Prostowniki. 1. Cel ćwiczenia. 2. Budowa układu.

Transkrypt

1 Prostowniki. Cel ćwiczenia. Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i właściwościami podstawowych układów prostowniczych: prostownika jednopołówkowego, dwupołówkowego z dzielonym uzwojeniem transformatora oraz prostownika mostkowego.. Budowa układu. Schemat prostowników przedstawiono na Rys.. Każdy z typów prostownika (jednopołówkowy, dwupołówkowy z dzielonym uzwojeniem, mostkowy) może być zmontowany na płytce przedstawionej na Rys.. Na wejście prostownika podłączyć należy transformator zgodnie z Rys., a na wyjście obciążenie w postaci opornika dużej mocy. TR B J D Uwyj D C WEJŚCIE 3 C C J R0 TRNSFORMTOR R WYJŚCIE 0.47 / 5W TR B D C TRNSFORMTOR J 3 WEJŚCIE D D R C Uwyj C J WYJŚCIE R / 5W TR B D J 3 WEJŚCIE D4 D3 D D C Uwyj Uwyj C J R0 C TRNSFORMTOR R 0.47 / 5W WYJŚCIE Rys.. Schemat prostownika: (a) - jednopołówkowego, (b) - dwupołówkowego z dzielonym uzwojeniem, (c) - mostkowego..

2 K K 0 0 K 3 K Rys.. Widok płytki drukowanej prostownika. Na płytce zmontować można dowolny z prostowników z Rys.. Widok od strony elementów Bezpiecznik Bezpiecznik ~30V.. C B Uzwojenie wtórne D Uzwojenie wtórne Rys.3. Widok transformatora sieciowego.

3 3. Przygotowanie do zajęć. UWG: Czas przygotowania do zajęć szacuje się na 3 do 6 godzin. 3.. Materiały źródłowe [] Materiały Laboratorium i Wykładów Zespołu Układów Elektronicznych. [] U. Tietze, Ch. Schenk, Układy półprzewodnikowe, WNT, Warszawa, 996, s [3] P. Horowitz, W. Hill, Sztuka elektroniki, WKiŁ, Warszawa, 003, s [4] J. J. Car, Zasilanie urządzeń elektronicznych, BTC, Warszawa, 004, s [5] R. Kisiel, Podstawy technologii dla elektroników, Warszawa, 005, s Pytania kontrolne. Co to jest prąd i napięcie skuteczne?. Co to jest prąd i napięcie średnie? 3. Co to jest moc czynna? 4. Co to jest współczynnik szczytu napięcia lub prądu? 5. Co to jest współczynnik kształtu napięcia lub prądu? 6. Co to jest współczynnik mocy prostownika? 7. Naszkicować schematy i wyjaśnić zasadę działania prostowników: jednopołówkowego, dwupołówkowego, mostkowego. 8. Naszkicować przebiegi napięć i prądów prostownikach z obciążeniem rezystancyjnym i rezystancyjno-pojemnościowym. 9. Jakie jest maksymalne napięcie wsteczne na diodach w poszczególnych prostownikach? 0. Jakie jest napięcie biegu jałowego w poszczególnych prostownikach?. Jak zależy napięcie tętnień od pojemności filtra i obciążenia? 3.3. Zadanie projektowe Dla danego typu prostownika (jednopołówkowy, dwupołówkowy, mostkowy) należy obliczyć wszystkie parametry prostownika [] i graficzną [] (zamiast metody graficznej można zastosować symulację komputerową). nanieść do odpowiednich Tabel -x (razem sześć tabel). y jakie należy obliczyć to: - 0V - napięcia średnie biegu jałowego (prostownika bez obciążenia), - V średnie napięcie wyjściowe, - MIN minimalną wartość napięcia wyjściowego, - RMS skuteczne napięcie wyjściowe, - MX maksymalną wartość napięcia wyjściowego, - RIP(PP) międzyszczytową wartość napięcia tętnień, 3

