LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKIzimowaszkola.nazwa.pl/ztt/pobierz/instrukcje/peie/Cw-5_Prostowniki.… · Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, dr inż.
Post on 19-Oct-2020
1 Views
Preview:
Transcript
ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI TRANSPORTUZAKŁAD TELEKOMUNIKACJI W TRANSPORCIE
WYDZIAŁ TRANSPORTUPOLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI
INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 5
PROSTOWNIKI
DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO
WARSZAWA 2021
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, prof. uczelni, dr inż. Ewa Dudek, inż. Andrzej Szmigiel. Wydział Transportu PW. Warszawa 2021. 2
A. Cel ćwiczeniaCelem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi parametrami
prostowników jedno i dwupołówkowych.
B. Program ćwiczenia1. Wyznaczenie charakterystyk obciążenia U0 = f(I0) dla różnych wartości
pojemności filtra prostownika jednopołówkowego.
2. Wyznaczenie charakterystyk obciążenia U0 = f(I0) dla różnych wartościpojemności filtra prostownika dwupołówkowego.
3. Określenie wartości współczynnika tętnień kt w funkcji prądu obciążenia kt = f(I0)dla różnych wartości pojemności filtra prostownika jednopołówkowego.
4. Określenie wartości współczynnika tętnień kt w funkcji prądu obciążenia kt = f(I0)dla różnych wartości pojemności filtra prostownika dwupołówkowego.
5. Obserwacja przebiegów na oscyloskopie.
C. WprowadzenieProstownik jednopołówkowy
D
utr = Umsinωt
230
V AC
R0 u0
i0
Um
utr
t
b)
Um
t
c)
ud
t
d)
U 2Um=
πUm=U0
u0
Rys. 1. Prostownik jednopołówkowy: a) układ prostownika, b) przebieg napięcia wejściowego, c) przebieg napięcia na
obciążeniu, d) przebieg napięcia na diodzie
3
Prąd w obwodzie prostownika płynie tylko dla dodatniej połówki napięcia
sinusoidalnego. Można zatem napisać, że przebieg napięcia na wyjściu (przy
obciążeniu rezystancyjnym) jest dany wzorem:
Wartość średnia tego napięcia wynosi:
Wartość średnia prądu w obciążeniu wynosi odpowiednio:
00
00 R
URUI m
π==
Miarą zbliżenia przebiegu wyjściowego prostownika do wartości stałej jest
współczynnik tętnień kt . Jest on określany jako stosunek:
wartość skuteczna składowej zmiennej przebiegu wyjściowego
wartość składowej stałej, czyli wartość średnia przebiegu wyjściowegokt =
W celu zmniejszenia składowej zmiennej w większości układów rzeczywistych
stosuje się filtrowanie napięcia wyjściowego poprzez dołączenie kondensatora
równolegle do obciążenia (rys. 2).
Kondensator ładuje się przez diody do napięcia równego amplitudzie Um napięcia
przemiennego, po czym rozładowuje się przez obciążenie, aż do chwili, gdy dioda
zacznie znowu przewodzić, tj. gdy napięcie na jej anodzie osiągnie wartość większą niż
na katodzie, czyli także na kondensatorze filtra. Składowa zmienna napięcia
wyjściowego, charakteryzowana międzyszczytowym napięciem tętnień Ut jest tym
mniejsza, im większa jest stała czasowa obwodu τ = R0C. Zwiększenie stałej czasowej
obwodu prowadzi zarazem do wzrostu składowej stałej napięcia wyjściowego. W granicznym przypadku przy τ = R0C → ∞, U0 → Um, Ut → 0.
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, prof. uczelni, dr inż. Ewa Dudek, inż. Andrzej Szmigiel. Wydział Transportu PW. Warszawa 2021.
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, prof. uczelni, dr inż. Ewa Dudek, inż. Andrzej Szmigiel. Wydział Transportu PW. Warszawa 2021.
