Программа лабораторной работы

 

А. Снять внешнюю и энергетические характеристики при заданном коэффициенте заполнения импульса D для заданных значений входного напряжения U _d и несущей частоты f _нес

Внешняя характеристика преобразователя представляет собой зависимость среднего значения напряжения нагрузки от тока нагрузки, т.е. U _н = f (I _н).

Энергетические характеристики – это зависимости мощности нагрузки, мощности, потребляемой преобразователем от источника питания, коэффициента полезного действия и коэффициента пульсаций напряжения нагрузки от тока нагрузки, т.е. P _н= f (I _н), Р _d= f (I _н), η=f(I _н) и k _п.н= f (I _н).

 

Опыт выполняется для двух заданных преподавателем значений коэффициента заполнения импульса D ₁ и D ₂.

Порядок выполнения работы

Установить с помощью потенциометров RP2 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 напряжения нагрузки ∆ U _н.

Размах пульсаций тока нагрузки ∆ U _н измерять с помощью осциллографа. Для этого переключить канал СН1 осциллографа на открытый вход «АС» (переменная составляющая входного сигнала).

Вычислить:

-мощность, потребляемую преобразователем от источника питания Р _d;

-мощность, отдаваемую преобразователем нагрузке P _н;

- коэффициент полезного действия преобразователя η;

- коэффициент пульсаций напряжения нагрузки k _п.н.

Результаты измерений и расчетов занести в таблицу 2.4.

Таблица 2.4. Внешняя и энергетические характеристики ППН-II

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

 

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

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

Расчетные соотношения:

Мощность, потребляемая преобразователем P _d= U _d I _d;

КПД η= P _нг/ P _d;

Коэффициент пульсаций напряжения нагрузки k _п.н=∆ U _н/(2 U _н).

По данным таблицы 2.4 построить:

- на графике №3 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 №4 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 напряжения нагрузки от ко э ффициента заполнения импульса, т.е. Р _н = f (D), P _d = f (D), η= f (D), k _п.н = 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 (2.16):

R _н = U _н / I _н.

Изменять с помощью ручки потенциометра RP 2:

- 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 ∆ U _н.

Вычислить:

-мощность, потребляемую преобразователем от источника питания Р _d;

-мощность, отдаваемую преобразователем нагрузке P _н;

- коэффициент полезного действия преобразователя η;

- коэффициент пульсаций напряжения нагрузки k _п.н.

Результаты измерений и расчетов занести в таблицу 2.5.

Размах пульсаций напряжения нагрузки ∆ U _н измеряется с помощью осциллографа. Для этого переключить канал СН1 осциллографа на открытый вход «АС» (переменная составляющая входного сигнала). Замерить двойную амплитуду пульсаций напряжения нагрузки ∆ U _н. Показания занести в таблицу 2.5.

Таблица 2.5. Регулировочная и энергетические характеристики ППН-II

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

- на графике №5 регулировочные характеристики U _н= f (D) для заданного значения частоты f _нес и заданных значений сопротивления нагрузки;

- на графике №6 энергетические характеристики P _d = f (D), Р _н = f (D), η= f ( D ), k _п.н = f (D) для заданного значения частоты f _нес и заданных значений сопротивления нагрузки;

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

В. Исследовать влияние несущей частоты f _нес на коэффициент пульсаций k _п.н напряжения нагрузки U _н.

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

Результаты измерений занести в таблицу 2.6.

Таблица 2.6. Коэффициент пульсаций напряжения нагрузки при двух значениях несущей частоты

Измерено	Частота, кГц
Среднее значение напряжения нагрузки U н, В
Размах пульсаций напряжения нагрузки, ∆ U н, В
Вычислено	Коэффициент пульсаций напряжения нагрузки k п.н

 

Г. Осциллографирование электромагнитных процессов преобразователя:

1. Включить осциллограф.

2. Установить базовый режим работы преобразователя.

3. Снять 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 D ручкой потенциометра RP2 (базовый режим). Ручкой регулятора тока RP по ИМ установить заданное значение тока нагрузки I _н. Канал СH1 осциллографа подключить к шунту RS6 («вход»- гнездо X I4, корпус осциллографа «┴» - гнездо X I6), а вход канала СН2 - к гнезду Х 17 (напряжение на транзисторном ключе). Для получения положительного отклонения напряжения u _VT нажать кнопку СН2 INV на осциллографе.

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

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 осциллограмму ток, потребляемого от источника питания i _d при тех же заданных значениях U _d, D и I _н. Для этого канал СH1 осциллографа подключить к шунту RS4 («вход» - гнездо X I3, корпус осциллографа «┴» - гнездо X I4). Сфотографировать осциллограмму тока, потребляемого от источника питания i _d, масштаб сохранить;

5. Снять осциллограммы напряжения на диоде u _VД и тока через диод i _VД при тех же заданных значениях U_d, D и I _н. Для этого канал СН1 осциллографа подключить к шунту RS5 («вход» - гнездо X I4, корпус осциллографа «┴» - гнездо X I5), а вход канала СН2 - к гнезду X I8. Для получения положительного отклонения напряжения u _VД нажать кнопку СH2 INV на осциллографе. Сфотографировать с экрана осциллографа осциллограммы напряжения на диоде u _VД и тока через диод i _VД, масштаб сохранить;

6. Снять осциллограмму напряжения на нагрузке u _н при тех же заданных значениях U _d, D и I _н. Для этого корпус осциллографа «┴» подключить к гнезду X I9, а вход канала СН2 - к гнезду X I8. Сфотографировать с экрана осциллографа осциллограммы напряжения на нагрузке u _н, масштаб сохранить.

7. Выключить тумблер SA2 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;

• объяснить влияние коэффициента заполнения D на КПД;

• пояснить влияние несущей частоты f _нес на коэффициент пульсаций напряжения нагрузки k _п.н.

Контрольные вопросы

1. Из каких составляющих складываются потери мощности в ключевом режиме?

2. Что такое регулировочная характеристика повышающего преобразователя постоянного напряжения? Какой вид она имеет?

3. Что такое внешняя характеристика повышающего преобразователя постоянного напряжения? Какой вид она имеет?

4. Как определить коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке?

5. На что влияет изменение несущей частоты?

6. Как определить КПД преобразователя постоянного напряжения?

7. Как снять осциллограммы токов и напряжений в схеме?

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

 

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

Цель работы

Изучение электромагнитных процессов, внешних, регулировочных и энергетических характеристик двухзвенного преобразователя при последовательном соединении преобразователей: понижающего (ППН-I) и повышающего (ППН-II) напряжение постоянного тока (ППН-I +ППН-II) при активной нагрузке.