W ćwiczeniu badaliśmy zachowanie się prądu przy przejściu przez diody prostownicze i kondensatory.

Diody są elementami nieliniowymi. Charakteryzują się dobrym przewodzeniem prądu w jednym kierunku, w tzw. kierunku przewodzenia, natomiast w drugim kierunku (zaporowym) dioda stawia bardzo duży opór. Charakterystyka prądowo napięciowa wygląda tak :

Często przyjmuje się rezystancję zaporową równą nieskończoność, czyli, że w diodzie nie płynie prąd wsteczny. Jest to uzasadnione, gdyż prąd ten jest niewielki w porównaniu z prądem w kierunku zaporowym. Wykres znajdujący się w trzeciej ćwiartce opuszcza się.

Do badania jakości wyprostowanego prądu stosuje się dwa współczynniki. Współczynnik szczytu, to stosunek wartości maksymalnej prądu i(t) do jego wartości skutecznej:

Współczynnik kształtu wylicza się dzieląc wartość skuteczną prądu i(t) do wartości średniej prądu :

Wartości Iśr i I mierzymy miernikami włączonymi w układ. Wartości średnie podają mierniki magnetoelektryczne (są to wartości U­3 i I3), natomiast wartości skuteczne odczytujemy z mierników elektromagnetycznych (U1,U2,I1,I2). Wartość maksymalną napięcia wyprostowanego odczytaliśmy z woltomierza czwartego (U4), jak również można to wyliczyć z wykresów otrzymanych z oscylatora. Napisane powyżej wzory można odnieść także do napięć w układzie. Będą to wtedy współczynniki kształtu i szczytu napięcia. Ponieważ prądy i napięcia różnią się od siebie tylko o stałą, możemy analizować zarówno prądy jak i napięcia i otrzymamy takie same wyniki.

Schemat do badania układów prostowniczych.

a) 1- fazowy pólokresowy

Podając na wejście prąd sinusoidalnie zmienny, na wyjściu otrzymaliśmy górną część sinusoidy. Dolna została obcięta. Na rezystorze prąd płynie w jednym kierunku. Jednak w układzie tym następują znaczne utraty mocy. Moc na wyjściu wynosi zaledwie 19 W. Nie jest to jednak wynik zaskakujący, gdyż tracona jest połowa okresu napięcia i prądu. Wyliczone współczynniki szczytu i kształtu zamieściłem w tabeli końcowej.

Właściwości układu poprawia dołączony równolegle kondensator. Gdy napięcie rośnie, rośnie też ładunek zgromadzony na okładkach kondensatora. Gdy napięcie zacznie opadać, kondensator przeciwdziałając tym zmianom zacznie się rozładowywać. Spowoduje to wygładzenie charakterystyki przedstawiającej napięcie wyprostowane.

b) 1 - fazowy pelnookresowy

Dzięki takiemu połączeniu ze sobą diód, niezależnie od kierunku napięcia zawsze przez rezystor płynie prąd, któraś para diód jest w stanie przewodzenia. Znów następuje zwiększenie się mocy w układzie.

Dalszą poprawę współczynników szczytu i kształtu oraz mocy układu uzyskuje się włączając równolegle do rezystancji kondensator.

c) 3 - fazowy półokresowy

W układzie tym każda z diód przewodzi przez jedną trzecią okresu. Przeanalizujmy przebiegi. Zasada ogólna jest taka: przewodzi ta dioda, na której jest największe napięcie. Tak, więc dioda pierwsza D1 będzie przewodzić dla t należącego do przedziału (/6 , 5/6), gdyż wtedy er ma wartość największą. Dioda D2 przewodzi gdy t wynosi (5/6 , 3/2) Zaś dioda D3 wtedy gdy et ma największą wartość, czyli dla t zawierającego się w przedziale (3/2 , 13/6). Częstotliwość prądu wyprostowanego jest trzykrotnie większa od częstotliwości prądu sieci. Napięcie wsteczne dla każdej diody wynosi tyle ile napięcie międzyfazowe.

d) 3 - fazowy pelnookresowy

W układzie tym każda dioda przewodzi przez jedną trzecią okresu, podobnie jak poprzednio, różnica jednak w tym, że każda dioda przewodzi dwukrotnie, po jedną szóstą okresu. Diody zmieniają się, co jedną szóstą okresu. Przewodzi ta para diód na której wartość bezwzględna napięcia jest największa. wskaźnik kształtu dla tego układu wynosi jeden. Układ ten daje, więc prąd najbardziej zbliżony do stałego. Włączenie w układ kondensatora poprawia jeszcze napięcie, dzięki czemu współczynnik szczytu osiąga prawie jedynkę - równość napięcia maksymalnego, średniego i skutecznego.

4. Wnioski.

Prostownikiem nazywamy urządzenie, które prostuje prąd przemienny dwukierunkowy, zamienia go na prąd jednokierunkowy.

W przypadku najprostszego prostownika 1- połówkowego jednofazowego dioda przewodzi tylko dodatnią połówkę napięcia przemiennego. Wadą tego prostownika jest to, że przez uzwojenie wtórne transformatora płynie prąd jednokierunkowy oraz tętnienia napięcia są bardzo duże. Bardziej stosowanym jest prostownik z diodami połączonymi w układzie mostkowym, zwanym mostkiem Gretza . W prostowniku mostkowym uzwojenie wtórne transformatora sieciowego jest w pełni wykorzystane, ponieważ płynie przez nie prąd w ciągu całego okresu napięcia sieciowego. Niedogodnością w tym układzie jest spadek napięcia jednocześnie na dwóch diodach połączonych szeregowo, przy tym samym prądzie wyprostowanym. Sprawność prostownika jest tym większa, im większe jest napięcie wyprostowane. Różnica wynikająca pomiędzy prostownikami jednofazowymi i trójfazowymi jest taka, iż częstotliwość tętnień jest trzy razy wyższa niż w prostownikach jednofazowych.

We wszystkich badanych przypadkach zmieniając obciążenie rezystancyjne na rezystancyjno-pojemnościowe prądy I1 i I2 rosną , a wszystkie inne wskazania przyrządów pozostają bez zmian.

Współczynniki kształtu i szczytu wyznaczone w ćwiczeniu różnię

od wartości podanych w podręczniku. Różnice wynikają z niedokładności pomiaru, błędnego odczytania oraz mogą wynikać z niedokładności przyrządów pomiarowych.

---