Лабораторный практикум по курсам “Физические основы электроники” и ”Силовая электроника” (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

 

ЮЖНО-РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(НОВОЧЕРКАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ)

кафедра “ ЭЛЕКТРОПРИВОД И АВТОМАТИКА”

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

по курсам

“Физические основы электроники”

и ”Силовая электроника”

Учебно – методическое пособие

НОВОЧЕРКАССК 2005

УДК 621

БКК 32.85 Я 73

Т 26

Рецензент канд. техн. наук, доцент

Т 26

Твердохлебов, Н. Ф. Лабораторный практикум по курсам “Физиче-ские основы электроники” и “Силовая электроника” [Текст]: учеб.-метод. пособие / . – Мин-во образования и науки РФ, Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2005. – 76 c.: ил.–Библиогр.: с. 75; 100 экз.

В пособии дано описание универсального лабораторного стенда и методические указания к выполнению экспериментальных исследований основных элементов и устройств промышленной электроники, позволяющие освоить методы и приобрести навыки определения их основных параметров и характеристик. Пособие содержит необходимые теоретические сведения, формулировку задания, описание порядка выполнения и контрольные вопросы к лабораторным работам.

Предназначено для подготовки и выполнения студентами специальности 140604 “Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов” и специальности 140608 “Электрооборудование и автоматика судов” лабораторных работ по дисциплинам “Физические основы электроники” и “Силовая электроника”.

УДК 621

© Южно-Российский государственный

технический университет, 2005

© , 2005

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ……………………….…..……………………..….…….. 4

1. ОПИСАНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО СТЕНДА ….…… 5

1.1. Назначение стенда ……..……………………...…………… 5

1.2. Конструкция стенда …..…………...…………………….…. 5

1.3. Меры безопасности при работе на стенде .…...… 6

1.4. Подготовка стенда к работе ………………..…………… 7

1.5. Регулировка стенда ………………………………...………. 7

2. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА ……... 8

3. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ………………………………... 9

Работа №1. ВЫПРЯМИТЕЛЬ СО СГЛАЖИВАЮЩИМИ

ФИЛЬТРАМИ ………………………….……………………………………… 9

Работа №2. УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ ……………...…… 13

Работа № 3. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СТАБИЛИЗА-

ТОРЫ ……………………………………………………………………….…18

Работа № 4. УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ……..…….... 24

Работа № 5. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ТРАН-

ЗИСТОРАХ ………….……………….……………………………………… 30

Работа № 6. АНАЛОГОВЫЕ СХЕМЫ НА ОПЕРАЦИОН-

НЫХ УСИЛИТЕЛЯХ ……….………………………………………...…..… 36

Рбота № 7. ИМПУЛЬСНЫЕ СХЕМЫ НА ОПЕРАЦИОН-

НЫХ УСИЛИТЕЛЯХ ……………………..……..……………….…….…… 42

Работа № 8. ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ ……………………….. 50

Работа № 9. ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ НА МИКРОСХЕ-

МАХ ………………………………………………………………………..… 56

Работа № 10. ДЕШИФРАТОР И МУЛЬТИПЛЕКСОР ..…….….… 60

Работа № 11. ТРИГГЕРЫ НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРО-

СХЕМАХ ………………………………..………………………....…..…..... 64

Работа № 12. СЧЕТЧИКИ И РЕГИСТРЫ ………..……….……..… 68

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ……..…..…….…….. 75

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплины "Физические основы электроники" и “Силовая электроника” формируют знания, необходимые студентам для изучения специальных дисциплин базовой подготовки инженеров–электриков, занимающихся проектированием, наладкой и эксплуатацией электроприводов и средств автоматизации промышленного, судового оборудования, технологических и энергетических комплексов на их основе. Целью дисциплин является изучение принципов построения элементов информационных и преобразовательных устройств промышленной электроники и протекающих в них физических процессов.

Задачей лабораторного практикума является ознакомление студентов с принципами функционирования, параметрами, основными амплитудно-временными характеристиками и способами применения различных аналоговых и цифровых электронных элементов и устройств.

