Правила выполнения лабораторных работ

Правила выполнения лабораторных работ

К выполнению работы студенты должны подготовиться предва­рительно до лабораторного занятия, ознакомившись с описанием работы и проработав соответствующие вопросы теории по литературе, указанной в описании. При подготовке к работе каждый студент должен иметь отчет – заготовку для проведения лабораторных работ с наличием электрических схем, расчетных формул и таблиц, необходимых для выполнения данной лабораторной работы. Преподаватель проверяет готовность студентов к лабораторной работе по выполненным заданиям для самостоятельной подготовки. Неподготовленные студенты к выполнению лабораторной работы не допускаются.

Получив разрешение у преподавателя, студент приступает к монтажу схемы на рабочем месте. Преподаватель проверяет правильность монтажа схемы и при обнаружении ошибок предлагает студенту найти их и устранить. Схема должна быть собрана в соответствии с описанием лабораторной работы по данному методическому руководству.

Студенты, включившие схемы под напряжение без разрешения препо­давателя, лишаются права работы в лаборатории и несут материальную ответственность за повреждение оборудования.

Получив разрешение преподавателя, студенты включают схемы и проводят исследования, необходимые по ходу выполнения работы. Результаты наблюдений заносятся в заранее подготовленные таблицы.

После окончания экспериментальной части работы, студенты, не разбирая схему, производят необходимые расчеты и предъявляют свои результаты испытаний преподавателю, который убеждается в полном выполнении экспериментальной части работы и правильности полученных студентами результатов. Преподаватель подписывает результаты испытаний каждого студента и указывает дату выполнения работы в журнале.

После отметки преподавателем результатов испытаний студенты разбирают схему и укладывают соединительные проводники в месте хранения. На основании результатов испытаний студенты оформляют отчет по работе. Отчеты лабораторных работ подлежат защите, которая производится по контрольным вопросам, приведенным в описании к лабораторной работе.

Отчеты по лабораторным работам должны быть индивидуальными, составленными каждым студентом, и оформленными по прилагаемой форме:

- наименование лабораторной работы указывается на титульном листе;

- цель работы;

- выполнение домашнего задания;

- схемы эксперимента;

- выполнение рабочего задания;

- выводы по работе.

 

Элементы схемы должны быть вычерчены в соответствии с требованиями ЕСКД.

Зачет по лабораторным работам, выполненным студентом в текущем семестре, оформляется после всех лабораторных работ.

Указания к монтажу электрических схем

Сборку электрической схемы производят в соответствии со схемой, приведенной в данном лабораторном практикуме на обесточенном стенде.

Электрические соединения элементов схемы и измерительных приборов осуществляют с помощью комплекта соединительных проводов, которые не должны переплетаться между собой и закрывать испытательное оборудование.

Монтаж схемы начинают со сборки токовой цепи и ее ответвлений, а затем подключают цепи напряжения измерительных приборов.

Следует по возможности избегать подключения к одному из зажимов большого числа соединительных проводов, размещая их на других, равноценных по схеме, зажимах.

В монтаже схемы должны принимать участие все студенты бригады, для чего следует разделить части схемы между собой и собирать их по очереди, убеждаясь в правильности сборки составленной части схемы.

Техника безопасности при проведении лабораторных работ

При монтаже схем используют только изолированные провода с наличием изолированных держателей на штырях. Пользоваться оголенными проводами запрещается.

Напряжение к лабораторному столу подается только преподавателем.

Студентам категорически запрещается включать схему без проверки ее преподавателем.

Устранение замеченных в рабочей цепи неисправностей, а также все пересоединения, необходимые по ходу работы, производятся при отключенном напряжении. Повторное включение схемы после этих пересоединений допускается только после разрешения преподавателя.

Во время работы нельзя прикасаться к оголенным частям электрической цепи.

По окончании работы напряжение, подаваемое на лабораторный стенд, незамедлительно отключается.

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Цель работы

 

Цель работы - изучение принципа действия и исследование одно- и двухполупериодных выпрямительных устройств, анализ работы сглаживающих фильтров, снятие внешних характеристик, сравнение полученных экспериментальных данных с теоретическими.

 

Задание для самостоятельной подготовки к работе

 

1. Определить основные параметры выпрямительного диода по его вольтамперной характеристике.

2. Установить принцип действия каждого выпрямителя.

3. Выяснить названия величин (I_d, I_m, U_d, U_m, U_~m), которые измеряются в данной лабораторной работе.

