Sprawko Prostowniki - Grade: 3 PDF

Preview

Summary

Sprawozdanie z techniki cyfrowe...

Description

Wydział Informatyki Katedra Mediów Cyfrowych i Grafiki Komputerowej Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki Ćwiczenie nr 4 Temat: Diodowe układy prostownicze Grupa nr 7 Zespół nr I 1. Piotr Otapowicz 2. Piotr Śliwowski

Data: 25.04.2016 Prowadzący: Dr inż. Wiktor Jakowluk Ocena:

Teoria Prostownik Jest to element lub zestaw elementów elektronicznych zamieniający prąd przemienny, czyli taki, który płynie na zmianę w dwóch kierunkach na prąd jednokierunkowy. Jako prostownik można użyć takiego elementu jak dioda. Można wyróżnić 2 typy prostowników:  

Prostownik jednopołówkowy Prostownik dwupołówkowy

Prostownik jednopołówkowy Najprostszym prostownikiem tego typu jest pojedyncza dioda prostownicza wpięta w układ napięcia przemiennego. Pomimo prostoty takiego układu jest on bardzo rzadko stosowany z uwagi na występowanie dużego tętnienia napięcia wyjściowego. Dodatkowo, energia dostarczana przez źródło wykorzystywana jest tylko przez pół okresu – podczas drugiej połowy okresu napięcie jest po prostu blokowane i prąd w układzie nie płynie. Wprowadza to niesymetrię obciążenia układu prądu przemiennego, co jest niekorzystne dla sieci prądu przemiennego. Z powyższych powodów rozwiązanie stosowane tylko w układach niewielkiej mocy. Rozwiązanie to jest powszechnie stosowane w zasilaczach impulsowych małych mocy. Przykładowy schemat prostownika jednopołówkowego przedstawiono na rysunku poniżej:

Prostownik dwupołówkowy Prostowniki dwupołówkowe umożliwiają wykorzystanie mocy źródła napięcia przemiennego przez cały okres. Napięcie wyjściowe takiego prostownika charakteryzuje się mniejszymi tętnieniami niż w przypadku prostowników jednopołówkowych. Jedyną wadą jest to, że układ elektryczny jest nieznacznie bardziej skomplikowany. Wyróżniamy dwa rodzaje prostowników dwupołówkowych:  

Prostownik dwupołówkowy z odczepem środkowym (dwudiodowy) Prostownik dwupołówkowy mostkowy

Prostownik dwupołówkowy z odczepem środkowym Środkowy odczep uzwojenia wtórnego transformatora jest podłączony do masy układu. Dzięki wykorzystaniu tylko dwóch diod uzyskuje się mniejszy spadek napięcia niż w przypadku tradycyjnego prostownika dwupołówkowego. Moc oddawana przez każde z uzwojeń wtórnych transformatora może być dwa razy mniejsza niż dla układu mostkowego, lecz jest to okupione dwukrotnym zwiększeniem rezystancji wewnętrznej transformatora, a co za tym idzie większymi stratami napięcia na transformatorze. W związku z tym układ taki stosuje się tylko przy małych napięciach wyjściowych, dla których spadek napięcia na diodzie prostowniczej (ok. 0,7 V) jest wartością znaczną.

Przykładowy schemat tego typu prostownika został przedstawiony na rysunku poniżej:

Prostownik dwupołówkowy mostkowy Wykorzystywany w tym prostowniku jest mostek Graetza. Dzięki temu, że energia źródła jest pobierana przez cały okres, napięcie wyjściowe charakteryzuje się w przybliżeniu dwukrotnie mniejszymi tętnieniami niż w układzie z prostownikiem jednopołówkowym. Ze względu na to, że prąd płynie zawsze przez dwie diody połączone szeregowo, napięcie na kondensatorze filtrującym jest pomniejszone o podwójny spadek napięcia przewodzenia diody, co jest mniej korzystne niż w przypadku prostownika jednopołówkowego. Jest to najczęściej stosowany typ prostownika

Schemat prostownika dwupołówkowego mostkowego przedstawiono na rysunku poniżej:

Porównanie prostowników

Liczba diod Konieczność stosowania transformatora Maksymalna sprawność Współczynnik tętnienia Częstotliwość wyjściowa Szczytowe napięcie wsteczne

Jednopołówkowy

Dwupołówkow y z odczepem środkowym

Dwupołówkow y mostkowy

nie

tak

nie

40,6%

81,2%

81,2%

1,21

0,48

0,48

fifin

2·fifin

2·fifin

Vm

2·Vm

Vm

Do wykonania zadania posłużyliśmy się Modułem AB-09 od firmy Scientech. Moduł AB-09 Jest to kompaktowy, gotowy do użycia moduł laboratoryjny do badania układów prostowniczych. Moduł jest przeznaczony do fizycznej obserwacji zagadnień związanych z działaniem prostownika jednopołówkowego, dwupołówkowego z odczepem środkowym i dwupołówkowego mostkowego.

Schemat owego modułu przedstawiono na rysunku poniżej.

