Описание лабораторного стенда АП-НПА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения»

А.А. МАРТЫНОВ

 

ОСНОВЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

 

Учебно-методическое пособие

Часть II

 

Санкт-Петербург

 

2016г

 

 

УДК 62-83.681.513.3

М29 А.А. Мартынов.

Основы преобразовательной техники.: Учебно-методическое пособие.

Часть II / А.А. Мартынов. СПб.: ГУАП, 2016. 133 с.: ил.

Рецензенты: кандидат технических наук Бураков М.В.;

кандидат технических наук Еникеев Р.Ш.

 

Учебно-методическое пособие содержит методические материалы, необходимые для подготовки и выполнения 10 лабораторных работ по исследованию полупроводниковых преобразователей электрической энергии.

Лабораторные работы выполняются на стендах АП-НРА и ШИП-НРА фронтальным методом.

 

Учебно - методическое пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения, изучающих курсы «Силовая электроника», «Полупроводниковые преобразователи электрической энергии», «Основы преобразовательной техники», «Энергетическая электроника», «Преобразовательные устройства систем управления» и «Электромеханические и полупроводниковые преобразователи электрической энергии».

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение........................................................................... 4

1.Описание лабораторного стенда и рекомендации по

подготовке и выполнению лабораторных работ…………. 4

1.1. Описание лабораторного стенда…………………. 4

1.2. Рекомендации по подготовке и выполнению лабораторных

работ…………………………………….. 12

2.Исследование широтно-импульсных преобразователей постоянного напряжения…………………. 15

2.1.Лабораторная работа № 1. Исследование преобразователя понижающего напряжение постоянного тока……………………. 16

2.2.Лабораторная работа № 2 Исследование преобразователя повышающего напряжение постоянного тока………………………. 31

2.3.Лабораторная работа № 3 Исследование двухзвенного преобразователя при последовательном соединении преобразователей понижающего и повышающего напряжение постоянного тока …………….. 43

2.4.Лабораторная работа № 4 Исследование двухзвенного преобразователя при последовательном соединении преобразователей повышающего и понижающего напряжение постоянного тока ……… 51

3.Исследование инверторов тока …………………………… 59

3.1.Лабораторная работа № 5 Исследование автономного инвертора тока параллельного типа………………………. 61

3.2.Лабораторная работа № 6 Исследование автономного инвертора тока последовательно типа…………………… 77

3.3.Лабораторная работа № 7 Исследование автономного инвертора тока последовательно - параллельного типа ……... 93

4. Исследование инверторов напряжения ………………………….. 105

4.1.Лабораторная работа № 8 Исследование автономного инвертора напряжения при широтном способе регулирования выходного напряжения …………..107

4.2.Лабораторная работа № 9 Исследование автономного инвертора напряжения при широтно- импульсной модуляции выходного напряжения ………………………………… 119

5. Исследование реверсивного преобразователя постоянного напряжения 5.1Лабораторная работа№10. Исследование реверсивного преобразователя постоянного напряжения при симметричном и несимметричном управлении

 

ВВЕДЕНИЕ

В процессе выполнения лабораторных работ студенты изучают устройство, принцип работы, характеристики полупроводниковых преобразователей и приобретают навыки экспериментального исследования современных полупроводниковых преобразователей.

С целью повышения уровня подготовки студентов к выполнению лабораторных работ в учебно-методическом пособии приведены необходимые теоретические сведения по расчету характеристик и параметров исследуемых полупроводниковых преобразователей.

Каждая лабораторная работа выполняется в соответствии с программой исследований. Студенты должны приобрести навыки работы с полупроводниковыми схемами и закрепить материал, изученный теоретически.

Особое внимание при выполнении лабораторных работ уделяется развитию навыков работы с электронным осциллографом.

В процессе выполнения лабораторной работы студенты самостоятельно собирают принципиальные электрические схемы лабораторных работ. Для удобства выполнения лабораторных работ все электрические схемы в учебно-методическом пособии изображены так же, как и на наборном поле стенда.