В результате изучения теоретической части лабораторного практикума студенты должны знать:

–  основные типы приборов и устройств, используемых в электронике;

–  параметры, статические и динамические характеристики полупроводниковых приборов, принципы применения их для построения различных аналоговых и цифровых электронных устройств;

–  принципы построения источников электропитания, неуправляемых и управляемых выпрямителей, параметрических и компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения;

–  состав, принципы действия и особенности типовых аналоговых и цифровых устройств формирования, усиления, обработки сигналов в электронных устройствах управления.

В результате выполнения практической части лабораторного практикума студенты должны приобрести навыки:

–  исследования работы основных устройств электроники, определения их параметров, составления временных диаграмм их работы и определения амплитудно-временных характеристик сигналов;

–  грамотного использования типовых контрольно-измерительных приборов для исследования электронных устройств.

1. ОПИСАНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО СТЕНДА

1.1. Назначение стенда

Универсальный лабораторный стенд [1] предназначен для проведения лабораторных работ по курсам “Физические основы электроники” и “Силовая электроника” фронтальным методом. В комплекте лабораторных работ широко представлена схемотехника устройств промышленной электроники на основе аналоговых и цифровых микросхем, что позволяет использовать стенд также для лабораторных практикумов по иным дисциплинам электронной техники.

Стенд позволяет изучить и исследовать схемы электронных устройств, объединенные в двенадцать лабораторных работ. Набор лабораторных работ, выполняемых по тому или иному курсу изучения электроники, определяется рабочей программой.

При работе на стенде используются двухканальный осциллограф С1–93 (С1–83) и цифровой вольтметр. При снятии временных диаграмм вместо двухканального осциллографа может применяться одноканальный осциллограф типа С1–65 (С1–67) с использованием внешней синхронизации.

Стенд работает от сети переменного тока напряжением 220±22 В, частотой 50±5 Гц и содержанием гармоник до 5 %.

1.2. Конструкция стенда

Стенд выполнен в виде настольного переносного прибора. Конструктивно стенд состоит из двух стандартных приборных кожухов. В верхнем кожухе размещается передняя панель управления, в нижнем – кассета с печатными платами, силовой трансформатор и передняя панель с контрольными гнездами.

Панель управления содержит:

– переключатель «Номер работы» со световой индикацией;

– переключатель «кГц (a)» на десять положений;

– переключатель с кнопками «S1–S 5» и световой индикацией;

– переключатель с кнопками разрядов «Р7–Р0», «А1–А0» и световой индикацией;

– переключатель с кнопками команд для работ 9–12;

– кнопки « I–II » и «Y1–Y4» для подключения входов осциллографа и коммутатора к измерительным гнездам. В модифицированных стендах со встроенными цифровыми вольтметрами кнопки « I–II » служат для переключения измерения напряжения переменного или постоянного тока и диапазонов измерения напряжения;

– измерительные гнезда «Y1(I)», «Y2», «Y3(II)», «Y4)» для подключения входов коммутатора и гнездо «V » для подключения входа внешнего цифрового вольтметра;

– органы управления коммутатором: ручка «Y2 » регулирует отклонение по вертикали луча канала «Y2», ручка «Y4» регулирует отклонение по вертикали луча канала «Y4», ручка «®» регулирует длительность участка временной оси каналов на экране осциллографа.

Панель с контрольными гнездами имеет наборное поле, на котором определенным образом расположены группы гнезд. К этим гнездам подключены контрольные точки исследуемых электрических схем лабораторных работ. С правой стороны панели расположены кнопка «Сеть» с индикацией и пять ручек управления стендом:

– ручки «Е1» и «Е2» источников сигналов постоянного тока с диапазоном регулировки ±7 В;

– ручка «ЕГ» источника сигналов синусоидальной формы с диапазоном регулировки 0¸7 В, частота которых изменяется переключателем «кГц (a)» в диапазоне от 80 Гц до 20 кГц;

– ручка «UВХ» регулировки источника сигналов постоянного тока в работах 3 и 9;

– ручка «RН» регулирования сопротивления нагрузки в электрических схемах работ 1, 2 и 3.

На наборном поле панели внизу справа расположены подстроечные потенциометры «ЕГ» и «RИ».

