Тема заняття: Випрямляч змінного струму. Схеми випрямлення.
Мета: Ознайомити учнів з будовою і принципом роботи випрямляча змінного струму, схемами випрямлення змінного електричного струму, розвивати допитливість, виховувати зацікавленість.
Тип заняття: ФЗВН
Обладнання, матеріали, інструменти: плакат, роздатковий матеріал, зразки
Хід заняття:
І.Організація класу.
ІІ. Вступний етап:
1. Актуалізація чуттєвого досвіду і опорних знань, та знань, які лежать в основі вміння.
1. Які матеріали називають напівпровідниками?
2. Що таке р-п-перехід?
3. Що називається напівпровідниковим діодом?
4. За якими ознаками класифікуються діоди?
2. Мотивація навчальної діяльності учнів.
Існує багато побутових приладів, які працюють на постійному струмі. Але із електромережі ми отримуємо змінний струм. Таким чином, для того, щоб користуватися такими електроприладами, необхідно, як кажуть, випрямити змінний струм, перетворити його в постійний, яким чином це відбувається, з допомогою яких пристосувань. Про все це ви дізнаєтесь на сьогоднішньому уроці.
3. Повідомлення теми, мети та завдань заняття.
ІІІ. Основна частина:
1. Вивчення нового матеріалу.
1.1. Випрямляч змінного струму. Схема випрямлення.
Помічено, що при обертанні дротяної рамки у сталому магнітному полі в ній виникає електричний струм (рис.).
При цьому встановлено, що протягом першої половини оберту рамки навколо своєї вісі та другої половини оберту струм в колі має протилежні напрямки (прямий і зворотний струм). Таким чином, за один оберт рамки електричний струм у ній здійснює одне повне коливання (вперед та назад). Змінний струм (наприклад, у мережі вашої квартири) за 1 с здійснює 50 таких коливань, а тому кажуть, що частота змінного струму дорівнює 50 Гц.
Крім того, за півоберт рамки струм у колі змінює свою величину від нуля до певного максимального значення їм й знову до нуля. Те саме має місце й протягом другого півоберта рамки. Кажуть, що має місце пульсація струму. Для кількісної характеристики пульсації вводять коефіцієнт пульсації Кр.
Струм, який періодично змінюється за величиною і напрямом, називається змінним. Його графік зображений на рис.
Зрозуміло, що змінному струму буде відповідати і змінна напруга, графік якої матиме такий самий вигляд. Змінна напруга позначається умовним символом ~.
Перші додатна і від'ємна частини синусоїди відповідають одному повному коливанню струму в рамці (вперед та назад). Потім процес повторюється. Час, протягом якого здійснюється одне повне коливання, називається періодом коливання змінного струму. Перша і друга частини синусоїди відповідають першому і другому півперіоду змінного струму чи змінної напруги мережі. їх ще називають додатним і від'ємним півперіодами змінної напруги. Всі введені поняття ми використовуватимемо.
Електричний струм, що використовується в побуті і на виробництві, - змінний. Такий струм зручний для передавання на великі відстані і для розподілу між споживачами.
Проте значна кількість елементів сучасних електронних пристроїв споживають електричну енергію у вигляді постійного струму.
Найпоширенішими джерелами постійного струму є гальванічні елементи та акумулятори. Проте термін їх служби або обмежений (гальванічні елементи), або ж для їх періодичного зарядження потрібно інше джерело (акумулятори). Тому для отримання постійного електричного струму найбільше використовують напівпровідникові випрямлячі. Вони дають змогу отримувати будь-яку кількість електроенергії безпосередньо від електричної мережі.
Нині використовують різноманітні типи випрямлячів, які розрізняють за кількістю фаз струму, що випрямляються, типом діодів, схемами їх вмикання тощо. Для живлення різноманітних вузлів і блоків електронної апаратури використовують напівпровідникові випрямлячі, які працюють від однофазної мережі змінного струму. Ці випрямлячі називаються однофазними. їх ми й розглядатимемо.
