ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Уральский государственный университет путей сообщения» Кафедра: «Электрические машины» Лабораторная работа №3 Выполнили: студенты Проверил: группы СОа-415 Сисин В.А Кабанюк М. В. Харитонова Я. А. Екатеринбург 2018 Цель работы: исследовать влияние сглаживающего фильтра на характер выпрямленного напряжения; снять внешнюю характеристику выпрямителя с учетом фильтра; оценить влияние активного сопротивления нагрузки на сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения; рассчитать коэффициенты пульсации, фильтрации и сглаживания; провести сравнение рассмотренных вариантов фильтров и сделать выводы. Задание 1. Исследовать работу сглаживающих фильтров(RC, LC и Побразный LC). Рисунок 1-Сглаживающий RC-фильтр Проведем осциллографическое исследование на входе и выходе фильтра для одного значения нагрузки( положение 5). Рисунок 2-Осциллограмма на входе RC-фильтра 2 Рисунок 3-Осциллограмма на выходе RC-фильтра Измерим значение напряжения (U0 вых) и тока (I0 вых) на выходе и значение напряжения (U0 вх) на входе. Результаты измерений занесены в табл.1. Рисунок 4-Сглаживающий LC-фильтр Проведем осциллографическое исследование на входе и выходе фильтра для одного значения нагрузки ( положение 5). Рисунок 5- Осциллограмма на входе LC-фильтра 3 Рисунок 6- Осциллограмма на выходе LC-фильтра Измерим значение напряжения (U0 вых) и тока (I0 вых) на выходе и значение напряжения (U0 вх) на входе. Результаты измерений занесены в табл.1. Рисунок 7-Сглаживающий П-образный фильтр LC Рисунок 8- Осциллограмма на входе П-образного LC-фильтра 4 Рисунок 9- Осциллограмма на выходе П-образного LC-фильтра Измерим значение напряжения (U0 вых) и тока (I0 вых) на выходе и значение напряжения (U0 вх) на входе. Результаты измерений занесены в табл.1. Таблица1-Измеряемые величины Схема исследуемого фильтра Положение тумблеров Uог,В U0вых,В Измерения I0вых,А U0вх,В Кпвых Расчеты Кфэксп Кфрасч RC LC S1↑S4↑S5↑S8↑ S1↓S5↑S8↑ 0,73 0,93 18 29 0,02 0,03 25 28 0,04 0,032 16,75 20,937 43,77 28,57 П-образный LC S2↑S1↓S5↑S8↑ 0,5 34 0,039 33 0,015 45,56 55,26 С помощью ABCD-параметров рассчитаем Кфрасч для RC-Фильтра: Составим систему уравнений: U = A ∗ Uвых + B ∗ Iвых { вх Iвх = C ∗ Uвых + D ∗ Iвых Разобьем один четырехполюсник на два, и вычислим ABCD-параметры для каждого. 1 z 1 300 Z1 0 1 0 1 0 1 0 1 Z2 1 / z 1 0,138 1 5 Чтобы найти параметры большого четырехполюсника перемножим Z1 и Z2. 1 300 1 0 42.4 300 0 1 0.138 1 0.138 1 Найдем Iвых по формуле: Iвых = Uвых 18 = = 0,082 (A) Rн 220 Рассчитаем Uвх подставив в первую формулу системы: Uвх = A ∗ Uвых + B ∗ Iвых = 42,4 ∗ 18 + 300 ∗ 0,082 = 787,8 (В) Рассчитаем Кфрасч: Кфрас = Uвх 787,8 = = 43,77 Uвых 18 Коэффициент дл LC-фильтра рассчитывается аналогично. С помощью ABCD-параметров рассчитаем Кфрасч для П-образного LC-Фильтра: Составим систему уравнений: U = A ∗ Uвых + B ∗ Iвых { вх Iвх = C ∗ Uвых + D ∗ Iвых Разобьем один четырехполюсник на три, и вычислим ABCD-параметры для каждого. 1 z 1 193,424 Z2 1 0 1 0 0 1 0 1 Z1 Z 3 1 / z 1 0,138 1 Чтобы найти параметры большого четырехполюсника перемножим Z1 и Z2, Z3. 1 193.424 1 0 1 0 54.385 193.424 1 0.138 1 0.138 1 0.276 1 0 Найдем Iвых по формуле: 6 Iвых = Uвых 34 = = 0,154 (A) Rн 220 Рассчитаем Uвх подставив в первую формулу системы: Uвх = A ∗ Uвых + B ∗ Iвых = 54,385 ∗ 34 + 193,424 ∗ 0,154 = 1878,88 (В) Рассчитаем Кфрасч: Кфрас = Uвх 1878,88 = = 55,26 Uвых 34 Снять внешнюю характеристику выпрямителя с учетом фильтров U0 = f(I0), зависимость коэффициента пульсации от сопротивления нагрузки Кп = f(Rн), зависимость коэффициента фильтрации от сопротивления нагрузки Кф = f(Rн). Таблица 2-Измеряемые величины для П-образного LC-фильтра Положение Б10S 1 5 7 9 10 11 12 1000 220 150 100 51 37 25 U0вх,В 38 34 34 30 28 25 20 U0вых,В 35 33 34 31 28 25 18 0,01 0,039 0,066 0,15 0,25 0,41 0,5 0,1 0,5 0,74 0,92 1,05 1,31 1,51 0,002857 0,015152 0,021765 0,029677 0,0375 Величина Rн,Ом I0вых,А Uог,В Кпвых Кфэксп 234,5 0,0524 0,083889 44,22 30,78378 22,57609 17,86667 12,78626 7,986755 7 U040 35 30 25 20 П-обрз 15 10 5 I0 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Рисунок 10- внешняя характеристика выпрямителя с учетом фильтров U0 = f(I0) Кп0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 П-обр 0,03 0,02 Rн 0,01 0 0 200 400 600 800 1000 1200 Рисунок 11- зависимость коэффициента пульсации от сопротивления нагрузки 8 250 Кф 200 150 П-обр 100 50 Rн 0 0 200 400 600 800 1000 1200 Рисунок 12- зависимость коэффициента фильтрации от сопротивления нагрузки 9 Вывод: В ходе данной лабораторной работы мы исследовали влияние сглаживающих фильтров на выпрямитель и выяснили, что RC-фильтр лучше использовать при малых токах, т.к с его увеличением будет увеличиваться и пульсация напряжения. LC-фильтр лучше использовать при большой мощности нагрузки т.к с уменьшением сопротивления коэффициент пульсации увеличивается, а коэффициент фильтрации уменьшается. 10