POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI I NAPĘDÓW ELEKTRYCZNYCH

Instrukcje do zajęć laboratoryjnych dla studentów

WYDZIAŁU MECHANICZNEGO

studiów dziennych i zaocznych

z przedmiotów:

ELEKTROTECHNIKA

ELEKTRONIKA

ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA

ĆWICZENIE 8M

PROSTOWNIKI JEDNOFAZOWE I UKŁADY FILTRUJĄCE

Opracowała

dr inż. Zofia Daszuta

BIAŁYSTOK 2000

2

Instrukcja jest własnością Katedry Energoelektroniki i Napędów Elektrycznych.

Do użytku wewnętrznego katedry.

Powielanie i rozpowszechnianie zabronione

Opracowanie graficzne: inż. Aleksandra Matulewicz

3

I.

WPROWADZENIE

Wiadomości niezbędne do prawidłowej realizacji ćwiczenia

1. Właściwości diody półprzewodnikowej prostowniczej.

2. Budowa i działanie prostowników jednofazowych diodowych:

- jednopulsowych - rys. 1a),

- - dwupulsowych - rys. 1b), rys. 1c).

Rys. 1. Schematy prostowników jednofazowych: a) prostownik jednopulsowy,

b), c) prostowniki dwupulsowe; TR - transformator, D - dioda, odb. -

odbiornik prądu stałego,

u

1

= U

1m

sin t,

= 2 f,

f - częstotliwość napięcia zasilającego,

f = 50 Hz

4

3. Definicje wartości średnich i skutecznych prądu i napięcia zmiennego, np.:

T

0

śr

0

dt

)

t

(

u

T

1

U

;

T

0

2

sk

dt

)

t

(

u

T

1

U

.

4. Właściwości kondensatorów i cewek indukcyjnych w obwodach prądu

stałego i zmiennego.

II. CEL I ZAKRES ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO

Praktyczne zapoznanie się z przetwarzaniem prądu i napięcia zmiennego

na prąd i napięcie stałe w diodowych prostownikach jednofazowych. W zakres

ćwiczenia wchodzą:

1. Obserwacje oscyloskopowe oraz pomiary wartości średnich i wartości

skutecznych charakterystycznych prądów i napięć w prostownikach.

2. Porównanie jakości przetwarzania napięcia zmiennego na napięcie stałe

w różnych układach prostowników.

III. OPIS STANOWISKA LABORATORYJNEGO

Stosowane w ćwiczeniu elementy potrzebne do połączenia wybranego

układu prostownika umieszczone są w obudowie prostopadłościennej.

Końcówki elementów wykorzystywane do łączenia układów pomiarowych

wyprowadzone są na płytę czołową (montażową) stanowiska laboratoryjnego.

Jednofazowe napięcie zasilające o wartości skutecznej 220 V dołączone jest do

zacisków R,0 na tylnej ścianie obudowy.

5

Rys. 2. Widok płyty czołowej stanowiska laboratoryjnego.

Z - przycisk włączania napięcia zasilającego - lampka sygnalizacyjna

świeci, gdy napięcie jest dołączone do układu;

W - przycisk wyłączania napięcia zasilającego - lampka sygnalizacyjna

nie świeci, gdy układ jest wyłączony spod napięcia.

Wykaz elementów stosowanych w ćwiczeniu

1. Elementy znajdujące się w obudowie stanowiska laboratoryjnego:

- TR - transformator TS60/9, U

1

= 220V, U

2

= 2 razy 14V, I

2

max

= 1,6A

- D1÷ D4 - diody półprzewodnikowe D22 10R, I

F

= 10A, U

RRM

= 600V

6

- C1, C2 - kondensatory elektrolityczne 220 F, 350V

- L - dławik o indukcyjności około 20 mH

- R

b

- boczniki pomiarowe o rezystancji 0,1 . Bocznik jest to rezystor

stosowany do obserwacji za pomocą oscyloskopu przebiegu prądu w

gałęzi, w której bocznik jest włączony. Spadek napięcia na boczniku (u

b

),

który można bezpośrednio obserwować na ekranie oscyloskopu, jest

wprost proporcjonalny do natężenia prądu w boczniku ( i

b

), tzn. u

b

= R

b

i

b

.

