Розрахунок випростовувачів з ємнісними фільтрами

 

Вихідними даними для розрахунку випростовувачів є:

- номінальна випростана напруга Uв, В;

- струм навантаження Iн, А;

- опір навантаження , Ом;

- вихідна потужність випростовувача , Вт;

- номінальна напруга мережі живлення Uм, В;

- відносні відхилення напруги мережі в бік підвищення та пониження:

- частота мережі fм, Гц,

- коефіцієнт пульсацій Кп.

 

1. Згідно з отриманим завданням вибираємо з рис.3.1 потрібну схему випростовувача. Якщо вибрано випростовувач з помноженням напруги (рис.3.1,.д), то орієнтовочно вибираємо кількість каскадів помноження k. Значення k приймаємо таким, щоб напруга на вторинній обмотці трансформатора U1 не перевищувала 2-3 кВ, при цьому напруга на конденсаторах С1-С3 не повинна перевищувати 4-6 кВ. Кількість конденсаторів і діодів для попарного помноження напруги складає .

2. Визначаємо опір трансформатора r_тр, прямий опір діода r_пр і за їх значеннями за допомогою виразів, що наведені в таблиці 3.1 знаходимо опір фази випростовувача r_ф.

 

Таблиця 3.1 – Визначення r_тр, r_пр, _, r_ф

				Тип випро-стову-вача
				Рис. 3.1, а
			Рис. 3.1, б
			Рис. 3.1, в
				Рис. 3.1, г
				Рис. 3.1, д

 

В таблиці 3.1: В - магнітна індукція, Тл; J - середня густина струму в обмотках трансформатора А/мм². Значення В і J вибираються у відповідності до потужності трансформатора живлення. Приймаємо: В = 1,1 – 1,3 Т; J = (2…3,5) А/мм².

Для визначення опору діода в прямому напрямку r_пр необхідно орієнтовочно вибрати тип діода з довідника [1, 2] і визначити пряме падіння напруги на ньому U_пр. Діод вибирається за середнім випростаним струмом І_в.ср та амплітудою зворотньої напруги U_зв.max згідно з табл. 3.1. Максимальні значення І_в.ср та U_зв.max вибраного діода повинні перевищувати розрахункові не менше, ніж на 20 %.

Вибравши тип діода знаходимо його опір:

(3.1)

3. Визначимо основний розрахунковий параметр А:

для рис. 3.1,а

для рис. 3.1,б,в

для рис. 3.1,г

для рис. 3.1,д

 

4. За допомогою графіків на рис. 3.3 визначаємо значення додаткових коефіцієнтів В, D, F. Після цього з виразів, що наведені в табл.3.2 знаходимо напругу та струм на вторинних обмотках трансформатора U1 та І1, струм первинної обмотки І_вх, потужність трансформатора Р_тр, максимальний випростаний струм І_в.max та уточнюємо величини І_в.ср і U_зв.max. Перевіряємо, чи підходять нам вибрані діоди за розрахунковими значеннями І_в.ср, U_зв.max, І_в.max.

 

Рисунок 3.3 – Визначення коефіцієнтів B, D, F

 

Таблиця 3.2 – Розрахунок параметрів випростовувачів при роботі на ємність

Тип вип.-рос-тову-вача
Рис. 3.1, а
Рис. 3.1, б
Рис. 3.1, в
Рис. 3.1, г
Рис. 3.1, д

 

5. З графіків на рис. 3.4 визначаємо параметр Н. Для рис.3.1, а, г параметр Н знаходимо за кривою 1, а для рис.3.1, б, в - за кривою 2.

Рисунок 3.4 – Визначення параметру Н

 

6. Згідно з заданим коефіцієнтом пульсацій Кп і Н для рис. 3.1, а - в визначаємо ємність конденсаторів фільтра Сф (в мкФ):

(3.2)

Ємність конденсаторів (в мкФ) для рис. 3.1, г знаходиться з виразу:

(3.3)

Задане значення Кп не повинно перевищувати 0.1 - 0.15.

Ємність конденсатора фільтра Сф (в мкФ) можна визначити й без використання графіків на рис. 3.4 за наступною залежністю:

, (3.4)

де Uн - напруга на навантаженні, В.

