LABORATORIUM UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH |
Dzień tygodnia: godzina:
Wtorek 15.15 |
Nr Grupy: 6 Grzegorz Rakucki Arkadiusz__Samulak |
Nr ćw. : 20 Temat: Klucze analogowe i przełączniki |
Data wykonania: 97.12.02 |
ocena:
|
Podstawowym zadaniem zasilacza sieciowego jest przetworzenie zmiennego napięcia sieciowego na napięcie stałe o żądanej wartości.
Urządzenia wysokonapięciowe lub urządzenia o dużych mocach zasila się z sieci trójfazowej, urządzenia o niewielkich mocach - z sieci jednofazowej. W związku z tym wyróżnia się zasilacze wielofazowe i jednofazowe.
W skład niestabilizowanego zasilacza sieciowego jednofazowego wchodzi transformator, układ prostowniczy, filtr. Często są stosowane również układy zabezpieczające elementy zasilacza, a zwłaszcza elementy prostownicze przed przeciążeniami i przepięciami. Ponadto w zasilaczu stabilizowanym, między filtrem a obciążeniem, znajduje się stabilizator napięcia lub prądu stałego.
Schemat blokowy zasilacza niestabilizowanego.
Sieć Transformator Układ Filtr Obciążenie
prostowniczy
Ze względów użytkowych najważniejsze parametry zasilaczy niestabilizowanych są następujące:
napięcie zasilające,
składowa stała napięcia wyjściowego,
dopuszczalny prąd obciążenia,
współczynnik tętnień kt,
sprawność , czyli stosunek mocy oddawanej obciążeniu do mocy pobieranej z sieci,
warunki eksploatacji (zakres temperatury pracy, wilgotność itd.),
wymiary i masa.
Pomiar rezystancji Rw transformatora.
U1=10.9 V - bez obciążenia
U2=9.4 V - z rezystorem Ro=10 Ω
U2=U1*(Ro/(Ro+Rw))
Rw=(U1*Ro/U2)-Ro=1.6 Ω
Pomiar parametrów prostownika dwupołówkowego.
Tabela pomiarowa nr1
C |
μF |
0 |
100 |
500 |
1000 |
1500 |
2200 |
4500 |
9700 |
Ro |
Ω |
|
|
|
6.1 |
|
|
|
|
Uo |
V |
7 |
7.1 |
7.8 |
8.3 |
8.4 |
8.4 |
8.4 |
8.4 |
Ut |
V |
12 |
11 |
8 |
6 |
4.5 |
2.5 |
2 |
1 |
Um |
V |
12 |
12 |
12 |
12 |
11 |
10 |
10 |
9 |
Θ |
rad |
π/2 |
8π/18 |
7π/18 |
6π/18 |
5π/18 |
5π/18 |
5π/18 |
5π/18 |
Io |
A |
1.15 |
1.16 |
1.28 |
1.36 |
1.38 |
1.38 |
1.38 |
1.38 |
Po |
VA |
8.03 |
8.26 |
9.97 |
11.29 |
11.57 |
11.57 |
11.57 |
11.57 |
Io=Uo/Ro Po=(Uo*Uo)/Ro
Tabela obliczeniowa nr1.