- B1 - bezpiecznik (zabezpieczenie przed przekroczeniem dopuszczalnej

wartości skutecznej prądu pobieranego z sieci).

2. Pozostałe elementy i przyrządy pomiarowe:

- opornik suwakowy o rezystancji maksymalnej większej niż 40 i prądzie

dopuszczalnym powyżej 1 A,

- amperomierze i woltomierze elektromagnetyczne do pomiaru wartości

skutecznych prądu i napięcia,

- amperomierze i woltomierze magnetoelektryczne do pomiaru wartości

średnich prądu i napięcia,

- oscyloskop.

IV. PROGRAM ĆWICZENIA

Do badania prostowników należy przyjąć, że odbiornik prądu stałego jest

rezystancyjny o rezystancji R

O

, którą można zmieniać dzięki zastosowaniu

rezystora (opornika) suwakowego. Dołączane do odbiornika R

O

kondensatory

i dławik (cewka indukcyjna) pełnią funkcje układów filtrujących.

Program badań dotyczy każdego prostownika spośród przedstawionych

na rys. 1 w przypadku odbiornika rezystancyjnego:

- bez filtru,

- z filtrem pojemnościowym,

7

- z filtrem indukcyjnym,

- z filtrem mieszanym.

Program badania prostowników

1. Zapoznać się szczegółowo ze stanowiskiem laboratoryjnym.

2. Połączyć układ pomiarowy według schematu wybranego z rys. 3 lub rys. 4,

lub rys. 5.

3. Za pomocą oscyloskopu zaobserwować i zarejestrować przebiegi:

- napięcia zasilającego prostownik

- prądu i napięcia odbiornika

- prądu i napięcia jednej diody

- prądu i napięcia elementów filtrujących

UWAGA! Oscyloskopem należy posługiwać się zgodnie ze wskazówkami

Prowadzącego ćwiczenie.

4. Określić bezwzględną wartość maksymalną napięcia wstecznego na każdej

diodzie, na podstawie zaobserwowanych przebiegów napięć na diodach.

5. Zmierzyć :

a) wartości skuteczne:

- napięcia zasilającego i napięcia odbiornika

- - prądu odbiornika i prądu jednej diody

b) wartości średnie:

- napięcia odbiornika

- - prądu odbiornika i prądu jednej diody

6. Wyznaczyć charakterystyki zewnętrzne (obciążenia) prostownika, tzn.:

U

ośr

= f(I

ośr

) oraz U

osk

= f(I

osk

).

Wartości średnią i skuteczną prądu odbiornika należy zmieniać przez zmianę

rezystancji R

0

, tzn. zmianę położenia suwaka opornika suwakowego.

8

Schematy układów pomiarowych

Rys. 3. Schemat układu do badania prostownika jednopulsowego.

Rys. 4. Schemat

układu

do

badania

prostownika

dwupulsowego

z transformatorem o dzielonym uzwojeniu wtórnym.

9

Rys. 5. Schemat układu do badania prostownika dwupulsowego mostkowego.

Wyjaśnienia do schematów pomiarowych

V1, V3 - woltomierze elektromagnetyczne do pomiaru wartości skutecznych

odpowiednio napięcia zasilającego U

sk

i napięcia odbiornika U

osk

,

V2 - woltomierz magnetoelektryczny do pomiaru wartości średniej napięcia

odbiornika U

ośr

,

A1, A3 - amperomierze elektromagnetyczne do pomiaru wartości skutecznych

odpowiednio prądu jednej diody I

D

sk

i prądu odbiornika I

osk

,

A2, A4 - amperomierze magnetoelektryczne do pomiaru wartości średnich

odpowiednio prądu jednej diody I

D

śr

i prądu odbiornika I

ośr

.

Połączenie układów zgodnie z rysunkami 3, 4 i 5 umożliwia badanie

prostowników z odbiornikiem rezystancyjnym R

O

bez filtru.

