Нелинейная цепь со свободным током

течет, а  замыкается по сопротивлению нагрузки R. Переменная составляющая

распределяется  между нагрузкой и конденсатором  таким образом, что в

нагрузку  попадает тем меньшая часть гармонической  составляющей тока k–ого

порядка, чем меньше емкостное сопротивление X Ck = ( kωC ) −1 току этой

гармоники.

      Фактически в цепи происходит  повторяющийся переходный процесс.

Когда абсолютное значение напряжения на входе выпрямителя  достигает

напряжения  на емкости, одна пара диодов открывается  и конденсатор

подзаряжается до величины Um. Затем эта пара диодов запирается и

конденсатор начинает разряжаться через нагрузку. Когда в следующем

полупериоде абсолютное значение напряжения на входе выпрямителя вновь

достигнет напряжения на емкости, откроется вторая пара диодов и конденсатор

опять будет  заряжаться до величины Um. Затем и эти диоды запираются,

конденсатор снова разряжается через нагрузку и т. д. Чем больше значение

постоянной времени RC, тем медленнее спадает напряжение на конденсаторе,

тем меньше его пульсации. Однако при этом велики импульсы тока в диодах. 
 

                                            34 
 

                                                        каф.ТОЭ ЭЛТИ ТПУ

     Поэтому емкостный фильтр используется  в выпрямителях с малыми

токами  нагрузки, когда импульсы токов в  диодах не достигают опасных

значений. 
 
 
 

     3. Трехфазный выпрямитель с нагрузкой  в нулевом проводе (рис. 19.4). 
 
 
 

    С увеличением числа фаз в  схеме выпрямления форма кривой  тока заметно

сглаживается. Диоды работают поочередно: открывается  диод включенный в

фазу, напряжение на которой в данный момент времени  имеет положительную

полярность  и оказывается больше напряжения на другой фазе, имеющего ту же

полярность. Если, например,

                             U A = U m / 2 = aU B = a 2 U C ,             (19.4)

то в  интервале от t = 0 до t = T/12 открыт диод в фазе C, поскольку в это время

u C > u A > 0 > u B . В течение следующей трети периода открыт диод в фазе А,

потом столько  же в фазе В, снова в фазе С и т. д. Ток через нагрузку в любой

момент  течет в одном и том же направлении. Наибольшее значение выходного

напряжения U max = U m , а наименьшее U min = 0,5 ⋅ U m . 

     4. Трехфазная мостовая выпрямительная  схема Ларионова (рис. 19.5). 
 
 
 

                                      35 
 

                                                              каф.ТОЭ ЭЛТИ ТПУ

      Эта схема обеспечивает еще  большее сглаживание выходного

напряжения  и не требует наличия нулевого провода. Поочередно открываются

пары диодов. Открыта пара, включенная между фаз, разность потенциалов

которых имеет в данный момент положительную полярность и превышает

напряжение  между двумя другими фазами. При  том же условии для фазных

напряжений (19.4), что и в предыдущей схеме, в интервале от t = 0 до t = T/12

этому правилу  удовлетворяет линейное напряжение u CB , в следующую шестую

часть периода  – напряжение u AB , затем u AC , u BC , u BA , uCA , снова u CB и т. д. Ток

в нагрузке в любой момент времени течет  в одном направлении. Наибольшее

значение  выходного напряжения U max = 3 ⋅ U m , наименьшее U min = 1,5 ⋅ U m . 
 
 

                                Подготовка к работе 

      Изучив теоретический материал, ответить на следующие вопросы.

      1. В чем принципиальное отличие  динамических характеристик от

статических?

       2. Какой вид должна иметь ВАХ  нелинейного элемента, чтобы его  можно

было использовать для выпрямления переменного  тока?

       3. Нарисуйте форму кривой тока  в нагрузке цепи с идеальным  диодом

(рис. 19.2) при синусоидальном входном напряжении.

       4.Что оценивает коэффициент пульсации?  Как его подсчитать по

показаниям  приборов в каждой из выпрямительных схем? Используя

приведенные выше разложения в ряд Фурье (19.2), (19.3), рассчитать

теоретическое значение kП для схем одно- и двухполупериодного выпрямления.

