Laboratorium EMC

Ćwicznie: Pomiary zaburzeń przewodzonych oraz badanie prostowników sieciowych i układów PFC małej mocy

Prostowniki sieciowe

Badanie prostowników sieciowych

Wstęp

Celem ćwiczenia jest obserwacja wpływu konfiguracji prostownika sieciowego na kształt napięć i prądów w układzie oraz w sieci zasilającej. Badane układy to prostownik z mostkiem Greta, z możliwością wyboru wartości kondensatora wygładzającego, oraz mostek Valley-fill z możliwością konfiguracji wewnętrznego połączenia diodowego. Obciążeniem jest zespół żarówek o różnych mocach.

Uwaga!

W badanych układach prostowników występują napięcia rzędu 350V, dlatego podczas przeprowadzania ćwiczeń należy zachować szczególną ostrożność. Dokonując wszelkich pomiarów z użyciem oscyloskopu należy podłączać go za pośrednictwem różnicowej sondy wysokonapięciowej. Wszelkie zmiany struktury obwodu, także związane z podłączaniem sondy wysokonapięciowej, należy przeprowadzać po wcześniejszym odłączeniu zasilania. Niedopuszczalne jest pozostawianie w trakcie działania układu kabli podpiętych tylko z jednej strony.

Wymagane zagadnienia teoretyczne:

• Budowa i zasada działania prostownika z mostkiem Gretza

• Budowa i zasada działania prostownika typu Valley-fill

Po wykonaniu ćwiczenia:

• Przeprowadzić w programie SPICE symulacje różnych prostowników według nastąpiłą weryfikacja uzyskanych wyników. Jako źródło napięcia sieciowego przyjąć 230VAC o impedancji wewnętrznej wyznaczonej w trakcie ćwiczeń.

Instrukcja do wykonania ćwiczenia

Wykaz stosowanych przyrządów:

• Mostek Gretza,

• Układ prostownika typu Valley-Fill

• Obciążenie rezystancyjne na 450VDC małej mocy - żarówki

• Dławik

• oscyloskop (TDS 1001B)

• sonda wysokonapięciowa (HZ 115)

• sonda prądowa cęgowa DC-100kHz , 30A (HZ56)

• inne modele

1. Obserwacja i rejestracja przebiegów napięcia sieciowego

W celu pomiaru kształtu napięcia sieciowego należy podłączyć sondę wysokonapięciową do gniazda sieciowego. Podzielnik sondy powinien być ustawiony na 1000x (przycisk podzielnika nie wciśnięty). Aby odwzorowanie napięcia było odpowiednie, taki sam podzielnik należy ustawić w oscyloskopie. Aby zobaczyć widmo sygnału i określić zawartość harmonicznych należy przełączyć oscyloskop w tryb MATH/FFT.

Opracowanie wyników

Należy obejrzeć i zarejestrować:

1. Przebieg napięcia sieciowego

2. Widmo częstotliwości przebiegu napięcia sieciowego (zwrócić uwagę na ustawienie badanego zakresu częstotliwości tak, aby widoczne były najważniejsze harmoniczne)

3. Wyniki zarejestrować w formacie elektronicznym (pendrive-USB).

4. Przeprowacić analizę FFT w programie komputerowym (np. Matlab - widmo łacznie z fazami harmonicznych) i porównać z uzyskaną przy pomocy oscyloskopu

2. Prostownik z mostkiem Gretza i obciążeniem rezystancyjnym

Schemat prostownika z mostkiem Gretza przedstawiony jest na rys. 1.

Rys. 1. Schemat obwodu z mostkiem Gretza

• Zaciski 14 i 15 służą do pomiaru wejściowego napięcia sieciowego

• Połączenie 1-2 służy jako wyprowadzenie przewodu zasilającego na którym można mierzyć prąd zasilający układ. Pomiaru dokonuje się sondą prądową, która mierzy pole magnetyczne wywołane przepływem prądu przez przewód otoczony jej obcęgami. Z obudowy sondy należy odczytać odpowiedni przelicznik prądu na napięcie wyjściowe i dopasować do niego ustawienie oscyloskopu.