Лабораторные работы 1-4 выполняются как на стендах АП-НРА, так и на стендах ШИП-НРА. Программы выполнения этих лабораторных работ на обоих стендах одинаковы. Различие заключается лишь в том, что для измерение тока и напряжения нагрузки на стендах ШИП-НПА применяются амперметр и вольтметр постоянного тока, а на стендах АП-НРА -применяется модуль «Измеритель мощности», работающий в режиме измерения параметров цепи постоянного тока. Лабораторные работы 5-9 выполняются только на стендах АП-НРА. Лабораторная работа 10 выполняется только на стенде ШИП-НРА.

 

 

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ И ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Описание лабораторного стенда АП-НПА

 

Технические характеристики стенда

- Электропитание от сети…………………………………... ~220 В

- Частота питающего напряжения……………………………50 Гц

- Потребляемая мощность, не более ……………………….100 В А

- Габаритные размеры, не более ……………………….850x610x300мм

- Масса, не более ……………………………………………...30 кг

- Диапазон рабочих температур …………………………+10... 3 5 °С

- Влажность …………………………………………………до 80%

Состав

Стенд АП-НРА состоит из каркаса, в котором размещены 6 модулей (рис. 1.1). В состав стенда входит также электронный осциллограф.

Перечень модулей и их краткие технические характеристики приведены в табл.1.1 (позиционное обозначение элемента соответствует рис. 1.1).

Таблица 1.1

№	Наименование	Краткая техническая характеристика
	Модуль питания стенда	Ввод 220 В, автоматический выключатель, ИВЭП ±15В, +5В, регулируемый источник постоянного напряжения 0...27 В, 1 А, амперметр, вольтметр
	Модуль «Автономные инверторы»	Модуль позволяет исследовать автономные инверторы тока и резонансные автономные инверторы
	Модуль «Автономный инвертор напряжения»	Модуль позволяет исследовать автономный инвертор напряжения с ШИМ и без ШИМ
	Модуль «Измеритель мощности»	Универсальный цифровой прибор для измерения постоянных и переменных напряжений, токов, мощностей, частоты и энергетических показателей
	Модуль «Преобразователи постоянного напряжения»	Модуль позволяет исследовать широтно-импульсные преобразователя постоянного напряжения различной структуры
	Модуль «Нагрузка»	Регулируемая активная нагрузка, дроссель и конденсаторы
	Осциллограф	Позволяет снимать осциллограммы электромагнитных процессов преобразователей

Рис. 1.1. Общий вид лицевой панели лабораторного стенда АП-НРА

 

 

Модуль питания стенда

 

Модуль питания стенда (рис. 1.2) предназначен для ввода напряжения 220 В из сети в лабораторный стенд, защиты стенда от токов короткого замыкания и подачи силовых и низковольтных напряжений питания на модули стенда.

Модуль содержит автоматический однополюсный выключатель QF 1, источник вторичного электропитания ±15В, +5В, регулируемый источник питания (РИП) 0...27 В, 1 А, а также амперметр А и вольтметр V, измеряющие ток и напряжение на его выходе.

На лицевой панели имеются индикаторы подачи напряжения сети 220 В.

Регулируемый источник питания включается тумблером SA 1 (положение Вкл). При включении светятся цифровые индикаторы приборов. Напряжение на выходе РИП регулируется с помощью потенциометра RP 1.

При превышении допустимого тока (более 1,0 А) наступает режим ограничения тока. Выходные клеммы РИП на лицевой панели обозначены «+» красного и «-» черного цвета.

 

Рис.1.2. Модуль питания стенда  

Модуль «Нагрузка»

Модуль «Нагрузка» предназначен для создания различного вида нагрузок: активной, индуктивной, ёмкостной и их сочетаний. Нагрузка рассчитана на максимальный ток 1 А. Внешний вид модуля представлен на рис. 1.3.

