Zakład Nap
ędów Wieloźródłowych
Instytut Maszyn Roboczych Ci
ęŜkich PW
Laboratorium Elektrotechniki i Elektroniki
Ćwiczenie E1 - protokół
Zasilacze:
prostowniki, prostowniki sterowane, stabilizatory
Data wykonania
ćwiczenia................................................................................
Zespół wykonuj
ący ćwiczenie:
Nazwisko i imi
ę ocena dop. do ćw.
1. ............................................................. ......................
2. ............................................................. ......................
3. ............................................................. ......................
4. ............................................................. ......................
5. ............................................................. ......................
6. ............................................................. ......................
7. ............................................................. ......................
8. ............................................................. ......................
9. ............................................................. ......................
10. ............................................................. ......................
Wydział SiMR PW
Rok ak. 20.../20...
Semestr...............
Grupa.................
Warszawa 2007r.
Spis tre
ści
1. Cel i zakres
ćwiczenia
2. Pomiary
3. Zagadnienia do opracowania
4. Literatura pomocnicza
1. Cel i zakres
ćwiczenia
Ćwiczenie ma na celu poznanie zasad działania i wielkości charakteryzujących:
– Prostowniki: (prostowanie jest to proces, w wyniku którego z przebiegu maj
ącego
warto
ści dodatnie i ujemne otrzymuje się przebieg przybierający wartości tylko jednego
znaku);
– prostowniki sterowane:.(posiadaj
ą moŜliwość regulacji prądu i napięcia wyprostowanego,
przez zmian
ę kąta otwarcia – przewodzenia – prostownika).
i stabilizatory: (uniezale
Ŝniają – w ograniczonym zakresie – napięcie lub prąd od wahań
napi
ęcia zasilającego i prądu obciąŜenia).
2. Pomiary
Pomiary maj
ą na celu wyznaczenie charakterystyk wybranych prostowników jako
podzespołów zasilaczy. Poni
Ŝej zamieszczono blokowe schematy oraz tabele pomiarowe.
2.1. Prostowniki niesterowane
Pomiary prostowania jedno i dwu połówkowego z obci
ąŜeniem rezystancyjnym i
rezystancyjno – pojemno
ściowym (RC w układzie równoległym). Blokowy schemat
pomiarowy przedstawiono na rysunku 1.
Rys.1. Blokowy schemat pomiarowy
gdzie: At – autotransformator 0
250V, V
1
– woltomierz elektromagnetyczny (pomiar warto
ści skutecznej napięcia
prostowanego – U
1
), V
2
– woltomierz cyfrowy – pomiar warto
ści średniej napięcia wyprostowanego (U
2
śr
– zakres
DC) i warto
ści skutecznej napięcia wyprostowanego (U
2sk
– zakres AC), A – amperomierz (I – pomiar warto
ści
średniej prądu wyprostowanego), O – oscyloskop (U
omx
– pomiar warto
ści maksymalnej napięcia wyprostowanego –
amplitudy).
Pomiary w układzie prostowania jedno połówkowego – D
1
; w układzie prostowania dwu połówkowego – D
1-4
.
R
o
– rezystancja obci
ąŜenia, C – kondensator, w
1,2
– wył
ącznik kondensatorów
2.1.1. Prostowanie w układzie jedno połówkowym (D
1
) przy R
o
= const.
1. Obci
ąŜenie rezystancyjne (wyłączniki w
1
i w
2
otwarte);
2. Obci
ąŜenie rezystancyjno – pojemnościowe (wyłącznik w
1
lub w
2
zamkni
ęty, lub
wył
ączniki w
1
i w
2
zamkni
ęte).
Pomiary nale
Ŝy wykonać dla pięciu wartości napięcia U
1
Tabela 1 (R
o
= R
01
= const.)
