Æw. N4

1

1

PROWIZORIUM

PROSTOWNIK DIODOWY JEDNOFAZOWY ( ÆW. N4 )

Budowa prostowników

Prostownik pobiera energiê elektryczn¹ ze Ÿród³a napiêcia przemiennego (zwykle jest to

sieæ elektroenergetyczna) i oddaje energiê do obci¹¿enia, które wymaga zasilania pr¹dem

sta³ym. Czêsto w sk³ad prostownika wchodzi transformator dopasowuj¹cy napiêcie zasilania

do potrzeb obci¹¿enia, a tak¿e w niektórych uk³adach prostowników, transformator z

odpowiednim uk³adem po³¹czeñ, jest niezbêdny dla dzia³ania prostownika. W diodach

(zaworach) nastêpuje przetworzenie pr¹du zasilania na pr¹d jednokierunkowy, zawieraj¹cy

sk³adow¹ sta³¹. Dla poprawy jakoœci pr¹du lub napiêcia wyprostowanego stosuje siê filtry z
elementów biernych.

Wielkoœci elektryczne charakteryzuj¹ce prostownik i jego podzespo³y

G³ównymi elementami prostownika s¹: obci¹¿enie, zawory i transformator prostowniczy,

które mog¹ byæ opisywane ró¿nymi parametrami technicznymi. Poni¿ej przedstawia siê

pewien zestaw wielkoœci elektrycznych, doœæ dobrze charakteryzuj¹cych czêœci sk³adowe

prostownika. Ten zestaw nie jest jedynym mo¿liwym, stosownie do potrzeb mog¹ byæ

u¿ywane i inne wielkoœci i parametry.

Obwód zawieraj¹cy obci¹¿enie opisuj¹:

* wartoœæ œrednia napiêcia wyprostowanego - Ud(AV);

* têtnienia napiêcia wyprostowanego - Dud = udmax - udmin jako ró¿nica wartoœci

chwilowych napiêcia wyprostowanego: maksymalnej i minimalnej

* wartoœæ œrednia pr¹du wyprostowanego - Id(AV);

* têtnienia pr¹du wyprostowanego - Did = idmax - idmin jako ró¿nica wartoœci chwilowych

pr¹du wyprostowanego: maksymalnej i minimalnej

* nachylenie charakterystyki zewnêtrznej czyli zmiana wartoœci œredniej napiêcia

wyprostowanego

DUd(AV) wywo³ana zmian¹ obci¹¿enia D Id(AV),

* moc sk³adowych sta³ych Pd=Ud(AV) Id(AV), (wa¿niejsz¹ moc czynn¹ P zwykle i trudno

obliczyæ i nie³atwo zmierzyæ).

Nara¿enie diod prostowniczych, lub innych zaworów, opisuj¹:

¨

wartoœæ œrednia pr¹du przewodzenia - IF(AV);

¨

wartoœæ skuteczna pr¹du przewodzenia - IF(RMS);

¨

wartoœæ chwilowa maksymalna pr¹du przewodzenia - iFM;

¨

wartoœæ chwilowa maksymalna napiêcia wstecznego - uRM;

¨

wartoœci chwilowe maksymalne przepiêæ powtarzalnych i niepowtarzalnych

Transformator

opisuj¹:

à

wartoœci skuteczne napiêæ wszystkich uzwojeñ - Un(RMS);

à

wartoœci skuteczne pr¹dów wszystkich uzwojeñ - In(RMS);

à

moce pozorne uzwojenia zasilanego (pierwotnego) i suma mocy pozornych uzwojeñ

obci¹¿onych (wtórnych);

Æw. N4

2

2

Ponadto ca³y prostownik, jako obci¹¿enie zasilaj¹cego Ÿród³a napiêcia przemiennego (sieci

elektroenergetycznej), opisuj¹:

Å znamionowe napiêcie

Å pobierana moc czynna i pozorna;

Å wspó³czynnik mocy

Å moc bierna podstawowej harmonicznej (moc bierna przesuniêcia)

Å moc bierna wy¿szych harmonicznych (moc bierna deformacji)

Uk³ad pomiarowy

W sk³ad uk³adu pomiarowego wchodz¹:
1.