Лабораторные работы снабжены сменными накладными панелями, на которых изображены исследуемые электрические схемы с указанием контрольных точек. Накладная панель крепится на панели с контрольными гнездами при помощи фиксатора. Фиксатор состоит из прижимной планки и винта. На накладной панели в местах контрольных точек схем имеются отверстия, под которыми расположены контрольные гнезда для данной лабораторной работы. Эти отверстия пронумерованы и используются для подключения к гнездам измерительных приборов.

На левой боковой стенке нижнего кожуха установлены гнезда « I » и « II » для подключения входов осциллографа, гнездо « V » – для подключения цифрового вольтметра.

Гнезда «Синхр.» и « » служат для подключения входа внешней синхронизации и выхода генератора развертки осциллографа. На задней стенке установлен предохранитель и клемма заземления стенда. Электрическая схема стенда разделена на отдельные блоки в виде печатных плат, доступ к которым производится с задней стороны стенда.

1.3. Меры безопасности при работе на стенде

При работе со стендом корпус его должен быть заземлен.

Соединительные проводники не должны иметь нарушений изоляции.

Съем и установку печатных плат при ремонте стенда, а также все перепайки на платах следует производить при выключенном питании стенда.

1.4. Подготовка стенда к работе

Перед началом работы все органы управления установить в начальные положения: все кнопки стенда должны находиться в исходном отжатом состоянии, ручки регулировки – в крайнем левом положении.

Осциллограф установить слева от стенда. Подключить сигнальные входы С1–93 к гнездам «I » и «II », а вход цифрового вольтметра к гнездам «V» стенда. Необходимо обратить внимание на правильное подключение приборных входов “^” к общей шине стенда, относительно которой производятся все измерения. С помощью соединительных проводников подключить вход внешней синхронизации и выход « »генератора развертки осциллографа к соответствующим гнездам на боковой стенке стенда.

Установить на панели контрольных гнезд накладную панель исследуемой лабораторной работы. Для этого накладную панель устанавливают на направляющих выступах и закрепляют двумя фиксаторами.

Нажать соответствующую кнопку на переключателе «Номер работы» (кнопки некоторых работ совмещены). Включить измерительные приборы и стенд.

ПРИМЕЧАНИЯ:

1. Все лабораторные работы целесообразно исследовать с помощью двух каналов осциллографа С1– 93. Для этого следует нажать кнопку «I–II» и пользоваться гнездами «Y1(I)» и «Y3(II)» на панели управления, к которым подключены входы осциллографа.

2. Необходимо иметь в виду, что сигнал внешней синхронизации при применении одноканального осциллографа С1 – 65 подается только с входа стенда «Y1(I)», который следует использовать как приоритетный при составлении диаграмм нескольких сигналов исследуемой схемы на экране осциллографа.

1.5. Регулировка стенда

Необходимо эпизодически осуществлять регулировку генератора сигналов «ЕГ» и режима по постоянному току усилительного каскада на полевом транзисторе.

При регулировке генератора сигналов нужно подключить осциллограф (через гнездо «Y1(I)») к гнезду «ЕГ» и, нажав кнопку «0,04» переключателя «кГц(a)», вращать ручку подстроечного резистора «ЕГ» до получения устойчивых гармонических колебаний. Затем, нажимая кнопки «0,04», «1,0», «20» (кГц), добиться одинаковой амплитуды колебаний с точностью ±10 % по всему диапазону частот.

При регулировке режима по постоянному току усилительного каскада на полевом транзисторе необходимо подключить цифровой вольтметр к гнезду «RИ» и с помощью подстроечного резистора «RИ» установить напряжение на стоке транзистора Uс = 7±0,5 В.

2. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА

Перед проведением лабораторных работ группа обучающихся студентов разбивается на бригады, в каждой из которых назначается ответственный исполнитель. Каждый член бригады должен ознакомиться с конструкцией, органами управления стенда, осциллографа и цифрового вольтметра и уметь подготовить стенд к очередной работе в соответствии с разд.1.

В обязанности ответственного исполнителя входит проверка перед выполнением лабораторной работы наличия методических указаний, комплектности и исправности необходимого оборудования и соединительных проводников. Об обнаруженных недостатках ответственный исполнитель сообщает преподавателю.

В методических указаниях по каждой лабораторной работе приводится порядок выполнения рабочих заданий, который является основанием для составления отчета по данной лабораторной работе.