Модуль содержит реактор L, регулируемый резистор RP1 а также конденсаторы С 1 и С 2. Сопротивление резистора изменяется от 20 Ом в сторону увеличения. Индуктивность реактора L = 15 мГн. Емкость конденсаторов: С 1= С 2=2 мкФ.

 

Рис. 1.3. Модуль «Нагрузка»

Электронный осциллограф

Электронный осциллограф предназначен для наблюдения на экране электронно-лучевой трубки функциональных зависимостей сигналов, изменений электрических сигналов во времени, а также для измерения различных электрических величин. В лаборатории используется двухканальный осциллограф GOS-620.

Полоса пропускания осциллографа GOS-620 составляет 20 МГц, максимальная чувствительность - 1 мВ/дел, минимальный коэффициент развёртки - 0,2 мкс/дел.

На рис.1.5 показана лицевая панель осциллографа GOS-620 с обозначением органов управления.

Включение питания осциллографа осуществляется кнопкой 6 «POWER». При его включенном состоянии загорается индикатор 5. Регулировка яркости и фокусировка изображения на экране осциллографа осуществляется вращением ручек 2 «INTEN» и 3 «FOCUS» соответственно. Изменение наклона изображения по горизонтали производится ручкой 4 «TRACE ROTATION». Калиброванное напряжение переменного тока амплитудой 2 В и частотой1 кГц снимается с выхода «САL», позиция 1.

Каналы ввода сигналов. Исследуемые сигналы подаются на входы каналов СН1 гнездо 8 и СН2 гнездо 20.

Переключатели 10 и 18 режимов входов усилителей «AC-GND-DC»: «АС» (закрытый вход) - пропускает только переменную составляющую; «DC» (открытый вход) - постоянную и переменную составляющую; «GND» - вход усилителя отключается от источника сигнала и заземляется.

Дискретное изменение масштаба по оси Y для 1 и 2 каналов СН1 и СН2 от 5 мВ/дел до 5 В/дел в 10 диапазонах осуществляется регуляторами 7 и 22 «VOLTS/DIV» (вольт на деление) соответственно, с внешним делителем 1:10 от 50 мВ/дел до 50 В/дел. Плавное изменение масштаба производится ручками 9 и 21 «VARIABLE». Когда ручка вытянута «режим х5 раз» происходит дополнительное увеличение амплитуды в 5 раз. Масштабы будут соответствовать указанным, если ручки 9 и 21 находятся в крайнем правом положении.

В канале СН2 также можно осуществлять инвертирование сигнала нажатием кнопки 16 СН2 «INV».

Балансировку каналов СН1 и СН2 можно выполнять с помощью регуляторов 13 и 17 «DC ВАТ». Регулировка положения лучей обоих каналов по вертикали осуществляется соответственно ручками 11 и 19 «POSITION».

Для наблюдения на экране осциллографа одного или одновременно двух сигналов используется переключатель 14 режима работы усилителя «MODE». В положениях: СН1 и СН2 - на экране наблюдается сигнал канала 1 или 2 или входной сигнал Х-оси или Y-оси для режима X-Y; «DUAL» - одновременное изображения сигналов обоих каналов; «ADD» - отображается сумма сигналов, подаваемых на два канала СН1 и СН2 или их разность при нажатой кнопки СН2 «INV». При этом, когда кнопка 12 «ALT/СНОР» отжата в двухканальном режиме, режим работы коммутатора выбирается автоматически исходя из положения ручки «время/дел». При нажатии на кнопку коммутатор принудительно переключается в режим попеременного показа кривых. Для заземления предназначено гнездо 15.

Рис.1.5. Лицевая панель осциллографа GOS-620

 

Развертка. Масштаб развертки устанавливается ручкой 29 «TIME/DIV» от 0,2 мкс/дел до 0,5 с/дел 20 ступенями. При переводе в положение X - Y обеспечивается наблюдение функциональной зависимости двух напряжений (фигур Лиссажу). Плавная регулировка коэффициента развертки производится ручкой 30 «SWP. VAR». Перемещение изображения по горизонтали ~ ручкой 32 «POSITION». При нажатой кнопке 31 «x10 MAG» - скорость развертки увеличивается в 10 раз.

