Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
С...
43 downloads
206 Views
394KB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Северо-Западный государственный заочный технический университет Кафедра радиотехники
ЭЛЕКТРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Методические указания к выполнению лабораторных работ
Факультет радиоэлектроники Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 654200 – радиотехника 200700 – радиотехника Направление подготовки бакалавра 552500 – радиотехника
Санкт-Петербург
2004
3
Утверждено редакционно-издательским советом университета К 621.311.6:621.313 Электропреобразовательные устройства : Методические указания к выполнению лабораторных работ – СПб.: СЗТУ, 2004 – 19с. Методические указания соответствуют требованиям государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 654200 (специальность 200700 – «Радиотехника») и направлению подготовки бакалавра 552500. Методические указания включают три лабораторных работы: исследование выпрямителей, исследование сглаживающих фильтров и исследование стабилизаторов. Рассмотрено и утверждено на заседании кафедры радиотехники 15 ноября 2004 г. Одобрено методической комиссией факультета радиоэлектроники 02 декабря 2004г. Рецензенты: кафедра радиотехники СЗТУ (зав. кафедрой Г. И. Худяков, д-р. техн. наук, проф.); Л. Х. Нурмухамедов, канд. техн. наук, заслуженный машиностроитель России, доц. кафедры технической электроники Университета кино и телевидения. Составители: Л. В. Бессчетнова, канд. техн. наук, доц.; Ю. И. Кузьмин, канд. физ.-мат. наук, доц.
© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004
4
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ Лабораторные работы, представленные в настоящем сборнике, выполняются студентами 4 курса специальности 200700 – «Радиотехника» в соответствии с программой курса «Электропреобразовательные устройства». Причем первая лабораторная работа рассчитана на 4 академических часа, а вторая и третья работы на 2 академических часа. Перед выполнением работ необходимо проработать основные теоретические положения. Ознакомившись со стендом и собрав схему, надо снять теоретические и метрологические характеристики основных приборов, применяемых в данной работе, и получить разрешение преподавателя на включение установки. После завершения лабораторных работ каждый студент должен составить отчет. В отчете следует привести обработанные данные экспериментов, данные по расчету и выходы. Отчет по лабораторным работам предоставляется студентом при сдаче зачета по данной дисциплине. Отчеты о работах оформляются в тетрадях школьного образца и иллюстрируются необходимыми схемами, рисунками, таблицами. Мероприятия безопасности жизнедеятельности при проведении лабораторных работ Перед началом работ студентам следует пройти инструктаж по технике безопасности и правилам внутреннего распорядка в лаборатории. Во время проведения лабораторных работ запрещается: – подавать напряжение на установку без разрешения преподавателя; – собирать схему или производить изменения в установке при включенных рубильниках и выключателях с питающей сети; – отключать от сетевых приборов провод зануления; – оставлять без присмотра включенные лабораторные установки и приборы; – выполнять лабораторные работы в отсутствие преподавателя или лаборанта. При обнаружении неисправности необходимо немедленно прекратить работу, сообщить об этом преподавателю и отключить установку и приборы от источника напряжения. Студенты, не выполняющие правила техники безопасности, отстраняются от проведения лабораторных работ. Библиографический список 1. Иванов-Цыганов А. И. Электротехнические устройства радиосистем. М.: Высшая школа, 1981. 2.Электропитание устройств связи: Учебник. Л.А. Бокунеев, Б.В. Горбачев, Б.Е. Китаев и др. дж Под ред. Б.Е. Китаева.- М.: Радио и связь, 1988. 3. Опадчий Ю. Ф., Глудкин О. П., Гуров А. И. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник(Полный курс).- М.: Горячая линия–телеком, 1999 5
