Описание лабораторной установки

Лабораторная работа выполняется на стенде «Основы электроники». Для проведения работы используется оборудование стенда: модуль питания, модуль мультиметров, модуль миллиамперметров, модуль однофазного выпрямителя.

Модуль питания стенда предназначен для ввода напряжения сети 220 В, 50 Гц в лабораторный стенд, защиты стенда от токов короткого замыкания и подачи сетевого и низковольтных напряжений питания на модули стенда. Модуль питания содержит автоматический выключатель QF, при включении которого подается питание на все модули стенда; вторичный источник питания на напряжения +12 В, –12 В, +5 В, контрольный гнёзда которых выведены на переднюю панель модуля. На передней панели имеется также индикация подачи на модули стенда однофазного напряжения сети 220 В и низковольтных напряжений питания +12 В, –12 В, +5 В.

Модуль цифровых мультиметров предназначен в лабораторной работе для измерения постоянного и переменного напряжений. Для этого переключатель функций мультиметра поставить в положение измерения постоянного напряжения «V–» или переменного «V~».

Модуль миллиамперметров предназначен для выполнения измерений постоянных токов. Содержит два многопредельных миллиамперметра, выполненных на основе микроамперметров. Переключателем, расположенным под каждым миллиамперметром, изменяется диапазон измерения тока прибора: 0,1 мА (х1), 1 мА (х10), 10 мА (х100), 100 мА (х1000).

На рис. 2.16 представлена лицевая панель лабораторного модуля «Однофазный выпрямитель». На панели изображена электрическая схема однофазного мостового выпрямителя, показаны коммутирующие элементы и клеммы для подключения амперметра, вольтметра и осциллографа. Выпрямитель содержит трансформатор Тр, блок полупроводниковых диодов VD1 ‑ VD4, сглаживающие фильтры L и C и нагрузку R_н. Тумблерами SA3 и SA4 можно подключать фильтры и перестраивать их к индуктивному L, емкостному C или индуктивно-емкостному LC фильтрам.

Рис. 2.16. Лицевая панель модуля выпрямителей

Расчетное задание

Произвести расчет основных параметров и характеристик мостовой схемы выпрямления, данные элементов которой приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

В табл. 2.1: U_1н – действующее значение напряжения на первичной обмотке трансформатора; n = U_1н/U₂ – коэффициент трансформации трансформатора; R_тр – активная составляющая сопротивлений обмоток трансформатора; I_{пр. ср.} – средний прямой ток диода; U_пр – падение напряжения на открытом диоде; U_{обр max} – максимально допустимое обратное напряжение на диоде; L_ф – индуктивность дросселя фильтра; C_ф – емкость конденсатора фильтра; R_d0, …, R_d6 – сопротивления нагрузки.

4.1. Рассчитать по известным соотношениям (табл. 2.2) основные параметры однофазного мостового выпрямителя: U₂ и U_2m – действующее и максимальное значения напряжений вторичной обмотки трансформатора; U_d0 – среднее значение выпрямленного напряжения на холостом ходу; I_d – среднее значение выпрямленного тока при заданной нагрузке R_d, I_a – среднее значение тока диода, U_3max – максимальное значение обратного напряжения на диоде, I₂ и I_2m – действующее и амплитудное значения тока во вторичной обмотке трансформатора; P_d – значение активной мощности на нагрузке, S₂ – расчетное значение полной мощности вторичной обмотки. Результаты расчетов занести в табл.2.3.

Таблица 2.2

Схема	Расчетные соотношения параметров
U2/Ud0	I2/Id	U3max/U2	I2m/I2	Ia/Id	S2/Pd
Мостовая	1,11	1,11			0,5	1,23
Нулевая	1,11	0,785			0,5	1,74

Таблица 2.3

4.2. По результатам расчетов п. 4.1. построить с соблюдением масштаба временные диаграммы напряжения u₂ на вторичной обмотке трансформатора, выпрямленного напряжения u_d, выпрямленного тока i_d, тока i₂ вторичной обмотки трансформатора, обратного напряжения на диодах u_1,3 и u_2,4 и тока i_a диода. Пример построения временных диаграмм показан на рис. 2.7.

На временных диаграммах указать название диаграммы, период T_c и частоту f_c сетевого напряжения, период T_п и частоту f_п выпрямленного пульсирующего напряжения, действующие и амплитудные значения токов и напряжений.

4.3. Рассчитать коэффициент пульсаций q_р и коэффициент сглаживания S_p выпрямленного напряжения U_d при подключении разных типов электрических сглаживающих фильтров. Расчетное значение q_p определяется по формулам табл. 2.4.

Таблица 2.4

Тип фильтра	Отключен	Lф	Cф	LфCф
qp

В табл. 2.4: ω_c = 2πf_с – угловая частота сети, f_с = 50Гц.

Расчетное значение S_p определяется соотношением S_p = q_вх/q_вых, где q_вх – коэффициент пульсаций на входе фильтра, q_вых = q_p – коэффициент пульсаций после фильтра на нагрузке R_d.

Полученные результаты вычислений q_p и S_p занести в таблицу 2.5.

Таблица 2.5

4.4. Рассчитать и построить внешнюю характеристику U_d = f(I_d) исследуемого выпрямителя при работе без фильтра.

Внешнюю характеристику выпрямителя рассчитать по уравнению

U_d = U_d0 – R_трI_d – ΔU_a,

где ΔU_a = NU_пр – падение напряжения на диодах одного плеча выпрямителя. Для нулевой схемы выпрямления N = 1, для мостовой – N = 2. Расчет выполнить по данным табл. 2.1 и 2.3. Внешняя характеристика строится по двум точкам:

1) Режим холостого хода. I_d = 0, U_d = U_d0;

2) Режим максимальной нагрузки. I_d6 = U_d0/R_d6, U_d6 = U_d0 – R_трI_d6 ‑ ΔU_a.