Проведение осциллографирования

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.