4. Ознакомиться с приборами, которые используются для измерений при выполнении данной лабораторной работы?

5. Определить характер пульсаций напряжения на нагрузке для каждого из рассмотрен­ных в лабораторной работе выпрямительных устройств.

Теоретическая часть

 

Выпрямителем называется устройство, преобразующее переменное напряжение в постоянное (выпрямленное). Среднее значение (постоянная составляющая) этого постоянного напряжения используется потребите­лем. Наличие переменных составляющих (пульсаций) в результате преобразования неизбежно. Различными мерами пульсации могут быть уменьшены до сколь угодно малых значений. Одним из способов уменьшения пульсаций является применение фильтров.

Рассматриваемые в работе схемы служат основой построения большинства источников питания, используемых в самых различных областях техники. Они обеспечивают постоянным напряжением питание электромашинных механизмов, технологических процессов, электронные устройства. Знание свойств источников питания необходимо специалисту для грамотной их эксплуатации.

Основным элементом схем выпрямления является диод. Диодом называется нелинейный элемент, обладающий весьма малым сопротивлением протеканию тока в прямом направлении по сравнению с обратным. В настоящее время наибольшее распространение получили полупроводниковые диоды. Их свойства определяются р-п- переходом, образованным между двумя кристаллами полупровод­никового материала с различными типами проводимостей.

Вольтамперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода, например 2Д504А, изображена на рис. 1.1.

Основными параметрами диодов являются максимальное допустимое значение тока в прямом направлении I_ПРmax и максимальное допустимое значение обратного напряжения U_ОБРдоп. При протекании через диод тока в прямом направлении равного номинальному, падение напряжения не превышает одного вольта. Приложенное к диоду обратное напряжение вызовет обратный ток величиной от нескольких микроампер до нескольких миллиампер.

 

Рис. 1.1

 

В блоках питания выпрямители подключаются к выходным обмоткам понижающих трансформаторов, входные обмотки которых подключены к источнику синусоидального напряжения u₁(t) = U_1m sin ωt,как показано на рис. 1.2. Такие схемы выпрямления имеют следующие основные параметры:

u₂(t) = U_2m sin ωt = U₂ sin ωt – мгновенное значение напряжения выходной обмотки трансформатора;

U₂ – действующее значение синусоидального напряжения выходной обмотки трансформатора;

U_2m – амплитудное значение синусоидального напряжения выходной обмотки трансформатора;

U_d – постоянная составляющая выпрямленного напряжения (среднее значение выпрямленного напряжения U_CP);

U_~m – размах пульсации выходного напряжения выпрямителя.

 

При выпрямлении однофазного переменного тока простей­шими схемами выпрямления являются одно- и двухполупериоднаяоднофазные схемы. Однополупериодными выпрямителями являются та­кие, в которых ток во вторичной обмотке трансформатора в про­цессе выпрямления протекает только в одном направлении, в двухполупериодныхвыпрямителях – в обоих направле­ниях.

Схема однофазного однополупериодного выпрямителя показана на рис. 1.2. Ток через нагрузку протекает в течение одного полу­периода сетевого напряжения. Диаграммы напряжения и выпрямленных токов показаны на рис. 1.3.

 

Рис. 1.2

Рис. 1.3

Исходя из приведенных выше определений, основные параметры выпрямителя:

среднее значение выпрямленного напряжения

,

среднее значение тока диода

,

где I_2m – амплитудное значение тока выходной обмотки трансформатора;

максимальное обратное напряжение на диоде

.

Выпрямленное напряжение u_d содержит постоянную составляющую U_d и переменную составляющую u_d~, представляющую собой сумму высших гармонических составляющих. Разложение в ряд Фурье кривой выпрямленного напряжения u_d позволяет определить коэффициенты этого ряда.

Постоянная составляющая

.

U_d – функция четная, кроме основной имеет четные гармоники.

Амплитуда гармонической составляющей порядка n = 2, 4, 6,....

.

Качество выпрямленного напряжения оценивается коэффициентом пульсации, представляющим собой отношение размаха переменной составляющей к среднему значению выпрямленного напряжения. Для схемы однополупериодного выпрямления коэффициент пульсаций

.

При выборе диода для схемы однополупериодного однофазного выпрямления необходимо, чтобы максимально допустимое обратное напряжение диода было больше амплитудного значения напряжения на вторичной обмотке трансформатора (U_{обр max} ≥ U_2m) (рис. 1.3).