4 - I0V średni prąd obciążenia równy średniemu prądowi diod, W prostownikach dwupołówkowych każda dioda będzie miała prąd średni razy mniejszy; - MX - powtarzalna wartość szczytowa prądu diod, - SURGE (ang. inrush current or input surge current) maksymalny prąd diody przy załączaniu, - RMS prąd skuteczny diod, W prostownikach dwupołówkowych każda dioda będzie miała prąd skuteczny razy mniejszy od prądu skutecznego transformatora; - PRs moc czynna wydzielana na rezystancji uzwojeń transformatora, - CF (ang. crest factor) współczynnik szczytu prądu diody = ; - FF (ang. form factor ) współczynnik kształtu prądu diody = RMS/ V; - Δt czas przewodzenia diody, - η współczynnik mocy (ang. power factor) na wejściu prostownika. należy wykonać dla: - prostownika bez pojemności filtrujących i dla obu rezystancji obciążenia R0 = R0 i R0 = R0, oraz czterech kombinacji pojemności filtrujących oraz rezystancji obciążenia: - pojemność filtrująca C = C (wybrać pojemność mniejszą) i rezystancja obciążenia R0 = R0, - pojemność filtrująca C = C, rezystancja obciążenia R0 = R0, - pojemność filtrująca C = C + C, rezystancja obciążenia R0 = R0, - pojemność filtrująca C = C + C, rezystancja obciążenia R0 = R0. Należy przyjąć następujące parametry transformatora sieciowego (dostępnego na stanowisku laboratoryjnym): - napięciu skuteczne biegu jałowego URMS =.5V, - przekładnia n = 8.4, - rezystancji uzwojenia pierwotnego Rpierwotne = 300 Ω - rezystancji uzwojenia wtórnego Rwtorne = 3,8 Ω. Uwaga: w obliczeniach, do wyznaczonej na podstawie podanych powyżej parametrów wartości rezystancji wewnętrznej transformatora R S, należy dodać wartość rezystora monitorującego prąd (na schemacie R = 0.47 Ω) R S = R S + 0,47 Ω. 4. Przebieg ćwiczenia: 4.. Wyznaczanie rezystancji wewnętrznej uzwojenia wtórnego transformatora (RS) Transformator z punktu widzenia zacisków wyjściowych jest dwójnikiem, który (z twierdzenia Thevenina!!!!) można przedstawić jako źródło napięciowe z rezystancja wewnętrzną (Rys.4 ). 4

5 0 E-U n: IL ~30V E RS U =E E RS U RL Rys. 4. Transformator sieciowy i równoważny mu schemat zastępczy uzwojenia wtórnego Pomiar rezystancji RS polega na pomiarze siły elektromotorycznej E za pomocą woltomierza o bardzo dużej rezystancji wewnętrznej (uniwersalny miernik cyfrowy ma rezystancje rzędu 0MΩ). Na zaciskach transformatora nieobciążonego otrzymujemy wynik U =E (końcówki transformatora i B lub para C i D Rys.3 ). Po obciążeniu transformatora znaną rezystancją RL, o wartości rzędu 50 do 00Ω, mierzymy napięcie U. W tym pomiarze otrzymamy wynik mniejszy o spadek napięcia na rezystorze RS. Spadek ten wynosi skąd: ' E U" = R S I L ' E U" U ' U " U ' U " U ' U " RS = = = = RL I I U" L L U" RL Dokładną wartość rezystancji obciążenia RL należy zmierzyć miernikiem uniwersalnym. należy zebrać w Tabeli. Uwaga: rzeczywista wartość rezystancji szeregowej prostownika musi być powiększoną o rezystancję R=0,47Ω wlutowaną na płytce prostownika, przeznaczoną do pomiaru prądu diod. RS =R S Ω. 4.. Montowanie układu i pomiary. Zmontować należy prostownik, którego parametry zostały obliczone i bez pojemności filtrujących.. Na wejście podłączyć transformator, a na wyjście obciążenie R0 i włączyć zasilanie. 3. Za pomocą oscyloskopu zaobserwować napięcie wejściowe i wyjściowe prostownika oraz prąd obciążenia (można przyjąć, że prąd odpowiada napięciu wyjściowemu Iwyj=Uwyj/Robc). 4. Korzystając z oscyloskopu i funkcji pomiary zmierzyć parametry i nanieść wyniki do odpowiedniej Tabeli -x. 5. Wydrukować przebieg napięcia wyjściowego i prądu diody dla wypełnianej Tabeli -x. 6. Pomiar prądu SURGE może zostać wykonany z zastosowaniem funkcji pojedynczego wyzwalania oscyloskopu i włączania układu (transformatora); należy wydrukować jeden z zaobserwowanych przebiegów. 7. Czas przewodzenia diody można zmierzyć za pomocą funkcji kursory oscyloskopu. 8. Powtórzyć pomiary do 5 dla obciążenia R0. 5