Синхронизация. Выбор режима синхронизации осуществляется ручкой 23 «SOURCE»: СН1 и СН2 - развертка синхронизируется сигналом с первого или второго канала соответственно; «LINE» - развёртка синхронизируется от сети 50 Гц; «EXT» - внешняя синхронизация и для подачи исследуемого сигнала непосредственно на входной усилитель X. Для входа внешней синхронизации используется вход 24 «TRIG IN»;

При нажатой кнопке 27 «TRIG.ALT» - развертка поочередно синхронизируется сигналом с 1 и 2 каналов.

Переключатель 26 полярности синхронизирующего сигнала «SLOPE» «+» или «-» развертка синхронизируется положительным или отрицательным перепадом исследуемого сигнала.

Регулировка уровня исследуемого сигнала, при котором происходит запуск развертки, производится ручкой 28 «LEVEL».

Выбор режима работы запуска развертки - позиция 25 - «TRIGER MODE» (полярность сигнала должна быть при этом отрицательной): «AUTO» - если нет сигнала синхронизации, развертка переходит в автоколебательный режим; «NORM» - развертка запускается только при наличии входного сигнала; «TV-V» и «TV-H» - синхронизация по вертикали (по кадрам) и по горизонтали (по строкам).

1.2. Рекомендации по подготовке и выполнению лабораторных работ

Перед выполнением работ все студенты должны получить инструкцию по техники безопасности. Краткий инструктаж проводится также на каждом занятии.

При подготовке к лабораторной работе необходимо:

- ознакомиться с ее содержанием и, пользуясь рекомендованной литературой и конспектом лекций, изучить теоретические положения, на которых базируется работа;

- изучить схему лабораторной установки и продумать методику выполнения лабораторной работы;

- ответить на контрольные вопросы.

Перед выполнением каждой лабораторной работы необходимо сдать коллоквиум и представить отчет по предыдущей работе. Вопросы коллоквиума составлены на основе контрольных вопросов пособия.

При выполнении лабораторной работы необходимо:

- ознакомиться с рабочим местом, проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводов;

- проверить положение стрелок электроизмерительных приборов и если требуется, установить на нуль; приборы с несколькими пределами измерения включить на наибольший предел;

- произвести сборку схемы;

- после разрешения преподавателя включить питание и приступить к выполнению работы;

- в начале каждого опыта качественно оценить характер зависимости, изменяя напряжения и токи в допустимых пределах, а затем произвести требуемые измерения. При снятии характеристик надо обязательно снять крайние точки. Наибольшее число измерений следует производить на участках резкого изменения наклона характеристик, а на линейных участках независимо от их протяженности достаточно снимать по три точки. Характеристики строятся непосредственно во время проведения эксперимента;

- в ходе работы и по ее окончанию полученные данные представлять на проверку преподавателю;

- схему разбирать только после проверки преподавателем результатов опыта (перед разборкой выключить источник питания!);

- по окончании работы привести в порядок рабочее место.

Рекомендации по работе с осциллографом. Масштабы по напряжению m_u каналов ввода сигналов соответствует указанным на осциллографе около регуляторов 7 и 22, если ручки 9 и 21 установлены в крайние правые положения (до щелчка). При определении масштаба нужно учитывать наличие внешнего делителя.

При измерении напряжения на шунте масштаб по току

(1.1)

где R _ш – сопротивление шунта.

Рекомендации по обеспечению техники безопасности при работе с осциллографом. При применении двухканального осциллографа возникает опасность коротких замыканий в схеме через два провода входов, связанных с корпусом осциллографа.

Осциллограф должен быть специально подготовлен к работе на стенде. Сетевой шнур следует подключать только в розетку с заземленным контактом (евророзетку).

