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
Cel ćwiczenia :
Ćwiczenie ma na celu zapoznanie się z problemami spotykanymi podczas
projektowania układów prostowniczych ,które są podstawowymi podzespołami
urządzeń zasilających.
Badany układ laboratoryjny :
C7 4500u
Sieć 220 [ V ]
Ut , U0
BNC
P9 Id
P8 D1
R1 0,1 [Ω]
B1
P1 Pn
Tr1 D2
C1 Cn
Transformator sieciowy :
Tr1 - TS20/10 ; Rp= 184 [ Ω ] ; R'W = 2*1 [ Ω ] ; η` = 75 [ % ]
3.1 Pomiar rezystancji RW 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 RW transformatora :
ΔU = U1 - U2 = 0,76 [ V ]
I = U1 / R0 = 0,93 [ A ]
ΔU
RW = __ = 0,82 [ Ω ]
I
Rezystancja ekwiwalentna transformatora z uwzględnieniem diody :
Przyjmujemy , że RD =0,7 [ Ω ]
RS = RW + RD = 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:
Kt = ( Ut / U0 ) * 100 [ % ] ;
U0 - napięcie średnie ;
Ut - napięcie tętnień ;
Przykład :
UWY
U0 Ut
t
ID
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 :
P0 max = 9,216 [ W ] dla R0 = 10 Ω
P0 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.
U2m-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 Ut = 1,5 [ V ]
d) moc wyjściowa P0= (Uśr)2 / R0 = 7,57 [ W ]
e) współczynnik tętnień Kt = Ut / 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 .