St ední pr myslová škola elektrotechnická a Vyšší odborná škola, Pardubice, Karla IV. 13
LABORATORNÍ CVI ENÍ St ední pr myslová škola elektrotechnická
P íjmení:
Hlad na
Jméno:
Jan
Datum m ení:
Školní rok:
2005 / 06
Datum odevzdání 28. ÚNORA 2006
T ída / Skupina:
íslo úlohy:
3.B / 2
14 14. ÚNORA 2006
Klasifikace:
NÁZEV ÚLOHY
NAPÁJECÍ ZDROJE S R ZNÝMI FILTRY
Po et stran
10
Po et grafických p íloh
3
ZADÁNÍ 1) Ov te pr b h výstupního nap tí jednocestného a dvoucestného usm r ova e s odporovou zát ží sejmutím ze stínítka osciloskopu. Zat žovací proud nastavte na hodnotu IZ = 30 mA. 2) Zm te zat žovací charakteristiky zdroj s dvoucestným usm r ova em a filtry C, LC, CRC, CLC. Zat žovací proudy nastavujte v rozmezí 0 – 50 mA. Uprost ed zm ených charakteristik ur ete dynamický vnit ní odpor Ri zdroje. 3) Ur ete a graficky zpracujte závislost initele zvln ní ϕz m ených zdroj na zat žovacím proudu. 4) Vypo t te a graficky zpracujte závislost ú innosti η m ených zdroj na zat žovacím proudu. 5) V záv ru porovnejte výsledky m ení s teoreticky o ekávanými. Na základ získaných charakteristik porovnejte vlastnosti zdroj s r znými filtry mezi sebou.
ÚVOD P em na st ídavého nap tí na stejnosm rné není ideální. Za usm r ova em vzniká st ídavá složka, superponována na stejnosm rné nap tí, která se nazývá zvln ní. Aby se toto zvln ní zmenšilo na nepatrnou hodnotu, p idává se za usm r ova filtr. M ítkem jakosti filtru je initel vyhlazení, který se ur í pom rem vstupního st ídavého nap tí (zvln ní) ku výstupnímu st ídavému nap tí. P i v tších požadavcích na co nejmenší zvln ní je možné adit vyhlazovací filtry kaskádn . P i takovém to obvodu je výsledný initel vyhlazení roven sou inem všech initel vyhlazení jednotlivých vyhlazovacích filtr . Podle provedení filtr rozeznáváme filtry C, RC, LC, CRC, CLC. Nej ast ji jsou používány základní typy filtr - filtry RC a LC. Vzhledem k úbytku stejnosm rného nap tí, který na filtru vzniká , hodí se filtry RC pouze pro malé proudy. Jeho funkce spo ívá ve zkratování st ídavých složek pr chodem kondenzátorem, který musí mít dostate n velkou kapacitu. Pro velké proudy jsou výhodn jší filtry LC. Ty se skládají z tlumivky, která zabra uje pr chodu st ídavé složky proudu a z kondenzátoru, který st ídavou složku svádí k zemi.
SCHÉMA
DRUHY FILTR :
POPIS M
C
LC
CRC
CLC
ENÍ
Napájecí nap tí nastavíme regulovatelným zdrojem BM 206 na 220 V a udržujeme b hem celého m ení konstantní (V1). 1) P ístroje zapojíme podle schématu uvedeného výše. Odpory RZ1, RZ2 nastavíme na požadovanou hodnotu zat žovacího proudu IZ = 30 mA. Vypo teme st ední hodnotu usm rn ného nap tí. 2) M ení zat žovacích charakteristik, initele zvln ní ϕz a ú innosti provádíme sou asn . a) Zat žovací charakteristiky - závislost velikosti ss. nap tí USS na zat žovacím proudu IZ. USS = f(IZ) b) initel zvln ní je pom r velikosti st ídavé složky usm rn ného nap tí UST k velikosti ss. nap tí USS v %. U ϕ z = ST ⋅ 100 [%] U SS c) Ú innost zdroje je pom r mezi ss. výstupním výkonem a p íkonem zdroje v %. P η = 2 ⋅ 100 [%] P1
d) Vnit ní dynamický odpor Ri je pom r odpovídajících zm n ss. výstupního nap tí USS a zat žovacího proudu ∆Iz. ∆U SS [Ω] Ri = ∆I Z
