• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

СХЕМ ВИПРОСТУВАЧІВ ЗМІННОГО СТРУМУ.

Випростувачі являються найбільш поширеними джерелами постійного струму, що служать для живлення РЕА. У більшості випадків випростувач складається з силового трансформатора, двох або більше вентилів та згладжуючого фільтра. В пристроях з підвищеними вимогами до постійності випростаної напруги, а також при значних коливаннях напруги мережі у випростувачах використовують стабілізатори змінної та постійної напруги та схеми з помноженням напруги.

В сучасних випростувачах в якості вентилів найчастіше використовуються напівпровідникові діоди.

Схему однопівперіодного випрямлення однофазного змінного струму показано на рис.1.

Рис.1.

В цій схемі струм через діод та опір навантаження проходить тільки продовж одного півперіоду змінної напруги U₂, діючої на затискачах вторинної обмотки трансформатора. Струм має пульсуючий харакрер, змінюючись від 0 до I_2m. Постійна складова випростаного струму I₀ являє собою середнє значення струму, що проходить через R_н. Оскільки I₀ змінюється по синусоїдальному закону, то

.

Звідси

.

Постійну складову випрямленої напруги можна знайти за законом Ома :

.

Якщо нехтувати спадом напруги на діоді та вторинній обмотці трансформатора, то

,

а тому

Оскільки ,то .

З аналізу схеми випливає, що

Основним недоліком однопівперіодного випрямляча є велике значення коефіцієнта пульсації, який складає:

де k_п=1,57.

Крім того, постійна складова випрямленого струму І₀ в даній схемі значно менша діючого значення струму вторинної обмотки трансформатора (І₀=0,636І₂), внаслідок цього вторинна обмотка трансформатора використовується недостатньо.

Двопівперіодні схеми випростувачів діляться на два види: схеми з виводом середньої точки вторинної обмотки силового трансформатора та мостові схеми. У схемі з виводом

середньої точки вторинна обмотка силового трансформатора має три виводи: два - від кінців обмотки, а третій - середній. По суті це поєднання двох однопівперіодних випрямлячів, що працюють на спільне навантаження R_н (рис.2). Діоди в схемі працюють почергово.

Рис.2. Рис.3.

З аналізу роботи схеми випливає, що . Оскільки U₀ =I₀R_н,,то можна записати U₀ =0,636I_2mR_н. Якщо нехтувати внутрішнім падінням напруги на діодах, то I_2mR_н= U_2m. А тому . Замінивши амплітудне значення напруги U_2m його діючим значенням, отримаємо U₀=0,9 U₂ . В даній схемі U_ЗВ=2 U_2m=2Ö2 U₂, або U_ЗВ=3,14U₀ . Частота пульсацій струму в два рази вища, ніж у попередній схемі f_п=2 f_п, а коефіцієнт пульсацій k_п=0,67.

Отже, двопівперіодна схема дає краще згладжену вихідну напругу, але не виключає використання фільтрів, а лиш спрощує їх будову.

На рис.3 показана мостова схема випрямляча. Чотири діоди ввімкнені по мостовій схемі. В одну діагональ моста ввімкнене навантаження, а в другу - вторинна обмотка трансформатора. Протягом різних півперіодів ввімкнені різні пари діодів. На відміну від попередніх схем струм І₂ у вторинній обмотці має синусоїдальний характер. Зворотня напруга, що діє на діод, в мостовій схемі в два рази менша, ніж в схемі з середньою точкою.

U_ЗВ= U_2m=Ö2 U₂.

Коефіцієнт пульсацій та решта параметрів такі ж, як і в попередній схемі.

Виконання лабораторної роботи.

1. Скориставшись лабораторним стендом К4826, зібрати схему зображену на рис. 1. (частоту розгортки осцилографа вибираємо такою, щоб на екрані спостерігати два-три періоди випрямленої напруги).

PA1 -комбінований прилад Ц4232; PV1 -комбінований прилад 4232;

VD1 -діод КД209А; R1 -змінний резистор 4,7kW; PS -осцилограф.

Рис.1

2. Змінюючи величину навантаження резистором R1, знімаємо навантажувальну характеристику схеми . Достатньо зняти п¢ять точок.

3. Замалювати типові осцилограми вихідної напруги.

4. Включити діод VD1 у протилежному напрямі і повторити дослід.

5. Аналогічно дослідити схему, зібрану згідно рис.2.

PA1 -комбінований прилад Ц4232; PV1 -комбінований прилад 4232;

VD1 -випрямляючий мостик КЦ405; R1 -змінний резистор 4,7kW; PS -

осцилограф.

Рис.2.

В процесі дослідження схем обмежуємось зняттям їх навантажувальних характеристик. Дані при знятті залежностей заносимо в табличку на чорновику. У звіті лабораторної роботи потрібно представити вигляд осцилограм U_n .

Зняті навантажувальні характеристики викреслити в одній системі координат (U_n,I_n).

