Zakład Nap

ędów Wieloźródłowych

Instytut Maszyn Roboczych Ci

ężkich PW

Laboratorium Elektrotechniki i Elektroniki

Ćwiczenie E1 - protokół

Zasilacze:

prostowniki, prostowniki sterowane, stabilizatory

Data wykonania

ćwiczenia................................................................................

Zespół wykonuj

ący ćwiczenie:

Nazwisko i imi

ę ocena dop. do ćw.

1. ............................................................. ......................
2. ............................................................. ......................
3. ............................................................. ......................
4. ............................................................. ......................
5. ............................................................. ......................
6. ............................................................. ......................
7. ............................................................. ......................
8. ............................................................. ......................
9. ............................................................. ......................

10. ............................................................. ......................

Wydział SiMR PW

Rok ak. 20.../20...

Semestr...............
Grupa.................

Warszawa 2007r.

Spis tre

ści

1. Cel i zakres

ćwiczenia

2. Pomiary
3. Zagadnienia do opracowania
4. Literatura pomocnicza

1. Cel i zakres

ćwiczenia

Ćwiczenie ma na celu poznanie zasad działania i wielkości charakteryzujących:
– Prostowniki: (prostowanie jest to proces, w wyniku którego z przebiegu maj

ącego

warto

ści dodatnie i ujemne otrzymuje się przebieg przybierający wartości tylko jednego

znaku);
– prostowniki sterowane:.(posiadaj

ą możliwość regulacji prądu i napięcia wyprostowanego,

przez zmian

ę kąta otwarcia – przewodzenia – prostownika).

i stabilizatory: (uniezale

żniają – w ograniczonym zakresie – napięcie lub prąd od wahań

napi

ęcia zasilającego i prądu obciążenia).

2. Pomiary

Pomiary maj

ą na celu wyznaczenie charakterystyk wybranych prostowników jako

podzespołów zasilaczy. Poni

żej zamieszczono blokowe schematy oraz tabele pomiarowe.

2.1. Prostowniki niesterowane
Pomiary prostowania jedno i dwu połówkowego z obci

ążeniem rezystancyjnym i

rezystancyjno – pojemno

ściowym (RC w układzie równoległym). Blokowy schemat

pomiarowy przedstawiono na rysunku 1.

Rys.1. Blokowy schemat pomiarowy

gdzie: At – autotransformator 0



250V, V

1

– woltomierz elektromagnetyczny (pomiar warto

ści skutecznej napięcia

prostowanego – U

1

), V

2

– woltomierz cyfrowy – pomiar warto

ści średniej napięcia wyprostowanego (U

2

śr

– zakres

DC) i warto

ści skutecznej napięcia wyprostowanego (U

2sk

– zakres AC), A – amperomierz (I – pomiar warto

ści

średniej prądu wyprostowanego), O – oscyloskop (U

omx

– pomiar warto

ści maksymalnej napięcia wyprostowanego –

amplitudy).
Pomiary w układzie prostowania jedno połówkowego – D

1

; w układzie prostowania dwu połówkowego – D

1-4

.

R

o

– rezystancja obci

ążenia, C – kondensator, w

1,2

– wył

ącznik kondensatorów

2.1.1. Prostowanie w układzie jedno połówkowym (D

1

) przy R

o

= const.

1. Obci

ążenie rezystancyjne (wyłączniki w

1

i w

2

otwarte);

2. Obci

ążenie rezystancyjno – pojemnościowe (wyłącznik w

1

lub w

2

zamkni

ęty, lub

wył

ączniki w

1

i w

2

zamkni

ęte).

Pomiary nale

ży wykonać dla pięciu wartości napięcia U

1

Tabela 1 (R

o

= R

01

= const.)