Отчет по каждой лабораторной работе должен оформляться в соответствии с общими требованиями к выполнению лабораторных работ [2] и включать в себя следующие разделы:

– наименование лабораторной работы;

– цель лабораторной работы;

– краткое описание исследуемых электронных устройств;

– задание на лабораторную работу;

– ход выполнения лабораторной работы;

– выводы по проделанной работе.

В качестве необходимых сведений о теории функционирования исследуемых электронных устройств необходимо привести их структурные, функциональные или принципиальные схемы с кратким описанием принципов и основных показателей работы.

Ход выполнения лабораторной работы описывается по каждому разделу и пункту задания с приведением и анализом полученных результатов (таблиц, графиков, временных диаграмм и других иллюстраций).

Выводы по проделанной работе должны содержать качественную и, при необходимости, количественную оценку достижения цели лабораторной работы.

3. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Работа № 1

ВЫПРЯМИТЕЛЬ СО СГЛАЖИВАЮЩИМИ ФИЛЬТРАМИ

Цель работы: снятие внешних характеристик и осциллограмм работы двухполупериодного диодного выпрямителя при работе на активную нагрузку и при наличии сглаживающих фильтров C– и RC–типов.

1. Краткие теоретические сведения

Выпрямитель – это устройство, преобразующее переменное разнополярное напряжение в пульсирующее однополярное. Выпрямитель является основным элементом источников электропитания электронных схем и схем автоматики постоянным током. Обобщенная структурная схема источника электропитания приведена на рис. 1.1.

 

Силовой трансформатор изменяет стандартное переменное напряжение сети ~UСЕТИ до значения, при котором на выходе выпрямителя поддерживается заданное пульсирующее напряжение. Наличие пульсаций на выходе выпрямителя ухудшает работу потребителей электрической энергии постоянного тока, поэтому их уровень снижают с помощью сглаживающих фильтров и стабилизаторов постоянного напряжения. Для оценки пульсаций на выходе выпрямителя используется коэффициент пульсаций КП = U1/ U0, где U1 – амплитуда основной (первой) гармоники, а U0 – постоянная составляющая выпрямленного напряжения, которая представляет собой среднее значение пульсирующего напряжения U(t) за период Т:

,

которое обычно является исходной величиной при расчете выпрямителя.

Схемы выпрямителей разделяют на однополупериодные, двухполупериодные со средней точкой трансформатора, мостовые схемы и схемы с умножением напряжения.Схемы выпрямителей отличаются разными коэффициентами пульсаций.

Однополупериодные схемы выпрямителей просты по конструкции, но имеют высокий коэффициент пульсаций (КП =1,57). Этот недостаток существенно уменьшается в схемах двухполупериодных выпрямителей.

В данной работе исследуется схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой трансформатора, которая имеет вид, приведенный на рис.1.2.

При замкнутом ключе S1 и разомкнутом ключе S2 выпрямитель работает на активную нагрузку RН, которая включена между объединенными катодами диодов VD1 и VD2 и средней, обычно заземленной, точкой трансформатора.

В течение положительного полупериода синусоидального входного напряжения ~U1 переменный потенциал верхнего вывода вторичной обмотки трансформатора положителен относительно средней точки и совпадает по фазе с U1, а потенциал нижнего вывода отрицателен и изменяется в противофазе с U1. Диод VD1 открывается прямым напряжением U2' и проводит ток i1 ≈ U2'/RН = U2 / 2RН, а диод VD2 заперт обратным напряжением U2’’ и тока в нагрузку не дает (U2 = U2' + U2’’).

В отрицательный полупериод входного напряжения U1 полярность напряжений U2' и U2’’ на вторичной обмотке трансформатора меняется на противоположную. При этом напряжение U2’’ открывает диод VD2 , а напряжение U2’ запирает диод VD1. В результате через диод VD2 проходит ток i2 ≈ U2’’/RН = U2 / 2RН .

Токи i1 и i2 протекают через нагрузку RН в одном направлении, поэтому осциллограмма напряжения на нагрузке UН = (i1 + i2)RН представляет

собой пульсирующее напряжение, достигающее максимального значения два раза за период Т.