От осциллографа в исследуемую схему должен идти только один провод, связанный с корпусом «┴». При подключении двух проводов оба сигнала будут измеряться относительно точки, к которой подсоединен корпус осциллографа («┴»).

Аналогично, сигнал внешней синхронизации должен подаваться на вход внешней синхронизации только одним проводом. При этом сигнал подается относительно точки, к которой подключен корпус осциллографа («┴»).

Целесообразно, чтобы не менять (мало менять) масштабы, подавать сигналы тока на один канал (например, СH1), а напряжения - на другой (например, СH2).

Эти рекомендации являются обязательными! Их невыполнение может привести к выходу из строя модулей стенда.

Оформление отчетов по лабораторным работам.

В отчете должна быть сформулирована цель проведенной работы и представлены следующие материалы:

- схемы экспериментов;

- таблицы экспериментальных данных;

- экспериментальные характеристики;

- обработанные осциллограммы;

- выводы (анализ экспериментальных данных, вида кривых, причин погрешностей и т. д.).

Отчет оформляется в печатном виде. Таблицы, схемы и осциллограммы распечатываются на принтере. Графики строятся на листах миллиметровой бумаги карандашом и вклеиваются в отчет. Опытные точки могут иметь разброс. Экспериментальные кривые проводят плавно, максимально приближая к экспериментальным точкам. На графиках приводят название, обозначают, к какому опыту они относятся, и указывают постоянные величины, определяющие условия опыта. На осях координат надо обязательно указать, какая величина по ним отложена, в каких единицах она измеряется, и нанести деления. Цена деления должна быть удобной для работы и кратна 1; 2; 2,5; 5; 10; 20; 25; 50; и т.д.

Пример обработки осциллограммы приведен на рис. 1.6.

 

Рис.1.6. Пример обработки осциллограмм

Цель работы

Изучение электромагнитных процессов, внешних, регулировочных и энергетических характеристик широтно-импульсного преобразователя, понижающего напряжение постоянного тока (ППН-I) при активно-индуктивной нагрузке, шунтированной диодом.

Содержание работы

1. Собрать схему в соответствии с рис. 2.7.

2. Снять внешнюю U _н= f (I _н) и энергетические P _d = f (I _н), Р _н = f (I _н), η = f (I _н), k _п.т = f (I _н) характеристики при постоянном коэффициенте заполнения импульса D для заданных значений U _d и f _нес.

3. Снять регулировочную U _н = f (D) и энергетические P _d= f (D), Р _н = f (D), η = f (D), k _п.т= f (D) характеристики преобразователя при широтно-импульсном способе регулирования напряжения, поддерживая постоянными значения сопротивления нагрузки R _H и заданные значения напряжения питания U _d и несущей частоты f _нес.

Исследовать влияние коэффициенте заполнения импульса D на коэффициент пульсаций тока нагрузки k _п.т.

4. Исследовать влияние несущей частоты f _нес на коэффициент пульсаций тока нагрузки k _п.т.

5. Снять осциллограммы токов и напряжений на элементах схемы для заданных параметров схемы.

Перед выполнением лабораторной работы необходимо:

- изучить устройство, принцип работы, характеристики широтно-импульсного преобразователя понижающего напряжение постоянного тока [1];

- изучить программу лабораторной работы и подготовить черновик протокола лабораторной работы.

Исходные данные

Базовая точка (режим), для которой снимаются осциллограммы и через которую проходят снимаемые характеристики: режим - непрерывный; несущая частота f _нес = 2 кГц; коэффициент заполнения D = 0,7; напряжение источника питания U _d= 25 В; ток нагрузки I _н = 0,7 А.

Базовая точка может быть изменена по указанию преподавателя.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему для исследования преобразователя постоянного напряжения в соответствии с рис. 2.7. Дополнительные внешние соединения показаны штриховыми линиями.

2.Тумблером SA3 установить заданную несущую частоту f _нес. Ручки потенциометров RP1, RP2 установить в положение «0». Ручку регулятора тока нагрузки RP в модуле «Нагрузка» (Н) установить в положение «0», соответствующее минимальному току нагрузки (максимальному активному сопротивлению нагрузки R _н).