Напівпровідникові випрямлячі поділяються на однопівперіодні та двопівперіодні. Такі самі назви мають і схеми випрямлення, що їм відповідають.
Однопівперіодною називається схема випрямлення, в якій струм через діод проходить лише протягом одного (першого) півперіода змінної напруги мережі.
Двопівперіодною називають схему, в якій струм через діод проходить протягом обох півперіодів.
Напівпровідниковий діод ввімкнений в коло змінного струму послідовно з навантаженням Рп (споживачем) і перетворювачем величини змінної напруги -трансформатором (з його будовою та дією ти ознайомишся пізніше). У цій схемі струм через діод протікатиме тільки протягом першого додатного півперіода змінної напруги її, що діє на затискачах перетворювача напруги. В цей час напруга для діода є прямою, що відповідає пропускному (прямому) напрямку вмикання р-п-переходу діода. Діод - відкритий.
У другій половині півперіода до діода прикладається зворотна напруга (змінюється полярність його підключення). Опір діода різко збільшується і струм у колі практично відсутній. Це відповідає запірному напрямку включення р-п-переходу.
Розглянута схема випрямлення називається однопівперіодною. Оскільки вона «працює» тільки половину періоду, то струм у колі дуже пульсує. Окрім зміни його величини він взагалі відсутній протягом другого півперіода змінної напруги. Коефіцієнт пульсації при цьому (як показали розрахунки) досить високий - 157%. Це є головним недоліком однопівперіодної схеми випрямлення. Є й інші недоліки. Тому така схема в сучасних випрямлячах застосовується рідко.
Для того щоб використати обидва півперіоди змінної напруги, застосовують двопівперіодні схеми випрямлення (відповідно - двопівперіодні випрямлячі). Однією з таких схем є місткова схема випрямлення змінного струму.
Схема (випрямляч) містить чотири напівпровідникових діодів Д1 -Д4. У додатний півперіод змінної живлячої напруги відкриті діоди Д1 і ДЗ, а діоди Д2 і Д4 замкнуті зворотною (від'ємною) напругою. Напрям струму в навантаженні Кп.
У від'ємний півперіод діоди працюють навпаки: Д2 і Д4 відкриті й пропускають струм, а Д1 і ДЗ замкнуті. Завдяки цьому, струм у навантаженні зберігає попередній напрям.
Оскільки у містковій схемі випрямлення відбувається в обидва півперіоди змінної напруги, то пропуски на графіку струму відсутні
Як показують розрахунки, для двопівперіодної схеми випрямлення Кп = 67%. Отже, ця схема забезпечує згладженіший (тобто, менш пульсуючий) випрямлений струм. Проте слід розуміти, що отриманий і в цій схемі струм ще не можна назвати постійним. Це пульсуючий струм сталого напряму, але змінний за величиною.
Двопівперіодне випрямлення має значні переваги перед однопів-періодним, проте пульсація струму залишається ще занадто великою. Принагідно зазначимо, що в більшості випадків для живлення сучасної електронної апаратури допускається досить незначна пульсація випрямленого струму. Кn рівен при цьому 0,1; 0,01 і навіть 0,001%.
1.2. Згладжуючі фільтри. Поняття про стабілізатори
Для зменшення пульсацій і максимального наближення випрямленого струму до постійного (відповідно, те саме стосується і напруги) використовують згладжуючі фільтри.
У найпростішому випадку фільтром може слугувати конденсатор С великої ємності, умовне зображення якого наступне: ІІ. Він підключається паралельно споживачу Rн. Застосовуються і складніші згладжуючі фільтри, які містять кілька елементів. Тут фільтр складається з двох конденсаторів і двох опорів К1 і К2.
Згладжуючі фільтри дають змогу зменшити Кп до 0,1 і навіть 0,01%.
Незважаючи на застосування в електронній апаратурі згладжуючих фільтрів, напруга на опорі навантаження випрямляча (споживачі) може змінюватися. Причиною останнього може бути, наприклад, коливання напруги мережі тощо. З метою підтримування заданої величини постійної напруги на опорі навантаження застосовуються стабілізатори напруги.