Zadanie 1 . Cel :Badanie obwodu prostownika jednopołówkowego. Przebieg : -transformator został zasilony napięciem -został utworzony za pomocą połączeń punktów obwód prostownika jednopołówkowego -utworzone zostało połączenie z oscyloskopem w celu zbadania przebiegu prądów wejściowych i wyjściowych w układzie Wyniki pomiarów przedstawiają wykresy (bez kondensatora przy 50Hz ) :

-żółty wykres jest wykresem prądu wejściowego , niebieski - wyjściowego -napięcie wyjściowe Vo =0,598 V zmierzone za pomocą miernika (gniazda j i n) Z podłączonym kondensatorem odpowiednio: f=50Hz

f=100Hz

f=200Hz

Z analizy wykresów wynika że im większa częstotliwość prądu zmiennego tym prąd wyjściowy jest bardziej wyprostowany , różnice miedzy napięciem maksymalnym a minimalnym zbliżają się do 0 . Sprawność prostownika jednopołówkowego : rf=50 Ω - rezystancja diody odczytana z kart , RL=100 KΩ Pdc = I2dc *RL =(Im/π)2 * RL Pac=I2rms(rf + RL )

, Irms=Im/2

η=Pdc/Pac ,η = 0,406 * (1+rf / RL)= 0,406 * (1 +50/100000)=0,406 η=0,406 * 100 % = 40,6 % Sprawność prostownika jednopołówkowego wynosi 40,6 %

Zadanie 2 : Cel : Badanie obwodu prostownika dwupołówkowego z odczepem środkowym. Do badań zostały wykorzystane te same urządzenia pomiarowe , co w zadaniu 1 , jednak z połączeniami aby utworzyć prostownik dwupołówkowy z odczepem środkowym Przebieg : Wyniki badania dla prostownika dwupołówkowego z odczepem środkowym bez kondensatora w obwodzie przedstawiają wykresy ( f = 50 Hz)

Żółty wykres przestawia prąd wejściowy a niebieski prąd wyjściowy Napięcie wyjściowe Vo =1,2 V zmierzone za pomocą miernika (gniazda j i n) Wyniki badania prądu przemiennego przechodzącego przez prostownik dwupołówkowy z odczepem środkowym, z kondensatorem przedstawiają wykresy kolejno dla ,

f = 50 Hz

f = 100 Hz

f = 200 Hz

Analizując wykresy można stwierdzić , że prąd wraz ze wzrostem częstotliwości prostuje się , różnice pomiędzy maksymalnym a minimalnym napięciem zbliżają się do 0 .Linia prądu wyjściowego jest prawie prosta linią .

Sprawność prostownika dwupołówkowego z odczepem środkowym: rf=50 Ω - rezystancja diody odczytana z kart , RL=100 KΩ Pdc = I2dc *RL =(2*Im/π)2 * RL Pac = I2 rms *(rf + RL)

Idc = 2·Im / π Irms = Im /

η = 0,812 * (1+rf /RL) = 0,812 * (1 + 50/100000) =0,8124 η =0,8124 *100% = 81,24 % Sprawność prostownika dwupołówkowego z odczepem środkowym wynosi 81,24 %

Zadanie 3 Cel :Badanie obwodu prostownika dwupołówkowego mostkowego. Do badań zostały wykorzystane te same urządzenia pomiarowe co w zadaniu 1 oraz 2 , jednak z połączeniami aby utworzyć prostownik dwupołówkowy mostkowy Przebieg : Wyniki badania dla prostownika dwupołówkowego z odczepem środkowym bez kondensatora w obwodzie przedstawiają wykresy ( f = 50 Hz)

Żółty wykres przestawia prąd wejściowy a niebieski prąd wyjściowy. Napięcie wyjściowe Vo =0,896 V zmierzone za pomocą miernika (gniazda j i n). Wyniki badania prądu przemiennego przechodzącego przez prostownik dwupołówkowy mostkowy , z kondensatorem przedstawiają wykresy kolejno dla: f = 50 Hz

f = 100 Hz

f = 200 Hz

Analizując wykresy można stwierdzić , że prąd wraz ze wzrostem częstotliwości prostuje się , różnice pomiędzy maksymalnym a minimalnym napięciem zbliżają się do 0. Linia prądu wyjściowego jest prawie prosta linią . Sprawność prostownika dwupołówkowego mostkowego: rf=50 Ω - rezystancja diody odczytana z kart , RL=100 KΩ Pdc = I2dc *RL =(2*Im/π)2 * RL Pac = I2 rms *(rf + RL)

Idc = 2·Im / π Irms = Im /

η = 0,812 * (1+rf /RL) = 0,812 * (1 + 50/100000) =0,8124 η =0,8124 *100% = 81,24 % Sprawność prostownika dwupołówkowego z odczepem środkowym wynosi 81,24 %

WNIOSKI :    

Wykresy stworzone za pomocą oscyloskopu potwierdziły pracę wykonaną przez prostowniki Prąd zmienny AC został wyprostowany w taki sposób że na końcu otrzymujemy prąd wyprostowany DC Podczas pracy prostowników można także zauważyć że linia prądu wyjściowego jest bardziej prosta dla większych wartości częstotliwości prądu wejściowego Z obliczeń sprawności wyniki , że prostowniki dwupołówkowe (mostkowe i z odczepem środowym ) mają sprawność 2 razy większą niż prostowniki jednopołówkowe , jednak nigdy nie będzie to sprawność na poziomie 100 %

Prostowniki są stosowane w energetyce, zasilaniu maszyn i urządzeń (np. w lokomotywach elektrycznych) oraz w większości urządzeń elektronicznych zasilanych z sieci energetycznej lub jakimkolwiek napięciem przemiennym (np. układy elektryczne samochodów)....