CW1L.pdf
(
241 KB
)
Pobierz
Politechnika Gdańska
Katedra Inżynierii Elektrycznej Transportu
Wydział Mechaniczny
Kierunek: MECHATRONIKA
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
Ćwiczenie 1
Diody półprzewodnikowe i ich zastosowanie - prostowniki
Gdańsk, 2008
1. Cel ćwiczenia
• zapoznanie się z zasadą przekształcania AC/DC;
• zapoznanie się z zasadą działania prostownika jednopulsowego;
• zapoznanie się z zasadą działania prostownika dwupulsowego;
• badanie wpływu filtra wyjściowego na działanie prostownika;
• badanie wpływu zmiany obciążenia na działanie prostownika;
• pomiar wartości średnich, skutecznych, maksymalnych;
• wykonanie prostych, praktycznych pomiarów oscyloskopowych.
2. Wstęp
Wszystkie urządzenia elektryczne muszą być zasilane. Najdogodniejsze jest zasilanie
wprost z sieci elektroenergetycznej, bezpośrednio lub za pośrednictwem transformatora.
Znaczna część urządzeń wymaga jednak zasilania napięciem stałym. Używa się wtedy
zasilaczy napięcia (prądu) stałego.
Zasilacz składa się zazwyczaj transformatora sieciowego, prostownika i filtru. W
zasilaczach stabilizowanych, między filtrem a odbiornikiem, znajduje się stabilizator napięcia
lub prądu stałego. Zakres mocy zasilaczy napięcia jest bardzo szeroki – od kilku watów do
kilkuset kilowatów.
Prostowniki, w zależności od struktury i liczby faz zasilającego napięcia
przemiennego, dzieli się na jedno- i wielofazowe (np. trójfazowe). Jeśli napięcie podlega
prostowaniu w czasie jednego tylko półokresu każdej z faz, to prostownik nazywamy
półfalowym (jednopołówkowym). Jeżeli natomiast napięcie jest prostowane w czasie obu
półokresów, to prostownik jest nazywany całofalowym (dwupołówkowym).
Biorąc pod uwagę charakter obciążenia, rozróżnia się prostowniki z obciążeniem
rezystancyjnym, pojemnościowym, indukcyjnym.
Najważniejszymi wielkościami charakteryzującymi prostownik są:
• napięcie zasilania
U
2
;
• składowe stałe napięcia wyjściowego
U
os
i prądu wyjściowego
I
os
;
• wartość skuteczna napięcia wyjściowego
U
o
;
• dopuszczalny prąd wyjściowy
I
os max
;
• sprawność energetyczna (mocowa) η
p
, obliczona jako stosunek mocy prądu stałego na
wyjściu
P
o
do mocy pozornej prądu zmiennego na wejściu
S
2
;
• współczynnik tętnień
k
t
, zdefiniowany jako stosunek amplitudy napięcia na wyjściu
U
om
i
składowej stałej
U
os
;
• maksymalna wartość napięcia wstecznego
U
RM
, które występuje na elemencie
prostowniczym.
Istotna jest również charakterystyka wyjściowa (obciążeniowa), czyli zależność
składowej stałej napięcia wyjściowego od składowej stałej prądu wyjściowego.
Najprostszy prostownik półfalowy (jednopołówkowy) jednofazowy z obciążeniem
rezystancyjnym stanowi dioda
D
włączona w szereg z rezystorem
R
o
. Dioda przewodzi, gdy
napięcie na niej jest dodatnie, tzn. anoda ma wyższy potencjał niż katoda. Jeżeli napięcie
zasilające jest sinusoidalne:
u
2
=
U
2m
sinω
t
, to prąd płynie przez obciążenie tylko przez pół
okresu tego napięcia (rys. 1).
Składowe stałe napięcia wyjściowego
U
os
i prądu wyjściowego
I
os
wynoszą
odpowiednio:
U
U
U
=
;
I
=
(1)
2
m
2
m
os
os
π
πR
o
2
a)
b)
u
2
T
D
T
2
T
2T
t
i
o
u
o
u
D
i
o
U
os
u
1
R
o
u
2
u
o
t
u
D
t
U
Rm
Rys. 1. Prostownik jednofazowy półfalowy z obciążeniem rezystancyjnym: a) schemat; b)
przebiegi napięć i prądu w układzie
Częściej używa się bardziej złożonych układów prostowniczych, mających lepsze
właściwości. Jednym z takich układów jest prostownik dwupołówkowy z obciążeniem
rezystancyjnym. Realizuje się go często w postaci diod połączonych w układzie mostkowym
– tzw. mostek Graetza (rys. 2.).
