МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ПОЛТАВСЬКА ДЕРЖАВНА АГРАРНА АКАДЕМІЯ
Кафедра інформаційних систем та технологій
Звіт з лабораторної роботи №4
На тему: «Дослідження властивостей випрямних схем»
Виконав: ст. гр. ICT2.1
Олійник Б. О.
Перевірив: к.т.н., доцент
Івко С. О.
Полтава 2020 рік
Зміст
Вступ
Тема:Дослідження властивостей випрямних схем.
Мета: Вивчити принципи роботи та використання базових джерел вторинного живлення.
Завдання:
Провести аналіз процесів у схемах однопівперіодного й двопівперіодного випрямлячів.
Дослідити роботу трансформатора в схемі випрямляча.
Провести аналіз процесів у схемі випрямного діодного моста.
Порівняти максимально можливі напруги на діодах у мостовому й двопівперіодному випрямлячах.
Порівняти частоту вихідної напруги в мостовому й двопівперіодному випрямлячах.
Перелік спеціального обладнання та устаткування:
ПК із підключенням до мережі Internet, встановленою версією операційної системи, електронною системою моделювання Electronics Workbench, пакетом стандартних програм, браузерами та відведене місце для збереження інформації.
Віртуальні прилади та електронні елементи:
Функціональний генератор.
Мультиметр.
Осцилограф.
Джерело постійної напруги.
Діод 1N4001.
Резистори.
Порядок та методика виконання завдань
ознайомитися з методичними вказівками до лабораторної роботи;
отримати варіант завдання у викладача (Табл. 1);
в програмі Electronics Workbench скласти електричні схеми при заданих типах елементів, проаналізувати принцип роботи електричного ланцюга, провести необхідні розрахунки.
Варіанти завдань для виконання лабораторної роботи*.
Таблиця № 1
| № варіанту | E, В |
| 1. | 20 |
| 2. | 25 |
| 3. | 30 |
| 4. | 35 |
| 5. | 40 |
| 6. | 45 |
| 7. | 50 |
| 8. | 60 |
| 9. | 70 |
| 10. | 80 |
* варіант відповідає порядковому номеру студента за журналом відвідування занять.
Порядок і рекомендації щодо виконання роботи
Експеримент 1. Дослідження вхідної й вихідної напруги однопівперіодного випрямляча.
а) Побудував схему файлу 4_1 і включити. На вхід А осцилографа подається вихідний сигнал, а на вхід В - вхідний. Відобразив осцилограми в розділі "Результати експериментів". Виміряв й записав максимальну вхідну й вихідну напруги (рис. 4. 1).
Рис. 4. 1. Вигляд побудованої схеми
б) Виміряв період Т вихідної напруги по осцилограмі й запишіть результат у розділ "Результати експериментів". Обчислив частоту вихідного сигналу (рис. 4. 2).
Рис. 4. 2. Вигляд вимірювання Т вихідної напруги
в) Визначив максимальну зворотну напругу Umax на діоді й записав у розділ "Результати експериментів" (рис. 4. 3).
Рис. 4. 3. Вигляд вимірювання Umax
г) Обчислив коефіцієнт трансформації як відношення амплітуд напруг на первинній і вторинній обмотках трансформатора в режимі, близькому до холостого ходу. Записав результат у розділ "Результати експериментів".
д) Обчислив середнє значення вихідної напруги Ud (постійна складова). Результат записав у розділ "Результати експериментів". Записав постійну складову напруги на виході, виміряну мультиметром.
Експеримент 2. Дослідження вхідної й вихідної напруги двопівперіодного випрямляча з відводом від середньої крапки трансформатора.
а) Побудував схему файл 4_1 і включити. На вхід А осцилографа подається вихідний сигнал, а на вхід В - вхідний. Відобразите отримані осцилограми в розділі "Результати експериментів". Виміряйте й запишіть максимальні вхідні й вихідні напруги (рис. 4. 4).
Рис. 4. 4. Вигляд побудованої схемиб) Виміряйте період Т по осцилограмі вихідної напруги й запишіть результат у розділ "Результати експериментів". Обчислите частоту вихідного сигналу (рис. 4. 5).
Рис. 4. 5. Вигляд вимірювання Т вихідної напруги
в) По осцилограмі вихідної напруги, визначите максимальну зворотну напругу Umax на діоді. Запишіть результат у розділ "Результати експериментів" (рис. 4. 6).
Рис. 4. 6. Вигляд вимірювання Umax
г) Обчислите середнє значення Udвихідної напруги (постійна складова). Запишіть результат у розділ "Результати експериментів". Пишіть постійну складову напруги на виході, виміряну мультиметром.
Експеримент 3. Дослідження вхідної й вихідної напруг мостового випрямляча.
а) Побудував схему файл 4_3 і включити. На вхід А осцилографа подається вихідний сигнал, а на вхід В - вхідний. Відобразите осцилограми в розділі "Результати експериментів". Виміряйте максимальні вхідні й вихідні напруги (рис. 4. 7).