При виборі конденсаторів для випростовувача з помноженням напруги (рис.3.1, д) необхідно враховувати, що Кп на кожному конденсаторі приблизно в два рази більший за результуючий. Ємність всіх конденсаторів (в мкФ) вибирається однаковою і розраховується за виразом:

(3.5)

Для запобігання виникнення гармонійних спотворень в електронних пристроях за рахунок джерела живлення, електролітичні конденсатори фільтрів необхідно шунтувати неполярними керамічними чи паперовими конденсаторами малої ємності.

 

Опис лабораторної установки

 

Досліджування роботи випростовувачів з ємнісними фільтрами проводиться на лабораторному столі, де встановлюють наступні прилади:

1) макети випростовувачів,

2) набір деталей і монтажних провідників,

3) генератор імпульсів синусоїдальної форми,

4) трансформатор,

5) осцилограф,

6) мультиметр.

 

3.3 Порядок виконання роботи

 

3.3.1 За даними завдання розрахувати та вибрати елементи схеми випростовувача.

3.3.2 Ознайомитись з лабораторною установкою.

3.3.3 Ознайомитись з необхідними для виконання роботи засобами вимірювань (додаток А).

3.3.4 Скласти структурну схему дослідження випростовувача.

3.3.5 Ввімкнути імпульсний генератор та мультиметр в режимі вимірювання змінної напруги на вхід випростовувача, а осцилограф на його вихід.

3.3.6 Виставити амплітуду вихідної напруги генератора в межах 3 – 5 В на частоті 50 Гц.

3.3.7 Отримати осцилограми напруг та їх амплітуди на вході і виході випростовувала за допомогою осцилографа та мультиметра, підключаючи їх по черзі до входу і виходу схеми.

3.3.8 Повторити дослід з частотами 500 та 2000 Гц.

3.3.9 Замінити генератор трансформатором і повторити дослід. При цьому додатково мультиметром необхідно виміряти струми на вході та виході випростовувача.

3.3.10 Замалювати осцилограми сигналів, а виміряні дані занести в таблицю.

3.3.11 Розробити заходи зі зменшення завад при роботі випростовувачів і замалювати їх повні принципові схеми.

3.3.12 Змоделювати схему у Electronics Workbench (Додаток А).

 

Оформлення та захист звіту

 

Звіт з лабораторної роботи оформляється на окремих аркушах, або в зошиті з лабораторних робіт. Титульна сторінка звіту, підписується згідно вимог вищої школи, де вказується, назва вузу, кафедри та назва і номер лабораторної роботи. Нижче вказується прізвище і група студента та поточний навчальний рік.

У звіті повинні бути вказані мета роботи та завдання для її виконання, видане кожному студенту індивідуально. Нижче необхідно навести структурну чи функціональну, а також принципову електричну схеми лабораторної установки або стенду. Далі наводяться необхідні розрахункові вирази і отримані результати обрахунків. Потім, у вигляді графіків і таблиць наводяться покази контрольно-вимірювальних приладів, використаних у роботі.

В кінці звіту наводиться висновок, де коротко вказуються результати виконання роботи.

Повністю оформлений і підписаний студентом звіт подається викладачеві до захисту в кінці заняття.

Виконання лабораторної роботи здійснюється в кілька етапів. На першому занятті студент отримує від викладача завдання, вивчає теоретичні відомості з методичних вказівок та інших джерел і розраховує елементи схеми. На початку наступного заняття студент здає допуск до виконання роботи. Потім він підбирає потрібні елементи і з’єднує їх так, щоб отримати необхідну схему випростовувача. Після цього проводиться дослідження схеми, зняття усіх необхідних даних та оформлення звіту. За виконання роботи студент отримує певну кількість балів, передбачених робочою програмою дисципліни. У кінці заняття повністю оформлений звіт подається викладачеві для перевірки і захисту.

 

3.5 Контрольні запитання

 

1 Для чого використовуються випростовувачі з ємнісними фільтрами? Які їх переваги та недоліки?

2 Які бувають типи випростовувачів? Які особливості їхньої роботи?

3 Які способи завадозахисту використовуються у випростовувальних схемах?

4 Пояснити послідовність розрахунку випростовувальних діодів.

5 Пояснити, як розраховуються ємнісні фільтри випростовувачів?

6 За отриманими осцилограмами проаналізувати роботу діодів випростовувача.

7 За отриманими даними визначити реальне падіння напруги на діодах та її підйом на конденсаторах фільтра.

8 Пояснити, як вибираються з довідників типи діодів та конденсаторів?

Лабораторна робота № 4