u
2
i’
o
i
*
o
T
MP
T
2
T
2T
t
i
*
o
u
2
u
1
t
i’
o
t
u
o
u
o
i
o
U
os
i
o
t
Rys. 2. Schemat prostownika całofalowego z obciążeniem rezystancyjnym oraz przebiegi
napięć i prądów w układzie mostkowym Graetza
W układzie Graetza w czasie półfali dodatniej napięcia wejściowego prąd płynie przez
uzwojenie wtórne, jedną parę diod (
i
*
o
) i obciążenie
R
o
, natomiast przy półfali ujemnej –
przez uzwojenie wtórne drugą parę diod mostka (
i’
o
) i obciążenie
R
o
.
Składowe stałe napięcia wyjściowego
U
os
i prądu wyjściowego
I
os
wynoszą
odpowiednio:
3
2
U
2
U
U
=
2
m
;
I
=
2
m
(2)
os
os
π
πR
o
W celu poprawy własności układów prostowniczych stosuje się w nich elementy
reaktancyjne
L
,
C
. Spełniają one dwa podstawowe zadania: zmniejszają tętnienia oraz
magazynują energię, podczas gdy zmienne napięcie prostowane ma dużą wartość, by zwrócić
ją do obciążenia w czasie, gdy napięcie to maleje. Elementy te dołącza się w dwojaki sposób:
pojemnościowe – równolegle do obciążenia, a indukcyjne – w szereg z obciążeniem.
Otrzymuje się w ten sposób prostowniki z obciążeniem rezystancyjno-pojemnościowym oraz
z obciążeniem rezystancyjno-indukcyjnym.
W układzie prostowniczym półfalowym z obciążeniem rezystancyjno-
pojemnościowym w stanie ustalonym, w czasie trwania dodatniej półfali napięcia
wejściowego kondensator
C
doładowuje (rys. 3). Gdy wartość zmiennego napięcia
zasilającego u
2
zrównuje się z wartością napięcia u
o
ładowanie ustaje. Kiedy napięcie
u
2
zmaleje (
u
2
<
u
o
), wtedy dioda
D
przestaje przewodzić i następuje rozładowanie kondensatora
C
przez rezystancję obciążenia
R
o
. Proces ten trwa dopóty, dopóki napięcie
u
2
w następnym
cyklu nie zrówna się z napięciem
u
o
na kondensatorze, po czym następuje doładowywanie
kondensatora itd.
D
T
u
i
o
T
2
T
2T
u
1
R
o
t
u
2
C
u
o
Rys. 3. Prostownik półfalowy z obciążeniem rezystancyjno-pojemnościowym
3. Przebieg ćwiczenia
Badanie układu prostownika jednopulsowego – schemat na rys. 1, oraz dwupulsowego
(mostek Graetz’a) – schemat na rys. 2, zasilanych napięciem sinusoidalnym z transformatora,
przy obciążeniu: rezystancyjnym (
R
), pojemnościowym (
C
) oraz bez obciążenia. Dla
powyższych przypadków należy dokonać pomiaru wartości średniej napięcia i prądu
wyjściowego dla różnych rezystancji obciążenia i różnych wartości pojemności filtra
wyjściowego. Dodatkowo należy obserwować przy pomocy oscyloskopu (odrysować)
przebiegi napięcia w różnych punktach obwodu (wg wskazań prowadzącego). Na podstawie
przeprowadzonych pomiarów należy określić wartości maksymalne, średnie i skuteczne oraz
poziom tętnień napięcia oraz wyznaczyć charakterystykę
U
wy
= f(
I
wy
). Widok zestawu
laboratoryjnego do badania prostowników jednofazowych przedstawiono na rys. 4.
4
C
4
C
2
MP
R
1
R
2
C
1
C
3
D
BNC
Rys. 4. Laboratoryjny zestaw do badania prostowników jednofazowych
5
Plik z chomika:
piterek_17
Inne pliki z tego folderu:
Rozwiazania do Z_WM_.PDF
(15226 KB)
Z_WM_0.pdf
(268 KB)
Z_WM_1.pdf
(229 KB)
Z_WM_2.pdf
(164 KB)
Sprawozdanie przetworniki elektroniczne cw7.doc
(6589 KB)
Inne foldery tego chomika:
Hydraulika i Pneumatyka
Mechanika
Metrologia
Obróbka skrawaniem
Przetwórstwo tworzyw sztucznych
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin