INSTYTUT TELEKOMUNIKACJI I AKUSTYKI

POLITECHNIKI WROCŁAWSKIEJ

Ćwiczenie numer 14

„ ZASILACZE NIESTABILIZOWANE ”

Ćwiczenie wykonali : Bartosz Balicki i Jacek Augustyniak

WROCŁAW 4.12.1997

Czwartek godzina 7³⁰

1. Cel ćwiczenia :

Ćwiczenie ma na celu zapoznanie się z problemami spotykanymi podczas

projektowania układów prostowniczych ,które są podstawowymi podzespołami

urządzeń zasilających.

2. 
   
   
   
   
   
   Badany układ laboratoryjny :

C₇ 4500u

Sieć 220 [ V ]

U_t , U₀

BNC

P₉ I_d

P₈ D_­1

R₁ 0,1 [Ω]

B_­1

P₁ P_n

Tr1 D₂

C₁ C_n

Transformator sieciowy :

Tr1 - TS20/10 ; R_p= 184 [ Ω ] ; R'_W = 2*1 [ Ω ] ; η` = 75 [ % ]

3.1 Pomiar rezystancji R_W transformatora .

Pomiar polega na pomiarze napięcia na połowie uzwojenia wtórnego transformatora bez obciążenia i z obciążeniem .

Opis	U połowa uzwojenia [ V ]
Bez obciążenia -U1	10,06
Z obciąż. R0 = 10 [ Ω ] - U2	9,30

Na podstawie tych danych wyliczamy R_W transformatora :

ΔU = U₁ - U₂ = 0,76 [ V ]

I = U₁ / R₀ = 0,93 [ A ]

ΔU

R_W = __ = 0,82 [ Ω ]

I

Rezystancja ekwiwalentna transformatora z uwzględnieniem diody :

Przyjmujemy , że R_D =0,7 [ Ω ]

R_S = R_W + R_D = 1,52 [ Ω ]

3.2. Pomiar parametrów prostownika dwupołówkowego .

3.2.1. Pomiar przy obciążeniu R­­₀ = 6,1 [ Ω ] , R­­₀ = 10 [ Ω ]

a). Wyznaczenie współczynnika tętnień:

K_t = ( U_t / U₀ ) * 100 [ % ] ;

U₀ - napięcie średnie ;

U_t - napięcie tętnień ;

Przykład :

U_WY

U₀ U_t

t

I_D

t

Parametry prostownika wraz z wynikami zebrałem w tabelach :

Dla R₀ = 6,1 [ Ω ]

C [ μF ]	U0­ [ V ]	Ut [ V ]	Kt [ % ]	P­0 [ W ]	I0
100	7,0	11	157,14	8,0328	1,1475
500	7,7	7	90,909	9,7197	1,2623
1000	8,0	5	62,5	10,492	1,3115
1500	8,1	3,5	43,21	10,756	1,3279
2200	8,2	2	24,39	11,023	1,3443
4500	8,2	1,2	14,634	11,023	1,3443
9700	8,4	0,6	7,1429	11,567	1,377

Dla rezystancji R₀=10 [ Ω ] otrzymaliśmy:

C [ μF ]	U0­ [ V ]	Ut [ V ]	Kt [ % ]	P­0 [ W ]	I0
100	7,8	10,2	130,77	6,084	1,2787
500	9,1	5,5	60,44	8,281	1,4918
1000	9,5	3,4	35,789	9,025	1,5574
1500	9,6	2,9	30,208	9,216	1,5738
2200	9,6	2	20,833	9,216	1,5738
4500	9,6	0,9	9,375	9,216	1,5738
9700	9,5	0,45	4,7368	9,025	1,5574

P₀ = (U₀)² /R₀

I₀= P₀ / U₀

Kt = Ut / U₀

Na podstawie powyższych danych wyznaczamy wykres współczynnika tętnień

w funkcji iloczynu ωCR₀ ( ω = 2Πf ; f = 50 [ Hz ] ).

Maksymalne moce :

P_{0 max} = 9,216 [ W ] dla R₀ = 10 Ω

P_{0 max} = 11,567 [ W ] dla R₀ = 6.1 Ω

3.2.2 Wypadkowa sprawność prostownika.

η =P₀/P₁ ;

gdzie :

P₀ - moc wyjściowa (U₀⋅ I₀)

P₁ - moc doprowadzana do uzwojenia pierwotnego transformatora.

P₁ = 20,9 [ VA ] dla R₀=6.1 [ Ω ] ;

P₁ = 16 [ VA ] dla R₀=10 [ Ω ] ;

Zatem wypadkowa sprawność prostownika wynosi

dla R₀ = 6.1 Ω η = 11.567VA / 20.9VA = 0.5534 = 55,3 [ % ]

dla R₀=10Ω η = 9,216VA / 16VA = 0.576 = 57,6 [ % ]

Sprawność transformatora wynosi 75% .