Po zapojení p ístroj podle schématu postupn nastavujeme odpory RZ1 = RZ2 pro zadané hodnoty zat žovacího proudu IZ (A2). Ode ítáme p íkon P1 (W), výstupní ss. nap tí Uss (EV) a st ídavou složku usm rn ného nap tí UST (mV). P i zjiš ování vnit ního dynamického odporu Ri volíme zm nu proudu ∆IZ = 10 mA, tj. (20 - 30) mA. Všechny zjišt né závislosti vyneseme do graf : 1) Zat žovací charakteristiky zdroje USS = f(IZ) 2) Závislost initele zvln ní na zát ži ϕZ = f(IZ) 3) Závislost ú innosti zdroje na zát ži η = f(IZ)
NAM Filtr
C
LC
CRC
CLC
ENÉ A VYPO TENÉ HODNOTY
IZ [mA] P1 [W] USS [V] UST [mV] P2 [W] η [%] ϕ [%] P1 [W] USS [V] UST [mV] P2 [W] η [%] ϕ [%] P1 [W] USS [V] UST [mV] P2 [W] η [%] ϕ [%] P1 [W] USS [V] UST [mV] P2 [W] η [%] ϕ [%]
0
5
10
20
30
40
50
4,5 12,75 12,2 0 0 0,095686 4,5 8,48 2,45 0 0 0,028892 4,5 12,72 1,5 0 0 0,011792 4,5 12,71 1 0 0 0,007868
4,7 12,66 28,3 0,0633 1,346809 0,223539 4,56 8 2,5 0,04 0,877193 0,03125 4,56 11,9 2,3 0,0595 1,304825 0,019328 4,57 11,1 1,05 0,0555 1,214442 0,009459
4,7 12,4 64,1 0,124 2,638298 0,516935 4,6 7 2,62 0,07 1,521739 0,037429 4,68 11,1 2,9 0,111 2,371795 0,026126 4,66 10,9 1,1 0,109 2,339056 0,010092
4,8 12,34 94,26 0,2468 5,141667 0,763857 4,7 6,31 2,5 0,1262 2,685106 0,03962 4,75 10,73 3,7 0,2146 4,517895 0,034483 4,72 10,47 1,2 0,2094 4,436441 0,011461
4,9 12,29 115,11 0,3687 7,52449 0,936615 4,8 5,4 2,6 0,162 3,375 0,048148 4,87 9,84 4,6 0,2952 6,061602 0,046748 4,86 9,47 1,5 0,2841 5,845679 0,015839
5,1 12,1 151,35 0,484 9,490196 1,250826 4,88 4,39 2,9 0,1756 3,598361 0,066059 5 8,93 5,8 0,3572 7,144 0,06495 5 8,34 1,7 0,3336 6,672 0,020384
5,2 12,08 177,5 0,604 11,61538 1,469371 4,9 3,448 2,7 0,1724 3,518367 0,078306 5,13 8,1 7,1 0,405 7,894737 0,087654 5,12 7,21 0,7 0,3605 7,041016 0,009709
P íklad výpo tu: P2 = U SS ⋅ I Z = 12,34 ⋅ 20 ⋅ 10 −3 = 0,2468 W
η=
P2 0,2468 ⋅ 100 = ⋅ 100 = 5,14 % P1 4,8
ϕ=
U ST 94,26 ⋅ 10 −3 ⋅ 100 = ⋅ 100 = 0,764 % 12,34 U SS
Ri =
Hodnota usm r ova e pro IZ = 30 mA: UM = 12 V
∆U SS 12,34 − 12,29 = =5Ω ∆I Z (30 − 20) ⋅ 10 −3
Ri [Ω Ω]
5
91
89
100
ZAT ŽOVACÍ CHARAKTERISTIKY ZDROJE
12 10
USS [V]
8
C LC CRC CLC
6 4 2 0 0
10
20
30
40
50
IZ [mA]
14.2. 2006
Jan Hlad na, 3.B
ZÁVISLOST Ú INNOSTI ZDROJE NA ZÁT ŽI 14 12
η [%]
10 C LC CRC CLC
8 6 4 2 0 0
10
20
30
40
50
IZ [mA]
14.2. 2006
Jan Hlad na, 3.B
ZÁVISLOST INITELE ZVLN NÍ NA ZÁT ŽI 1,6 1,4 1,2
ϕ [%]
1
C LC CRC CLC
0,8 0,6 0,4 0,2 0 0
10
20
30
40
50
IZ [mA]
14.2. 2006
Jan Hlad na, 3.B
ZÁV R
Ze zat žovací charakteristiky zdroje je z ejmé, že závislost filtru C je lineární, u filtru LC je z ejmý velký pokles nap tí p i nepatrném proudu, kdežto u filtru LC je patrný velký pokles nap tí. Z grafu závislosti initele zvln ní na zát ži lze snadno ur it, že nejv tší zvln ní vykazuje filtr typu C. Oproti n mu má filtr typu CLC nejmenší zvln ní a p i zvyšování jeho proudu se nap tí UST zvyšuje jen nepatrn a odstra uje st ídavou složku nejlépe ze všech m ených filtr . Po p ipojení osciloskopu na výstup bylo velmi jasn vid t zkreslení zp sobené usm r ova em a jeho následné vyhlazení pomocí m ených filtr .
POUŽITÉ P ÍSTROJE A POM CKY
Z
zdroj
V1
voltmetr
A1 W USM
ampérmetr
wattmetr
usm r ova
BM 206
st ádavý
MR-1038
HP
digitální
MR-01110
A40
st ídavý s usm r ova em
MR-135
METRA
0 - 255 V
-
-
MR-01063
300V 100 mA
SPS
-
-
-
SPS
p ípravek
MR-01090/8
-
AA'/BB'
filtry
V2
voltmetr
METEX
digitální
MR-01024
-
A2
ampérmetr
FUKE
digitální
MR-01109
-
V3
voltmetr
HP
digitální
MR-00989
-
RZ
reostat
TESLA
-
-
-
