Описание лабораторной установки

Лабораторная работа выполняется на стенде «Основы электроники» (моноблочный вариант). На рис. 3.4 изображена электрическая схема эксперимента, а на рис. 3.5 – монтажная схема. Для проведения работы используется оборудование стенда: модуль «Источник питания», модуль мультиметров, модуль «Диоды и тиристоры». На рис. 3.5 показаны передние панели лабораторных модулей.

Источник питания предназначен для подачи на мостовую схему выпрямителя (рис. 3.5) переменного напряжения 12 вольт. Стрелочный миллиамперметр мА с пределом измерения “100 мА” используется для измерения выпрямленного тока I_d, цифровой вольтметр PV1 в режиме измерения постоянного напряжения “=” измеряет среднее значение выпрямленного напряжения U_d на выходе схемы выпрямления. Вольтметр PV2 подключается для измерения напряжения питания “~12В”.

На рабочем поле модуля “Диоды и тиристоры” (см. рис. 3.5) изображена мнемосхема исследуемой мостовой схемы выпрямления, регулируемое сопротивление нагрузки R_н и конденсаторы С₂, C₃ емкостных фильтров, установлены гнезда для подключения измерительных приборов и соединительных проводов.

Рис. 3.4 Электрическая схема эксперимента

Расчетное задание

Произвести расчет основных параметров и характеристик мостовой схемы выпрямления, данные элементов которой приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

В табл. 3.1: 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 – средний прямой ток диода; U_пр – падение напряжения на открытом диоде; U_{обр max} – максимально допустимое обратное напряжение на диоде; C₂, C₃ – емкости конденсаторов фильтров; R_d0, …, R_d6 – сопротивления нагрузки.

4.1. Рассчитать по известным соотношениям (табл. 3.2) 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_bmax – 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. 3.3.

Таблица 3.2

Схема	Расчетные соотношения параметров
U2/Ud0	I2/Id	Ubmax/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 3.3

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, обратных напряжений на диодахU_1,3 и U_2,4. Пример построения временных диаграмм показан на рис. 3.2.

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 емкостных сглаживающих фильтров C₂, C₃, и (С₂+С₃). Расчетное значение коэффициента пульсаций при работе без фильтра равно q_p= , а при включении емкостного фильтра определяется соотношением q_p= ,

где ω_c = 2πf_с – угловая частота, 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 3.4.

Таблица 3.4

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 мостовой схемы выпрямления N = 2. Расчет выполнить по данным табл. 3.1 и 3.3. Внешняя характеристика строится по двум точкам:

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

2) Режим максимальной нагрузки. I_d1 = (U_d0 ‑ ΔU_a) / Rd₁

U_d1 = U_d0 – R_трI_d1 – ΔU_a.