К недостатку однополупериодного выпрямителя относится присутствие постоянной составляющей тока во входной цепи. Если выпрямитель питается через транс­форматор (рис. 1.2), то постоянная составляющая тока вызывает подмагничивание сердечника трансформатора, что приводит к необходимости увеличивать его габаритные размеры. Так же к недостаткам однополупериодной схемы выпрямления следует отнести значительные пульсации выпрямленных тока и напря­жения. Выпрямители подобного типа при­меняют, главным образом, в специальных маломощных установках.

Схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой показана на рис. 1.4.

Рис. 1.4

 

Напряжение и₂₁ и и₂₂ на каждой половине вторичной обмотки трансформатора можно рассматривать как два независимых синусоидаль­ных напряжения и₂, сдвинутых относительно друг друга по фазе на угол 180°. Диоды проводят ток поочередно, в течение полупериода. Диаграммы напряжений и токов представлены на рис. 1.5.

Основные параметры выпрямителя исходя из приведенных выше определений:

- среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке при двухполупериодной схеме в два раза больше по сравнению с предыдущей однополупериодной схемой выпрямления

; (1.1)

- среднее значение тока диода

;

- максимальное обратное напряжение на диодах

.

В кривой выпрямленного напряжения ярко выражена вторая (n = 2) гармоническая составляющая с частотой f = 100 Гц (при f_с = 50 Гц). Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения

. (1.2)

Напряжение, приложенное к закрытым диодам, рав­но разности потенциалов между выводами полной вторичной обмотки трансформатора и₂, состоящей из двух частей, т. е. и₂₁ + и₂₂ = и₂ (рис. 1.4).

В сравнении со схемой однополупериодного выпрямителя в двухполупериодном ток во вторичной обмотке трансформатора не содержит постоянной составляющей, так как в этой обмотке ток протекает в течение всего периода, вследствие чего постоянное подмагничивание сердечника отсутствует.

Рис. 1.5

 

Однофазный мостовой выпрямитель имеет наибольшее распростране­ние. В блоках питания данные выпрямители часто используются без трансфор­маторов, с подключением непосредственно к сетевому напряжению. Схема однофазного мостового вып­рямителя представлена на рис. 1.6.

Рис. 1.6

Диоды проводят ток попарно: VD1, VD4 – в течение одного полупериода, а VD2, VD3 – в течение другого полупериода питающего напряжения. Основные параметры выпрямителя следующие:

- среднее значение выпрямленного напряжения

; (1.3)

- среднее значение тока диода

;

- максимальное обратное напряжение на диодах

.

Рассматриваемая схема относится к двухполупериодной схеме выпрямления. Коэффициент пульсации на выходе вы­прямителя

. (1.4)

Амплитуда обратного напряжения U_ОБРmax при одинаковом выпрямленном напряжении U_d в выпрямителе по мостовой схеме выпрямления (рис. 1.6) в два раза меньше, чем в вы­прямителе по двухполупериодной схеме выпрямления со средней точкой (рис. 1.4). Такая схема выпрямления позволяет получить заданное вы­прямленное напряжение при числе витков вторичной обмотки трансформатора, вдвое меньшем, чем в двухполупе­риодной схеме выпрямления со средней точкой (рис. 1.4) при прочих равных ус­ловиях. Данное обстоятельство приводит к снижению массогабаритной мощности трансформатора.

Диаграммы токов и напряжений данного выпрямительного устройства представлены на рис. 1.7.

Разновидностью мостовой схемы выпрямителя является мостовая схема со средней общей точкой, как в схеме выпрямителя (рис. 1.4). При наличии вывода от середины вторичной обмотки трансформатора выпрямитель имеет два выходных напряжения. Первый выход это напряжение между положительной клеммой выпрямителя и средней точкой, второй выход – между отрицательной клеммой и средней точкой. При соединении средней точки обмотки с общим проводом получается два источника симметричных разнополярных напряжений. Такие источни­ки постоянных напряжений при наличии сглаживающих фильтров при­меняются для питания аналоговых операционных усилителей (рис. 1.8).

Рис. 1.7

 

Рис. 1.8

 

Схема выпрямления с умножением напряжения позволяет получить высокие значения выпрямленного напряжения без исполь­зования вы­соковольтных трансформато­ров. Наибольшее распространение на практике получили однофазные схемы выпрямления с удвоением напряжения (рис. 1.9).

