prostownik_dwupolowkowy.pdf

Temat: Badanie prostownika dwupołówkowego.

Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i prostownika

dwupołówkowego oraz sposobami zmniejszania wpływu tętnienia prądu na

działanie i parametry prostownika.

Część teoretyczna:

Prostownik jest to element lub zestaw elementów elektronicznych służący do zmiany napięcia

przemiennego na napięcie jednego znaku, które po dalszym odfiltrowaniu może być

zmienione na napięcie stałe. Prostowniki możemy podzielić na jednopołówkowe

(półokresowe) i dwu połówkowe (całookresowe).

Prostowniki dwupołówkowe umożliwiają wykorzystanie

mocy źródła napięcia przemiennego przez cały okres.

Napięcie wyjściowe takiego prostownika charakteryzuje

się mniejszymi tętnieniami niż w przypadku

prostowników jednopołówkowych. Jedyną wadą jest to,

że układ elektryczny jest nieznacznie bardziej

skomplikowany. Układ mostkowy, tzw. mostek Graetza,

wykorzystuje cztery diody prostownicze, i pozwala na

prostowanie napięcia z dowolnego źródła przemiennego.

Istnieje również konstrukcja oparta na dwóch diodach,

jednak wymaga ona specjalnego zasilania - uzwojenie wtórne transformatora musi być

podzielone na dwie jednakowe części. Obecnie układy takie stosuje się niezwykle rzadko,

ponieważ koszt dzielonego uzwojenia jest znacznie większy niż koszt diod użytych w

układzie mostkowym.

Obecnie jednym z najczęściej stosowanych

prostowników jednofazowych jest mostek Graetza.

Proces prostowania napięcia przebiega w dwóch etapach.

W pierwszej połówce okresu przewodzą tylko dwie diody

tak jak to pokazano na rysunku obok (pozostałe dwie

diody są spolaryzowane zaporowo). W drugiej połówce

okresu sytuacja ulega odwróceniu - przewodzą dwie

pozostałe diody . Napięcie wejściowe jest napięciem

przemiennym czyli zmienia swój kierunek na dodatni i

ujemny, natomiast układ mostka jest tak

skonstruowany, że napięcie wyjściowe jest

jednokierunkowe - płynie tylko w kierunku dodatnim

(patrz również rysunek powyżej). Pomimo faktu, że napięcie wyjściowe prostownika jest

jednokierukowe to jednak nie jest ono napięciem stałym i wykazuje znaczne tętnienie -

dlatego też prostowniki najczęściej stosuje się z odpowiednimi filtrami dolnoprzepustowymi

wygładzającymi przebieg.

Przebieg napięcia wyjściowego prostownika

dwupołówkowego

Mostek Graetza

Prąd tętniący – prąd elektryczny okresowo zmienny,

którego wartość średnia całookresowa w ciągu jednego

okresu jest różna od zera. Oznacza to, że taki prąd posiada

składową stałą.

Najczęściej spotykanym przykładem prądu tętniącego jest

prąd płynący z prostownika prądu przemiennego przed

odfiltrowaniem składowej zmiennej. Niemniej jednak

Rodzaje zmienności prądu

prądy tętniące powstają również w przypadku zasilania napięciem stałym układu, który

generu je zmienne obciążenia.

W praktyce prądy tętniące są raczej niepożądanym zjawiskiem, ponieważ dąży się albo do

uzyskania prądu (napięcia) przemiennego (składowa zmienna = 100 %, składowa stała = 0

%), lub też napięcia stałego (składowa zmienna = 0 %, składowa stała = 100 %). Dlatego też

stosuje się wszelkiego rodzaju układy filtrujące, które mają za zadanie tłumić wahania

wartości natężenia prądu. Najprostszym sposobem filtrowania jest szeregowa cewka lub

równoległy kondensator. Każdy z tych elementów magazynuje energię, która jest oddawana

w momencie obniżenia prądu (względnie napięcia). Powoduje to zmniejszenie amplitudy

zmian prądu płynącego w obwodzie. Powoduje to oczywiście przepływ prądów zmiennych

wewnątrz takiego układu filtrującego. Z uwagi na to do filtrowania prądów tętniących muszą

być stosowane specjalnie zaprojektowane cewki i kondensatory, ponieważ przy bardzo

dużych wartościach prądów wewnętrznych mogłoby dojść do uszkodzenia takiego elementu.

Do podstawowych parametrów prostowników należą:

• Sprawność napięciowa η u – stosunek napięcia wyjściowego do napięcia na wyjściu

prostownika;

• Sprawność energetyczna η p – stosunek mocy wydzielanej w obciążeniu do mocy

źródła;

• Współczynnik tętnień k t – stosunek wartości skutecznej składowej zmiennej napięcia

wyjściowego do wartości składowej stałej napięcia na wyjściu prostownika;

• Rezystancja wyjściowa;

• Współczynniki kształtu: K 1 – stosunek wartości składowej stałej napięcia

wyjściowego do jego wartości szczytowej, K 2 – stosunek wartości skutecznej napięcia

wyjściowego do jego wartości szczytowej;

• Maksymalne napięcie wsteczne.

