Politechnika Świętokrzyska
Laboratorium Elektrotechniki
Ćwiczenie numer: 3
Data wykonania ćwiczenia: 16.03.2015

• Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zbadanie różnych rodzajów pracy prostowników.

• Wstęp teoretyczny:

Prostownik jest układem którego zadaniem jest przetworzenie energii sieci zasilającej prądu zmiennego na energię prądu stałego. Prostownik dzielimy na półokresowe i pełno okresowe. Podstawowymi elementami układów prostowniczych są diody. Dioda jest w zasadzie elektronicznym równoważnikiem zaworu jednokierunkowego możliwy jest w niej przepływ prądu tylko w jednym kierunku. Dioda idealna w kierunku zaporowym powinna mieć nieskończenie dużą rezystancję i zerową w kierunku przewodzenia. Niestety taki obraz diody nie istnieje
w rzeczywistości dioda ma właściwości nieco inne niż idealna. Taką cechą jest przede wszystkim spadek napięcia w kierunku przewodzenia, która jest prawie stała niezależna od wartości prądu płynącego przez diodę.

Dioda prostownicza a) symbol graficzny b)rzeczywista ch-ka diody
c)idealna ch-ka diody

Najprostszy układ prostowniczy składa się z jednej diody półprzewodnikowej, która jest wpięta w układ napięcia przemiennego. Jeśli założymy, że jest to dioda idealna to będzie przepuszczała tylko dodatnie połówki sinusoidy, gdyż wówczas na anodzie diody jest wyższy potencjał niż na katodzie i dioda jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia (oczywiście wtedy gdy U_g>0.6V). Pomimo prostoty jest rzadko stosowany ponieważ są duże straty energii wyniku blokowania ujemnej połówki.
Z powyższych powodów stosowany jest w tylko w układach o niewielkiej mocy
np. w zasilaczach impulsowych małych mocy.

a)przebieg napięcia na rezystancji obciążenia b) schemat prostownika

Kolejnym układem prostownika dwupołówkowego jest układ mostkowy (mostek Graetza). W układzie tym umożliwia wykorzystanie mocy źródła napięcia przemiennego przez cały okres.

a)przebieg napięcia na rezystancji obciążenia b) schemat prostownika

• Schemat pomiarowy:

Schemat układu do badania obwodów nieliniowych zawierających elementy niesymetryczne

a) układ prostownika półfalowego, b) układ prostownika całofalowego

Spis przyrządów:
At - autotransformator W - watomierz
w1 - wyłącznik jednobiegunowy w2 - wyłącznik jednobiegunowy

Opornik nr. fab. 8209 1540 Ω

• Wyniki z oscyloskopu:

a) układ prostownika półfalowego

1-bez filtra i bez obciążenia
2-bez filtra z obciążeniem
3-z filtrem i bez obciążenia

4-z filtrem z obciążeniem

b) układ prostownika całofalowego

5-bez filtra i bez obciążenia

6-bez filtra z obciążeniem

7-z filtrem i bez obciążenia

8-z filtrem z obciążeniem

• Wzory do obliczeń:

Napięcie średnie $U_{sr} = \frac{U_{1} + U_{2}}{2}$ Napięcie skuteczne $U_{m} = \sqrt{2}\ *\ U_{sr}$

Prąd średni $I_{sr} = \frac{I_{1} + I_{2}}{2}$ Moc P_u = I_sr² * R

Sprawność: $\mathbf{\eta} = \frac{P_{u}}{P}$ Współczynnik tętnień: $\mathbf{H} = \frac{U_{m}}{U_{sr}}$

• Tabela pomiarowa

Układ	Pomiary	Obliczenia
	U1	I1
	V	A
1	Prostowanie półfalowe bez filtru:
Stan jałowy	80	0,26
Stan obciążenia	80	0
2	Prostowanie półfalowe z filtrem pojemnościowym:
Stan jałowy	80	0,08
Stan obciążenia	80	0
3	Prostowanie całofalowe bez filtru:
Stan jałowy	80	0,29
Stan obciążenia	80	0
4	Prostowanie całofalowe z filtrem pojemnościowym:
Stan jałowy	80	0,2
Stan obciążenia	80	0

• Wnioski:

Prostowniki półfalowe posiadają niesymetryczną charakterystykę płynącego przez nią prądu. Daje to możliwość zastosowania diody jako elementu prostowniczego, który umożliwia przepuszczenie prądu w jednym kierunku, zaś
w kierunku przeciwnym prawie wcale. Taki prostownik działa w układzie jak wyłącznik, który jest włączony w czasie trwania każdego dodatniego półokresu zasilonego napięciem zmiennym. Natomiast w ujemnej półfali jest wyłączony. Przebiegi napięć na rezystancji mają kształt wykresu sinusoidy, która w dodatniej półfali pozostaje bez zmian, zaś wartości ujemne zastępuje zerem.

Prostowniki półfalowe cechują się mniejszą sprawnością oraz większym współczynnikiem tętnień co skutkuje gorszą jakością wyprostowanego napięcia ze względu na zawartość składowej zmiennej.

Drugi badany prostownik jest to prostownik dwupołówkowy nazywany także pełnookresowym. Przykładem takiego prostownika jest układ mostkowy Graetza.
Charakterystyki napięcia i prądu na rezystancji obciążenia zawierają obie połówki sinusoidy w dodatnim obszarze co oznacza iż prostownik ten działa tak samo zarówno w trakcie dodatniego i ujemnego znaku napięcia zasilającego.

Prostowniki te dają na wyjściu napięcie jednokierunkowe, lecz wykazują one duże tętnienia i jego przebieg znacząco różni się od przebiegu napięcia stałego.
Aby zmniejszyć tętnienia napięcia wyjściowego stosuje się różne filtry. Jednak najprostszym i często stosowanym jest filtr pojemnościowy zbudowany
z kondensatora, który w czasie narastania napięcia ładuje się, zaś w czasie zmniejszającego się napięcia, gdy osiągnie wartość mniejszą niż na kondensatorze, zaczyna rozładowywać się poprzez rezystancję obciążenia. Dzięki takiemu zastosowaniu napięcie na obciążeniu przy odpowiedniej pojemności kondensatora nie spada do zera. Zmniejszają się tętnienia zaś wartość średnia oraz wartość skuteczna wzrasta.

Ćwiczenie przebiegło zgodnie z instrukcją BHP, stanowisko po ćwiczeniu zostało uporządkowane.