4
C
D
utr
230
V AC
R0 u0
i0
Um
Ut
u0
tład trozł
utr
utr
id, i0
i0
id
tład
ud
2Um
t
t
t
t
b)
c)
d)
e)
Rys. 2. Prostownik jednopołówkowy z filtrem pojemnościowym: a) układ prostownika, b) napięcie wejściowe, c) napięcie na obciążeniu,
d) prąd diody i prąd obciążenia, e) napięcie na diodzie
D. Część pomiarowa1. Prostownik jednopołówkowy
I0
V2 U0C
D1
16 V
AC
Ut
230
V AC P
A
V1
OscyloskopY
R0
Rys. 3. Schemat układu pomiarowego dla prostownika jednopołówkowego
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, prof. uczelni, dr inż. Ewa Dudek, inż. Andrzej Szmigiel. Wydział Transportu PW. Warszawa 2021.
5
W układzie pomiarowym prostownika jednopołówkowego (rys.3) zmieniać prąd
obciążenia I0 ustawiając potencjometr P na pozycjach od a do g. Na przyrządach pomiarowych odczytywać odpowiednie wartości a wyniki wpisywać w tabeli. Pomiary
wykonać dla wartości kondensatora C = 0; C = 47 µF; C = 100 µF; C = 470 µF; C = 0
Pozycja
potencjometru a b c d e f g
I0 [mA]
U0 [V]
Ut [V]
kt
C = 47 µF Pozycja
potencjometru a b c d e f g
I0 [mA]
U0 [V]
Ut [V]
kt
C = 100 µF Pozycja
potencjometru a b c d e f g
I0 [mA]
U0 [V]
Ut [V]
kt
C = 470 µF Pozycja
potencjometru a b c d e f g
I0 [mA]
U0 [V]
Ut [V]
kt
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, prof. uczelni, dr inż. Ewa Dudek, inż. Andrzej Szmigiel. Wydział Transportu PW. Warszawa 2021.
6
2. Prostownik dwupołówkowy (mostek Graetz’a)
I0
V2 U0C
D1D4
D3D3
16 V
AC
Ut
230
V AC
P
A
V1
OscyloskopY
R0
Rys. 4. Schemat układu pomiarowego dla prostownika dwupołówkowego
W układzie pomiarowym prostownika dwupołówkowego (rys.4) zmieniać prąd
obciążenia I0 ustawiając potencjometr P na pozycjach od a do g. Na przyrządach pomiarowych odczytywać odpowiednie wartości a wyniki wpisywać w tabeli. Pomiary
wykonać dla wartości kondensatora C = 0; C = 47 µF; C = 100 µF; C = 470 µF;
C = 0 Pozycja
potencjometru a b c d e f g
I0 [mA]
U0 [V]
Ut [V]
kt
C = 47 µF Pozycja
potencjometru a b c d e f g
I0 [mA]
U0 [V]
Ut [V]
kt
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, prof. uczelni, dr inż. Ewa Dudek, inż. Andrzej Szmigiel. Wydział Transportu PW. Warszawa 2021.
7
C = 100 µF Pozycja
potencjometru a b c d e f g
I0 [mA]
U0 [V]
Ut [V]
kt
C = 470 µF Pozycja
potencjometru a b c d e f g
I0 [mA]
U0 [V]
Ut [V]
kt
Obliczeń kt dokonać wg wzoru
0UU
k tt =
Z otrzymanych wyników wykreślić rodziny charakterystyk U0 = f(I0), kt = f(I0) dla różnych wartości kondensatora C oddzielnie dla prostownika jednopołówkowego i dla prostownika dwupołówkowego.
3. Obserwacja oscyloskopowa
Podczas wszystkich pomiarów obserwować przebiegi oscyloskopowe. Na polecenie
prowadzącego należy przerysować wykresy z oscyloskopu zachowując wszystkie
parametry ustawione na oscyloskopie.
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, prof. uczelni, dr inż. Ewa Dudek, inż. Andrzej Szmigiel. Wydział Transportu PW. Warszawa 2021.