6 9. Wlutować pojemność C (mniejszą) i zaobserwować napięcie wyjściowe oraz prąd ładowania kondensatora (pomiar spadku napięcia na rezystorze R=0,47 Ω). 0. Używając funkcji pomiary oscyloskopu uzupełnić dane w odpowiedniej Tabeli -x dla C-R0, C-R0,. Wlutować kondensator C i wykonać pomiary dla (C+C)-R0, (C+C)-R0,. Wypełnić 6 tabel z pośród tabel -x. 5. Wnioski. Dla układu z filtrem pojemnościowym należy: a. Wymienić parametry, które zmieniają się zgodnie z przewidywaniami teoretycznymi, przy wzroście pojemności filtrującej oraz przy wzroście obciążenia (zmniejszeniu rezystancji obciążającej). b. Wymienić parametry, które zmieniły się lub nie zmieniły się i było to niezgodnie z przewidywaniami teoretycznymi.. Porównać parametry układu bez filtra pojemnościowego z parametrami układu z filtrem. 3. Jak zmieniają się współczynnik mocy i współczynniki szczytu oraz kształtu prądu diody? Tabela. Pomiar rezystancji wewnętrznej transformatora. U = E U E U RL [Ω] I L R S [Ω] R S [Ω] obliczone 6

7 Tabela -j. obliczeń i. Siła elektromotoryczna skuteczna transformatora E=.., rezystancja wewnętrzna transformatorar S=...[ Ω] Prostownik jednopołówkowy bez filtra pojemnościowego R 0 = R0 =...[Ω] Pomiarów - 7 -

8 Tabela -j. obliczeń i. Siła elektromotoryczna skuteczna transformatora E=.., rezystancja wewnętrzna transformatorar S=...[ Ω] Prostownik jednopołówkowy bez filtra pojemnościowego R 0 = R0 =...[Ω] - 8 -

9 Tabela -d. obliczeń i. Siła elektromotoryczna skuteczna transformatora E=.., rezystancja wewnętrzna transformatorar S=...[ Ω] Prostownik dwupołówkowy bez filtra pojemnościowego R 0 = R0 =...[Ω] - 9 -

10 Tabela -d. obliczeń i. Siła elektromotoryczna skuteczna transformatora E=.., rezystancja wewnętrzna transformatorar S=...[ Ω] Prostownik dwupołówkowy bez filtra pojemnościowego R 0 = R0 =...[Ω] - 0 -

11 Tabela -3. obliczeń i. Siła elektromotoryczna skuteczna transformatora E=.., rezystancja wewnętrzna transformatorar S=...[ Ω] C = C =...[μf] (najmniejsza wartość) R 0 = R 0=...[Ω] [v] - -

12 Tabela -4. obliczeń i. Siła elektromotoryczna skuteczna transformatora E=.., rezystancja wewnętrzna transformatorar S=...[ Ω] C =C+C=...[μF] R 0 = R 0=...[Ω] - -

13 Tabela -5. obliczeń i. Siła elektromotoryczna skuteczna transformatora E=.., rezystancja wewnętrzna transformatorar S=...[ Ω] C = C =...[μf] (najmniejsza wartość) R 0 = R 0 =...[Ω] - 3 -

14 Tabela -6. obliczeń i. Siła elektromotoryczna skuteczna transformatora E=.., rezystancja wewnętrzna transformatorar S=...[ Ω] C =C+C=...[μF] R 0 = R 0 =...[Ω] - 4 -

15 Tabela -zbiorcza. obliczeń i. Siła elektromotoryczna skuteczna transformatora E=.., rezystancja wewnętrzna transformatorar S=...[ Ω] Bez filtra pojemnościowego C =...[μf] (najmniejsza wartość) C =...[μf] C =...[μf] (najmniejsza wartość) C =...[μf] R 0=.[Ω] R 0=...[Ω] R 0 =...[Ω] R 0 =... [Ω] R 0 =... [Ω] R 0 =... [Ω] MX/RM S - 5 -