Стабілізатором напруги (струму) називається пристрій, який автоматично і з необхідною точністю підтримує напругу (струм) на споживачі за наявності дестабілізуючих чинників в електричній мережі.
2. Первинне закріплення ( осмислення та встановлення об’єктивних зв’язків і залежностей в новому матеріалі):
1. Поясніть явище утворення змінного струму.
2. Що називають напівпровідниковим випрямлячем? Який принцип роботи випрямляча?
3. Які типи випрямлячів ви знаєте?
4. Що називається згладжуючим фільтром?
5. Для чого використовуються фільтри?
6. Що таке стабілізатор напруги?
3Вступний інструктаж до практичної роботи учнів:
- пояснення і показ трудових прийомів та операцій, якими мають володіти учні, з обґрунтуванням кожної дії;
- ознайомлення з інструкційними картами;
- акцентування уваги на правила ТБ;
- закріплення та перевірка засвоєння учнями навчального матеріалу (відтворити показані прийоми, провести певні розрахунки, повторити технічні вимоги до якості роботи);
4. Поточний інструктаж:
4.1 Цільові обходи робочих місць учнів:
- перевірка організації робочого місця;
- перевірка правильності виконання трудових прийомів;
- перевірка правильності виконання трудових операції;
- перевірка вміння користуватися технічною документацією, інструментами;
- перевірка дотримування правил ТБ.
4.2 Індивідуальний інструктаж учнів.
4.3 Додатковий інструктаж при умові однакових помилок значною частиною учнів.
5. ПРАКТИЧНА РОБОТА
Складання випрямляча на основі місткової схеми і перевірка його роботи
Обладнання: джерело змінного струму напругою до 5В, чотири напівпровідникові діоди (наприклад, марки КД 201, КД 204, Д 226), мікроелектродвигун (у ньому магнітне поле має створюватися постійним магнітом), який розрахований на постійну напругу 4 - 5В (і, відповідно, постійний струм), конденсатор великої ємності (500. ..2000 мкФ), розрахований на напругу не менше 12 В, монтажні проводи, вимикач.
Хід роботи
1. Повторіть навчальний матеріал теми «Випрямляч змінного струму. Схеми
випрямлення».
2. Навчіться читати однопівперіодну (рис. ) та двопівперіодну (рис. ) схеми випрямлення змінного струму (звертайтеся за допомогою до вчителя).
3. Ввімкніть у коло джерела змінного струму мікроелектродвигун, переконавшись спочатку, що числове значення напруги, на яку він розрахований, відповідає вихідний змінний напрузі джерела. Спостерігайте за двигуном (він не працює, створює звуки - гудіння). Зробіть висновок.
4. Продумайте план складання виробу.
5. Визначте раціональне розташування деталей на монтажній платі.
6. Виконайте електричний монтаж випрямляча згідно зі схемою, зображеною нарис. 106, а (конденсатор спочатку не вмикайте, монтаж діодів виконайте за допомогою паяння). Як навантаження Рн використайте споживач - мікроелектродвигун.
7. Перевірте правильність виконання монтажу за допомогою омметра або пробника.
8. Випробуйте виготовлений випрямляч у роботі.
Спостерігайте за роботою двигуна. Зважаючи на ще значну пульсацію струму, можлива нестабільна робота двигуна, іскріння між щітками й колектором (потріскування у закритому кожусі двигуна). Щоб усунути ці явища, паралельно споживачу приєднайте конденсатор великої ємності. Як зазначено в попередній темі, він згладжує пульсації струму і максимально наближує його до постійного.
9. Порівняйте роботу двигуна без конденсатора й з ним у схемі.
ІV. Заключний інструктаж:
- аналіз виконуваних робіт;
- аналіз помилок, які найчастіше траплялися;
- аналіз порушень трудової дисципліни;
- аналіз виконання правил ТБ;
- мотивація оцінок;
- демонстрація найкращих робіт.
V. Повідомлення теми та мети наступного заняття.
VІ. Домашнє завдання: 23,24
VІІ. Прибирання робочих місць, прибирання майстерні.
| 