Работа 1 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Экспериментальное исследование основных характеристик нерегулируемых и регулируемых выпрямителей и сравнение их с теоретически рассчитанными. II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В работе исследуются нерегулируемые и регулируемые выпрямители с активной, активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузками, выпрямители с умножением напряжения. При выполнении работы следует ориентироваться на требования метрологического обеспечения, изложенные в приложении. III. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ А. Нерегулируемые выпрямители В работе исследуются однофазная однополупериодная и двухполупериодная (мостовая) схемы выпрямителей. Макет лабораторной установки (рис. 1) содержит трансформатор Тр, вентиль (вентили) выпрямителя, элементы нагрузки и переключатели П1–П3. Переключателем П1 коммутируется схема выпрямителя, П2 – характер нагрузки, П3 – сопротивление нагрузки. Последовательно с вентилем включен добавочный резистор Rдоб, к которому подключается осциллограф для измерения угла отсечки вентиля с емкостно-активной нагрузкой. Выпрямитель с удвоением напряжения содержит вентили V6, V7 и конденсаторы С1, С2. Когда переключатель П1 в положении 3, снимается напряжение с конденсатора С1, в положение П1–4 – с конденсаторов С1 и С2. Б. Регулируемый выпрямитель В работе исследуется двухфазная (со средней точкой) схема регулируемого выпрямителя (рис. 2, а). В качестве нелинейных элементов в выпрямителе используются тиристоры V1–V2 типа КУ201. Тиристоры управляются импульсами, которые вырабатываются в устройстве управления (формирователе) (рис. 2, б). Формирователь включает в себя вторичную обмотку трансформатора со средней точкой, фазосдвигающие элементы С, Rгр, Rточ, усилительограничитель на транзисторах V3–V4, на выходе которых включены дифференцирующие цепи С1, R5 и С2, R6. Диоды V5–V6 предназначены для ограничения импульсов управления отрицательной полярности. Питание усилителейограничителей осуществляется от мостовой схемы выпрямителя V7–V10 и сглаживающего фильтра RфСф. Формирователь управляющих сигналов вырабатывает синхронные с частотой сети импульсы управления для тиристоров; временами их расстановка зависит от величин сопротивлений резисторов Rгр и Rточ; их ручки выведены на переднюю панель макета. 6
IV. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ А. Нерегулируемые выпрямители 1. Выпрямители с активной нагрузкой. а) Снять временные графики напряжений. Включить однофазную однополупериодную схему выпрямителя, для чего установить переключатели в положения: П1–1, П2–1, П3–1. Последовательно с нагрузкой включить амперметр. Включить питание на выпрямитель.
Рис. 1. Принципиальные схемы нерегулируемых выпрямителей
Рис. 2. Принципиальная схема регулируемого выпрямителя на тиристорах (а), схема управления (б)
Просмотреть и зарисовать осциллограммы напряжений на входе выпрямителя и в нагрузке. Используя масштабные метки осциллографа, измерить максимальную величину импульса напряжения в нагрузке Umax Включить мостовую схему выпрямителя и снять осциллограмму напряжения в нагрузке. б) Измерить постоянную составляющую выпрямленного напряжения U0. К нагрузке включить вольтметр ВК7-9, подготовленный для измерения постоянного напряжения. Для однофазной однополупериодной и мостовой схем выпрямителей измерить постоянные составляющие выпрямленного напряжения U 0 . 7
Измеренные значения постоянных составляющих сравнить с расчетными: – для однофазной однополупериодной схемы U 0 = U max / π ,
(1)
U 0 = 2U max / π ,
(2)
– для мостовой схемы где U max измерено в п. 1, а. в) Снять внешнюю характеристику выпрямителя U 0 = f ( I 0 ). Включить мостовую схему выпрямителя. Изменяя сопротивление нагрузки от максимального до минимального (режим холостого хода исключить), фиксировать соответствующие значения тока в нагрузке I 0 и напряжение U 0 . г) Измерить коэффициенты пульсаций. По измеренному в п. 1, а максимальной величине импульса напряжения в нагрузке U max и измеренным в п. 1, б постоянным составляющим выпрямленного напряжения U 0 , рассчитать коэффициенты пульсаций по первым гармоникам: – для однофазной однополупериодной схемы – для мостовой схемы
K п = U max / 2U 0 ,
K п = U max / U 0 ⋅ m / π (sin π / m) ⋅ 2 / m 2 − 1 = U max / U 0 ⋅ 4 / 3π , где m – число фаз выпрямления (m = 2).