Принцип действия такой схемы заклю­чается в зарядке каждого из последовательно соединенных конденса­торов через свою группу диодов от выходной обмотки транс­форматора. Выходное напряжение выпрямителя при этом равно сумме напряжений на всех конденсаторах и может в несколько раз превышать амплитуду напряжения выходной обмотки трансформатора

u_ВЫХ = u_Н = u_C1 + u_C2 » 2u_2m.

Диаграммы напряжений данного выпрямительного устройства представлены на рис. 1.10.

 

Рис. 1.9 Рис. 1.10

 

Все рассмотренные выше схемы выпрямления имеют относительно большие значения коэффициента пульсаций. Между тем для питания большей части электронной аппаратуры требуется выпрямленное напряжение с коэффициентом пульсации, не превышающим значений
К_п = 0,002 – 0,02. Если потребитель постоянного напряжения предъявляет повышенные требования к ограничению пульсаций, то для их уменьшения применяются фильтры. Простейшими фильтрами являются емкостной и индуктивный.

Емкостнойфильтр образуется конденсатором, подключенным к выходным клеммам выпрямителя, т.е. параллельно нагрузке (рис. 1.11). При использовании простейшего емкостного фильтра сгла­живание пульсаций выпрямленного напряжения и тока происхо­дит за счет периодической зарядки конденсатора фильтра С_Ф и последующей его разрядки на сопротивле­ние нагрузки R_Н с постоянной времени разряда
t _РАЗР = С_Ф R_Н.

Конденсатор, как известно, не пропускает постоянной состав­ляющей тока и обладает тем меньшим сопротивлением для переменных составляющих, чем выше их частота.

Следует отметить, что емкостные фильтры предпочтительно применять в схемах выпрямления с малыми значениями выпрямленного тока. Процессы изменения напряжения на конденсаторе и токов в цепях представлены на рис. 1.11.

Рис. 1.11

 

Рассмотрим установившиеся процессы периодических изменений напряжения на конденсаторе.

При включении емкостного фильтра в выпрямителенапряжение u_H не уменьшается до нуля, увеличивая сред­нее значение выпрямленного напряжения по сравнению с выпрямителем без фильтра. При этом к закрытому диоду приложено напряжение U_ОБРmax, зна­чение которого может приближаться к удвоенному значению U_2m.

Емкость конденсатора С_Ф выбирают такой, чтобы выполня­лось соотношение

t _РАЗР = С_Ф R_Н >> Т,

где Т = 1 / f _осн – период основной гармоники.

Коэффициент пульсаций выпрямителя с емкостным фильт­ром уменьшается. Емко­стный фильтр для сглаживания пульсаций целесооб­разно применять с высокоомным нагрузочным сопротивлением R_Н при мощности Р_Н не более нескольких десятков Ватт.

Если требуется более высокий коэффициент сглаживания, то прибегают к сложным сглаживающим фильтрам. К ним отно­сятся Г - и П -образные фильтры LC- и RС -типов.

Ток через диоды при наличии конденсатора на выходе выпрямителя протекает короткими импульсами. При выборе диодов только по среднему значению тока в р-п- переходе могут возникать опасные локальные перегревы.

В качестве индуктивного фильтра используют катушку с ферро­магнитным сердечником, называемую дросселем. Дроссель включается последовательно в цепь тока нагрузки. Индуктивность дросселя приводит к уменьшению пульсаций за счет индуктивного сопротивления его обмотки.

Внешняя характеристика выпрямителя отражает динамику изменения выходного напряжения выпрямителя в зависимости от изменения тока нагрузки. При увеличении выходного тока выходное на­пряжение уменьшается из-за увеличения падения напря­жения на обмотках трансформатора, диодах, подводящих проводах, элементах фильтра (рис. 1.12). Наклон внешней характеристики при том или ином токе I_ср характеризуется выходным сопро­тивлением R_ВЫХ, которое определяется выражением

.

Содержание отчета

 

По результатам исследований выполнить отчет, на титульном листе отчета указать название лабораторной работы, фамилию, имя исполнителя и номер группы.

В отчете привести схемы исследуемых устройств. Привести таблицы данных по снятым в каждом задании внешним характеристикам и расчет указанных электрических параметров. Внешние характеристики построить в единых осях координат. Дать сравнительную оценку измеренных и расчетных значений параметров.