Zatem dla obciążenia :

R₀=6,1Ω - 19.7 [ % ]

R₀=10Ω - 17.4 [ % ]

energii jest traconej na elementach prostowniczych i kondensatorze.

U_2m-amplituda napięcia na zaciskach wyjściowych połowy uzwojenia wtórnego transformatora bez obciążenia = 11.88V

Oscylogramy przebiegów czasowych napięcia tętnień i impulsów diod prostowniczych dołączono do sprawozdania.

3.3. Pomiar parametrów prostownika jednopołówkowego.

a) dla obciążenia R₀=6,1 [ Ω ] ;

C [ μF ]	U0­ [ V ]	Ut [ V ]	Kt [ % ]	P­0 [ W ]	I0
500	4,5	10	222,22	3,3196	0,7377
1000	5,3	8,6	162,26	4,6049	0,8688
1500	5,6	6,6	117,85	5,1409	0,9183
2200	5,8	4,5	77,586	5,5147	0,9508
4500	6,0	2,3	38,333	5,9016	0,9836
9700	6,0	1,1	18,333	5,9016	0,9836

Dla R₀ = 10 [ Ω ]

C [ μF ]	U0­ [ V ]	Ut [ V ]	Kt [ % ]	P­0 [ W ]	I0
500	5,8	8,8	151,72	3,364	0,58
1000	6,9	7,9	114,49	4,761	0,69
1500	7,2	5,5	76,388	5,184	0,72
2200	7,4	3,5	47,29	5,476	0,74
4500	7,5	1,9	25,333	5,625	0,75
9700	7,6	0,9	11,842	5,776	0,76

d) Wypadkowa sprawność prostownika η=P₀/P₁

gdzie

P₀ - moc wyjściowa (U₀⋅ I₀)

P₁ - moc doprowadzana do uzwojenia pierwotnego transformatora

P₁= 27VA dla R₀=6.1Ω

P₁ = 20,7VA dla R₀=10Ω

Zatem wypadkowa sprawność prostownika wynosi

dla R₀=6.1Ω η = 5,9VA/27VA= 0.218=21.8%

dla R₀=10Ω η = 5,78VA/20,7VA=0.576=27,9 %

Sprawność transformatora wynosi 75%. Zatem dla obciążenia :

R₀=6,1Ω - 53,2 [ % ]

R₀=10Ω - 47.1 [ % ]

energii jest traconej na elementach prostowniczych i kondensatorze.

3.4. Pomiar parametrów prostownika mostkowego .

a) napięcie Uo bez obciążenia wynosiło 15 [ V ].

b) z obciążeniem R₀= 10Ω średnie napięcie wyjściowe wynosiło U₀= 8,7 [ V ]

c) napięcie tętnień U_t = 1,5 [ V ]

d) moc wyjściowa P₀= (U_śr)² / R₀ = 7,57 [ W ]

e) współczynnik tętnień K_t = U_t / U₀= 1,5V / 8.7V= 0.172 = 17,2 [ % ]

3.5 Porównanie parametrów prostownika mostowego i dwupołówkowego paracującego z kondensatorem C=4500 μF (R₀= 10Ω)

Parametr	Układ mostkowy	Układ dwupołówkowy pracujący z kondensatorem C=4500μF
Uo	8.7V	9.6V
Ut	1,5V	0.9V
P0	7.57VA	9.216VA
Kt	17,2%	9,4%

4. Wnioski

Badane w ćwiczeniu zasilacze należą , z racji swej prostoty , do najczęściej używanych zasilaczy w prostych układach elektronicznych. Prostota konstrukcji pociąga za sobą słabe parametry użytkowe , to znaczy duży współczynnik tętnień i dość małą sprawność . Z wszystkich przebadanych typów niestabilizowanych zasilaczy najlepszymi parametrami wyróżniał się zasilacz z prostownikiem dwupołówkowym (sprawność około 57 [ % ], współczynnik tętnień przy maksymalnej pojemności zbiorczej około 5 [ % ] ). Nieco gorsze parametry posiadał prostownik mostkowy ( współczynnik tętnień około 17 %). Spowodowane jest to tym , że w prostowniku mostkowym w każdym okresie prąd płynie jednocześnie przez dwie diody. Stosowanie prostownika dwupołówkowego wymaga użycia odpowiedniego transformatora (symetrycznego) . Parametry prostownika jednopołówkowego (sprawność około 27 [ % ] , współczynnik tętnień przy maksymalnej pojemności zbiorczej około 15 [ % ] ) w zasadzie wykluczają realne zastosowanie tego typu układu.

W badanych typach układów współczynnik tętnień malał wraz ze wzrostem pojemności kondensatora zbiorczego. Jednak stosowanie coraz większych pojemności nie jest korzystne gdyż pociąga za sobą spadek sprawności układu (spowodowany np. przez wzrost rezystancji upływu kondensatora) oraz uniemożliwia miniaturyzację zasilacza .

Charakterystyczne również było pogarszanie się parametrów układu wraz ze wzrostem obciążenia prostownika .

---