Tablica z elementami prostowników oraz ³¹cznikami umo¿liwiaj¹cymi zestawianie

prostowników jednopulsowych oraz dwupulsowych z obci¹¿eniami, pokazanymi na
rys. 1.

d)

c)

b)

a)

f)

g)

e)

Rys. 1. Obci¹¿enia prostowników: a) rezystancyjne R; b) rezystancyjno - indukcyjne RL;

c) rezystancyjno - pojemnoœciowe RC; d) rezystancyjno - indukcyjno - pojemnoœciowe RLC

z wstêpn¹ filtracj¹ pr¹du; e) rezystancyjno - indukcyjno - pojemnoœciowe RLC z wstêpn¹

filtracj¹ napiêcia; f) rezystancyjno - indukcyjno z diod¹ zwrotn¹ RLD; g) rezystancyjno -

indukcyjno - pojemnoœciowe, z wstêpn¹ filtracj¹ pr¹du i diod¹ zwrotn¹ RLCD

Na tablicy, obok ³¹czników i zacisków do pod³¹czania mierników, umieszczono dwa

gniazda BNC dla pod³¹czenia oscyloskopu, ka¿de z gniazd wspó³pracuje z prze³¹cznikiem

wielopozycyjnym. Do gniazda oznaczonego liter¹ "u" do³¹czane s¹ napiêcia, wystêpuj¹ce w

punktach oznaczonych piêciok¹tem z numerem odpowiadaj¹cym ustawieniu prze³¹cznika.

Do gniazda oznaczonego liter¹ "i" do³¹czane s¹ napiêcia z boczników o rezystancji 0,1 oma,

wmontowanych w uk³adzie w miejscach oznaczonych trójk¹tami z numerem odpowiadaj¹cym

ustawieniu prze³¹cznika. Dla obserwowanych napiêæ w punktach pomiaru napiêcia, jak i dla

napiêæ odbieranych z boczników pr¹dowych, potencja³em odniesienia jest punkt oznaczony

symbolem masy elektrycznej, co narzuca biegunowoœæ obserwowanych przebiegów. Je¿eli

jeden z kana³ów oscyloskopu ma prze³¹cznik zmiany znaku sygna³u, to zwykle wygodniej jest

go u¿yæ do obserwacji przebiegów z gniazda "u".

W tablicy zainstalowano jako sta³e obci¹¿enie prostownika rezystor 27W±5%, równolegle

do niego mo¿na do³aczyæ rezystor 4,5W±5%, kondensator ma pojemnoœæ 1mF [- 20%, +50%],

d³awik ma indukcyjnoœæ 50 mH [+20%, - 50%].

2. Transformator bezpieczeñstwa 220V/24V; 100VA do zasilania tablicy.

3. Mierniki wychy³owe i oscyloskop dwukana³owy. W uk³adach dwupulsowych mo¿na

za³o¿yæ symetriê ramion i mierzyæ pr¹d oraz napiêcie tylko w jednym ramieniu, a œredni pr¹d

Æw. N4

3

3

diody obliczaæ jako po³owê œredniego pr¹du obci¹¿enia. Przy uk³adach z diod¹ zwrotn¹,

dokonuj¹c prze³¹czeñ ³¹cznikami, mo¿na jednym amperomierzem mierzyæ pr¹d obci¹¿enia
albo diody zwrotnej.

Program æwiczenia

W trakcie æwiczenia nale¿y dokonaæ pomiarów i obserwacji wielkoœci elektrycznych we

wskazanych przez prowadzcego uk³adach prostownikowych. Ka¿dy uk³ad bada siê dla dwu

wartoœci rezystancji obci¹¿enia. W badanym uk³adzie nale¿y zmierzyæ:

·

wartoœæ œredni¹ napiêcia wyprostowanego - Ud(AV);

·

wartoœæ œrednia pr¹du wyprostowanego - Id(AV);

·

wartoœæ skuteczn¹ pr¹du diody i uzwojenia wtórnego transformatora - I2(RMS);