8
E. Symulacyjna komputerowa
a) prostownik jednopołówkowy
Używając programu komputerowego podanego przez prowadzącego należy
wykonać układ przedstawiony na rys. 5. Parametry transformatora TR1 są następujące
N1=N2x14,375. Generator wejściowy ustawić na sygnał sinusoidalny o częstotliwości
50 Hz i amplitudzie UWE = 230 V.
Rys. 5. Układ do badania prostownika jednopołówkowego
Korzystając z wirtualnego oscyloskopu dokonać obserwacji napięć: Uwe, U_tr, Uwy dla
następujących wartości kondensatora: C = 0; C = 47 µF; C = 100 µF; C = 470 µF.
Otrzymane przebiegi zamieścić w sprawozdaniu.
b) prostownik dwupołówkowy (mostek Graetz’a)
Używając programu komputerowego podanego przez prowadzącego należy
wykonać układ przedstawiony na rys. 6. Parametry transformatora TR1 są następujące
N1=N2x14,375. Generator wejściowy ustawić na sygnał sinusoidalny o częstotliwości
50 Hz i amplitudzie UWE = 230 V.
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, prof. uczelni, dr inż. Ewa Dudek, inż. Andrzej Szmigiel. Wydział Transportu PW. Warszawa 2021.
9
Rys. 6. Układ do badania prostownika dwupołówkowego (mostek Graetz’a)
Korzystając z wirtualnego oscyloskopu dokonać obserwacji napięć: Uwe, U_tr, Uwy dla
następujących wartości kondensatora: C = 0; C = 47 µF; C = 100 µF; C = 470 µF.
Otrzymane przebiegi zamieścić w sprawozdaniu.
F. Zagadnienia do opracowaniaa. Definicje wartości chwilowej, skutecznej i średniej przebiegu elektrycznego.
b. Współczynnik tętnień – definicja, typowe wartości dla różnych rodzajów
prostowników.
c. Prostownik jednopołówkowy: budowa, sposób działania, przebiegi elektryczne
charakteryzujące pracę.
d. Prostownik dwupołówkowy z dzielonym uzwojeniem transformatora: budowa,
sposób działania, przebiegi elektryczne charakteryzujące pracę.
e. Prostownik dwupołówkowy mostkowy: budowa, sposób działania, przebiegi
elektryczne charakteryzujące pracę.
f. Porównanie właściwości prostowników: jednopołówkowego, dwupołówkowego z
dzielonym uzwojeniem transformatora i dwupołówkowego mostkowego.
g. Działanie filtru pojemnościowego w prostownikach jedno i dwupołówkowych.
h. Wpływ zmian rezystancji obciążenia na przebiegi napięć na wyjściu prostownika.
i. Wpływ zmian pojemności filtru na przebiegi napięć na wyjściu prostownika.
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, prof. uczelni, dr inż. Ewa Dudek, inż. Andrzej Szmigiel. Wydział Transportu PW. Warszawa 2021.
10
G.Literatura
1. Dobrowolski A., Jachna Z., Majda E., Wierzbowski M.: „Elektronika - ależ to bardzo proste!”. Wydawnictwo BTC, 2013.
2. Horowitz P., Hill W.: „Sztuka elektroniki. Tom I i II”. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2013.
3. Kaźmierkowski M., Matysik J.: „Wprowadzenie do elektroniki i energoelektroniki”. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005.
4. Rosiński A., Dudek E., Krzykowska K., Kasprzyk Z., Stawowy M., Szmigiel A.: Podstawy elektroniki. Laboratorium, 2019, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, ISBN 978-83-7814-991-0, 155 s.
5. Rosiński A., Dudek E., Krzykowska K., Kasprzyk Z., Stawowy M., Szmigiel A.: Elektronika. Laboratorium, 2019, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, ISBN 978-83-7814-992-7, 181 s.
6. Tietze U., Schenk C: ,,Układy półprzewodnikowe”. Wydawnictwa Naukowo Techniczne, 2009.
7. Wawrzyński W.: ,,Podstawy współczesnej elektroniki”. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2003.
C = 0C = 47 (FC = 100 (FC = 470 (FC = 0C = 47 (FC = 100 (FC = 470 (F
top related