Методические указания к лабораторной работе №1 Дисц. «Энергетическая электроника» (стр. 2 из 4)

Диоды для рассматриваемых применений базируются на технологиях Шоттки и сверхвысокочастотных технологиях. Для применений в высокочастотных узлах ключевых источников питания с высокими значениями протекающих токов выпускаются диоды с различными корпусами. Улучшенная геометрия кристалла низковольтных диодов Шоттки позволяет получить предельно высокие технические характеристики этих приборов для применения в высокочастотных низковольтных выходных цепях ключевых источников питания, в качестве обратных диодов, диодов защиты от изменения полярности и диодов для логических схем.

Рисунок 2 – Основные схемы однофазных выпрямительных устройств:

а) однополупериодная, б) мостовая, в) с выводом средней точки

Существуют три основные схемы реализации однофазных выпрямительных устройств, приведенные на рисунке 2.

При малых токах, отдаваемых в нагрузку, и невысоких требованиях к качеству выходного напряжения допустимо применять схему на рисунке 2а, в остальных случаях рекомендуется применять схемы на рисунках 2б и 2в, имеющие лучшие качественные показатели выходного напряжения и большую нагрузочную способность.

При необходимости получения на выходе выпрямительного устройства постоянного уровня напряжения с малыми пульсациями на выход выпрямителей включаются конденсаторы (рисунок 3). Часть длительности периода входного переменного напряжения конденсатор заряжается (при превышении мгновенного значения входного напряжения над уровнем напряжения на конденсаторе), а остальную часть времени периода – разряжается.

Рисунок 3 — Схема выпрямителя со сглаживающим конденсатором

Для обеспечения хорошей фильтрации помех, поступающих на вход выпрямительного устройства, устанавливают индуктивности последовательно с выходной цепью выпрямительного устройства. При этом высокочастотные помехи, возникающие при коммутациях в питающей сети, не попадают на выход выпрямителя и, соответственно, в нагрузку. Это особенно важно при питании полупроводниковых приборов. Только схемы однофазного двухполупериодного выпрямления потребляют из сети синусоидальный ток, не имеющий составляющих высших гармоник.

При оценке работоспособности выпрямительного устройства необходимо определить внешнюю характеристику, представляющую собой зависимость изменения среднего выходного напряжения от тока нагрузки. С учетом прямого сопротивления вентилей

и приведенного к вторичной обмотке сопротивления трансформатора можно получить выражение:

, где — количество одновременно открытых вентилей; — средние ток и напряжение на выходе выпрямителя;

— среднее выпрямленное напряжение холостого хода выпрямителя.

Таблица 1 — Основные соотношения для однофазных схем выпрямления при работе на активную нагрузку

Схема выпрямления
Однофазная Однополупериодная
Однофазная мостовая
Однофазная с выводом средней точки

где

— частота пульсаций выходного напряжения (тока); — коэффициент пульсаций ; — коэффициент пульсаций по первой гармонике ; — среднее значение выпрямленного тока; — обратное напряжение на диоде в закрытом состоянии.

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

3.1 Используя данные таблицы 1 Приложения А для заданного варианта рассчитать

, , , схемы однополупериодного выпрямления изображенной на рисунке 2 (в расчетах принимать R_в=0 Ом для идеального диода и R_в=0,5 Ом для неидеального диода);

3.2 Построить внешнюю характеристику выпрямителя

;

3.3 Для схемы, приведенной на рисунке 3, рассчитать

, , , , , принимая , . С учетом того, что ток через вентиль протекает в течении небольшой доли периода, заряжая конденсатор большой емкости С, постояная времени намного превышает . При этом время его заряда пренебрежимо мало по сравнению с временем его разряда (разряд осуществляется практически по линейному закону). При этом можно воспользоваться соотношениями:

а)

;

б)

;

в)

;

г)

;

д)

.

Изучение работы пассивных и активных фильтров осуществляется с помощью программы «WorkBench», работающей в среде Windows. После запуска программы необходимо с помощью манипулятора «мышь» открыть каталог, указанный преподавателем, и выбрать файл «Вентиль». Наводя курсор манипулятора «мышь» на нужные элементы схемы выпрямительных устройств и осуществляя быстрое двойное нажатие на его левую кнопку можно открывать окна «Properties» (свойства) и изменять параметры элементов. Изменение параметров элементов необходимо подтверждать нажатием кнопки «Enter» или щелчком по кнопке «Ok» в окне «Properties» данного элемента. Для измерения величин токов и напряжений на входе и выходе выпрямительного устройства нужно в наборе элементов «Instruments» выбрать «Multimeter» (мультиметр) и с помощью манипулятора мышь перенести его в окно открытого приложения. Последовательно наводя курсор «мыши» на одну из клемм измерительного прибора и удерживая нажатой ее левую кнопку осуществить его подключение к входным или выходным цепям исследуемой схемы выпрямительного устройства. Выбрав в наборе элементов «Instruments» (инструменты) измерительный прибор «Oscilloscope» (осциллограф) и выполняя действия, подобные действиям с «Multimeter», перенести его в окно открытого приложения. Дважды быстро нажать на значок «Oscilloscope» и установить масштабный коэффициент развертки по горизонтали у осциллографа 0,01 s/div (0,01 с/дел). Масштабный коэффициент развертки по вертикали нужно выбрать в соответствии с исходными данными расчетного варианта, указанного преподавателем. При работе с осциллографом можно использовать оба входа осциллографа и задавать для них различные масштабные коэффициенты развертки по вертикали (mV/div или V/div). В этом случае, для просмотра результатов измерения, удобно назначить различные цвета для наблюдаемых входных величин. Для этого необходимо навести курсор на одну из подходящих к осциллографу цепей дважды быстро нажать левую кнопку «мыши» и, в открывшемся окне свойств, нажав кнопку «Set Wire Color» выбрать цвет. Выбор цвета подтвердить нажатием кнопки «Ok». После подключения измерительных приборов курсором «мышь» нажать на клавишный переключатель «Activate simulation», находящийся в верхнем правом углу открытого приложения, и записать величины переменной и постоянной составляющих входных и выходных напряжений схемы исследуемого выпрямительного устройства. Для этого, дважды быстро нажав левую кнопку «мыши» на значке «Multimeter», на открывшейся панели свойств осуществить переключение между кнопками «

» и « ». Для просмотра временных диаграмм напряжений с помощью осциллографа необходимо таким же образом открыть его окно свойств. Используя кнопки «AC» (измерение только переменной составляющей напряжения) и «DC» (измерение переменной и постоянной составляющих напряжения), проанализировать работу выпрямительного устройства. Для остановки процесса измерения необходимо нажать клавишный переключатель «Activate simulation» еще один раз. В отчете по лабораторной работе необходимо привести исходные данные по варианту задания, схему исследуемого выпрямительного устройства, результаты измерений и выводы.