Измеренные значения коэффициентов пульсаций сравнить с теоретическими данными: для однофазной однополупериодной схемы Кп=1,57, для мостовой Кп=0,67. 2. Выпрямитель с активно-индуктивной нагрузкой. Снять временные графики напряжения. Включить однополупериодную схему выпрямителя. Установить П1–1, П2–2, П3–1. Включить осциллограф на вход выпрямителя. Установить развертку осциллографа, соответствующую одному периоду напряжения сети. Зарисовать эпюру входного напряжения. Переключить осциллограф на нагрузку Rн и зарисовать форму выходного напряжения. 3. Выпрямитель с активно-емкостной нагрузкой. а) Снять временные графики напряжений. Включить однополупериодную схему выпрямителя, установив П1–1, П2–3, П3–1. Снять осциллограмму выходного напряжения. Повторить операцию при увеличенной постоянной времени разряда конденсатора С3, установив П3–3. б) Снять зависимость угла отсечки выпрямителя от сопротивления нагрузки v = f ( Rн ). Включить однофазную однополупериодную схему выпрямителя. Снять осциллограмму напряжения на входе выпрямителя. Включить осциллограф к резистору Rдоб , предварительно отключив вольтметр ВК7-9 от нагрузки (в противном случае нагрузка будет закорочена через общий провод 8
заземления приборов). Измерить углы отсечки выпрямителя при трех значениях сопротивления нагрузки (П3–1–3). Выключить питание установки. Отключить осциллограф от резистора Rдоб . в) Измерить коэффициент пульсаций. Включить однофазную однополупериодную схему выпрямителя, переключатель П3–1. Вольтметром ВК7-9 измерить постоянную составляющую выходного напряжения, а по осциллографу – максимальное U max и минимальное U min значения напряжения пульсаций в нагрузке. Рассчитать коэффициент пульсаций по формуле: K п = (U max − U min ) / 2U 0 .
Изменить нагрузку, поставив переключатель П3–3, и повторить операции. По измеренным значениям угла отсечки (п. 3, б) рассчитать коэффициенты пульсаций по первой гармонике по следующей формуле: Kï =
1 0 − sin 0 cos 0 , cos 0 πrn mω c C
(3)
где rn – сопротивление потерь выпрямителя, Ом; m – число фаз выпрямления; ωc = 2πfc – круговая частота напряжения сети, рад/с; C – емкость конденсатора С3, Ф; 0 – угол отсечки, рад. Данные для расчета: rn = 10 Ом, m = 1 , ωc = 2πfc = 314 рад/с, C = 100 ⋅10 −6 Ф. г) Снять внешнюю характеристику U 0 = f ( I 0 ) . Установить П1–2, П2–3, П3–1. Измерить выпрямленный ток I 0 и выпрямленное напряжение U 0 . Повторить операции для П3–2 и 3. 4. Выпрямитель с умножением напряжения Измерить коэффициент умножения напряжения. Установить П1–3, П2–1, П3–4 (режим работы – холостой ход). Измерить выпрямленное напряжение на конденсаторе С1. Переключить П1 в положение П1–4 и повторить измерение. Б. Регулируемый выпрямитель 1. Снять регулировочную характеристику выпрямителя – зависимость выпрямленного напряжения U 0 от угла регулирования α: U 0 = f (α ) . На макете регулируемого выпрямителя установить П–1. Включить к нагрузке вольтметр ВК7-9 и осциллограф С1-72. Включить питание выпрямителя. Ручками Rгр и Rточ установить угол регулирования α=90о; При этом на осциллографе должен быть импульс выпрямленного напряжения в виде четверти синусоиды. Записать выпрямленное напряжение U 0 . С учетом масштаба развертки осциллографа установить α=45о, затем α=135о и зафиксировать соответствующие значения выпрямленного напряжения. При угле регулирования α=90о измерить выходное напряжение, включив индуктивность α и обратный вентиль (П–2). 2. Ознакомиться с работой формирователя импульсов управления. 9