Контрольні запитання

1. Будова випростувача (основні елементи).

2. Схема однопівперіодного та двопівперіодного випростувача.

3. Пульсації. Коефіцієнт пульсації.

4. Фільтри. Коефіцієнт згладжування.

5. Порядок виконання та обчислення результатів лабораторної роботи.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №16

ПЕРЕВІРКА ЗАКОНУ ОМА ДЛЯ ЗМІННОГО СТРУМУ

МЕТА: Ознайомитись з основними властивостями та характеристиками змінного струму, проаналізувати зміст і умови застосування закону Ома для змінного струму, експериментально перевірити застосовність закону Ома для кола змінного струму з послідовно з'єднаних опору, ємності та індуктівності.

ОБЛАДНАННЯ: лабораторний стенд К4826.

Література: 1.Ф.Бушок, Г.Ф. Півень, Курс фізики, ч.І, розд.22.

2.Л.С.Жданов, Підручник з фізики, розд. 29.

3.Г.Я.Мякішевич, Б.Б.Буховцев, Фізика. Підручник для 10 класу.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Струм, сила якого періодично змінюється за величиною і напрямом, називається змінним.

Необхідною умовою для виникнення змінного синусоїдального струму є постійність кутової швидкості ω=const, з якою обертається рамка в магнітному полі, і магнітної індукції поля

B =μ₀μH

Розглянемо коротко виникнення змінної електрорушійної сили (Е.Р.С.) у рамці з провідника, що обертається в однорідному магнітному полі навколо вісі.

Коли площина рамки S перпендикулярна до поля, то потік магнітної індукції крізь цю лощину дорівнює:

Ф = Ф₀ = BS = μ₀μHS

при повороті рамки на 90° Ф = 0, а при деякому куті α, магнітний потік дорівнює Ф = Ф₀cosα, де α — кут між нормаллю до площини рамки і напрямом вектора магнітної індукції B.

Оскількі обертання відбувається з сталою кутовою швидкістю ω = const, то ω = α/t = 2π/T, звідки α = ωt. І тоді магнітний потік Ф=Ф₀ cosωt. Внаслідок зміни магнітного потоку Ф, що пронизує контур рамки, в останьому, згідно з законом Фарадея для електромагнітної індукції, виникає е.р.с. індукції:

Е = — dФ/dt = Ф₀ωsinωt.

Якщо рамка складається не з одного, а з n витків, то е.р.с. індукції дорівнює

Е = –ndФ/dt = nФ₀ ωsinωt = E₀ ωsinωt,

де Е₀ = n Ф₀ ω — амплітуднезначення е.р.с.

В Україні та інших європейських країнах використовують змінний струм з частотою 50гц (Т=0,02с), тоді циклічна частота ω = 2π/T = = 2π/0,02 = 100π.

Якщо така змінна синусоїдальна е.р.с. прикладена до кінців провідника з омічним опором R, то у ньому виникає змінний електричний струм, сила якого кожен момент часу визначається за законом Ома

I = E/R = E₀ sinωt/R = I₀ sinωt

де I₀ — амплітудне значення сили змінного струму, тобто I₀=E₀ /R.

Силу змінного струму, як і напругу, прийнято характеризувати не їх амплітудним значенням, а так званою ефективною величиною. Під ефективним (діючим) значенням сили змінного струму розуміють силу такого постійного струму, що виділяє в одному і тому самому провіднику за один і той самий проміжок часу однакову, із змінним струмом, кількість теплоти.

Слід відмітити, що ефективна сила струму I_еф зв'язана з амплітудною величиною сили струму I₀ співвідношенням:

I_еф =I_M/ .

Якщо крім омічного опору (R) в колі є ще індуктівність, що характеризується коефіцієнтом L, то при протіканні по колу змінного струму, в котушці виникає е.р.с. самоіндукції, яка дорівнює

E_S = – LdI/dt

Згідно з другим правилом Кірхгофа сума електрорушійних сил E+E_S повинна дорівнювати добутку опору кола R на силу струму І.

E+E_S = IR або E₀ sinωt – LdI/dt = IR

RI + LdI/dt = E₀ sinωt.

Ми одержали диференціальне рівняння, що визначає силу струму (І) в колі із заданої е.р.с. E = E₀ sinωt, заданими коефіцієнтами самоіндукції L та опором R. Окремим розв'язком цього рівняння є:

I = I₀ sin(ωt+j), I₀ = E₀ /

j- зсув фаз між струмом і е.р.с., що визначається співвідношенням tgj = ωL/R. Порівнюючи I = I₀ sinωt та I = I₀ sin(ωt-j), бачимо, що в даному випадку струм відстає від е.р.с. Тоді

I_еф = E_еф/ = E_еф /Z

де Z — позірний повний опір. Для зовнішньої ділянки кола

I_еф = U_еф/Z

Величина ωL = 2πfL = X_L називається індуктивним опором, який вимірюється також в омах.

X_L = 2πfL.