1
2
U1 U2śr U2sk
I
Uo
Uomx
Uosk
U2śr U2sk
I
Uo
Uomx Uosk
V
V
V
A
X(mm) Vomx
Vosk
V
V
A
X(mm) Vomx Vosk
30
12,5
10
10
0,4
20
14,14
25
30
60
0,3
15
10,61
60
37,5
25
20
0,8
40
28,28
65
70
70
0,4
20
14,14
90
65
40
90
2,3
115
81,32
95
100
85
0,6
30
21,21
120
90
50
120
3,2
160
113,14
125
130
110
1,2
60
42,43
150
110
70
150
4,2
210
148,49
175
170
140
2,1
105
74,25
Dla układu jednopołowkoego z filtrem wartości U2śr, U2sk, I przy tych samych wartościach
napięcia U1 są większe od układu bez filtra, ponieważ kondensator wywołuje wzrost napięcia.
Natomiast wartości Uomx i Uosk są z tego samego powodu mniejsze, gdyż kondensator
zmienia przebieg sinusoidy co skutkuje zmniejszeniem przesunięcia.
Pomiary oscyloskopowe. W celu wyznaczenia warto
ści skutecznej napięcia pomierzonego
oscyloskopem U
osk
, nale
Ŝy skorzystać z zaleŜności:
2
10Xk
U
osk
=
gdzie: X – amplituda [mm], k = stała zakresowa oscyloskopu [V/mm], 10 – stała dzielnika
napi
ęcia.
2.1.2. Prostowanie w układzie dwu połówkowym (D
1-4
) przy R
o
= const.
1. Obci
ąŜenie rezystancyjne (wyłączniki w
1
i w
2
otwarte);
2. Obci
ąŜenie rezystancyjno – pojemnościowe (wyłącznik w
1
lub w
2
zamkni
ęty, lub
wył
ączniki w
1
i w
2
zamkni
ęte).
Pomiary nale
Ŝy wykonać dla pięciu wartości napięcia U
1
Tabela 2 (R
o
= R
01
= const.)
1
2
U1 U2śr U2sk
I
Uo
Uomx
Uosk
U2śr U2sk
I
Uo
Uomx Uosk
V
V
V
A
X(mm) Vomx
Vosk
V
V
A
X(mm) Vomx Vosk
30
29
25
20
0,8
40
28,28
29
35
26
0,2
10
7,07
60
59
50
45
1,8
90
63,64
73
75
61
0,4
20
14,14
90
89
85
70
2,6
130
91,92
108
115
95
0,8
40
28,28
120
118
115
85
3,4
170
120,21
145
155
129
1
50
35,36
150
149
145
119
4,2
210
148,49
185
200
164
1,2
60
42,43
30
60
90
120
150
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
I
U2śr
U2śr
U2sk
I
Dla układu dwupołówkowego z filtrem wartości U2śr, U2sk, I przy tych samych wartościach
napięcia U1 są większe od układu bez filtra, ponieważ kondensator wywołuje wzrost napięcia.
Natomiast wartości Uomx i Uosk są z tego samego powodu mniejsze, gdyż kondensator
zmienia przebieg sinusoidy co skutkuje zmniejszeniem przesunięcia. Układ dwupołówkowy
realizuje prostowanie całofalowe.
Pomiary oscyloskopowe. W celu wyznaczenia warto
ści skutecznej napięcia pomierzonego
oscyloskopem U
osk
, nale
Ŝy skorzystać z zaleŜności:
2
10Xk
U
osk
=
gdzie: X – amplituda [mm], k = stała zakresowa oscyloskopu [V/mm], 10 – stała dzielnika
napi
ęcia.
Pomiary oscyloskopowe. W celu wyznaczenia warto
ści skutecznej napięcia pomierzonego
oscyloskopem U
osk
, nale
Ŝy skorzystać z zaleŜności:
2
10Xk
U
osk
=
Gdzie: X – amplituda [mm], k = stała zakresowa oscyloskopu [V/mm], 10 – stała dzielnika
napi
ęcia.
Na podstawie uzyskanych wyników wykona
ć wykresy: U
2
, I = f(U
1
) przy R
o
= const. i
U
2
= f(I
2
), przy U
1
= const. z zaznaczeniem wpływu pojemno
ści.
Dla prostowania jedno i dwu połówkowego wyznaczy
ć współczynnik szczytu określony jako:
U
omx
/U
2sk
(dla przebiegów przemiennych sinusoidalnie zmiennych współczynnik ten jest
równy 2 ).
