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Bitte beachte die Copyrighthinweise.
Netzgleichrichter 2
Aufgabenstellung
·
Dimensionierung einer B2- und einer M2-Gleichrichterschaltung für:
UDCn = 10V
IDCn = 120 mA
UBRss = 10% von UDCn
unter Berücksichtigung des Trafoinnenwiderstands.
· Messung der tatsächlich auftretenden Werte von ÛDC, UDC, UBRss, tLAD und îD.
· B2-Gleichrichterschaltung mit Mittenanzapfung, symmetrisch und unsymmetrisch belastet.
1 Dimensionierung der Schaltung
Die Schaltung wurde laut der theoretischen Behandlung dimensioniert. Die Kondensatortoleranz wurde mit +25/-10 % angenommen.
Die Diode muß also mindestens einen Dauerstrom IDCn von 120 mA (B2) bzw. 60mA (M2) und einen IFRM von 2,1 A sowie ein URRM vom 2·Ö2·UDCn = 28,3 Volt verkraften. Für die B2-Schaltung wurde der Gleichrichter im Labortisch (25/400) verwendet, für die M2-Schaltung Dioden vom Typ 1N4007.
Für den Kondensator wurde eine Serienschaltung 1000 mF und 220 mF verwendet.
Für einen Strom IDCn bei UDCn wird ein RL von 83,3 W benötigt, für den eine Leistung von P = IDCn2 · R = 1,2 Watt notwendig ist.
Der Trafo muß einen Dauerstrom von 120 mA und einen Spitzenstrom von 2.1A liefern können. Die Trafospannung UTR beträgt für B2: 8,79 Volt, für M2: 8,11 Volt
2 Messungen an der B2-Schaltung
2.1 Vorbereitungen
Die Tastköpfe des Oszilloskops wurden vor der Messung abgeglichen und die Triggerung auf LINE geschaltet, da nur mit der Netzfrequenz gearbeitet wurde.
Danach wurde die Schaltung aufgebaut ,wobei auf kurze Leitungen und eine Plazierung des Lastwiderstands nach dem Kondensator beachtet wurde.
Folgende Anordnung sollte auf jeden Fall vermieden werden:
2.2 Schaltung
2.3 Messung der Spannungen ÛDC, UDC, UBRss und der Ladezeit tLAD
Die Trafospannung UTR wurde solange erhöht, bis an P3 (DC) ein UDC von 10 Volt abzulesen war.
Danach wurde an P2 (AC) die Trafospannung und am Oszilloskop P1 der zeitliche Signalverlauf ermittelt, wobei der Meßwiderstand noch nicht eingebaut war. Mit dem Oszilloskop wurde die Spannung UDC gemessen :
UDC B2
Abgelesene Meßergebnisse:
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Größe |
UTR [V] |
ÛDC [V] |
UBRss [V] 1 |
UDC [V] 2 |
tLAD [ms] |
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Wert |
8,83 |
10,2 |
0,64 |
10,0 |
2,6 |
1 in der AC-Stellung gemessen.
2 mit P3 eingestellt.
2.4 Messung der Diodenströme
Hierzu wurde - wie in der Schaltung eingezeichnet - ein Meßwiderstand mit 150 mW eingebaut und die Trafospannung solange nachgeregelt, bis UDC wieder 10 V betrug.
Mit dem Oszilloskop wurde nun die Spannung am Meßwiderstand gemessen (strichliert in der Schaltung eingezeichnet):
ÎD B2
Der periodische Diodenspitzenstrom ergibt
sich zu îD: 
533 mA.
3 Messungen an der M2-Schaltung
3.1 Vorbereitungen
Es wurde folgende Schaltung aufgebaut, wobei auf kurze Leitungen und eine Plazierung des Lastwiderstands nach dem Kondensator geachtet wurde:
3.2 Schaltung
3.3 Messung der Spannungen ÛDC, UDC, UBRss und der Ladezeit tLAD
Die Trafospannung UTR wurde solange erhöht, bis an P3 (DC) ein UDC von 10 Volt abzulesen war.
Danach wurden mit P2 (AC) nacheinander die beiden Trafospannungen UTR 1 und UTR 2 und am Oszilloskop P1 der zeitliche Signalverlauf ermittelt, wobei der Meßwiderstand noch nicht eingebaut war. Mit dem Oszilloskop wurde die Spannung UDC gemessen :
UDC M2
UBRss M2
Abgelesene Meßergebnisse:
Da die zwei Brummspannungen die durch die zwei Trafowicklungen/Dioden stark unterschiedlich waren, wurden sie beide gemessen.