Rozpoczęcie części praktycznej:

Dane do badania:

1. generator funkcyjny z kompletem przewodów,

2. karta pomiarowa nr SO4201-8D,

3. dwukanałowy oscyloskop z kompletem przewodów pomiarowych,

4. woltomierz,

5. zestaw przewodów połączeniowych.

I. Wykaz działań:

1. sprawdzenie stanowiska pod kątem przepisów BHP i PPOŻ;

2. zapoznanie się z dokumentacją techniczną używanych urządzeń, w szczególności

parametrów zasilania oraz sposobów bezpiecznego użytkowania;

3. zaprojektowanie schematów układów pomiarowych;

4. sporządzenie tabel pomiarowych;

5. połączenie układów pomiarowych;

6. dokonanie niezbędnych pomiarów;

7. zapisanie wyników pomiarów do tabel;

8. wykreślenie charakterystyk;

9. obliczenie parametrów obliczalnych lub odczytanie parametrów wykreślnych z

charakterystyk;

10. wyciągnięcie wniosków;

11. zapisanie wniosków.

Schemat układu do badania:

II. Schematy układów pomiarowych:

schemat pomiarowy nr I

III. rozpoczęcie pomiarów:

1. Badanie prostownika jednopołówkowego obciążonego różnymi wartościami

rezystancji R:

a) zmontowanie pierwszego schematu pomiarowego;

b) ustawienie parametrów przyrządów i uruchomienie przyrządów:

- generator funkcyjny: amplituda sygnału: 94% 1:1, kształt sygnału: sinusoida,

częstotliwość 50 Hz,

- woltomierz 1: 1-10 V DC/przełącznik zakresu jak opisano w procedurze

- woltomierz 2: 1-10 V DC/przełącznik zakresu jak opisano w procedurze;

c) ustawienie obciążenia zasilacza na 330 Ω;

d) połączenie X11 z X14 oraz X12 z X15 na karcie pomiarowej;

e) dokonanie pomiarów wartości podanych w tabeli pomiarowej nr 1;

f) wpisanie wartości do tabeli pomiarowej nr 1;

g) obliczenie parametrów obliczalnych.

Napięcie wyjściowe U d AV

4,1 V

Napięcie wyjściowe U d RMS

4,8 V

Napięcie wyjściowe U d AC RMS

2,5 V

Tętnienie

60,97%

Współczynnik kształtu

1,11

tabela pomiarowa numer 1

Przykłady obliczeń:

w = U d _ AC _ RMS

U d _ AV

⋅100% = 2,5 V

4,1 V ⋅100% = 60.97%

w = U d _ AC _ RMS

0,9 U AC _ RMS

2,5 V

0,9 ⋅ 2,5 V =

2,5 V

2,25 V ≈1,11

2. Badanie wpływu układów wygładzających napięcie na parametry prostownika:

a) układ pozostawiamy taki jak przy poprzednich pomiarach;

b) ustawienie parametrów przyrządów:

- generator funkcyjny: amplituda sygnału: 94% 1:1, kształt sygnału: sinusoida,

częstotliwość 50 Hz,

- woltomierz 1: 1-10 V DC/przełącznik zakresu jak opisano w procedurze,

- woltomierz 2: 1-10 V DC/przełącznik zakresu jak opisano w procedurze;

c) uruchomienie przyrządów;

d) włączenie do układu elementów wygładzających zgodnie z zaleceniami podanymi

w tabeli nr 2 oraz o wartościach:

- C = 100µF

- L = 3900µH

e) odczytanie i wpisanie do tabeli wartości napięć;

f) obliczenie współczynnika tętnień.

R i C

R i LC

Napięcie wejściowe U AC RMS

7,1 V

7,0 V

Napięcie wyjściowe U d AV

5,0 V

7,5 V

7,4 V

Napięcie wyjściowe U d RMS

5,8 V

7,5 V

7,4 V

Napięcie wyjściowe U d AC RMS

2,9 V

0,5 V

0,4 V

Tętnienie

58%

0,0667%

0,0541%

Tabela pomiarowa numer 2

Przykład obliczeń:

w = U d _ AC _ RMS

U d _ AV

⋅100% = 2,9 V

5 V

⋅100% = 58%

3. Badanie wpływu układów wygładzających napięcie na przebiegi napięć

prostownika:

a) układ pozostawiamy taki jak przy poprzednich pomiarach;

b) ustawienie parametrów przyrządów:

- generator funkcyjny: amplituda sygnału: 70% 1:1, kształt sygnału: sinusoida,

częstotliwość 50 Hz,

- oscyloskop: kanał A: 2V/dz., sprzężenie w kanale DC; kanał B: 2v/dz,

sprzężenie DC; Tryb X/T, 5ms/dz., wyzwalanie w kanale A.

c) uruchomienie przyrządów;

d) włączenie do układu elementów wygładzających zgodnie z zaleceniami podanymi

przy przebiegach.

e) odczytanie i zapisanie przebiegów;

f) obliczenie współczynnika tętnień.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: