напряжением 220/380 В частотой 50 Гц. Использование переменного тока обусловлено тем, что с помощью трансформатора легко изменить его напряжение до сотен тысяч вольт для передачи на большие расстояния, после чего понизить напряжение до требуемой величины с минимальными потерями.

Таким образом, типовой блок питания должен иметь на входе трансформатор, который понижает или повышает сетевое напряжение до требуемой величины. Далее следует выпрямитель, который преобразует переменный синусоидальный ток в пульсирующий постоянного направления.

Обычно питаемая аппаратура требует максимального сглаживания пульсаций. Это достигается включением после выпрямителя фильтра (нижних частот), который уменьшает пульсации выпрямленного напряжения до допустимой величины.

 

Схемы выпрямления. При помощи выпрямителей переменный ток возможно преобразовать в постоянный ток, эта процедура называется выпрямление. Известно несколько различных схем выпрямителей переменного тока. В работе предусмотрено изучение двух основных схем выпрям­ления: однополупериодной схемы и двухполупериодной схемы выпрямления.

 

Однополупериодная схема выпрямления. При наличии однофазного тока и только одного выпрямительного диода (вентиля) можно составить простейшую схему выпрямления (рис. 31, а).

Выпрямленный ток, как видно из рис. 31, б, фактически не является постоянным током; его величина все время изменяется (пульсирует) с частотой первичного напряжения. Эта схема выпрямления тока применяется доволь­но редко, так как через выпрямитель В пропускается только одна полуволна тока, а другая запирается. В результате к.п.д. такого выпрямителя очень низкий.

Такое действие выпрямителя объясняется зависимостью со­противления полупроводникового диода от полярности приложенного напряжения и, следовательно, направления тока, протекающего через него. Как следует из вольтамперной характеристики полупроводникового диода, ток свободно проходит через него, когда к области с р-проводимостью подведен положитель­ный потенциал. С изменением потенциала на отрицательный при том же значении напряжения сила тока становится значительно меньше, так как сопротивление его в этом направлении во много раз увеличивается.

Двухполупериодная мостовая схема выпрямле­ния. Для выпрямления тока по двухполупериодной схеме выпрямления однофазного переменного тока (рис. 31, в) нужно че­тыре выпрямительных диода (вентиля). В этом случае выпрямляется каждая полу­волна переменного тока и выпрямленный ток больше прибли­жается к постоянному току. По двухполупериодной схеме вы­прямления выпрямленный ток (каждая полуволна)

 

 

 

Рис. 31- Схемы выпрямления и формы выпрямлен­ного тока:

а — однополупериодная схема выпрямления переменного тока, б —- форма выпрямленного тока при схеме а, в — двухполупериодная однофазная схема вы­прямления переменного тока, г — форма выпрямленного тока при схеме в, I — выпрямленный ток, I_{с р} — среднее значение выпрямленного тока

последова­тельно проходит через два диода, вследствие чего потери в выпрямителе несколько возрастают. Эта схема выпрямления нашла очень широкое применение в электронной технике.

Для сглаживания выпрямленного тока и уменьшения пульсаций применяют фильтры нижних частот, включаемые по­следовательно с нагрузкой, по­требляющей выпрямленный ток. В качестве фильтра используются дроссели и конденсаторы. Дроссели, включаемые последовательно с нагрузкой, обладают повышенным сопротивлением для переменной составляющей и беспрепятственно пропускают постоянный ток. Конденсаторы, включаемые параллельно нагрузке, обладают малым сопротивлением для переменной составляющей и шунтируют выход выпрямителя. Дроссели и конденсаторы могут включаться по Г- и П-образной схеме (см. рис.11).

Выпрямители, В качестве выпрямители применяются полупроводниковые диоды (германиевые или кремниевые). Основной характеристикой полупровод­никовых выпрямителей является вольтамперная характеристика.

Полупроводниковые диоды хорошо работают при тем­пературе не выше 80—95°С, поэтому для улучшения ох­лаждения силовых выпрямителей их устанавливают на радиаторы и применяют вентиляторы для охлаждения.

Оборудование и аппаратура

 

Амперметр переменного тока на 1 А, амперметр постоянного тока на 1А, вольтметр постоянного тока на три предела измерения: 0—3 В, 0—15В,

0—30 В, осциллограф электронный, провода соединительные, источник переменного токанапряжением 50В частотой 50 Гц, нагрузочный резистор.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Ознакомиться с оборудованием и аппаратурой, необходимыми для работы.

2. Собрать схему с одним диодом и включить приборы (рис. 32).

 

 

Рис. 32 - Схемы для испытания однополупериодного выпрямителя.

 

3. Подать питание переменное напряжение U вх = 30 – 50 В, измерить ток в цепи, с помощью осциллографа измерить амплитуду и снять осциллограмму выходного напряжения, измерить вольтметром напряжение на нагрузочном сопротивлении, полученные данные записать в табл. 10.

4. Зарисовать с экрана осциллографа форму выпрямленного тока.

5. На основании данных табл.10 вычислить мощности: входную, выходную по данным, полученным с помощью вольтметра, и выходную по данным, полученным с помощью осциллографа.

Табл. 10.

 

U вх. В -перемен.	I, А ток в цепи	U вых., В по вольтмет.	U вых., В по осцилл.	Р вх, Вт	Рвых, Вт по вольтмет.	Рвых, Вт по осцилл.

6.Собрать схему двухполупериодного выпрямителя (рис. 33) и зарисовать с экрана осциллографа форму выпрямленного тока, в

табл. 11записать показания приборов при нагрузке выпрямителя R нагр.

1. Включить конденсатор параллельно нагрузке и снять эпюры, в табл. 11,записать показа приборов при наличие емкостного фильтра.

2. Включить дроссель последовательно в цепь выпрямленного тока, снять эпюры, в табл. 11 записать показания приборов при наличие индуктивного фильтра.

Рис.33 – Схема двухполупериодного выпрямителя.

 

 

Табл.11

Вид выпрямителя	Двухполу-периодный выпрямитель без фильтра	Двухполу-периодный выпрямитель с С фильтром	Двухполу-периодный выпрямитель с L фильтром	Двухполу-периодный выпрямитель с LС фильтром
U вх. Переем, В
U вых.пост.В
U пульсаций В
I, А

 

3. Подключить конденсатор параллельно нагрузке, а дроссель – последовательно, снять эпюры, в табл. 11 записать показания приборов при наличие индуктивно-емкостного фильтра.

4. Увеличить нагрузку выпрямителя, путем уменьшения сопротивления нагрузочного резистора в два раза, снять эпюры, измерить выходное напряжение, сделать выводы.

5. Составить отчет.

 

Содержание отчета

1. Наименование отчета о лабораторной работе.

2. Технические данные диодов, электроизмерительных приборов и оборудования, использованных в работе.

3. Схема однополупериодного выпрямителя (рис. 32).

4. Схема двухполупериодного выпрямителя (рис. 33).

6. Табл. 10 и 11 с результатами испытаний.

7. Выводы по работе.

 

Ответить устно на следующие вопросы

1. Что такое полупроводниковый выпрямитель и почему он выпрямляет переменный ток?

2. Какие существуют типы выпрямителей?

3.Поясните работу дросселя в качестве фильтра.

4. Поясните работу конденсатора в качестве фильтра.

5.Как определить неисправность полупроводникового диода?

6. Что такое пульсации выпрямленного напряжения?

7. Как уменьшить пульсации выпрямленного напряжения?