1

2

U1 U2śr U2sk

I

Uo

Uomx

Uosk

U2śr U2sk

I

Uo

Uomx Uosk

V

V

V

A

X(mm) Vomx

Vosk

V

V

A

X(mm) Vomx Vosk

30

12,5

10

10

0,4

20

14,14

25

30

60

0,3

15

10,61

60

37,5

25

20

0,8

40

28,28

65

70

70

0,4

20

14,14

90

65

40

90

2,3

115

81,32

95

100

85

0,6

30

21,21

120

90

50

120

3,2

160

113,14

125

130

110

1,2

60

42,43

150

110

70

150

4,2

210

148,49

175

170

140

2,1

105

74,25

Dla układu jednopołowkoego z filtrem wartości U2śr, U2sk, I przy tych samych wartościach
napięcia U1 są większe od układu bez filtra, ponieważ kondensator wywołuje wzrost napięcia.
Natomiast wartości Uomx i Uosk są z tego samego powodu mniejsze, gdyż kondensator
zmienia przebieg sinusoidy co skutkuje zmniejszeniem przesunięcia.

Pomiary oscyloskopowe. W celu wyznaczenia warto

ści skutecznej napięcia pomierzonego

oscyloskopem U

osk

, nale

ży skorzystać z zależności:

2
10Xk
U

osk

=

gdzie: X – amplituda [mm], k = stała zakresowa oscyloskopu [V/mm], 10 – stała dzielnika
napi

ęcia.

2.1.2. Prostowanie w układzie dwu połówkowym (D

1-4

) przy R

o

= const.

1. Obci

ążenie rezystancyjne (wyłączniki w

1

i w

2

otwarte);

2. Obci

ążenie rezystancyjno – pojemnościowe (wyłącznik w

1

lub w

2

zamkni

ęty, lub

wył

ączniki w

1

i w

2

zamkni

ęte).

Pomiary nale

ży wykonać dla pięciu wartości napięcia U

1

Tabela 2 (R

o

= R

01

= const.)

1

2

U1 U2śr U2sk

I

Uo

Uomx

Uosk

U2śr U2sk

I

Uo

Uomx Uosk

V

V

V

A

X(mm) Vomx

Vosk

V

V

A

X(mm) Vomx Vosk

30

29

25

20

0,8

40

28,28

29

35

26

0,2

10

7,07

60

59

50

45

1,8

90

63,64

73

75

61

0,4

20

14,14

90

89

85

70

2,6

130

91,92

108

115

95

0,8

40

28,28

120

118

115

85

3,4

170

120,21

145

155

129

1

50

35,36

150

149

145

119

4,2

210

148,49

185

200

164

1,2

60

42,43

30

60

90

120

150

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

I
U2śr
U2śr
U2sk
I

Dla układu dwupołówkowego z filtrem wartości U2śr, U2sk, I przy tych samych wartościach
napięcia U1 są większe od układu bez filtra, ponieważ kondensator wywołuje wzrost napięcia.
Natomiast wartości Uomx i Uosk są z tego samego powodu mniejsze, gdyż kondensator
zmienia przebieg sinusoidy co skutkuje zmniejszeniem przesunięcia. Układ dwupołówkowy
realizuje prostowanie całofalowe.

Pomiary oscyloskopowe. W celu wyznaczenia warto

ści skutecznej napięcia pomierzonego

oscyloskopem U

osk

, nale

ży skorzystać z zależności:

2
10Xk
U

osk

=

gdzie: X – amplituda [mm], k = stała zakresowa oscyloskopu [V/mm], 10 – stała dzielnika
napi

ęcia.

Pomiary oscyloskopowe. W celu wyznaczenia warto

ści skutecznej napięcia pomierzonego

oscyloskopem U

osk

, nale

ży skorzystać z zależności:

2
10Xk
U

osk

=

Gdzie: X – amplituda [mm], k = stała zakresowa oscyloskopu [V/mm], 10 – stała dzielnika
napi

ęcia.

Na podstawie uzyskanych wyników wykona

ć wykresy: U

2

, I = f(U

1

) przy R

o

= const. i

U

2

= f(I

2

), przy U

1

= const. z zaznaczeniem wpływu pojemno

ści.

Dla prostowania jedno i dwu połówkowego wyznaczy

ć współczynnik szczytu określony jako:

U

omx

/U

2sk

(dla przebiegów przemiennych sinusoidalnie zmiennych współczynnik ten jest

równy 2 ).

