INSTYTUT TELEKOMUNIKACJI I AKUSTYKI

Politechniki Wrocławskiej

Laboratorium Układów Elektronicznych

Ćwiczenie laboratoryjne nr 7

Zasilacze niestabilizowane.

Ćwiczenie wykonali:

Marcin Kiryk

Krzysztof Kaźmierczak

Sprawozdanie opracował:

Krzysztof Kaźmierczak

WROCŁAW 1998

1. Cel ćwiczenia.

Ćwiczenie ma na celu zapoznanie się z podstawowymi problemami spotykanymi podczas projektowania układów prostowniczych, które są podstawowymi podzespołami urządzeń zasilających.

2. Wprowadzenie.

Większość urządzeń elektronicznych jest zasilana z publicznej sieci o napięciu 220 V i częstotliwości 50 Hz. W zasilaniu pośredniczy prostownik zamieniający napięcie zmienne na napięcie stałe o możliwie małych tętnieniach. Prostownik zawiera zwykle transformator, układ prostowniczy i filtr. Transformator służy do uzyskania napięcia, które bezpośrednio będzie prostowane i na ogół ma przekładnię obniżającą, gdyż napięcia potrzebne do zasilania urządzeń elektronicznych zwykle są stosunkowo małe. Ważną funkcją transformatora jest także izolacja galwaniczna prostownika i zasilanego układu od sieci. Podstawowy układ prostowniczy wytwarza energię prądu stałego w sposób niedoskonały, ponieważ na wyjściu obok składowej stałej występują tętnienia- szczątkowe przebiegi zmienne napięcia lub prądu. Dlatego w skład zasilania obok samych podstawowych układów prostowniczych należy także zaliczyć układy filtracyjne.

3. Pomiar rezystancji Rw transformatora.

Unb = 11.2V - napięcie na zaciskach połowy uzwojenia wtórnego transformatora bez obciążenia ;

Uob = 10.1V- napięcie na zaciskach połowy uzwojenia wtórnego transformatora z obciążeniem R=10 

Znając wartość rezystora oraz spadek napięcia na tym rezystorze obliczamy wartość prądu :

I = Uob / R =10.1 / 10 = 1.01 [A]

Mając wartość prądu I oraz spadek napięcia na Rw (różnica Unb - Uob =1.1 [V] ) można wyznaczyć Rw :

Rw = ( Unb - Uob ) / I = 1.1 / 1.01 = 1,09 []

4. Pomiar parametrów prostownika dwupołówkowego.

Wyznaczenie mocy wyjściowej, oraz prądu obciążenia.

Tabela pomiarowa nr.1 (dla obciążenia R=6.1) :

Wzory stosowane do obliczenia mocy wyjściowej Po i prądu obciążenia Io :

Po= Uo*Io = (Uo*Uo) / Ro ;

Io= Uo / Ro ;

Tabela pomiarowa nr.2 (dla obciążenia R=10 ) :

Wzory stosowane do obliczenia mocy wyjściowej Po i prądu obciążenia Io analogicznie jak wyżej.

Wyznaczenie wartości współczynnika wykorzystania napięciowego, oraz współczynnika tętnień.

Tabela pomiarowa nr.3 (dla obciążenia R=6.1) :

Wzory stosowane do obliczeń :

u = Uo / Umax * 100 % ;

U1m. = Ut / 2 ;

Kt = (U1m. / Uo) * 100 % ;

Tabela pomiarowa nr.4 (dla obciążenia R=10 ) :

Obliczenia analogiczne jak wyżej.

Uzyskane wartości przedstawione zostały na wykresie :

Zależności u oraz kt przedstawiono w skali log-log.

Ro = Rw + Rd = 1.09 + 0.7 = 1.79 [

Wyznaczenie wypadkowej sprawności prostownika dwupołówkowego :

a). R = 6.1

P1 = 20,9 W

Po = 11.29W

Zatem :

 = (Po / P1) * 100 % = 54.01 %

b). R = 10 

P1 = 16W

Po = 9.409W

Zatem :

 = (Po / P1) * 100 % = 58.8 %

5. Pomiar parametrów prostownika jednopołówkowego.

Wyznaczenie mocy wyjściowej, oraz prądu obciążenia.

Tabela pomiarowa nr.5 (dla obciążenia R=6.1 ) :

Obliczenia tak jak dla prostownika dwupołówkowego.

Tabela pomiarowa nr.6 (dla obciążenia R=10 ) :

Obliczenia tak jak dla prostownika dwupołówkowego.

Wyznaczenie wartości współczynnika wykorzystania napięciowego, oraz współczynnika tętnień

Tabela pomiarowa nr.7 (dla obciążenia R=6,1 ) :

Obliczenia tak jak dla prostownika dwupołówkowego.

Tabela pomiarowa nr.8 (dla obciążenia R=10 ) :

Obliczenia tak jak dla prostownika dwupołówkowego.