W celu wykreślenia charakterystyk: współczynnika tętnień Kt[%]=f(wCRo) - wykres nr1
współczynnika wykorzystania napięcia Uo/Um=f(wCRo) - wykres nr2
Obliczenia pomocnicze:
Ro=6.1Ω Rs/Ro=0.38
Rs=RW+Rd=1.6Ω+0.7Ω=2.3Ω
ω=2πf
f=50Hz ω=314rad ωRo=1915.4
C |
μF |
0 |
100 |
500 |
1000 |
1500 |
2200 |
4500 |
9700 |
Ro |
Ω |
|
|
|
6.1 |
|
|
|
|
ωCRo |
|
0 |
0.192 |
0.958 |
1.915 |
2.873 |
4.214 |
8.619 |
18.579 |
Kt |
% |
171 |
155 |
103 |
72 |
54 |
30 |
24 |
12 |
Rs/Ro |
Ω/Ω |
|
|
|
0.38 |
|
|
|
|
Uo/Um |
V/V |
0.58 |
0.59 |
0.65 |
0.69 |
0.76 |
0.84 |
0.84 |
0.94 |
Kt=(Ut/Uo)*100%
Tabela pomiarowa nr2
C |
μF |
0 |
100 |
500 |
1000 |
1500 |
2200 |
4500 |
9700 |
Ro |
Ω |
|
|
|
10 |
|
|
|
|
Uo |
V |
7.6 |
7.9 |
9.2 |
9.6 |
9.7 |
9.7 |
9.7 |
9.7 |
Ut |
V |
12 |
11 |
7 |
5 |
3 |
2.5 |
1.5 |
1 |
Um |
V |
12 |
12 |
12 |
12 |
11 |
11 |
10 |
10 |
Θ |
rad |
π/2 |
7π/18 |
6π/18 |
6π/18 |
5π/18 |
5π/18 |
5π/18 |
5π/18 |
Io |
A |
0.76 |
0.79 |
0.92 |
0.96 |
0.97 |
0.97 |
0.97 |
0.97 |
Po |
VA |
5.78 |
6.24 |
8.46 |
9.22 |
9.41 |
9.41 |
9.41 |
9.41 |
Io=Uo/Ro Po=(Uo*Uo)/Ro
Tabela obliczeniowa nr2.
W celu wykreślenia charakterystyk: współczynnika tętnień Kt[%]=f(wCRo) - wykres nr3
współczynnika wykorzystania napięcia Uo/Um=f(wCRo) - wykres nr4
Obliczenia pomocnicze:
Ro=10Ω Rs/Ro=0.23
Rs=RW+Rd=1.6Ω+0.7Ω=2.3Ω
ω=2πf
f=50Hz ω=314rad ωRo=3140
C |
μF |
0 |
100 |
500 |
1000 |
1500 |
2200 |
4500 |
9700 |
Ro |
Ω |
|
|
|
10 |
|
|
|
|
ωCRo |
|
0 |
0.314 |
1.57 |
3.14 |
4.71 |
6.91 |
14.13 |
30.46 |
Kt |
% |
158 |
139 |
76 |
52 |
31 |
26 |
15 |
10 |
Rs/Ro |
Ω/Ω |
|
|
|
0.23 |
|
|
|
|
Uo/Um |
V/V |
0.64 |
0.66 |
0.77 |
0.8 |
0.88 |
0.88 |
0.97 |
0.97 |
Kt=(Ut/Uo)*100%
Obliczenie sprawności prostownika dwupołówkowego w przypadku, w którym uzyskano maksymalną moc na obciążeniu :
Ro=6.1Ω Ro=10Ω
P1=20.9VA P1=16VA
Po=11.57VA Po=9.41VA
η=Po/P1=0.55 η=Po/P1=0.59
3. Pomiar parametrów prostownika jednopołówkowego.
Tabela pomiarowa nr3
C |
μF |
0 |
100 |
500 |
1000 |
1500 |
2200 |
4500 |
9700 |
Ro |
Ω |
|
|
|
6.1 |
|
|
|
|
Uo |
V |
3.65 |
3.8 |
4.7 |
5.5 |
6 |
6.3 |
6.4 |
6.4 |
Ut |
V |
12 |
12 |
11 |
10 |
7.5 |
5 |
4 |
1.5 |
Um |
V |
12 |
12 |
12 |
12 |
11 |
10 |
9 |
8 |
Θ |
rad |
π/2 |
π/2 |
8π/18 |
7π/18 |
7π/18 |
6π/18 |
6π/18 |
6π/18 |
Io |
A |
0.60 |
0.62 |
0.77 |
0.90 |
0.98 |
1.03 |
1.05 |
1.05 |
Po |
VA |
2.18 |
2.37 |
3.62 |
4.96 |
5.90 |
6.51 |
6.71 |
6.71 |
Io=Uo/Ro Po=(Uo*Uo)/Ro
Tabela obliczeniowa nr3.