Установить П–1. Установить угол регулирования α=90о. Снять осциллограммы напряжений в нагрузке, на коллекторах транзисторов V3–V4, на входных электродах тиристоров. По осциллографу измерить амплитуду и длительность импульсов запуска тиристоров. Выключить питание установки. V. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА В отчете привести метрологические характеристики средств и методов измерения, изложенных в приложении. А. Нерегулируемые выпрямители 1. а) Привести упрощенные принципиальные схемы выпрямителей. Представить временные графики напряжений. б) Привести постоянные составляющие выпрямленных напряжений по данным эксперимента и сравнить их с расчетными. в) Привести внешние характеристики выпрямителей с активной и активноемкостной нагрузками (а. 3, г). Указать причины различного характера внешних характеристик. г) Привести данные эксперимента по измерению коэффициентов пульсаций, сравнить их с теоретическими данными и пояснить уменьшение пульсаций для постовой схемы. 2. Привести осциллограммы напряжений на входе выпрямителя и нагрузке Rн. 3. а) Привести осциллограммы напряжений на входе выпрямителя и в нагрузке. Пояснить причину уменьшения пульсаций напряжения при увеличении постоянной времени разряда конденсатора. б) Привести график зависимости угла отсечки от сопротивления нагрузки. Дать краткое объяснение причины изменения угла отсечки. в) Привести данные измерений коэффициента пульсаций и данные расчета по формуле (3). Привести программу расчета коэффициента пульсаций на МК-56. 4. Привести данные измерений напряжений на конденсаторах С1 и последовательно соединенных С1 и С2. Сделать вывод о величине коэффициента умножения напряжения. Б. Регулируемый выпрямитель 1. Привести регулировочную характеристику выпрямителя. Дать объяснение изменению выходного напряжения при включении индуктивности дросселя и обратного диода. 2. Привести осциллограммы напряжений и параметры импульсов управления. Литература: [1], c. 73–108, 130–138, или [2], c. 113–164, [3], c. 465–474.
10
Работа 2 ИССЛЕДОВАНИЕ СГЛАЖИВАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Экспериментальное исследование основных характеристик сглаживающих фильтров и сравнение их с расчетными. II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В работе исследуются RC-, LC- и транзисторный фильтр, снимаются зависимости коэффициентов фильтрации, коэффициентов передачи постоянных составляющих напряжений и коэффициентов сглаживания от параметров элементов фильтров, а также внешние характеристики. При выполнении работы необходимо учитывать требования метрологического обеспечения, изложенные в приложении. III. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ Сглаживающие фильтры предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения до допустимого по техническим условиям уровня для данной функциональной аппаратуры. Основной характеристикой сглаживающего фильтра является коэффициент сглаживания, под которым понимается отношение коэффициента пульсаций на входе фильтра к коэффициенту пульсаций на выходе фильтра: K сгл = K пвх / K пвых = U m1вх / U m1вых ⋅ U вых 0 / U вх 0 .
Отношение амплитуд первых гармоник пульсаций на входе U m1вых фильтра называется коэффициентом фильтрации К ф = U m1вх / U m1вых .
Отношение постоянных составляющих выходного напряжения U вых 0 и входного U вх 0 называется коэффициентом передачи фильтра U вых 0 / U вх 0 .
Коэффициент фильтрации характеризует уровень подавления фильтром пульсаций, а коэффициент передачи – падение напряжения по постоянному току на включенном последовательно с нагрузкой элементе (или элементах) фильтра K сгл = K ф v .
Коэффициент фильтрации больше или много больше единицы, а коэффициент передачи меньше единицы. За счет коэффициента фильтрации коэффициент сглаживания больше или много больше единицы и чем он больше, тем выше качество фильтра. Для RC-фильтров v