2.2. Prostowniki sterowane
2.2.1. Skalowanie przesuwnika fazowego generuj

ącego impulsy wyzwalające tyrystory

30

60

90

120

150

0

50

100

150

200

250

I
I
U2śr
U2śr
U2sk

Korzystaj

ąc z oscyloskopowego odczytu położenia (na sinusoidzie wzorcowej) impulsu

wyzwalaj

ącego, wyznaczyć zależność kąta przewodzenia tyrystorów od działek przesuwnika

(długo

ść sinusoidy „X” odpowiada kątowi 360

0

, odległo

ść impulsu od t = 0 „Y” odpowiada

szukanemu k

ątowi „

ϕ

”).

Tabela 4

Zmieniając kąt opóźnienia tyrystora może regulować napięcie wyprostowanego od zera do
pełnej wartości średniej. Zmiana kąta przewodzenia tyrystora w stosunku działek
przesuwania sinusoidy następuje w sposób logarytmiczny.

2.2.2. Pomiary pr

ądów i napięć w sterowanych (tyrystorowych) układach jedno i dwu

połówkowego prostowania. Blokowy schemat pomiarowy przedstawiono na rysunku 2:

N

Działki

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

(fi)

Stopnie

180

175

173

170

165

157

140

120

70

0

f(N) mm

0,8

1

1,8

2,5

4

7

11

20

33

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

fi=f(n)

Rys.2. Blokowy schemat pomiarowy
gdzie: pf – przesuwnik fazowy, T

1

, T

1

+T

2

– jedno i dwu połówkowy prostownik tyrystorowy,

V – woltomierz (pomiar napi

ęcia), A – amperomierz (pomiar prądu),

Z = R + jX

L

– impedancja

Tabela 5

T1

N

Działki

1

2

3

4

5

6

7

8

9

(fi)

Stopnie z wykresu

180

175

173

170 165 157

140 120

70

T1

U

V

0,1 0,13 0,48 1,25

2,8

3 14,8

81

136

I

A

0,2

0,4

0,6

0,8

1

2,5

8,5

22

37

T1+T2

U

V

0,12 0,35

1,7

3,8

8

17

35 110

180

I

A

0

0,2

0,5

2

3

8

16

50 82,5

180

175

173

170

165

157

140

120

70

0

20

40

60

80

100

120

140

160

U
I

T1 +T2

ϕ

– k

ąt przewodzenia tyrystorów (odczyt z wykresu), T

1

– sterowane prostowanie jedno

połówkowe, T

1

+ T

2

– sterowane prostowanie dwu połówkowe.

Na podstawie wyników pomiarowych nale

ży wykonać wykresy U, I = f(

ϕ

), a z obserwacji

oscyloskopowych szkic przebiegów czasowych: u(t) oraz i(t) dla ró

żnych wartości

ϕ

.

2.3. Stabilizatory
2.3.1. Stabilizator z diod

ą Zenera

Schemat pomiarowy przedstawiono na rysunku 3.

Rys.3. Stabilizator z diod

ą Zenera - schemat układu pomiarowego

2.3.1.2. Wyznaczanie charakterystyk stabilizacji U

2

= f(I

2

) dla napi

ęć zasilania

U

1

= const.(parametr)

Tabela 7

180

175

173

170

165

157

140

120

70

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

U
I

Na podstawie wyników pomiarowych nale

ży wykonać wykresy U

2

= f(I

2

) – napi

ęcie zasilania

parametr.

U1=U1zn

I2

mA

0

15

30

42

53

65

75

U2 V

5,95 5,95 5,95 5,95 5,95 5,95 5,95

I1

mA

146

149

151

152

153

153

155

U1=05U1zn

I2

A

0 12,6

29

42

50

67

75

U2 V

3,75 3,65

3,4

3,3

3,2

3

2,9

I1

mA

0

12

30

45

51

70

80

0

12,6

29

42

50

67

75

0

1

2

3

4

5

6

7

U1=U1zn
U1=05U1zn