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Größe |
UTR [V] |
ÛDC [V] |
UBRss [V] 1 |
UDC [V] 2 |
tLAD [ms] |
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Wert 1 |
8,23 |
10,0 |
0,38 |
10,0 |
1,8 |
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Wert 2 |
8,08 |
10,4 |
1,08 |
10,0 |
2,4 |
1 in der AC-Stellung gemessen.
2 mit P3 eingestellt.
Abgelesene Meßergebnisse V1ÛV2:
Danach wurden die Dioden V1 und V2 an den jeweils anderen Trafowicklungen angeschlossen, wobei die beiden Brummspannungen fast gleich wurden!
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Größe |
UTR [V] |
ÛDC [V] |
UBRss [V] 1 |
UDC [V] 2 |
tLAD [ms] |
|
Wert 1 |
8,23 |
3 |
0,66 |
10,0 |
3 |
|
Wert 2 |
8,08 |
3 |
0,67 |
10,0 |
3 |
1 in der AC-Stellung gemessen.
2 mit P3 eingestellt.
3: nicht gemessen
3.4 Messung der Diodenströme
Hierzu wurde - wie in der Schaltung eingezeichnet - ein Meßwiderstand mit 150 mW eingebaut und die Trafospannung solange nachgeregelt, bis UDC wieder 10 V betrug.
Mit dem Oszilloskop wurde nun die Spannung am Meßwiderstand gemessen :
îD M2
Der periodische Diodenspitzenstrom ergibt
sich zu îD: 
667 mA.
(er wurde mit vertauschten Dioden gemessen)
4 B2-Gleichrichterschaltung mit Mittenanzapfung
4.1 Schaltung
4.2 Messungen
Aus Zeitgründen wurden keine Messungen mehr durchgeführt.
5 Interpretation der Meßergebnisse
5.1 B2-Schaltung
Im Allgemeinen zeigte sich der erwartete Verlauf der Spannung und des Stromes.
Die Brummspannung lag mit 0,64 Volt weit unter dem geforderten Wert von 1 Volt. Gleichzeitig ist der Diodenspitzenstrom mit 0,533 A viel kleiner als der errechnete Wert von 1,83 A. Dies ist durch zwei Dinge erklärbar: Ersten ist die mathematische Behandlung Worst-Case-Rechnung , welche auf Sicherheit dimensioniert. Desweiteren ist die Ladezeit fast doppelt so lang wie errechnet.
Die Trafospannung stimmt fast mit der errechneten überein, da alle Störfaktoren berücksichtigt wurden.
Für die Praxis bedeutet dies, daß
auch eine nicht ganz exakt dimensionierte Schaltung klaglos ihre Dienste
versehen wird.
Die B2-Schaltung zeigt hier wohl die besten aller einfachen
Gleichrichterschaltungen.
5.2 M2-Schaltung
Im Allgemeinen zeigte sich der erwartete Verlauf der Spannung und des Stromes.
Bei der ersten Messung erhielt man durch die Unsymmetrie mit 1,08 V eine Brummspannung, die nicht mehr dem spezifizierten Wert entsprach, während die andere Brummspannung mit 0,38 Volt weit unter dem ersten Wert lag. Bei der Ladezeit war der Unterschied zwar vorhanden, jedoch nicht mehr so extrem.
Mit den vertauschten Dioden ergaben sich
dann fast gleiche Werte für beide Brummspannungen, welche ein wenig über
denen der B2-Schaltung lagen. Da noch dazu die Ladezeit kürzer war,
stellte sich gegenüber der B2-Gleichrichtung auch ein um etwa 30% höherer
Ladestrom ein.
Die plötzliche Gleichheit der beiden UBRss ist wohl damit zu erklären,
daß sich das eine Mal die Fehler des Trafos und der Dioden addiert
und das zweite Mal aufgehoben haben.
Bei der Trafospannung zeigt sich ein Problem dieser Schaltung: Durch leichte Unterschiede in den Ausgangsspannungen und leichte Differenzen in den Diodenflußspannungen können große Unsymmetrien entstehen. Die meisten Trafos liefer auf jeden Fall unterschiedliche Ausgangsspannungen, da die Sekundärwicklungen meist übereinander der gewickelt sind, und so die äußere weniger Induktion erhält, während der Kupferwiderstand größer ist. Hier könnte man höchstens einen Trafo mit gleichzeitig gewickelten Sekundärwicklungen verwenden.