W celu wykreślenia charakterystyk: współczynnika tętnień Kt[%]=f(wCRo) - wykres nr5
współczynnika wykorzystania napięcia Uo/Um=f(wCRo) - wykres nr6
Obliczenia pomocnicze:
Ro=6.1Ω Rs/Ro=0.38
Rs=RW+Rd=1.6Ω+0.7Ω=2.3Ω
ω=2πf
f=50Hz ω=314rad ωRo=1915.4
C |
μF |
0 |
100 |
500 |
1000 |
1500 |
2200 |
4500 |
9700 |
Ro |
Ω |
|
|
|
6.1 |
|
|
|
|
ωCRo |
|
0 |
0.192 |
0.958 |
1.915 |
2.873 |
4.214 |
8.619 |
18.579 |
Kt |
% |
329 |
316 |
234 |
182 |
125 |
79 |
63 |
23 |
Rs/Ro |
Ω/Ω |
|
|
|
0.38 |
|
|
|
|
Uo/Um |
V/V |
0.30 |
0.32 |
0.39 |
0.46 |
0.55 |
0.63 |
0.71 |
0.8 |
Kt=(Ut/Uo)*100
Tabela pomiarowa nr4
C |
μF |
0 |
100 |
500 |
1000 |
1500 |
2200 |
4500 |
9700 |
Ro |
Ω |
|
|
|
10 |
|
|
|
|
Uo |
V |
4.0 |
4.2 |
6.1 |
7.3 |
7.8 |
8 |
8 |
8 |
Ut |
V |
13 |
13 |
11 |
9 |
7 |
4 |
2.5 |
1 |
Um |
V |
13 |
13 |
13 |
13 |
12 |
11 |
10 |
9 |
Θ |
rad |
π/2 |
8π/18 |
7π/18 |
6π/18 |
6π/18 |
6π/18 |
6π/18 |
6π/18 |
Io |
A |
0.40 |
0.42 |
0.61 |
0.73 |
0.78 |
0.8 |
0.8 |
0.8 |
Po |
VA |
1.60 |
1.76 |
3.72 |
5.33 |
6.08 |
6.4 |
6.4 |
6.4 |
Io=Uo/Ro Po=(Uo*Uo)/Ro
Tabela obliczeniowa nr4.
W celu wykreślenia charakterystyk: współczynnika tętnień Kt[%]=f(wCRo) - wykres nr7
współczynnika wykorzystania napięcia Uo/Um=f(wCRo) - wykres nr8
Ro=10Ω Rs/Ro=0.23
Rs=RW+Rd=1.6Ω+0.7Ω=2.3Ω
ω=2πf
f=50Hz ω=314rad ωRo=3140
C |
μF |
0 |
100 |
500 |
1000 |
1500 |
2200 |
4500 |
9700 |
Ro |
Ω |
|
|
|
10 |
|
|
|
|
ωCRo |
|
0 |
0.314 |
1.57 |
3.14 |
4.71 |
6.91 |
14.13 |
30.46 |
Kt |
% |
325 |
310 |
180 |
123 |
90 |
50 |
31 |
13 |
Rs/Ro |
Ω/Ω |
|
|
|
0.23 |
|
|
|
|
Uo/Um |
V/V |
0.31 |
0.32 |
0.47 |
0.56 |
0.65 |
0.73 |
0.8 |
0.9 |
Kt=(Ut/Uo)*100
Obliczenie sprawności prostownika jednopołówkowego w przypadku, w którym uzyskano maksymalną moc na obciążeniu :
Ro=6.1Ω Ro=10Ω
P1=27VA P1=20.7VA
Po=6.71VA Po=6.4VA
η=Po/P1=0.25 η=Po/P1=0.31
Pomiar parametrów prostownika mostkowego.