Коэффициент пульсаций на выходе выпрямителя КП = 0,67, что более чем в два раза меньше, чем у однополупериодного выпрямителя. Однако для большинства устройств электроники и автоматики коэффициент пульсаций КП не должен превышать значения 0,1. Поэтому для снижения коэффициента пульсаций между нагрузкой и выходом выпрямителя включают сглаживающий фильтр.

Эффективность использования сглаживающего фильтра оценивается коэффициентом сглаживания КС, равным отношению коэффициента пульсаций КП на выходе выпрямителя к коэффициенту пульсаций на нагрузке КПН = U1Н/ U0Н, то есть

КС = КП / КПН ,

где U1Н и U0Н – амплитуда основной гармоники напряжения на нагрузке и его постоянная составляющая соответственно.

Простейшим фильтром является емкостный С – фильтр, подключаемый параллельно нагрузке с помощью ключа S2 и представляющий малое сопротивление для переменной составляющей выходного напряжения выпрямителя, а для постоянной – большое. Поэтому U0Н близко к U0, а коэффициент сглаживания определяется выражением

КС ≈ ω1 RН С,

где ω1 – круговая частота основной гармоники выходного напряжения выпрямителя.

При малых значениях тока нагрузки (IН ≤ 50 мА) применяется Г–образный RC– фильтр, который включается между выпрямителем и нагрузкой при разомкнутом ключе S1 и замкнутом ключе S2. Коэффициент сглаживания такого фильтра определяется выражением

КС ≈ ω1 R С RН/ (RН + R).

Г– образный RC– фильтр имеет большие потери мощности на дополнительном сопротивлении R, которое обычно выбирается в пределах (0,2– – 0,4) RН.

2. Задание на лабораторную работу

2.1.  Снять внешние характеристики выпрямителя при активной нагрузке и при наличии фильтров.

2.2. Снять осциллограммы в контрольных точках выпрямителя при активной нагрузке и при наличии фильтров.

3.  Порядок выполнения работы

В данной работе используется накладная панель «1,2» и производится осциллографирование напряжений и токов с использованием двух кана-
лов осциллографа С1– 93, что создает наглядность исследуемых процессов в работе схемы. При применении одноканального осциллографа С1–65 или аналогичного необходимо использовать внешнюю синхронизацию.

3.1. Снятие внешних характеристик выпрямителя необходимо производить при:

а) активной нагрузке;

б) с С–фильтром;

в) с RC–фильтром.

При этом необходимо выполнить следующие действия:

– использовать для подключения фильтров кнопки S1 и S2;

– ток нагрузки IН регулировать с помощью ручки «RН», расположенной на лицевой панели стенда;

– значение тока нагрузки IН определять путем измерения падения напряжения на шунте rШ = 1 Ом в контрольной точке Х5;

– значение напряжения UН определять путем измерения падения напряжения в контрольной точке Х45;

– измеренные значения тока IН и напряжения UН заносить в таблицы отдельно при активной нагрузке, с С–фильтром и с RC–фильтром;

– по табличным данным построить и проанализировать графики внешних характеристик.

3.2. Для снятия осциллограмм работы выпрямителя необходимо выполнить следующие действия:

– установить максимальный ток нагрузки, повернув ручку «RН» в крайнее правое положение;

– снять поочередно диаграммы в контрольных точках Х1–Х4 выпрямителя при активной нагрузке и при наличии фильтров.

4. Контрольные вопросы

1. Поясните назначение органов управления и индикации универсального лабораторного стенда.

2. Как осуществляется внешняя синхронизация одноканального осциллографа при исследовании нескольких сигналов?

3. Приведите структурную схему источника питания и поясните назначение функциональных узлов схемы.

4. Назовите основные схемы построения выпрямителей.

5. Объясните работу двухполупериодного выпрямителя со средней точкой трансформатора.

6. Как определяется коэффициент пульсаций выпрямителя?

7. Как определяется коэффициент сглаживания фильтра?

8. Что называется внешней характеристикой выпрямителя и как она снимается?

Работа № 2

УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Цель работы: снятие регулировочной и внешних характеристик выпрямителя при активной и активно – реактивной нагрузках и осциллограмм его работы.

1. Краткие теоретические сведения

Управляемый выпрямитель предназначен для регулирования выпрямленного постоянного напряжения или изменения его уровня по определенному закону.