3.Включить автомат QF I «Модуля питания стенда» (МПС). Вид передней панели «Модуля питания стенда» приведен на рис.1.3.

4.Включить тумблер «Сеть» модуля «Измеритель мощности». Вид передней панели модуля «Измеритель мощности» приведен на рис.1.4. Для перевода модуля «Измеритель мощности» в режим измерения постоянных токов и напряжений одновременно нажать кнопки «Р / Q / S» и «f /cosφ/φ». Кнопки удерживать в нажатом состоянии до появления на табло надписи «Постоянный ток». Установить пределы измерений: тумблером «U» 30 В, тумблером «I» 2 А.

5.Тумблером SA1 включить питание системы управления модуля «Преобразователь постоянного напряжения». Включить тумблер SA1 источника питания в модуле МПС. С помощью потенциометра RP1 установить заданное напряжение источника питания.

 

Рис.2.7. Схема для исследования преобразователя, понижающего напряжение постоянного тока

Порядок выполнения работы

Установить с помощью потенциометра RP 1 и поддерживать постоянным:

- коэффициент заполнения импульса D.

Изменять с помощью реостата RP:

-сопротивление нагрузки.

Измерять:

-среднее значение напряжение на входе преобразователя U _d;

-среднее значение тока на входе преобразователя I _d;

-среднее значение напряжения нагрузки U _н;

-среднее значение тока нагрузки I _н;

-размах пульсаций тока нагрузки ∆ I _н.

Вычислить:

-мощность, потребляемую преобразователем от источника питания Р _d;

-мощность, отдаваемую преобразователем нагрузке P _н;

- коэффициент полезного действия преобразователя η;

- коэффициент пульсаций тока нагрузки k _п.т.

Результаты измерений и расчетов занести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1. Внешняя и энергетические характеристики ППН-I

 

Измерено	R н,Ом						Примечание
U d, B						D = f нес= кГц
I d, А
U н,B
I н, А
∆ I н, A
Р н, Вт
Вычислено	k п.т
P d, Вт
η

 

Повторить измерения при другом значении D, например, D = 0,5.

Характеристики для разных значений D следует строить в одних осях. Графики для мощностей P _d и Р _н следует строить в одних осях.

Расчетные соотношения:

Мощность на входе P _d= U _d I _d;

КПД η= P _нг/ P _d;

Коэффициент пульсаций тока нагрузки k _п.т=∆ I _н/(2 I _н).

По данным таблицы 2.1 построить:

- на графике №1 внешние характеристики U _н= f (I _н) для заданного значения частоты f _нес и заданных значений коэффициента заполнения импульса D ₁ и D ₂;

- на графике №2 построить энергетические характеристики Р _d= f (I _н), P _н= f (I _н), η=f(I _н) и k _п.т= f (I _н) для заданного значения частоты f _нес и заданных значений коэффициента заполнения импульса D ₁ и D ₂;

 

Б. Снять регулировочную и энергетические характеристики преобразователя при постоянном значении сопротивления нагрузки R _н и заданных напряжении питания U _d и несущей частоты f _нес.

Регулировочная характеристика преобразователя представляет собой зависимость среднего значения напряжения нагрузки от ко э ффициента заполнения импульса, т.е. U _н = f (D).

Энергетические характеристики – это зависимости мощности нагрузки, мощности, потребляемой преобразователем от источника питания, коэффициента полезного действия и коэффициента пульсаций тока нагрузки от ко э ффициента заполнения импульса, т.е. Р _н = f (D), P _d = f (D), η= f (D), k _п.т = f (D).

Порядок выполнения работы

Установить с помощью потенциометра RP:

- сопротивление нагрузки R _н, соответствующее базовому режиму, и поддерживать его постоянным. Сопротивление нагрузки определить по формуле

R _н = U _н / I _н.(2.16)

Изменять с помощью ручки потенциометра RP 1:

- коэффициент заполнения импульса D в диапазоне от нуля до максимально возможного значения.

