Цель работы
1. Изучить принцип работы различных схем выпрямителей.
2. Экспериментально определить основные параметры выпрямителей.
Основные вопросы курса, изучаемые перед выполнением работы
1. Назначение и классификация выпрямителей.
2. Неуправляемые выпрямители: принцип работы и основные параметры.
3. Управляемые выпрямители: принцип работы и основные параметры.
4. Выпрямители со схемой умножения напряжения.
Содержание работы
1. Изучение принципа работы и определение параметров однофазной однополупериодной схемы выпрямления.
2. Изучение принципа работы и определение параметров однофазной двухполупериодной схемы выпрямления с выводом от средней точки трансформатора.
3. Изучение принципа работы и определение параметров однофазной мостовой схемы выпрямления.
4. Изучение принципа работы и определение параметров трехфазной мостовой схемы выпрямления.
5. Изучение принципа работы выпрямителей с умножением напряжения.
Описание лабораторного макета
Сменный блок «Исследование схем выпрямителей» включает четыре вентильных группы по три диода в каждой VD1-VD12 (две группы диодов с общим анодом, две группы – с общим катодом), четыре одиночных диода VD13-VD16, конденсаторы С1-С4, два тиристора 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.
Осциллографирования 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.
Основные соотношения для схем выпрямителей
ud(t) – мгновенное значение синусоидального напряжения,
ud(t) = Um sin ωt = 
U sin ωt;
Um – амплитудное значение синусоидального напряжения;
U – действующее значение синусоидального напряжения;
U2 – действующее значение напряжения выходной обмотки трансформатора;
Ud - постоянная составляющая выпрямленного напряжения (среднее значение выпрямленного напряжения);
Udo - постоянная составляющая выпрямленного напряжения в режиме холостого хода,
;
Для нерегулируемых выпрямителей
;
p – коэффициент пульсности;
p = mn;
m – число фаз выпрямляемого напряжения;
n – число полупериодов выпрямления;
Ко – коэффициент преобразования переменного напряжения в постоянное
Ko=Ud / U2, 
;
| p | ||||
| Ko | 0,9 | 1,17 | 1,35 | 1,39 |
| kП | 0,67 | 0,25 | 0,057 | 0,0144 |
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;
kП - коэффициент пульсации выпрямленного напряжения. Оценивается как относительная величина амплитуды первой гармоники выпрямленного напряжения,
kП = U~m / Ud ≈ U~m1 / Ud;
I2 – действующее значение тока выходной обмотки трансформатора;
I2 ср – среднее значение тока выходной обмотки трансформатора;
Id – среднее значение выпрямленного тока;
Iв ср – среднее значение тока диода;
Iв макс – максимальное значение тока диода;
U обр макс – максимальное обратное напряжение на диоде.
| Величина | Тип схемы выпрямления | |||
| Однофазная однополупериодная | Однофазная двухполупериодная с выводом от средней точки трансформатора | Однофазная мостовая | Трехфазная мостовая с соединением обмоток звездой | |
| p | ||||
| Ko=Udo / U2 | 0,45 | 0,90 | 0,90 | 2,34 |
| Iв макс / Id | 3,14 | 1,57 | 1,57 | 1,05 |
| Iв ср / Id | 1,00 | 0,5 | 0,5 | 0,33 |
| U обр макс/ Udo | 3,14 | 3,14 | 1,57 | 1,05 |
| kП | 1,57 | 0,67 | 0,67 | 0,057 |
