Учебное пособие: Джерела живлення. Дослідження основних параметрів

Метою роботи є:

- вивчення принципів перетворення змінної напруги в постійну;

- вивчення основ функціональної побудови джерел живлення;

- придбання практичних навичок з виконання перевірочних розрахунків та визначення параметрів якості джерел живлення;

- вивчення конструктивного виконання випрямлячів, інверторів, фільтрів, стабілізаторів, їх з'єднань в блоках живлення пристроїв різного функціонального призначення;

- придбання практичних навичок з визначення параметрів джерел живлення різних функціональних схем;

- вивчення функціональних можливостей джерел живлення і складання керівництва з експлуатації.

1.2 Методичні вказівки з підготовки до лабораторної роботи

При підготовці до лабораторної роботи необхідно вивчити теоретичний матеріал, який міститься в конспекті лекцій і літературі, що рекомендується [1, с. 157-195].

При вивченні матеріалу потрібно звернути увагу на те, що первинні (до них відносять гальванічні елементи і батареї з них) і вторинні (акумулятори) хімічні джерела струму характеризуються такими основними параметрами, як електрорухома сила (ЕРС), початкова (кінцева) напруга, внутрішній опір, ємність, термін зберігання (для акумуляторів - збереження); додатково для акумуляторів - віддача акумулятора по ємності, віддача по енергії, термін служби, термін придатності.

Необхідно пам'ятати, що в джерелах живлення приймально-підсилювальної апаратури знаходять застосування випрямляючі пристрої, що конструктивно об'єднують трансформатор живлення, комплект вентилів, згладжувальний фільтр. Часто в літературі випрямляючі пристрої називають випрямлячами. Використання цього терміну в лабораторній роботі має зміст тільки як комплект вентилів.

Випрямляючі пристрої служать для перетворення змінної напруги в постійну. Основними параметрами випрямляючих пристроїв є: номінальна напруга, частота живлючої мережі і їх відхилення від номінальних значень; повна потужність, яка споживана від мережі живлення при номінальному навантаженні; номінальна вихідна напруга; номінальний струм навантаження, їх відхилення від номінальних значень; коефіцієнт корисної дії (ККД); коефіцієнт пульсацій.

За використаною схемою розрізняють випрямляючі пристрої однонапівперіодні, двонапівперіодні з виведенням середньої точки, мостові, з подвоєнням напруги. Частіш за все вони виконуються зі згладжувальним фільтром, що починається з конденсатора, отже, працюють на ємнісне навантаження.Використовуються для отримання напруги від одиниць вольт до десятків кіловольт.

Потрібно знати, що вибір тієї або іншої схеми визначається необхідною потужністю в навантаженні, величиною коефіцієнта пульсацій. Так, при потужностях в навантаженні до 5-10 Вт і тоді, коли не потрібен малий коефіцієнт пульсацій, застосовують однонапівперіодну (однофазну) схему випрямляча. Двонапівперіодну схему з виведенням середньої точки (двофазну) застосовують частіше за все при потужностях до 100 Вт і величинах напруг до 400-500 В. Однофазна мостова схема характеризується хорошим використанням потужності трансформатора, тому рекомендується при потужностях в навантаженні до 1000 Вт і більш. Симетричну схему з подвоєнням напруги застосовують частіше за все при потужностях в навантаженні до 1000 Вт і випрямлених напругах вище за 500-600В.

Згладжувальні фільтри використовують для зменшення пульсації випрямлених напруг. Вони складаються з дроселя і конденсатора або з резистора і конденсатора, також використовуються фільтри на транзисторах, дія яких заснована на тому, що опір транзистора між емітером і колектором для змінної складової випрямленого струму у багато разів більше, ніж для постійної. Параметром якості фільтра є коефіцієнт згладження, який дорівнює відношенню коефіцієнта пульсацій на вході до коефіцієнта пульсацій на виході.

Стабілізатори напруги є конструктивною частиною блоків живлення і використовуються для автоматичної підтримки рівня постійної напруги. Основними параметрами стабілізаторів є: коефіцієнт нестабільності по напрузі, коефіцієнт нестабільності по струму, коефіцієнт стабілізації напруги, вихідний опір, ККД, коефіцієнт згладження пульсацій (має те ж значення, що і для фільтрів). У залежності від необхідного коефіцієнта стабілізації струмів і напруги в навантаженні використовують різні види стабілізаторів: напівпровідникові параметричні, компенсаційні, імпульсні.

Перетворювачі постійної напруги дозволяють набути різних значень напруги. Конструктивно вони складаються з інвертора, що перетворює напругу в напругу прямокутної форми, і випрямляча. У залежності від необхідної потужності в навантаженні використовують перетворювачі: однотактні з транзисторним ключем, однотактні з широтно-імпульсною стабілізацією, двотактні, безтрансформаторні. Імпульсні мережні блоки живлення конструктивно об'єднують безтрансформаторні випрямлячі, фільтри, імпульсні стабілізатори напруги, інвертори.

Для перерахованих пристроїв знаходять застосування випрямлячі (випрямляючі пристрої), якість яких визначається коефіцієнтом пульсацій, коефіцієнтом згладження (для фільтрів і стабілізаторів, який розраховується як відношення коефіцієнтів пульсацій). Коефіцієнт пульсацій - відношення амплітуди першої гармоніки змінної складової випрямленої напруги до її постійної складової. Іноді визначають коефіцієнт пульсацій як відношення подвійної амплітуди змінної складової 2U_м.вих до постійної складової U₀ . Подвійна амплітуда змінної складової вимірюється як сума позитивної і негативної напівхвиль змінної складової випрямленої напруги. Розраховується коефіцієнт пульсацій за формулою

. (1.1)

Струм навантаження

,(1.2)

де R_Н - опір навантаження.

ККД характеризує економічність джерел живлення, рівний відношенню корисної вихідної потужності Р_кор до потужності, споживаної від мережі Р_спож .

, (1.3)

де Р_кор =І₀ ×U₀ ;

P_спож = І_спож ×U_спож .

Перевірочні розрахунки та визначення параметрів якості випрямляючих пристроїв як складової частини джерел живлення виконуються з застосуванням методики при вихідних потужностях до сотень Ват. Початковими даними для розрахунку є: номінальна випрямлена напруга U₀ , струм навантаження І₀ , коефіцієнт пульсацій K_п , номінальна напруга мережі живлення U₁ і частота f=50 Гц. Значення U₀ , І₀ визначаються параметрами апаратури.

Коефіцієнт пульсацій, що задається в розрахунку, не повинен перевищувати 0.15, а допустиме відносне значення змінної складової напруги для вибраних конденсаторів фільтра повинне бути не менш за 0.05.

Розрахунок починають з вибору вентилів. Для цього за наближеними формулами відповідно до таблиці 1.1 обчислюють значення зворотньої напруги на вентилях U_звор , середнього струму І_ср , амплітуди І_м струму через вентиль.

За знайденими U_звор і І_м вибирають випрямляючі діоди у відповідності з [ 2, с. 138-139 ], потім визначають опір навантаження

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--