·

wartoœæ skuteczn¹ napiêcia jednej czêœci uzwojenia wtórnego transformatora -
U2(RMS);

·

wartoœæ skuteczn¹ pr¹du uzwojenia pierwotnego transformatora - I1(RMS);

·

wartoœæ skuteczn¹ napiêcia uzwojenia pierwotnego transformatora - U1(RMS);

·

moc czynn¹ pobieran¹ z zasilania P

Ponadto nale¿y przeprowadziæ obserwacje przebiegów napiêæ i pr¹dów, przerysowaæ

wybrane przebiegi, reprezentatywne dla danego uk³adu (w tym pr¹d uzwojenia pierwotnego

transformatora), oraz zmierzyæ wartoœci ekstremalne (maksima i minima) i czasy trwania

wystêpuj¹cych zjawisk. W szczególnoœci nale¿y zmierzyæ:

·

maksymaln¹ i minimaln¹ wartoœci chwilowe napiêcia i pr¹du wyprostowanego

·

wartoœæ chwilow¹ maksymaln¹ pr¹du przewodzenia diody - iFM;

·

wartoœæ chwilow¹ maksymaln¹ napiêcia wstecznego diody- uRM;

Opracowanie wyników

Wyniki pomiarów i obserwacji przebiegów w badanych uk³adach nale¿y zestawiæ w

tabelach i pokazaæ na rysunkach.

·

Tabela 1 opisuje wyjœcie badanych prostowników (parametry dla obci¹¿enia) i zawiera

dane przedstawiaj¹ce wartoœci œrednie oraz têtnienia napiêcia i pr¹du wyprostowanego, moc

sk³adowych sta³ych oraz nachylenie charakterystyki zewnêtrznej (zmiana napiêcia

wyprostowanego przy zmianie pr¹du wyprostowanego.

·

Tabela 2 opisuje nara¿enie diod prostowniczych i zawiera dane przedstawiaj¹ce

wartoœci œrednie, skuteczne i chwilowe maksymalne pr¹du i napiêcia diody.

·

Tabela 3 opisuje transf

ormator i zawiera dane przedstawiaj¹ce wartoœci skuteczne

napiêcia i pr¹du, moce pozorne uzwojenia zasilanego (pierwotnego) i sumê mocy pozornych

uzwojeñ obci¹¿onych (wtórnych) oraz moc typow¹.

·

Tabela 4 opisuje obci¹¿enie sieci (transformatora bezpieczeñstwa zasilaj¹cego

transformator prostownikowy) i zawiera dane przedstawiaj¹ce wartoœci skuteczne napiêcia i

pr¹du, moc pozorn¹, moc czynn¹ i wspó³czynnik mocy.

Rysunki powinny przedstawiaæ reprezentatywne przebiegi pr¹dów i napiêæ w badanych

uk³adach.

Na polecenie prowadz¹cego, w sprawozdaniu nale¿y przedstawiæ analizê teoretyczn¹

wskazanego uk³adu.

Æw. N4

4

4

Pytania kontrolne

1.

Przedstawiæ dzia³anie prostownika z wybranym obci¹¿eniem

2.

Wymieniæ wielkoœci elektryczne charakteryzuj¹ce obci¹¿enie prostownika.

3.

Wymieniæ wielkoœci elektryczne charakteryzuj¹ce nara¿enie zaworów

4.

Wymieniæ wielkoœci elektryczne charakteryzuj¹ce obci¹¿enie transformatora
prostownikowego.

5.

Wymieniæ wielkoœci elektryczne charakteryzuj¹ce obci¹¿enie sieci zasilaj¹cej przez
prostownik.

6.

Podaæ przyczyny i skutki komutacji zaworów w prostowniku.

LITERATURA

1.

Borkowski A.: Zasilanie urz¹dzeñ elektronicznych. WKi£, Warszawa, 1990.

2.

Horowitz P.,Hill W.: Sztuka elektroniki. WKi£, Warszawa, 1996.

3.

Opolski A.: Elektronika dla elektryków. Wyd.PG, Gdañsk, 2002