• Połączenie 4-5 doprowadza prąd z mostka Gretza do kondensatorów wygładzających i obciążenia. Oprócz prostego połączenia przewodowego można w tym miejscu zastosować dławik.

• Połączenie 6-(7/8/9/10/11) umożliwia wybór pojemności wygładzającej.

• Złącza 12 i 13 służą do podłączenia obciążenia. Na stałe podłączona jest tam dioda, która sygnalizuje poziom naładowania kondensatorów. Jako obciążenie używany jest moduł z żarówkami, którego schemat przedstawiony jest na rys. 2. W celu wyboru danej pary żarówek należy wykonać odpowiednie połączenie 4-(3/5/6).

Rys. 2. Schemat obciążenia rezystancyjnego - żarówki

Opracowanie wyników

Należy obejrzeć i zarejestrować przebiegi:

1. Napięcia i prądu sieci (sondą napięciową podłączona do gniazda sieciowego i innych interesujących punktów, sondą prądową) w stanie ustalonym przy podłączeniu różnej wartości obciążenia, pojemności wygładzającej oraz dławika (między zaciskami 4-5)

2. Napięcia i prądu na wyjściu obciążenia (sonda napięciowa podłączoną zacisków 12 i 13) w stanie ustalonym przy podłączeniu różnej wartości obciążenia, pojemności wygładzającej oraz dławika

3. Napięcia i prądu udarowego sieci w stanach nieustalonych podczas włączania układu z obciążeniem/bez obciążenia, z różnymi wartościami pojemności wygładzającej. Pomiarów dokonać kilka razy, aby zaobserwować stany przejściowe przy różnych fazach napięcia sieciowego. Do rejestrowania stanów przejściowych użyć opcji „Single sequence” w oscyloskopie.

3. Układ Valley-Fill z obciążeniem rezystancyjnym

Schemat układu Valley-Fill przedstawiony jest na rys. 3.

Rys. 3. Schemat układu Valley-Fill

• Zaciski 23 i 24 służą do pomiaru wejściowego napięcia sieciowego

• Połączenie 1-2 służy jako wyprowadzenie przewodu zasilającego na którym można mierzyć prąd zasilający układ.

• Połączenie 4-5 doprowadza prąd z mostka Gretza do kondensatorów wygładzających w układzie Valley-Fill i obciążenia. Oprócz prostego połączenia przewodowego można w tym miejscu zastosować dławik.

• Połączenie 6-(7/8/9/10/11) oraz 11-(16/17/18/19) umożliwia wybór pojemności filtru

• Złącza 20 i 21 służą do podłączenia obciążenia. Na stałe podłączona jest tam dioda, która sygnalizuje poziom naładowania kondensatorów. Jako obciążenie używany jest moduł z żarówkami, którego schemat przedstawiony jest na rys. 2. W celu wyboru danej pary żarówek należy wykonać odpowiednie połączenie 4-(3/5/6).

• Złącza 12/13/14/15 służą do podłączenia dodatkowego elementu R lub L lub RL w celu zmniejszenie prądów maksymalnych oraz poprawy współczynnika zawatrości charmonicznych THD prądu sieciowego.

Opracowanie wyników

Należy obejrzeć i zarejestrować przebiegi:

1. Napięcia i prądu sieci (sondą napięciową podłączona do gniazda sieciowego i innych interesujących punktów, sondą prądową) w stanie ustalonym przy podłączeniu różnej wartości obciążenia, pojemności wygładzającej oraz innych elementów (między zaciskami 12/13/14/15)

2. Napięcia i prądu na wyjściu obciążenia (sonda napięciowa podłączoną zacisków 20 i 21) w stanie ustalonym przy podłączeniu różnej wartości obciążenia, pojemności wygładzającej oraz innych elementów (między zaciskami 12/13/14/15)

3. Napięcia i prądu udarowego sieci w stanach nieustalonych podczas włączania układu z obciążeniem/bez obciążenia, z różnymi wartościami pojemności wygładzającej oraz innych elementów (między zaciskami 12/13/14/15). Pomiarów dokonać kilka razy, aby zaobserwować stany przejściowe przy różnych fazach napięcia sieciowego. Do rejestrowania stanów przejściowych użyć opcji „Single sequence” w oscyloskopie.