Исследование однофазного мостового неуправляемого выпрямителя

Схема выпрямителя (модель выпрямителя в формате EWB) представлена на рисунке 3.16.

 

Рисунок 3.16 – Модель выпрямителя (Файл S1mostn)

 

Схема содержит следующие элементы:

– источник напряжения переменного тока U1;

– однофазный трансформатор TV1;

– однофазный мостовой выпрямитель VD;

– ключ К, шунтирующий резистор 10 кОм;

– нагрузочный резистор RН;

– измерительные приборы.

 

1 Выберите данные в соответствии с вариантом задания (таблица 3.1).

 

Таблица 3.1 – Варианты задания

Номер бригады
Напряжение U1, В
Частота fс, Гц

 

Задайте уровень напряжения и частоту, открыв окно (рисунок 3.17) источника напряжения переменного тока U1.

 

 

Рисунок 3.17 – Окно источника напряжения переменного тока

 

2 Перед началом измерений проверьте настройку приборов, параметры трансформатора T и выпрямительного моста.

Для этого в положении значка «рука» на трансформаторе двойным щелчком откройте панель Transformer Properties. Выберите опцию Models; выделите строки Default и Ideal. Нажмите на клавишу Edit, открывается панель Sheet1 (рисунок 3.18) с основными характеристиками трансформатора.

 

Рисунок 3.18 – Панель Sheet1 с основными характеристиками трансформатора

Проверьте и установите следующие параметры в соответствующих окнах:

N = 5 – коэффициент трансформации;

L_S1 = 0,01 Гн – индуктивность рассеяния;

L₀ = 5 Гн – основная индуктивность первичной обмотки;

r₁ = 10 Ом – активное сопротивление первичной обмотки;

r₂ = 0,2 Ом – активное сопротивление вторичной обмотки.

 

Выход из окна Sheet1 производится нажатием клавиши «ОК».

Выпрямительный мост – идеальный. Его параметры устанавливать не надо! По умолчанию они соответствуют следующим величинам: динамическое сопротивление диода R_д = 0; пороговое напряжение U_пор = 0,82 В.

Амперметр I2 должен иметь внутреннее сопротивление R = 0,1 Ом. Проверьте это (рисунок 3.19)!

 

Рисунок 3.19 – Окно амперметра

 

Ключ К – замкнут (управляется клавишей 1). Реостат RH установите в положении 100 % (управляется клавишей R и Shift+R). Приборы I1, I2, U2 – измеряют действующие значения переменного тока; U0, I0 – постоянные составляющие на выходе выпрямителя.

3 Включите схему. Подождите несколько секунд, пока установится переходный процесс и выключите схему. Запишите показания приборов. Проверьте, выполняются ли нижеследующие соотношения (p = 2):

Если имеются расхождения, то объясните их причину.

Пренебрегая индуктивностью рассеяния (L_S1 << L₀), при чисто активной нагрузке рассчитайте кпд трансформатора:

4Откройте переднюю панель осциллографа и установите развертку 2…5 mc/div, Y/T; канал А – 20 V/div, DC; канал В – 50 V/div, DC. Включите схему и после заполнения экрана осциллографа выключите ее. Зарисуйте полученные кривые с указанием осей и масштабов. Объясните их. Измерьте уровень обратного напряжения при помощи визироной линии, как показано на рисунке рисунок 3.20 и выделен результат измерения. Проверьте выполнение соотношения:

Погасите окно осциллографа.

 

 

Рисунок 3.20 – Определение уровня обратного напряжения

 

5 Для снятия внешней характеристики выпрямителя подготовьте таблицу 3.2.

 

Таблица 3.2 – Снятие внешней характеристики выпрямителя

 

RН, %	ХХ
U0, В	x	x	x	x	x	x	x
I0, A	x	x	x	x	x	x	x
U2, B	x	x	x	x	x	x	x
I1, A	x	x	x	x	x	x	x
I2,A	x	x	x	x	x	x	x
K2	р	а	с	ч	е	т	ы
h=P0/P1	р	а	с	ч	е	т	ы

 

Режим «холостого хода» (ХХ) обеспечивается размыканием ключа К. При этом, последовательно с нагрузкой включается резистор 10 кОм, что практически эквивалентно холостому ходу. Для дальнейших измерений ключ К замкните.

Включите схему. С помощью клавиши R изменяйте сопротивление RН от 100% до 10% (для движения в обратную сторону используйте комбинацию Shift + R), заполните таблицу и выключите схему. Рассчитайте К2 и КПД. Постройте зависимости U₀, K₂ и h от тока нагрузки I₀ в масштабе.

Найдите выходное сопротивление выпрямителя (R_вых1), исходя из соотношения:

,

где (I₀₁; U₀₁), (I₀₂; U₀₂) – измеренные характеристики при 10% и 100% сопротивлении реостата RH.

 

6 Замените идеальный мост реальным. Для этого двойным щелчком выделите мост, откроется окно Full – Wave Bridge Rectifier Properties, в котором щелкните на опции Models. В окошке Library выберите строку general1, а в окошке Model – RGP 02-12E. Его параметры устанавливать не надо! По умолчанию они соответствуют следующим величинам: динамическое сопротивление диода R_д = 0,625 Ом; пороговое напряжение – U_пор = 1,45 В. Заполните таблицу 3.3.

 

Таблица 3.3 – Внешняя характеристика

 

RН, %	ХХ
U0, В	x	x	x
I0, A	x	x	x
I1, A	х	х	х
h=P0/P1	–	х	х

 

Определите выходное сопротивление (R_вых2) и КПД. Сравните схемы выпрямления по выходному сопротивлению. Ответ обоснуйте.

Результаты работы

Подготовьте отчет по лабораторной работе.

 

3.4.1.2 Контрольные вопросы

1 Объясните принцип действия однофазного мостового выпрямителя. Достоинства и недостатки. Область применения.

2 В чем заключается принцип построения выпрямительных устройств? Критерии качества схемы выпрямления.

3 Получите выражение для средневыпрямленного значения напряжения в выпрямителях.

4 Объясните внешнюю характеристику выпрямителя.

5 Что включает в себя схема замещения выпрямителя?