W celu dołączenia filtru pojemnościowego należy połączyć, zgodnie

z oznaczeniami na schematach, punkt 3 albo punkt 4 z punktem A. Dołączenie

dwóch kondensatorów jednocześnie i powiększenie pojemności filtru możliwe

jest przez połączenie punktów 3 i 4 z punktem A (połączenie równoległe

kondensatorów z odbiornikiem rezystancyjnym).

10

W celu dołączenia filtru indukcyjnego, dławik L należy włączyć

pomiędzy punkty 1 i 2 po wcześniejszym ich rozłączeniu (połączenie szeregowe

dławika z odbiornikiem rezystancyjnym).

UWAGA! Wszystkie przełączenia należy wykonywać przy odłączonym

napięciu zasilającym.

Opracowanie wyników pomiarów uzyskanych w punktach 3, 4 i 5

programu badań prostowników

1. Porównać wartości średnie i wartości skuteczne prądu jednej diody i prądu

odbiornika przez obliczenie I

D

śr

/ I

ośr

oraz I

D

sk

/ I

osk

.

2. Obliczyć współczynnik tętnień (k

t

) napięcia odbiornika według wzoru:

%

100

U

U

U

k

śr

0

2

śr

0

2

sk

0

t

3. Wyniki pomiarów i obliczeń zamieścić w tabeli 1.

4. Porównać warunki pracy każdej diody w badanych prostownikach.

5. Ocenić jakość przetwarzania napięcia zmiennego na napięcie stałe

w badanych układach na podstawie współczynnika tętnień.

Tabela 1 - wyniki pomiarów i obliczeń

wyniki pomiarów

wyniki obliczeń

V1 V2 V3 A1 A2 A3 A4 I

Dśr

I

ośr

I

I

osk

U

ośr

U

U

osk

U

U

ośr

U

osk

I

D

sk

I

D

śr

I

osk

I

ośr

U

k

t

odb.

V

V

V

A

A

A

A

-

-

-

-

%

R

O

1 R

O

C

R

O

L

R

O

LC

R

O

2 R

O

C

R

O

L

R

O

LC

1- prostownik jednopulsowy,

2 - prostownik dwupulsowy

11

Opracowanie wyników pomiarów uzyskanych w punkcie 6 programu

badań prostowników

1. Wyniki pomiarów dla każdego badanego układu umieścić w tabeli 2.

Tabela 2 - wyniki pomiarów do wyznaczenia charakterystyki zewnętrznej

I

ośr

A

0

U

ośr

V

I

osk

A

0

U

osk

V

2. Na podstawie wyników pomiarów z tabeli 2 wykreślić charakterystyki

zewnętrzne U

ośr

= f(I

ośr

), w jednym układzie współrzędnych dla wszystkich

badanych układów. Wykresy wykonać na papierze milimetrowym.

3. Na podstawie charakterystyk zewnętrznych porównać cechy badanych

prostowników jednofazowych jako źródeł napięcia stałego.

V. WYMAGANIA BHP

Układ pomiarowy, do którego jest dostęp w czasie badań, zasilany jest

napięciem przemiennym o wartości skutecznej 14 V albo 28 V. Są to wartości

napięć bezpiecznych. Całe stanowisko laboratoryjne zasilane jest napięciem

o wartości skutecznej 220 V.

Należy zachować środki bezpieczeństwa wynikające z zasad obsługi

stanowisk laboratoryjnych przedstawionych w regulaminie bezpiecznej pracy

w laboratorium, z którym studenci zapoznawani są na pierwszych zajęciach

w semestrze.

12

UWAGA! Kondensatory elektrolityczne stosowane w ćwiczeniu

włączane na napięcie stałe wymagają prawidłowej polaryzacji napięcia

przykładanego do kondensatora. Kondensator należy włączać zgodnie ze

schematem:

VI. LITERATURA

1. Zbiorowy (Hempowicz P. i inni): Elektrotechnika i elektronika dla

nieelektryków. PWN, Warszawa, 1999.

2. Przezdziecki F., Opolski A.: Elektrotechnika i elektronika. PWN, Warszawa,

1986.

3. Jaczewski J., Opolski A., Stoltz J.: Podstawy elektroniki i energoelektroniki.

WNT, Warszawa, 1981.

4. Koziej E., Sochoń B.: Elektrotechnika i elektronika. PWN, Warszawa 1982.