К другим разделам курса физики, электротехники

Электротехника

Примеры решения задач
Ядерная физика
Законы Ома
Лабораторные работы
Электротехника

Лабораторные

Материалы
Задачи по физике

Методика выполнения лабораторных работ по электротехнике

Выпрямитель состоит из четырех основных элементов: силового трансформатора, который трансформирует напряжение сети до величины, необходимой для получения заданного напряжения постоянного тока на выходе выпрямителя; системы вентилей, преобразующих переменный ток в постоянный; сглаживающего фильтра, который уменьшает пульсацию выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя; стабилизатора, который поддерживает неизменным напряжение на нагрузке при изменениях напряжения сети или сопротивления нагрузки. В зависимости от требований, предъявляемых к выпрямителю условиями работы нагрузки, сглаживающий фильтр и стабилизатор могут отсутствовать.

Простейшим однофазным выпрямителем является однополупериодный, схема которого представлена на рис. 3.

Если вентиль идеальный (его сопротивление в прямом направлении Rпр=0, а в обратном Rобр=), то при синусоидально изменяющемся вторичном напряжении трансформатора u2, ток в резисторе Rн появится только в те полупериоды напряжения u2, когда потенциал точки 1 будет положителен относительно точки 2, т.к. при таком напряжении вентиль открыт (рис.3). Когда потенциал точки 1 относительно точки 2 отрицательный, вентиль закрыт и ток в цепи вторичной обмотки трансформатора и в цепи нагрузки равен нулю. Таким образом, ток в резисторе пульсирует и появляется только в один из полупериодов напряжения u2.

Т.к. сопротивление вентиля в прямом направлении Rпр=0, в положительный полупериод  напряжения падение напряжения на вентиле  и как следует из второго закона Кирхгофа для контура вторичной обмотки u2 = uн. В отрицательный полупериод напряжения u2, ток нагрузки iн=0 (рис. 4) и, как вытекает из второго закона Кирхгофа для контура вторичной обмотки трансформатора, uобр.=u2, а максимальное значение обратного напряжения Um обр.=U2m. Выпрямители характеризуются средними выпрямленными значениями напряжений и токов, т.е. средними арифметическими значениями из всех их мгновенных значений за период:

.

(1)

После интегрирования получим:

.

(2)

Аналогично для тока:

.

(3)

Переходя от амплитудного значения напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора к действующему, будем иметь:

.

(4)

Действующее значение выпрямленного тока - среднее квадратичное его значение за период, т.е.

=,

(5)

т.к. ток во вторичной обмотке трансформатора и через вентиль протекает в течение только одного полупериода, верхний предел интегрирования будет равным Т/2.

После интегрирования получим:

.

(6)

Совместное решение уравнений (3) и (6) относительно (1) дает:

.

(7)

Электрические параметры выпрямителей определяют выбор вентилей для них. Выпрямители надежно работают только в том случае, когда параметры вентилей превышают параметры выпрямителей. Поэтому при подборе вентиля для выпрямителя необходимо, чтобы его максимальное допустимое обратное напряжение Um.обр.доп. (приводится в паспорте вентиля) было больше расчетного значения обратного напряжения, т.е. должно выполняться условие Um.обр.допUm.обр.=U2m, а с учетом соотношения (2):

.

(8)

Необходимо также, чтобы максимальное значение выпрямленного тока вентиля (приводится в паспорте вентиля) было больше расчетного значения, т.е. должно выполняться условие:

.

(9)

Из рис. 4 видно, что напряжение на нагрузке достигает максимума один раз за период. Следовательно, частота пульсации напряжения на нагрузочном резисторе в однополупериодной схеме равна частоте источника энергии. Большая пульсация выпрямленного напряжения является одним из основных недостатков однополупериодного выпрямителя. Другим - недостаточное использование трансформатора по току, т.к. среднее значение выпрямленного тока, как видно из уравнения (7), значительно меньше действующего значения тока вторичной обмотки трансформатора.

Рис. 5

Указанных недостатков лишены двухполупериодные выпрямители, в которых используются оба полупериода напряжения источника энергии. Наиболее распространенная мостовая схема двухполупериодного выпрямителя приведена на рис. 5.


На главную сайта Dvoika.net