U1=14.5 V - bez obciążenia Uo=U1*(Ro/(Ro+Rs))
Uo=9.2 V - z rezystorem Ro=10 Ω Rs=(U1*Ro/Uo)-Ro=5.8 Ω
Po=(Uo*Uo)/Ro=8.46VA
Ut=1.2V Kt=(Ut/Uo)*100=13%
Um=10V C=4500μF Uo/Um=0.92 V/V
Wnioski :
W punkcie pomiarowym nr1 dokonaliśmy pomiaru rezystancji ewiwalentnej Rw, uzwojenia wtórnego transformatora. Zmierzyliśmy napięcie wejściowe nieobciążonego zasilacza, a następnie napięcie na rezystancji obciążenia 10Ω. Korzystając ze wzoru na dzielnik napięcia wyznaczyliśmy szukaną rezystancję uzwojenia wtórnego Rw transformatora.
W punkcie pomiarowym nr2 mierzyliśmy parametry prostownika dwupołówkowego z dzielonym uzwojeniem wtórnym transformatora. Dokonaliśmy pomiaru wartości średniej, wartości szczytowej napięcia wyjściowego, wartości międzyszczytowej napięcia tętnień oraz kątu płynięcia prądu. Na podstawie pomiaru tych parametrów obliczyliśmy następujące parametry: prąd obciążenia Io, moc oddawaną do obciążenia Po, współczynnik tętnień Kt oraz współczynnik wykorzystania napięcia Uo/Um.
Pomiaru powyższych parametrów dokonaliśmy dla dwóch wartości rezystancji obciążenia: Ro=6.1Ω oraz Ro=10Ω.
Na podstawie obliczeń wykonaliśmy charakterystyki:
współczynnika tętnień Kt=f(wCRo): wykres nr1 dla obciążenia Ro=6.1Ω
wykres nr3 dla obciążenia Ro=10Ω
współczynnika wykorzystania napięcia Uo/Um=f(wCRo):
wykres nr2 dla obciążenia Ro=6.1Ω
wykres nr4 dla obciążenia Ro=10Ω
Zwiększenie rezystancji obciążenia Ro z 6.1Ω na 10Ω spowodowało zmniejszenie parametru Rs/Ro, a co się z tym wiąże obniżenie charakterystyki współczynnika tętnień Kt, natomiast podwyższenie charakterystyki wykorzystania napięcia Uo/Um.
W punkcie pomiarowym nr3 dokonaliśmy pomiaru parametrów prostownika jednopołówkowego. Na podstawie pomiarów wykonaliśmy obliczenia oraz wykreśliliśmy charakterystyki, jak dla prostownika dwupołówkowego:
współczynnika tętnień Kt=f(wCRo): wykres nr5 dla obciążenia Ro=6.1Ω
wykres nr7 dla obciążenia Ro=10Ω
współczynnika wykorzystania napięcia Uo/Um=f(wCRo):
wykres nr6 dla obciążenia Ro=6.1Ω
wykres nr8 dla obciążenia Ro=10Ω
W prostowniku jednopołówkowym zmiana rezystancji obciążenia Ro, czyli zmiana parametru Rs/Ro nie wprowadziła znacznych zmian w wykresach współczynnika tętnień Kt oraz współczynnika wykorzystania napięcia Uo/Um.
Porównując parametry prostownika jedno- i dwupołówkowego można zauważyć, że w prostowniku jednopołówkowym wartość współczynnika tętnień Kt jest dwukrotnie większa niż w prostowniku dwupołówkowym. Natomiast współczynnik wykorzystania napięcia oraz sprawność ma większą wartość w prostowniku dwupołówkowym. Wnioski te można stwierdzić na podstawie tabel obliczeniowych bądź wykresów.
W punkcie pomiarowym nr4 dokonaliśmy pomiarów parametrów prostownika dwupołówkowego, mostkowego z rezystorem obciążenia Ro=10Ω i filtrem pojemnościowym C=4500μF. Porównując parametry prostownika mostkowego i dwupołówkowego można zauważyć, że wartość napięcia tętnień jest mniejsza w prostowniku mostkowym i co się z tym wiąże wartość współczynnika tętnień jest mniejsza. Natomiast wartość współczynnika wykorzystania napięcia jest wyższa w prostowniku dwupołówkowym.
Na wykresie nr9 zostały przedstawione oscylogramy kątu płynięcia prądu Θ dla prostownika jedno- i dwupołówkowego, przerysowane z oscyloskopu.