Измерять:

-среднее значение напряжение на входе преобразователя U _d;

-среднее значение тока на входе преобразователя I _d;

-среднее значение напряжения нагрузки U _н;

-среднее значение тока нагрузки I _н;

-размах пульсаций тока нагрузки ∆ I _н.

Вычислить:

-мощность, потребляемую преобразователем от источника питания Р _d;

-мощность, отдаваемую преобразователем нагрузке P _н;

- коэффициент полезного действия преобразователя η;

- коэффициент пульсаций тока нагрузки k _п.т.

Результаты измерений и расчетов занести в таблицу 2.2. Размах пульсаций тока нагрузки ∆ I _н измеряется с помощью осциллографа. Для этого переключить канал СН1 осциллографа на открытый вход «АС» (переменная составляющая входного сигнала). Замерить двойную амплитуду пульсаций тока нагрузки ∆ I _н. Измерение ∆ I _н производить только в области непрерывного тока. Показания занести в таблицу 2.2. Отметить точку перехода от непрерывного режима к прерывистому (граничный ток).

Таблица 2.2. Регулировочная и энергетические характеристики ППН-I

Измерено	D						Примечание
U d, B						R H = Ом f нес= кГц
I d, А
U н,B
I н, А
∆ I н, A
Р н, Вт
Вычислено	k п.т
P d, Вт
η

 

Расчетные соотношения смотри выше в п. А.

Повторить измерения при другой, например, вдвое большей величине активного сопротивления нагрузки R _н.

По данным таблицы 2.2 построить:

- на графике №3 регулировочные характеристики U _н= f (D) для заданного значения частоты f _нес и заданных значений сопротивления нагрузки;

- на графике №4 энергетические характеристики P _d = f (D), Р _н = f (D), η= f (D), k _п.т = f (D) для заданного значения частоты f _нес и заданных значений сопротивления нагрузки.

Характеристики для разных значений R _н строить в одних осях.

В. Исследовать влияние несущей частоты f _нес на коэффициент пульсаций k _п.т тока нагрузки I _н.

Установить базовый режим и определить с помощью осциллографа коэффициент пульсаций тока нагрузки k _п.т. Переключить тумблер SA3 в другое положение и снова определить коэффициент пульсаций k _п.т при другой несущей частоте f _нес.

Результаты измерений занести в таблицу 2.3.

Таблица 2.3. Коэффициент пульсаций тока нагрузки при двух значениях несущей частоты

Измерено	Частота, кГц
Среднее значение тока нагрузки I н, А
Размах пульсаций тока нагрузки ∆ I н, А
Вычислено	Коэффициент пульсаций тока нагрузки k п.т

 

Г. Осциллографирование электромагнитных процессов преобразователя:

1. Включить осциллограф. Для осциллографирования тока нагрузки подключить к шунту RS2 вход канала осциллографа СН1 («вход» - гнездо Х 4, корпус осциллографа «┴> - гнездо Х 5), а для осциллографирования напряжения на транзисторном ключе VT1 подключить вход канала осциллографа СН2 к гнезду Х 1.

2. Установить базовый режим работы преобразователя.

3. Cнять осциллограммы напряжения на транзисторном ключе u _VT и тока через транзистор i _VT. Для этого проверить заданное значение напряжения питания U _d и установить заданное значение коэффициента заполнения импульса D ручкой потенциометра RP 1 (базовый режим). Ручкой регулятора тока RP по измерителю ИМ установить заданное значение тока нагрузки I _н. Канал СН1 осциллографа подключить к шунту RS1 («вход» - гнездо Х З, корпус осциллографа «┴> - гнездо Х 4), а вход канала СН2 - к гнезду Х 1 (напряжение на транзисторном ключе).

Внимание: здесь и далее перед снятием осциллограмм проверять положение нулевой линии, переводя переключатели режимов входов усилителей «AC-GND- DC» в положение «GND». Эту линию первой наносить на осциллограмму.