2.2. Prostowniki sterowane
2.2.1. Skalowanie przesuwnika fazowego generuj
ącego impulsy wyzwalające tyrystory
30
60
90
120
150
0
50
100
150
200
250
I
I
U2śr
U2śr
U2sk
Korzystaj
ąc z oscyloskopowego odczytu połoŜenia (na sinusoidzie wzorcowej) impulsu
wyzwalaj
ącego, wyznaczyć zaleŜność kąta przewodzenia tyrystorów od działek przesuwnika
(długo
ść sinusoidy „X” odpowiada kątowi 360
0
, odległo
ść impulsu od t = 0 „Y” odpowiada
szukanemu k
ątowi „
ϕ
”).
Tabela 4
Zmieniając kąt opóźnienia tyrystora może regulować napięcie wyprostowanego od zera do
pełnej wartości średniej. Zmiana kąta przewodzenia tyrystora w stosunku działek
przesuwania sinusoidy następuje w sposób logarytmiczny.
2.2.2. Pomiary pr
ądów i napięć w sterowanych (tyrystorowych) układach jedno i dwu
połówkowego prostowania. Blokowy schemat pomiarowy przedstawiono na rysunku 2:
N
Działki
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
(fi)
Stopnie
180
175
173
170
165
157
140
120
70
0
f(N) mm
0,8
1
1,8
2,5
4
7
11
20
33
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
fi=f(n)
Rys.2. Blokowy schemat pomiarowy
gdzie: pf – przesuwnik fazowy, T
1
, T
1
+T
2
– jedno i dwu połówkowy prostownik tyrystorowy,
V – woltomierz (pomiar napi
ęcia), A – amperomierz (pomiar prądu),
Z = R + jX
L
– impedancja
Tabela 5
T1
N
Działki
1
2
3
4
5
6
7
8
9
(fi)
Stopnie z wykresu
180
175
173
170 165 157
140 120
70
T1
U
V
0,1 0,13 0,48 1,25
2,8
3 14,8
81
136
I
A
0,2
0,4
0,6
0,8
1
2,5
8,5
22
37
T1+T2
U
V
0,12 0,35
1,7
3,8
8
17
35 110
180
I
A
0
0,2
0,5
2
3
8
16
50 82,5
180
175
173
170
165
157
140
120
70
0
20
40
60
80
100
120
140
160
U
I
T1 +T2
ϕ
– k
ąt przewodzenia tyrystorów (odczyt z wykresu), T
1
– sterowane prostowanie jedno
połówkowe, T
1
+ T
2
– sterowane prostowanie dwu połówkowe.
Na podstawie wyników pomiarowych nale
Ŝy wykonać wykresy U, I = f(
ϕ
), a z obserwacji
oscyloskopowych szkic przebiegów czasowych: u(t) oraz i(t) dla ró
Ŝnych wartości
ϕ
.
2.3. Stabilizatory
2.3.1. Stabilizator z diod
ą Zenera
Schemat pomiarowy przedstawiono na rysunku 3.
Rys.3. Stabilizator z diod
ą Zenera - schemat układu pomiarowego
2.3.1.2. Wyznaczanie charakterystyk stabilizacji U
2
= f(I
2
) dla napi
ęć zasilania
U
1
= const.(parametr)
Tabela 7
180
175
173
170
165
157
140
120
70
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
U
I
Na podstawie wyników pomiarowych nale
Ŝy wykonać wykresy U
2
= f(I
2
) – napi
ęcie zasilania
parametr.
U1=U1zn
I2
mA
0
15
30
42
53
65
75
U2 V
5,95 5,95 5,95 5,95 5,95 5,95 5,95
I1
mA
146
149
151
152
153
153
155
U1=05U1zn
I2
A
0 12,6
29
42
50
67
75
U2 V
3,75 3,65
3,4
3,3
3,2
3
2,9
I1
mA
0
12
30
45
51
70
80
0
12,6
29
42
50
67
75
0
1
2
3
4
5
6
7
U1=U1zn
U1=05U1zn