       5. Приближенное разложение в ряд  Фурье выходного напряжения для

схем, изображенных на рис. 19.4 и 19.5, имеет вид:

                   u 2 (ωt ) ≈ U 0 − U km cos( kωt ) .     (19.5)

       Здесь k = 3 для трехфазной схемы с нулевым проводом, k = 6 для схемы

Ларионова. Вывести формулы для определения  постоянной составляющей и

амплитуды основной гармоники (метод двух ординат), считая известными

наибольшее U max и наименьшее U min значения этого напряжения на

осциллограмме. 
 

                                 Программа работы 

   1. Собрать электрическую цепь по  схеме рис. 19.2. Подключить

      осциллограф. Установить регулятор  «Усиление» в положение, при

      котором осциллограмма занимает практически всю высоту экрана, но не

      выходит за его пределы. Регулятором  «Развертка» подобрать такую

      частоту развертки, при которой  неподвижная осциллограмма содержала

      бы не менее одного периода напряжения u2(ωt). Во всех последующих 

                                           36 
 

                                                  каф.ТОЭ ЭЛТИ ТПУ

  экспериментах, кроме схемы Ларионова, настройку осциллографа не

  менять. Разомкнуть ключ К и на кальке провести нулевой уровень (ось

  времени). Замкнуть ключ К и срисовать осциллограмму на кальку, а

  показания  приборов записать в таблицу  19.1. Также проводить нулевой

  уровень  при срисовывании осциллограмм  в последующих опытах. 
 

                                                         Таблица 19.1

                                        Эксперимент         Расчет

          Выпрямитель                                ~

                                      U1    U0    U2       U2    kП

                                      В      В      В      В       -

      Однополупериодный

                   без фильтра

Двухполупериод     С = 1 мкФ

     ный          С = 1,47 мкФ

                  С = 1,69 мкФ

 Трехфазный с нулевым проводом

        Схема Ларионова 

2. Собрать  электрическую цепь по схеме  рис. 19.3. При разомкнутом

   положении ключа КС записать показания приборов и снять

   осциллограмму  выходного напряжения выпрямителя.  При замкнутом

   ключе  КС исследовать влияние величины  емкости С фильтра на качество

   выпрямления.  Для этого записать показания  приборов и снять

   осциллограмму  выходного напряжения выпрямителя  при трех значениях

   емкости.  Показания приборов записывать  в табл. 19.1.

3. Собрать  электрическую цепь по схеме  рис. 19.4, записать показания

   приборов  в табл. 19.1 и снять осциллограмму  выходного напряжения

   выпрямителя.

4. Собрать  электрическую цепь по схеме  рис. 19.5, записать показания

   приборов  в табл. 19.1 и снять осциллограмму  выходного напряжения

   выпрямителя,  предварительно вдвое увеличив  масштаб напряжения на

   осциллограмме  с помощью регулятора «Усиление».

5. Вычислить           действующие           значения       выходного

   напряжения U 2 = U 0 + (U 2 ) 2 и значения коэффициента пульсаций kП

                       2     ~ 

   по  формуле (19.1) для всех проведенных  экспериментов. Результаты

   вычислений  внести в табл. 19.1.

6. Измерить  наибольшее U max и наименьшее U min значения выходного

   напряжения  на осциллограммах, полученных при  исследовании одно- и

   двухполупериодного выпрямителей. Вычислить U0, U2, U2~, используя

   разложения  в ряд Фурье выпрямленного  напряжения в схемах одно- и

   двухполупериодного выпрямителей (19.2) и (19.3). Затем подсчитать

   коэффициент  kП. Результаты вычислений внести в табл. 19.2. 

                                 37 
 

                                                    каф.ТОЭ ЭЛТИ ТПУ 
 
 
 

                                                          Таблица 19.2

                                Umax    Umin   U0    U2    U2~    kП

        Выпрямитель              В       В     В     В      В      -

     Однополупериодный

     Двухполупериодный

        (без фильтра)

   Трехфазный. с нул. пров. 

       Схема Ларионова 

  7. Измерить  наибольшее U max и наименьшее U min значения выходного

     напряжения на осциллограммах, полученных  при исследовании

     трехфазных        выпрямителей.   Вычислить    с    их     помощью

             ~

     U 0 , U 2 = U km / 2,   используя приближенную формулу (19.5)

     разложения в ряд Фурье выпрямленного  напряжения в этих схемах. Затем

     подсчитать коэффициент kП. Результаты вычислений также внести в