Цель и задачи работы. Экспериментальное исследование основных характеристик однофазных выпрямителей: однополупериодных, двухполупериодных (с выводом средней точки трансформатора и мостового) и сглаживающих фильтров. Краткие сведения об объекте изучения. Выпрямители переменного тока предназначены для преобразования переменного тока в постоянный (пульсирующего тока). Для выпрямителей используются приборы, которые обладают односторонней проводимостью: диоды, транзисторы. Если ток возникает только в одном из двух полупроводников переменного напряжения, то такой выпрямитель называют однополупериодным. При наличии тока в течение обоих полупериодов при поочередной работе диодов выпрямитель называют двухполупнриодным. Для однополупериодного достаточно включить один диод последовательно с нагрузкой. В течение положительного полупериода (от 0 до ) синусоидального напряжения U2 = U2Msin(t), то есть когда на аноде положительный потенциал, диод открыт, и ток в цепи равен IH = I2 = U2/RH. При полупериоде (от 0 до 2), когда на аноде отрицательный потенциал, ток в чепи проходить не будет, так как диод будет заперт. Среднее значение напряжения на нагрузке Ud = 0.45U2. Коэффициентом пульсации выпрямленного напряжения называют отношение амплитуды первой гармоники U1M к среднему значению выпрямленного напряжения Kn = UM/Ud. Широкое применение нашли двухполупериодные выпрямители, наиболее распространен мостовой двухполупериодный выпрямитель. В один из полупериодов напряжения сети U, когда вывод со вторичной обмотки трансформатора имеет положительный потенциал по отношению к выводу B, диоды VD2, VD3 открыты, а диоды VD1, VD4 закрыты. В другой полупериод, когда вывод A имеет отрицательный потенциал по отношению к выводу B, диоды VD2, VD3 закрыты, а диоды VD1, VD4 открыты. Ток через нагрузку проходит в одном направлении в оба полупериода. Среднее значение напряжений на нагрузке Ud = 0.9U2. Коэффициент пульсаций напряжений стремится уменьшиться до заданного уровня с помощью устройств, называемых сглаживающими фильтрами. Основным параметром, характеризующим эффективность действия сглаживающего фильтра, является коэффициент сглаживания, равный отношению коэффициента пульсации на входе и выходе фильтра. Емкостной фильтр включают параллельно нагрузочному резистору, индуктивный фильтр - последовательно с нагрузочным резистором. Если требуется более высокий коэффициент сглаживания, то прибегают к более сложным сглаживающим фильтрам. К ним относятся Г - образные и П образные, LC - фильтры. Описание лабораторной установки. 1. Лабораторная работа выполняется на универсальном стенде ЭВ4. 2. На панели №5 расположена схема выпрямителей. Однополупериодная схема получается при исходном положении кнопок S1 и S2 (в не нажатом состоянии). Для сборки двухполупериодной схемы с выводом средней точки трансформатора необходимо нажать кнопку S2. Для сборки мостовой схемы необходимо нажать, кнопку S1 и S2. Снятие внешней характеристики без сглаживающего фильтра производится при нажатой кнопке S3 и отжатых S4 и S5. Исследование выпрямителя с индуктивным фильтром производится при отжатых кнопках S3, S4, S5. Включение Г - образного фильтра производится нажатием кнопки S5. П - образный С - фильтр устанавливается нажатием кнопок S4 и S5. Режим холостого хода устанавливается с помощью кнопки S6. 3.Ток нагрузки Id в однополупериодном выпрямителе измеряется амперметром магнитоэлектрической системы с пределом измерения 300 мА, в двухполупериодном - с пределом измерения 1А. 4.Напряжение на выходе выпрямителя Ud и напряжение на входе выпрямителей измеряется цифровым вольтметром. Порядок выполнения работы. 1. Собрать схему однополупериодного выпрямителя. 2. Снять внешние характеристики Ud = f(ld) выпрямителя: а) без сглаживающего фильтра; б) с емкостным фильтром; в) с индуктивным фильтром; г) Г - образным LC - фильтром; д) П - образным; изменяя нагрузку от ld=0 до максимальной. Результаты измерений представить в виде таблицы 1. 3. По данным таблицы 1. на одном графике изобразить внешние характеристики выпрямителей, работающие с различными фильтрами. 4. Подключить к нагрузочному резистору электроннолучевой осциллограф. Для выпрямителя с емкостным и индуктивным фильтром снять зависимости амплитуды пульсаций напряжения на нагрузке Um от тока нагрузки. Результаты представить в виде таблицы 2. 5. По данным таблиц 1 и 2 рассчитать и изобразить на графике зависимости коэффициента пульсаций входного напряжения Кn = UM/Ud от тока нагрузки для выпрямителя с емкостным и индуктивным фильтрами. Таблица 1 Без фильтра Id, mA Um, B Емкостный Id, mA фильтр Um, B Индуктивный Id, mA фильтр Um, B Г-образный Id, mA фильтр Um, B П-образный Id, mA LC-фильтр Um, B 6. По осциллограммам выходного напряжения дать качественную оценку влияния на амплитуду пульсаций: а) тока нагрузки для выпрямителя с Г-образным LC-фильтром; б) количества реактивных элементов в фильтре (С-фильтр, Г-образный LC-фильтр, П-образный LC-фильтр) при заданном токе нагрузки. 7. Измерить напряжение на входе выпрямителя U2 и действующее значение нагрузке Ud. Подсчитать отношение и сравнить его с теоретическим значением. Таблица 2 Емкостный фильтр Индуктивный фильтр Id, mA Um, B Id, mA Um, B 8. Собрать схему двухполупериодного выпрямителя (с выводом средней точки трансформатора или мостовой по указанию преподавателя). Выполнить для двухполупериодного выпрямителя пункты 2, 3, 4, 5, 6, 7 (рисунок). Содержание отчета. Отчет по лабораторной работе должен включать: - схемы электрических цепей; - таблицы с опытными данными; - кривые зависимостей; - выводы. Контрольные вопросы. 1. По каким основным схемам выполняются однофазные выпрямители? Дайте их сравнительную оценку. 2. Перечислите основные параметры выпрямительных диодов. По каким параметрам производится выбор типа диодов для выпрямителя с заданной характеристикой. 3. Какие типы сглаживающих фильтров применяются в выпрямительных устройствах? Поясните принцип работы индуктивного фильтра. 4. Поясните работу выпрямителя с емкостным фильтром. 5. Сравните соотношения входных и выходных величин различных выпрямителей. 6. Назовите области применения выпрямителей. Список рекомендуемой литературы. 1. В.Г. Герасимов. Основы промышленной электроники. - М.: Высш. шк, 1986.-С. 224-243. 2. В.Г. Герасимов. Лабораторные работы по основам промышленной электроники. -М.: Высш. шк., 1989.-С. 9-17.