Якщо в колі змінного струму замість котушки індуктивності увімкнути ємність, то в цьому випадку сила струму дорівнює:

I = I₀ sin(ωt+j); I₀ = E₀ / ; I_еф =E_еф/

Зсув фази між струмом і е.р.с. визначається із співвідношення

tgj = X_С/R = 1/RωC

Порівнюючи I = I₀ sinωt, I = I₀ sin(ωt+j) бачимо, що коливання струму на ємності випереджають е.р.с. по фазі. Величину

Z =

називають позірним повним опором, а величину X_С = 1/ωC називають ємнісним опором, вимірюється в омах.

Нарешті, якщо в колі змінного струму послідовно увімкнено резистор з опором R, котушка індуктівності, коефіцієнт індуктивності якої L, конденсатор ємноті С, то сила струму в ньому дорівнює

I = I₀ sin(ωt+j) I₀ = E₀ / ,

а зсув фаз - tgj = (ωL–1/ωC)/R.

Повним опором у цьому випадку є:

Z =

Вираз I₀ =E₀ / має назву формули закону Ома для змінного струму. У всіх цих формулах під R слід розуміти суму всіх омічних опорів кола, в тому числі і опір котушки індуктивності, на кінцях якої визначається е.р.с.

Для зовнішньої ділянкі кола змінного струму закон Ома записується:

I_еф= U_еф/ ,

де: Z = -повний опір зовнішньої ділянки кола. Його ще називають уявним або позірним.

Слід зауважити, що у виразі повного (позірного) опору доданок R називають активним опором в колі змінного струму.

Цей термін застосовується для того, щоб відрізнити опір, який викликає необоротні перетворення енергії електричного струму у внутрішню, від реактивних — індуктивного і ємнісного, які не мають цих властивостей, тобто не викликають необоротних перетворень енергії.

Якщо індуктивний опір дорівнює ємнісному опору, тобто , коли I₀ ωL=L/ωC ,то спад напруги на кінцях котушки індуктівності дорівнює спаду напруги на обкладках конденсатора. Ці напруги перебувають у протифазі і взаємно зрівноважуються. Такі умови називають резонансом напруг.

При резонансі напруг в колі затрачається енергія тільки на теплову дію в активному опорі R, а між котушкою індуктивності та конденсатором весь час відбувається обмін енергії: при зменшенні енергії електричного поля конденсатора, зростає енергія магнітного поля в котушці і навпаки. В колі виникнуть електромагнітні коливання.

Завдання даної роботи зводиться до порівняння позірного (повного) опору Z, знайденим за формулою Z = U_еф/I_ефз числовим значенням, знайденим за формулою

Z = .

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Зібрати схему згідно рис.1, вимірявши попередньо активний опір R_L котушки індуктивності .

2. Підключити схему до трьохфазного генератора (вив.О-А). Регулятор частоти генератора повинен бути у крайньому лівому положенні. Струм довго не пропускати тому, що від нагрівання зміниться активний опір котушки.

PA1 -комбінований прилад Ц4332; PV1 - комбінований прилад 43101; R1 -змінний резистор 470W; TV1-трансформатор Т1 (вив.4-8); С1 -конденсатор 0,1mF.

Рис.1.

2. Виміряти загальний спад напруги, струм у колі, напругу на катушці індуктивності U_L, напругу на конденсаторі U_C.

3. Результати записати в таблицю.

4. Дослід провести п'ять разів, змінюючи величину струму в колі резистором R1.

п.п.

6. Обчислити повний опір Z=U_еф/I_еф за показами приладів для кожного вимірювання. Знайти середнє значення Z.

7. Обчислити повний опір за опором, індуктивністю та ємністю конденсатора.

Z = .

8. Порівняти між собою значення повного опору çZ ç, обчислені згідно пунктів 6 і 7. Зробити висновки.

Контрольні запитання

1. Опір, індуктивність та ємність в колі змінного струму.

2. Закон Ома для змінного струму.

3. Резонанс напруг, резонанс струмів.

4. Порядок виконання роботи.

1. Конденсатор ємністю 1 мкФ і опір 3 кОм включені послідовно в коло змінного струму частотою 50 Гц. Знайти повний опір кола.

2. В попередній задачі підключення паралельне.

3. В коло змінного струму напругою 220 В і частотою 50 Гц ввімкнені послідовно ємність 35,4 мкФ, опір 100 Ом та індуктивність 0,7 Гн. Знайти струм в колі та падіння напруги U_C, U_R і U_L.

4. Індуктивність 22,6 мГн та опір R ввімкнені паралельно в коло змінного струму частотою 50 Гц. Знайти опір, якщо відомо, що зсув фаз між напругою і струмом 60⁰.

5. Конденсатор ємністю 20 мкФ та опір 150 Ом ввімкнені послідовно в коло змінного струму частотою 50 Гц. Яку частину напруги U, прикладеної до цього кола, складає падіння напруги на конденсаторі та на резисторі?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №17

Переглядів: 1837

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.