Сфотографировать с экрана осциллографа осциллограммы напряжения на транзисторном ключе u _VT и тока через транзистор i _VT.

Определить масштабы по напряжению, току и времени.

4. Снять осциллограммы напряжения на диоде u _VD и тока через диод i _VD при тех же заданных значениях U _d, D и I _н. Для этого канал СH1 осциллографа подключить к шунту RS3 («вход» - гнездо Х 6, корпус осциллографа «┴» - гнездо Х 4), а вход канала СН2 - к гнезду Х 7.Сфотографировать с экрана осциллографа осциллограммы напряжения на диоде u _VD и тока через диод i _VD, сохранив масштабы;

5. Снять осциллограммы напряжения на нагрузке u _н и тока нагрузки i _н при тех же заданных значениях U _d, D и I _н. Для этого канал СН1 осциллографа подключить к шунту RS2 («вход» - гнездо Х 4, корпус осциллографа «┴» - гнездо Х 5), а вход канала СH1 - к гнезду X 7 (напряжение на нагрузке). Для получения положительного отклонения напряжения u_н нажать кнопку СН2 INV на осциллографе. Сфотографировать с экрана осциллографа осциллограммы напряжения на нагрузке u _н и тока нагрузки i _н, сохранив масштабы. По осциллограмме i _н определить в каком режиме работает схема (непрерывный или прерывистый ток в нагрузке).

Выключить тумблер SA1 питания системы управления модуля «Преобразователь постоянного напряжения». Выключить тумблер «Сеть» в модуле «Измеритель мощности». Выключить тумблер SA1 источника питания в модуле МПС. Выключить автомат QF 1 «Модуля питания стенда».

 

Содержание отчета

Отчет должен содержать следующие пункты:

- наименование и цель работы;

- исходные данные, принципиальную схему силовых цепей;

- результаты экспериментальных исследований и проведенных по ним расчетов, помещенные в соответствующие таблицы;

- построенные характеристики (регулировочные, внешние и энергетические);

- обработанные осциллограммы;

Выводы по работе:

• объяснить влияние коэффициента заполнения D на величину напряжения на нагрузке понижающего преобразователя постоянного напряжения;

• объяснить влияние коэффициента заполнения D на КПД понижающего преобразователя постоянного напряжения;

• пояснить влияние несущей частоты f _нес на коэффициент пульсаций тока нагрузки k _п.т.

Контрольные вопросы

1. Сравните ключевой и линейный режимы работы транзистора.

2. Перечислите преимущества ключевого режима.

3. Из каких составляющих складываются потери мощности в ключевом

режиме?

4. Что такое регулировочная характеристика понижающего преобразователя постоянного напряжения? Какой вид она имеет?

5. Что такое внешняя характеристика понижающего преобразователя постоянного напряжения? Какой вид она имеет?

6. Как определить коэффициент пульсаций тока нагрузки?

7. На что влияет изменение несущей частоты?

8. Как определить КПД преобразователя постоянного напряжения?

9. Как снять осциллограммы токов и напряжений в схеме?

10. Как подключать входы двухканального осциллографа при осциллографировании токов и напряжений?

 

 

Лабораторная работа № 2. Исследование преобразователя, повышающего напряжение постоянного тока

Цель работы

Изучение электромагнитных процессов, внешних, регулировочных и энергетических характеристик широтно-импульсного преобразователя, повышающего напряжение постоянного тока (ППН-II).

Исходные данные

Базовая точка (режим), для которой снимаются осциллограммы и через которую проходят снимаемые характеристики: несущая частота f _нес = 2 кГц; коэффициент заполнения импульса D = 0,6; напряжение источника питания U _d= 15 В; ток нагрузки I _н = 80 мА.

Базовая точка может быть изменена по указанию преподавателя.

 

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему для исследования преобразователя постоянного напряжения в соответствии с рис. 2.11. Дополнительные внешние соединения показаны штриховыми линиями.