Схематически управляемые выпрямители строятся аналогично обычным выпрямителям (одно– и двухполупериодные со средней точкой трансформатора и мостовые), но отличаются от них использованием в качестве выпрямляющих вентилей не диодов, а управляемых тиристоров.

Схема двухполупериодного управляемого выпрямителя со средней точкой трансформатора приведена на рис. 2.1.

 

Регулировка выпрямленного напряжения заключается в изменении момента включения тиристора, то есть в изменении сдвига фазы между напряжением включения тиристора и входным напряжением сети. Этот сдвиг фазы управляющего напряжения называется углом управления α .

В этой схеме для выработки и перемещения во времени импульсов управляющего напряжения, изменяющих угол управления α, служит специальное устройство – система импульсно–фазового управления (СИФУ). Основными элементами СИФУ являются:

– генератор пилообразного напряжения ГПН, обеспечивающий синхронизацию управляющего напряжения с напряжением сети;

– устройство сравнения УС, перемещающее в соответствии с задающим напряжением UУd управляющий сигнал во времени на угол α относительно входного напряжения;

– формирователь импульсов ФИ, который формирует и усиливает управляющие импульсы требуемой амплитуды и формы.

При увеличении уровня задающего напряжения Uyd увеличивается угол управления α, и отпирание тиристоров происходит в более поздние моменты времени, причем тиристор VS1 включается в положительный полупериод U2’вы-

Работа управляемого выпрямителя на активную нагрузку (при замкнутом ключе S1) происходит в соответствии с временной диаграммой, приведенной на рис. 2.2.

 

прямленного напряжения, а тиристор’ VS1– в отрицательный полупериод U2’’ выпрямленного напряжения.

По мере увеличения угла управления α на нагрузку RН проходит все меньшая часть пульсирующего напряжения на интервале α ≤ ωt ≤ кривая напряжения на нагрузке закрашена темным цветом). Поэтому среднее за период значение напряжения на нагрузке определяется следующим выражением

,

где Um – амплитуда выпрямленного напряжения.

Поскольку нагрузка активная, то ток IН через нее повторяет форму напряжения U0α .

Наибольшее среднее значение напряжение на нагрузке U00 достигает при α = 0, когда схема работает как обычный двухполупериодный выпря-

митель на диодах, то есть

.

Процессы в выпрямителе усложняются, когда замыкается ключ S1, и нагрузка становится активно-индуктивной за счет включения между выходом выпрямителя и резистором RН дросселя Ld. Вследствие этого ток в нагрузке нарастает не скачком, а плавно за счет влияния индуктивности Ld . Причем, когда напряжение питающей тиристор фазы проходит через ноль, ток не прекращается, а под действием ЭДС самоиндукции, создаваемой индуктивностью Ld, продолжает протекать еще некоторое время, преодолевая отрицательное напряжение питающей фазы.

Временная диаграмма работы выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку приведена на рис. 2.3.

 

Тиристор закрывается лишь в момент времени β, когда ток, протекающий через него, достигнет нуля. В результате, как и при чисто активной нагрузке, на интервале β – (α + происходит разрыв (прерывание) тока в цепи. Таким образом, кривая выпрямленного напряжения может иметь наряду с положительными и отрицательные участки, поэтому среднее значение напряжения на нагрузке равно

.

Это напряжение является как функцией угла отпирания вентилей α, так и относительной постоянной времени цепи нагрузки, определяемой как τ = ω Ld/ RН. По мере уменьшения угла α угол β увеличивается, и интервал проводимости одного тиристора может перекрыть момент отпирания другого тиристора. При этом наступает режим непрерывного тока, который поясняется диаграммой, приведенной на рис. 2.4.

 

Режим непрерывного тока характерен меньшим влиянием переменной составляющей тока на нагрев нагрузки. Поэтому режим непрерывного тока предпочтителен при использовании трехфазного управляемого выпрямителя в качестве управляемого преобразователя в электроприводах постоянного тока, когда нагрузкой является активно-индуктивная цепь якоря двигателя.

2. Задание на лабораторную работу

2.1. Снять и построить регулировочную характеристику Ud = f(α) при максимальной активной нагрузке.