Библиографический список

1. Полупроводниковые приборы. Диоды выпрямительные, стабили­троны, тиристоры: Справочник – 2-е изд., стереотип / А.Б. Гитцевич, А.А. Зайцев, В.В. Мокряков и др./Под ред. А.В. Голомедова.- М.: Радио и связь, 1994.- 528 с.

2. Источники вторичного электропитания / Под ред. Ю.И. Конева. –М.: Радио и связь, 1983.

3. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электриче­ские цепи: учебник. – 10-е изд. –М.: Гардарики, 2001. -631 с.

Лабораторная работа № 2

 

Цель работы

Цель работы - ознакомление с основными свойствами и параметрами тиристора, способами его управления, изучение принципа действия управляемого однофазного выпрямителя, освоение методики экспериментального определения основных характеристик исследуемых устройств.

Задание для самостоятельной подготовки к работе

1. Ознакомиться с основными параметрами тиристоров.

2. Установить причину изменения среднего напряжения на нагрузке выпрямителя от угла включения тиристоров.

3. Выяснить причину удержания тиристора во включенном состоянии после исчезновения тока через его управляющий электрод.

4. Установить причину отключения тиристоров при их естественной коммутации.

Теоретическая часть

В современных электронных устройствах преобразования электрической энергии широкое применение в качестве основных силовых управляемых элементов получили - тиристоры, обладающие высокими эксплуатационными свойствами: малыми удельными габаритами и массой, высокими КПД и быстродействием, продолжительным сроком работы, значительными допустимыми напряжениями и токами, возможностью импульсного управления. На основе тиристоров разработаны экономичные, надежные малогабаритные управляемые вторичные источники электропитания, широко используемые в электроприводах, автоматике, робототехнике, системах управления и во многих других приборах, где требуется регулируемое постоянное или переменное напряжение неизменной или регулируемой частоты.

Тиристором называют полупроводниковый управляемый прибор ключевого типа с четырехслойной структурой р-n-р-n, имеющий два устойчивых электрических состояния – закрытое или открытое (выключенное или включенное). Переход из закрытого состояния в открытое, т.е. включение тиристора, осуществляется по цепи управления с помощью маломощного электрического сигнала управления.

Тиристор имеет три внешних вывода: анод А, катод К и управляющий электрод УЭ. Силовой цепью тиристора, по которой проходит коммутируемый ток, является участок цепи анод (А) – катод (К). Включение тиристора возможно только при положительном токе управления I_У > 0, проходящем по цепи управления УЭ – К, при положительном напряжении между анодом и катодом U_AК > 0. Закрытое состояние тиристора характеризуется большим значением сопротивления между анодом и катодом, а открытое состояние - малым сопротивлением между анодом и катодом.

Тиристоры, предназначенные не только для включения, но и для выключения их по управляющему электроду, получили название полностью управляемых. Однако из-за их малой мощности они не имеют широкого распространения и применяются, в основном в устройствах автоматики.

Свойства тиристора как элемента простейшей электрической цепи (рис. 2.1, а) иллюстрируются его статической вольтамперной характеристикой (ВАХ), которая при указанных положительных направлениях токов и напряжении представлена на рис. 2.1, б.

 

Рис. 2.1

 

Обратное напряжение тиристора не должно превышать значение U_ОБРmax, которое указывается в справочниках, а прямое анодное напряжение не должно превышать напряжения переключения U_ПЕР (точка А). Если по цепи управляющего электрода протекает ток, то тиристор включается и ток в силовой цепи тиристора ограничивается сопротивлением нагрузки R_H (рис. 2.1, а). При большей величине тока управляющего электрода включение тиристора происходит при меньших значениях прямого анодного напряжения.

После включения электрическое состояние тиристора характери­зуется малым сопротивлением между анодом и катодом (линия ВС). Включенное состояние тиристора сохраняется и по окончании действия тока управления. Лишь если анодный ток становится меньше некоторого значения, называемого током удержания I_УД (точка В), то тиристор выключается. При токе управляющего электрода, называемого током спрямления I_УСПР, ВАХ тиристора становится аналогичной ВАХ обычного диода (участок ОВС).