Рис. 4. 7. Вигляд побудованої схеми
б) Виміряйте період Т по осцилограмі вихідної напруги й запишіть результат у розділ "Результати експериментів". Знаючи період, обчислите частоту вихідного сигналу (рис. 4. 8).
Рис. 4. 8. Вигляд вимірювання Т вихідної напруги
в) Визначите максимальну зворотну напругу Umax на діоді й запишіть у розділ "Результати експериментів" (рис. 4. 9).
Рис. 4. 6. Вигляд вимірювання Umax
г) Обчислите коефіцієнт трансформації як відношення амплітуд напруг на первинній і вторинній обмотці трансформатора в режимі, близькому до холостого ходу. Запишіть результат у розділ "Результати експериментів".
д) Обчислите середнє значення вихідної напруги Ud (постійна складова). Результат запишіть у розділ "Результати експериментів". Запишіть постійну складову напруги на виході, виміряну мультиметром.
Результати експериментів:
Експеримент 1. Дослідження вхідної й вихідної напруги однопівперіодного випрямляча.
а) осцилограма
Максимальна вхідна напруга Umвх=8,335;
Максимальна вихідна напруга Umвих = 8.16;
б) Період вихідного сигналу T= 16.40;
Частота вихідного сигналу: розрахунок f= 60.09;
в) Максимальна зворотна напруга на діоді: вимір Umax= 8.366;
розрахунок Umax= 8.3;
г) Коефіцієнт трансформації k= 20.17;
д) Постійна складова напруги на виході: вимір Ud=2.752;
Експеримент 2. Дослідження вхідної й вихідної напруги двопівперіодного випрямляча з відводом середньої крапки трансформатора.
a) осцилограма
Максимальна вхідна напруга Um вх= 3.87;
Максимальна вихідна напруга Um вих= 2.43
б) Період вихідного сигналу T= 17.31
Частота вихідного сигналу: розрахунок f= 57.77;
в) Максимальна зворотна напруга на діоді: вимір Umax= 3.303;
розрахунок Umax=3.1;
г) Постійна складова напруги на виході: вимір Ud= 2,389;
Експеримент 3. Дослідження вхідної й вихідної напруг мостового випрямляча.
а) осцилограма
Максимальна вхідна напруга Umвх= 16.83;
Максимальна вихідна напруга Umвих= 4.836;
б) Період вихідного сигналу T=16.60;
Частота вихідного сигналу: розрахунок f= 60.24;
в) Максимальна зворотна напруга на діоді: вимір Umax=16.92;
розрахунок Umax= 16.90;
г) Коефіцієнт трансформації k= 20.165;
д) Постійна складова напруги на виході: вимір Ud= 6.092;
Контрольні питання:
1. Який пристрій називають випрямлячем? Пояснити принцип роботи випрямляча, використовуючи структурну схему.
Випрямляч електричної енергії - механічний, електровакуумній, напівпровідниковій або інший пристрій, призначення для перетворення змінного вхідного електричного струму в постійний вихідний електричний струм.
Схема:
На рисунку показана схема й принцип дії напівперіодного випрямляча. Використовуючи односторонню провідність напівпровідникового діода, струм у зворотному напрямку відтинається.
При встановленні на верхній частині вторинної обмотки трансформатора полярності "+", а на нижній "-" вентиль D відкривається і струм протікає від вторинної обмотки трансформатора через навантаження R. При зміні полярності напруги на первинній обмотці трансформатора — вентиль D закритий і струм через навантаження не протікає.
Перевагою однонапівперіодної схеми є те, що використовується лише один діод.
Недоліками даної схеми є малий ККД і велика пульсація напруги на схемі.
2. Для яких цілей застосовують випрямлячі середньої й великий потужності?
Випрямлячі середної та великої потужності використовують для:
залізничної тяги
міського електротранспорту
електролізу (виробництво алюмінію, хлору, їдкого натру та ін)
харчування приводів прокатних станів
збудження генераторів електростанцій
3. Яку роль грає трансформатор у схемах діодних випрямлячів?
Напруга зніжується с помощью трансформатора, Який кож створює гальванічну розв'язки между ПЕРВИННА и вторинна живлять ланцюга. За рахунок цього зніжується Небезпека Ураження ЕЛЕКТРИЧНА Струм та захіщається апаратура при появі в схемі короткого замикання. Сучасні адаптери в більшості віпадків Працюють за спрощений бестрансформаторних схемою без гальванічної розв'язки, де зайве напругу поглінається на конденсаторі.
4. У чому полягає принцип випрямлення в однофазному однопівперіодному випрямлячі? Привести тимчасові діаграми роботи.
Однопівперіодний випрямляч застосовують звичайно для електроживлення високоомних пристроїв, що допускають підвищену пульсацію: потужність не більше 10-15 Вт.
Діаграма роботи наведена нижче:
5. У чому відмінність двопівперіодного випрямляча від однопівперіодного? Як визначається значення середньої випрямленої напруги?