Uzyskane wartości przedstawione zostały na wykresie :

Zależności u oraz kt przedstawiono w skali log-log.

Ro = Rw + Rd = 1.09 + 0.7 = 1.79 [

Wyznaczenie wypadkowej sprawności prostownika jednopołówkowego :

a). R = 6.1

P1 = 27 W

Po = 6.714 W

Zatem :

 = (Po / P1) * 100 % = 24.86 %

b). R = 10 

P1 = 20.7 W

Po = 6.241 W

Zatem :

 = (Po / P1) * 100 % = 30.15 %

6. Pomiar parametrów prostownika mostkowego.

Unieobciążone=14.4 V ;

Uobciążone(Uo)=9.2 V (R=10 ) ; => Io = Uo / R = 0.92 [A] ;

Ut=1.2 V ;

Po=Uo*Io=9.2*0.92=8.464 [W]

Kt =(Ut / (2*Uo))*100%= 2.075 [%]

Wnioski.

Możemy powiedzieć, że użycie odpowiedniej reaktancji między wyjściem układu prostowniczego, a obciążeniem prądu stałego umożliwia zmniejszenie tętnień napięcia bądź prądu.

W układach z obciążeniem pojemnościowym dzieje się to dzięki magazynowaniu energii pola elektrycznego i tendencji do utrzymania stałego napięcia w kondensatorze. Obciążenie pojemnościowe powoduje zatem lepsze wykorzystanie napięciowe i mniejsze tętnienia napięcia wyjściowego, kosztem pogorszenia wykorzystania prądowego wynikłego ze zmniejszenia kąta przepływu 2 impulsów prądu.

W układzie jednopołówkowym w stanie ustalonym prąd elementu prostowniczego płynący w okresie 2 doładowuje kondensator C ze stałą czasową RsC. W chwili gdy wartość zmiennego napięcia zasilania Us zrównuje się z wartością Uo na kondensatorze prąd ładowania ustaje, po czym kiedy Us<Uo element prostowniczy zostaje odcięty i następuje rozładowywanie kondensatora C ze stałą czasową RoC. Proces ten trwa do momentu gdy Us w następnym cyklu ponownie zrówna się z wartością napięcia Uo, po czym następuje ponowne doładowywanie kondensatora.Jeżeli RoC rośnie to kondensator rozładowuje się mniej i kąt przepływu 2 oraz tętnienia maleją.

W analogiczny sposób pracuje układ dwupołówkowy lub mostkowy, tylko że rozładowanie i ładowanie następuje dwa razy szybciej.

Porównując (na podstawie wartości obliczonych i mierzonych w ćwiczeniu) odpowiednio pracę prostowników jedno- i dwupołówkowych z obciążeniem rezystancyjnym do pracy prostowników jedno- i dwupołówkowych z obciążeniem rezystancyjnym i filtrem pojemnościowym możemy powiedzieć, że w pierwszym przypadku prądy wyjściowe płyną bezpośrednio po tym, jak napięcie wyprostowane narasta od początkowej wartości zerowej i są proporcjonalne do chwilowej wartości tego napięcia. Charakteryzują się one także słabym wykorzystaniem napięciowym, małą sprawnością energetyczną oraz dużymi tętnieniami w zestawieniu z prostownikami jedno- i dwupołówkowymi z obciążeniem rezystancyjnym i filtrem pojemnościowym. Układy te nie mają większego zastosowania praktycznego.

Dla prostownika dwu- i jednopołówkowego, na podstawie zmierzonych wartości, które zebrane zostały w tabelach pomiarowych, wyznaczone zostały: moc wyjściowa Po i prąd obciążenia Io dla Ro=6.1 oraz Ro=10. Dla przypadku, w którym uzyskano maksymalną moc w obciążeniu obliczone zostały sprawności prostowników. Sprawozdanie zawiera także wykresy współczynnika wykorzystania napięciowego oraz współczynnika tętnień (tzw. wykresy Shade'go) dla wszystkich przypadków badanych w ćwiczeniu.

Ostatni punkt ćwiczenia dotyczył pomiaru parametrów prostownika mostkowego. Porównując go do prostownika dwupołówkowego pracującego przy obciążeniu R=10 oraz filtrze pojemnościowym C=45000 F możemy powiedzieć, że parametry obu układów są do siebie zbliżone, z niewielką przewagą prostownika dwupołówkowego, powodowaną zastosowaniem filtra pojemnościowego. Zatem zastosowanie kondensatora o dużo mniejszej pojemności jako elementu filtracyjnego w prostowniku mostkowym da identyczny efekt jak w przypadku prostownika dwupołówkowego z filtrem pojemnościowym C=45000 F. Prostownik mostkowy wykazuje zatem dużą przewagę nad prostownikiem dwupołówkowym.

1

6

maximum record size = 4118 record size = 0

---