Для включения тиристоров достаточен ток управляющего электрода в виде коротких (порядка нескольких микросекунд) положительных импульсов. Выключение тиристора произойдет, если каким-либо образом уменьшить анодный ток до значения, меньшего, чем значение тока удержания I_УД. Существуют различные схемы выключения тиристоров, построение которых во многом определяется принципом работы конкретного электронного устройства. Так, при работе тиристора в цепи переменного тока, когда напряжение между анодом и катодом тиристора периодически изменяет свой знак, тиристор закрывается в момент перехода анодного тока через нулевое значение (режим естественной коммутации). В цепях постоянного тока для запирания тиристора вводят специальные элементы, обеспечивающие кратковременное уменьшение анодного тока до уровня, меньшего, чем ток удержания, что чаще всего осуществляют приложением к силовой цепи тиристора обратного анодного напряжения. Таким элементом чаще всего является конденсатор.

Диапазон прямых токов тиристоров составляет от десятков миллиампер до нескольких сотен ампер, а диапазон напряжений - от нескольких вольт до нескольких киловольт. К справочным параметрам тиристоров относятся предельно допустимое значение тока в импульсе и максимальный допустимый средний ток тиристора. Параметром по напряжению тиристоров является максимально допустимое прямое напряжение (U_ПРmax), при отсутствии тока управляющего электрода. Динамические параметры тиристора оценивают по времени включения t_ВКЛ, т.е. перехода тиристора из закрытого состояния в открытое, и времени выключения t_ВЫКЛ. Величины t_ВКЛ и t_ВЫКЛ определяют частотные свойства тиристора и зависят от его типа. Время t_ВКЛ составляет менее 1 мкс, а время t_ВЫКЛ от 3 до 250 мкс.

В настоящей работе исследуется управляемый двухполупериодный выпрямитель однофазного напряжения (рис. 2.2). Он содержит тиристоры VS1 и VS2 и блок управления, формирующий импульсы управления i_У1 и i_У2, синхронизированные с переменным напряжением U₁. Нагрузкой выпрямителя является резистор R_H. Задержка включения тиристоров устанавливается с помощью резистора R_α.

 

Рис. 2.2

Рассмотрим работу выпрямителя, используя временные диаграммы (рис. 2.3).

В интервале времени от 0 до π напряжение U₁ положительно. Поскольку в цепи управления тиристора VS1 появляется ток i_У1 > 0, который включает тиристор и через него начинает протекать ток нагрузки. При этом тиристор VS2 будет выключен, так как к нему приложено обратное анодное напряжение.

В интервале времени от π до 2 π напряжение U₁ отрицательно, поэтому тиристор VS1 будет выключен приложением обратного анодного напряжения, а тиристор VS2 включится током цепи управления i_У2 > 0. Далее процессы будут периодически повторяться.

Рис. 2.3

Моменты включения тиристоров оценивают углами включения α₁ и α₂, которые, как правило, одинаковы (α₁ = α₂ = α) и отсчитываются от момента появления на соответствующем тиристоре прямого анодного напряжения. Таким образом, ток управления представляет собой последовательность импульсов, частота которых равна частоте выпрямляемого напряжения. С изменением угла включения α изменяется среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке U_d, которое выражается формулой

(2.1)

Умножив числитель и знаменатель на 2, формулу можно переписать в следующем виде:

, (2.2)

где U_d0 – значение U_d при α = 0.

Эту зависимость принято называть регулировочной характеристикой управляемого выпрямителя U_d = f (α), по которой можно определить диапазон изменения выпрямлен­ного напряжения. Как видно из формулы (2.2), в случае работы выпрямителя на чисто активную нагрузку предельным углом управления α, при котором выпрямлен­ное напряжение равняется нулю, будет угол α_m = 180°. Величина угла включения тиристоров α изменяется с помощью сопротивления R_α (рис. 2.2).

Свойства выпрямительного устройства оценивают также по его внешней характеристике, которая для управляемого выпрямителя представляет собой зависимость U_d = f (I_d) при фиксированном значении угла α.

Содержание отчета

Отчет, составляемый индивидуально каждым студентом, должен содержать следующие материалы:

1. Титульный лист, на котором указаны название работы, исполнитель, индекс группы и дата выполнения.

2. Описание принципа работы и назначение исследуемых устройств.

3. Электрические схемы исследуемых устройств, вычерченные с соблюдением условных графических обозначений по ГОСТу.

4. Таблицы, графики, расчеты и выводы в соответствии с заданием.

Контрольные вопросы

1. Что называют управляемым выпрямителем и электронным ключом постоянного тока?

2. Какие имеются определения основных характеристик управляемого выпрямителя?