Розрізняють два типи випрямлячів: однотактні (однопівперіодні) та двотактні (двопівперіодні). Однотактні схеми використовують для випрямлення (відбирання потужності з мережі змінного струму) тільки однієї півхвилі змінної напруги з двох у кожному її періоді, тобто струм у вторинній обмотці трансформатора тече один раз за період в одному напрямку. До таких схем відносяться схеми з середньою (нульовою) точкою трансформатора (крім найпростішого однопівперіодного випрямляча). Двотактні схеми використовують для випрямлення обох півхвиль у кожному періоді вхідної змінної напруги, тобто струм у вторинній обмотці трансформатора тече двічі за період, причому у різних напрямках. До них належать мостові схеми.
Середнє значення випрямленої напруги для однопівперіодного випрямляча знаходиться за формулою Ud=Um/
, а для двопівперіодного Ud=2Um/ .6. Поясніть як відбувається процес випрямлення в схемі мостового випрямляча. Привести схему й часові діаграми.
Мостовий випрямляч складається з чотирьох діодів, з'єднаних в формі «моста», причому вторинна обмотка трансформатора з'єднується через протилежні кути «моста», а опір навантаження з'єднується через інші два кути. Вихідна напруга мостового випрямляча в два рази більше, ніж у двохпівперіодного випрямляча, оскільки через «міст» протікає вплив всього напруги вторинної обмотки.
Протягом першої половини циклу змінного струму, струм протікає від негативного боку вторинної обмотки через діод d1, через опір навантаження rl, через діод d3, до позитивної стороні вторинної обмотки. Цей струм через rl являє собою позитивну півхвилю.
Шлях струму через мостовий випрямляч протягом першої половини циклу змінного струму
Протягом другої половини циклу змінного струму, струм протікає від негативного боку вторинної обмотки через діод d4, через опір навантаження rl, через діод d2, до позитивної стороні вторинної обмотки. Цей струм через rl являє собою позитивну півхвилю.
Шлях струму через мостовий випрямляч протягом другої половини циклу змінного струму
Порівняння форми кривої вихідного сигналу мостового випрямляча і двохпівперіодного випрямляча
7. Чи однакові частоти вхідної й вихідної напруги випрямленого моста? Як вони співвідносяться із частотами вхідної й вихідної напруги двопівперіодного випрямляча?
Частоти вхідної й вихідної напруги випрямленого моста різні, бо вихід напряжение з частотою пульсацій удвічі більшою ніж частота вхідної напруги.
Список використаної літератури:
1. Моделювання схем в програмному середовищі Electronic Workbench : навч. посібник / О. О. Петрова ; Харків. нац. ун-т міськ. госп-ва ім. О. М.
Бекетова. – Харків : ХНУМГ ім. О. М. Бекетова, 2018. – 128 с.
2. Панфилов Д.И. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Electronics Workbench / Д.И. Панфилов, И.Н. Чепурин – М.: ДОДЭКА, 2001. – 288 с.
3.https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D0%BF%D1%80%D1%8F%D0%BC%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B7%D0%BC%D1%96%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1%81%D1%82%D1%80%D1%83%D0%BC%D1%83.
4. https://studbooks.net/1938167/matematika_himiya_fizika/zadanie.
5. https://studfile.net/preview/7197581/page:4/.
6. http://www.mini-soft.ru/document/rabota-s-electronics-workbench.
7. https://studfile.net/preview/2989606/.
8. https://studbooks.net/2274464/informatika/ostsillograf.
9. https://hi-intel.ru/803/203.html.
10. https://hi-intel.ru/1/204.html.
11. http://easyelectronics.ru/ispolzovanie-oscillografa.html.
12.http://printsip.ru/biblioteka/stati_o_priborah/oscillografi-stati/rabota-oscillografa.
13. https://electroclub.info/articles/teoriya/oscillograph/.
14. https://studfile.net/preview/6894138/.
15.https://topuch.ru/ministerstvo-visshego-i-srednego-specialenogo-obrazovaniya-res-v2/index9.html.
16. http://bourabai.kz/toe/1/1-3.htm.
17. https://mydocx.ru/12-29891.html.
18. http://bourabai.ru/toe/1/1-3/1-3.htm.
19. https://nsportal.ru/sites/default/files/2018/03/08/rukovodstvo_ewb.pdf.
20.https://zhumor.ru/uk/internet/chto-takoe-maksimalnoe-pryamoe-napryazhenie-dioda-obratnoe-napryazhenie.html.
21.https://znaimo.com.ua/%D0%92%D0%B8%D0%BF%D1%80%D1%8F%D0%BC%D0%BB%D1%8F%D1%87.
22. https://uk.trendexmexico.com/biznes/5069-ustroystvo-princip-deystviya-i-shema-diodnogo-mosta-vypryamitelya.html.
23.https://studopedia.com.ua/1_54700_odnofazniy-odnopivperiodniy-vipryamlyach.html.
24.https://present5.com/vipryamlyachi-rozriznyayut-dva-tipi-vipryamlyachiv-odnotaktni-odnopivperiodni/.
25. https://www.kipiavp.ru/pribori/mostovoy-vipryamitel.html.
26.https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D1%96%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D0%BC%D1%96%D1%81%D1%82.