2.2. Снять и построить внешние характеристики Ud=f(IН) при активной нагрузке для разных углов управления a..

2.3. Снять диаграммы U2 , Ud и IН в соответствующих контрольных точках схемы для разных углов управления a..

2.4. Снять и построить регулировочную характеристику Ud = f(α) при максимальной активно-индуктивной нагрузке.

2.5. Снять диаграммы Ud и IН в контрольных точках для разных углов управления a..

3. Порядок выполнения работы

3.1. Для снятия и построения при максимальной активной нагрузке регулировочной характеристики Ud = f(α) необходимо выполнить следующие действия:

– нажать кнопку S1 (выключить индуктивную нагрузку);

– ручку «RН» установить в крайнее правое положение, соответствующее максимальной активной нагрузке;

– нажатием кнопок переключателя «кГц(a)» задавать последовательно увеличивающийся угол управления a, занося его значения в таблицу;

– при каждом переключении угла управления a измерять в контрольной точке Х2 напряжение Ud и заносить его значение в таблицу;

– по табличным результатам построить график регулировочной характеристики Ud = f(α) .

3.2. Для снятия и построения внешних характеристик Ud=f(IН) при активной нагрузке необходимо выполнить следующие действия:

– с помощью клавишного переключателя «кГц (a)» задавать последовательно углы управления a, равные 00, 300 и 600;

–  при каждом значении угла управления a изменять с помощью ручки «RН » ток нагрузки IН, заносить его значение и значения напряжения Ud в таблицу, соответствующую данному углу управления a . При этом ток нагрузки IН определять путем измерения падения напряжения на шунте rШ = 1 Ом (контрольная точка Х5);

– по табличным данным построить графики внешних характеристик Ud=f(IН) для трех разных значений угла управления a..

3.3. Для снятия и построения диаграмм U2 , Ud и IН в контрольных точках схемы необходимо выполнить следующие действия:

– установить максимальный ток активной нагрузки;

– снять диаграммы в контрольных точках Х1, Х2 и Х5 при значениях угла управления a = 00, 300 и 900;

– в контрольной точке Х3 наблюдать управляющие импульсы, которые поочередно подаются на тиристоры с выходов СИФУ.

3.4. Для снятия и построения при максимальной активно-индуктивной нагрузке регулировочной характеристики Ud = f(α) необходимо выполнить следующие действия:

– отжать кнопку S1 (включить активно-индуктивеую нагрузку);

– снять регулировочные характеристики аналогично п. 3.1.

3.5. Для снятия и построения диаграмм Ud и IН в контрольных точках при разных значениях угла управления a  необходимо выполнить следующие действия:

– с помощью клавишного переключателя «кГц(a)» задавать последовательно углы управления a, равные 30 0, 75 0 и 150 0;

– при каждом значении угла управления снять временные диаграммы и IН в контрольных точках Х2 и Х5;

– изменяя ток нагрузки IН, пронаблюдать и зарисовать возникновение режима прерывистых токов.

4. Контрольные вопросы

1. Дайте определение управляемого выпрямителя.

2. Сформулируйте принцип регулирования выходного напряжения выпрямителя.

3. Перечислите функциональные узлы управляемого выпрямителя.

4. Дайте определение системы импульсно-фазового управления и перечислите ее структурные компоненты.

5. Как определяется среднее за период значение выпрямленного напряжения при работе управляемого выпрямителя на активную нагрузку?

6. Как определяется среднее за период значение выпрямленного напряжения при работе управляемого выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку?

7. Когда наступает режим непрерывного тока и чем он характеризуется?

8. Что называется регулировочной и внешней характеристиками выпрямителя и как они снимаются?

Работа № 3

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ

Цель работы: исследование и экспериментальное определение коэффициентов стабилизации параметрического и компенсационного стабилизаторов напряжения.

1. Краткие теоретические сведения

Стабилизатором называется полупроводниковое устройство, обеспечивающее стабилизацию среднего значения выходного напряжения источника электропитания. Это осуществляется за счет изменения коэффициента передачи стабилизатора по постоянной составляющей входного выпрямленного и сглаженного пульсирующего напряжения таким образом, чтобы уменьшить или полностью исключить отклонение выходного напряжения источника от заданного значения.