3. Какие существуют свойства, параметры тиристора и способы его управления?

4. В чем заключается принцип работы управляемого выпрямителя?

5. Что такое угол включения тиристора α и каким образом он измеряется при работе выпрямителя?

6. В чем заключается принцип работы электронного ключа постоянного тока?

7. Какие экспериментальные зависимости и осциллограммы получены в процессе выполнения лабораторной работы?

8. Какое назначение измерительных приборов, используемых в лабораторной работе?

Библиографический список

1. Основы промышленной электроники / Под ред. В.Г. Герасимова. -М.: Высш. шк., 1986. -336 с.

2. Забродин Ю. С. Промышленная электроника. -М.: Высш. шк., 1982. - 496 с.

3. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. -М.: Энергоатомиздат, 1988.

4. Руденко В. С., Сенько В. И., Чиженко И. М. Основы преобразова­тельной техники. -М.: Высш. шк., 1980.

 

 

Лабораторная работа № 3

 

Цель работы

Цель работы – изучение принципов работы параметрических и ком­пенсационных стабилизаторов постоянного напряжения с непрерывным регулированием. Экспериментальное определение основных параметров стабилизаторов.

Задание для самостоятельной подготовки к работе

1. Ознакомиться с назначением стабилизаторов напряжения постоянного тока и вариантами их построения.

2. Установить определение коэффициента стабилизации по входному напряжению.

3. Начертить схему простейшего стабилизатора напряжения постоянного тока с кремниевым стабилитроном и со стабистором.

4. Начертить схему стабилизатора напряжения постоянного тока с последовательным включением транзистора. Ознакомиться с целесообразностью использования в стабилизаторе транзистора.

5. Ознакомиться с назначением интегрального стабилизатора напряжения.

Теоретическая часть

 

Стабилизатором напряженияназывают устройство, включаемое между источником и потребителем, автоматически поддерживающее постоян­ным напряжение потребителя с заданной степенью точности при изменении дестабилизирующих факторов в заданных пределах. Основ­ными дестабилизирующими факторами являются колебания входного (питающего) напряжения, изменения потребляемой мощности, темпера­туры окружающей среды и др.

Назначением стабилизаторов напряжения является умень­шение влияния всех дестабилизирующих факторов.

Стабилизаторы разделяют в зависимости от рода напряжения на стабилизаторы переменного напряже­ния и стабилизаторы постоянного нап­ряжения. В свою очередь они делятся на стабилизаторы па­раметрические и компенсационные.

В параметрических стабилизаторах используются нелинейные элементы, вследствие чего, стабилизация напряжения осуществляется за счет нелинейности их вольтамперных характеристик.

Компенсационные стабилизаторы представляют собой систему авто­матического регулирования, содержащую цепь отрицательной обрат­ной связи (рис. 3.1). Эффект стабилизации в данных устройствах до­стигается за счет изменения параметров управляемого прибора, назы­ваемого регулирующим элементом, при воздействии на него сигнала обратной связи. В компенсационных стабилизаторах напряжения сиг­нал обратной связи является функцией выходного напряжения, а в стабилизаторах тока — функцией выходного тока.

Рис. 3.1

В зависимости от вида регулирования они, в свою очередь, под­разделяются на непрерывные, импульсные и непре­рывно-импульсные стабилизаторы.

Стабилизаторы с непрерывным регулированиемв зависимости от способа включения регулирующего элемента разделяются на последовательные и параллельные. В последовательных стабилизаторах регу­лирующий элемент включен последовательно с нагрузкой, в параллельных — параллельно нагрузке. На рис. 3.1 изображена структурная схема по­следовательного стабилизатора с непрерывным регулированием.

В схеме рис. 3.1 стабилизатор питается от сети постоянного то­ка через выпрямитель и фильтр. Измене­ние входного напряжения или тока нагрузки вызывает в первый мо­мент изменение напряжения на выходе схемы. Измерительный эле­мент (ИЭ) сравнивает выходное напряжение с опорным, в результате чего на его выходе выделяется сигнал рассогласования, который усиливается усилителем (У) и воздействует на регулиру­ющий элемент (РЭ). Напряжение на регулирующем элементе изменя­ется и компенсирует изменения выходного напряжения с определен­ной степенью точности.

Основными качественными параметрами как параметрических, так и компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения являются:

1. Коэффициент стабилизации по входному напряжению — отно­шение относительных приращений напряжений на входе и выходе стабилизатора: