Однофазный однополупериодный выпрямитель является простейшим и имеет схему, приведенную на рис. 14.3,а. В таком выпрямителе ток через нагрузку протекает лишь в течение полупериода сетевого напряжения (рис. 14.3,б). Основные параметры однополупериодного выпрямителя: , где ; б Рис. 14.3. Однополупериодная схема выпрямителя Такой выпрямитель находит ограниченное применение в маломощных устройствах. Отрицательной чертой однополупериодного выпрямителя является протекание постоянной составляющей тока во входной цепи. Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой представляет собой параллельное соединение двух однополупериодных выпрямителей (рис. 14.4,а). Диоды схемы проводят ток поочередно, каждый в течение полупериода (рис. 14.4,б). б Рис. 14.4. Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой Основные параметры такого выпрямителя: , где U2 – действующее значение напряжения каждой половины вторичной обмотки, U2≈1,11·Uср; . Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой характеризуется довольно высокими технико-экономическими показателями и широко используется в технике. Недостаток – необходимость двойного количества витков во вторичной обмотке трансформатора. Однофазный мостовой выпрямитель (рис. 14.5,а) можно считать пределом совершенства бестрансформаторных выпрямителей. Диоды в рассматриваемой схеме включаются и выключаются парами. Одна пара – это диоды D1 и D2, а другая – D3 и D4. Рис. 14.5. Однофазный мостовой выпрямителя Основные параметры такого выпрямителя: где Uвх ≈ 1,11·Uср; Управляемые выпрямители позволяют регулировать выходное напряжение. Они построены на основе однополупериодных (незапираемых) тиристоров (рис. 14.9). Включение тиристоров производится с некоторой задержкой tвкл (рис. 14.10). Угол αвкл=ω·tвкл – угол сдвига по фазе между напряжением на тиристоре и импульсами управления. Угол αвкл называют углом управления, который может изменяться в пределах от 0 до 180°. Стабилизатором напряжения называют устройство, поддерживающее с определенной точностью неизменным напряжение на нагрузке. Изменение напряжения на нагрузке может быть вызвано рядом причин: колебаниями напряжения первичного источника питания (сети переменного напряжения, аккумулятора, гальванического элемента), изменением нагрузки, изменением температуры окружающей среды. По принципу работы стабилизаторы делятна параметрические и компенсационные. В свою очередь параметрические стабилизаторы бываютоднокаскадными, многокаскадными и мостовыми. Компенсационные стабилизаторы могут быть с непрерывным или импульсным регулированием; и те и другие могут быть последовательного или параллельного типа. Параметрические стабилизаторы осуществляют стабилизацию напряжения за счет изменения параметров полупроводниковых приборов: стабилитронов, стабисторов, транзисторов и др. Изменяемым параметром полупроводниковых стабилизаторов напряжения является их сопротивление или проводимость. Компенсационные стабилизаторы представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования напряжения на нагрузке, выполненные на полупроводниковых приборах. Выходное напряжение в этих стабилизаторах поддерживается равным или пропорциональным стабильному опорному напряжению, которое обычно создается одним из типов параметрических стабилизаторов. Компенсационные стабилизаторы содержат регулирующий элемент (обычно транзистор), который может включаться последовательно или параллельно нагрузке. Стабилизатор с последовательным включением регулирующего элемента называют сериесным, а с параллельным включением — шунтовым. Регулирующий элемент может работать в непрерывном или ключевом режимах. В импульсных стабилизаторах используется ключевой режим работы регулирующего элемента. В стабилизаторах с непрерывным регулированием регулирующий элемент работает в непрерывном режиме. Основные параметры: Коэффициент полезного действия стабилизатора — это отношение мощности, отдаваемой в нагрузку, к мощности, потребляемой от первичного источника питания: Коэффициент нестабильности по напряжению — это отношение относительного изменения выходного напряженияк вызвавшему его изменению входного напряжения: Коэффициент нестабильности по току— это отношение относительного изменения выходного напряженияк вызвавшему его относительному изменению тока нагрузки: Коэффициент сглаживания пульсаций — это отношение амплитудного значения пульсаций входного напряжения к амплитудному значению пульсаций выходного напряжения: Дифференциальное выходное сопротивление стабилизатора — это отношение приращения выходного напряжения к приращению тока нагрузки: Температурный коэффициент — это отношение относительного изменения выходного напряжения к вызвавшему его изменению температуры окружающей среды: Типовая схема включения стабилитрона (а) и зависимость ТКН стабилитрона от напряжения и тока стабилитрона studfiles.net Процесс проектирования выпрямительных устройств в общем случае можно разделить на несколько этапов, которые выполняются последовательно: • анализ исходных данных, выбор принципиальной схемы выпрямителя и типов применяемых компонентов; • расчет параметров сглаживающего фильтра; • расчет параметров вентильного узла и трансформатора, проверка соответствия применяемых компонентов режиму их работы в выпрямителе. В качестве исходных данных при расчете выпрямителя как правило выступают: номинальные выпрямленное напряжение на нагрузке Uн; ток нагрузки Iн и его возможные отклонения в сторону понижения Imin, сопротивление нагрузки Rн = Uн/Iн или выходная мощность Pвых = Uн.Iн; номинальное напряжение, подаваемое на первичную обмотку трансформатора U1, его возможное отклонение в сторону повышения Umах = U1max ─ U1 и понижения Umin = U1min ─ U1, а также его частота f и количество фаз; допустимый коэффициент пульсаций выходного напряжения Kп. Выбор схемы выпрямителя производят в первую очередь опираясь на значения требуемой выходной мощности, выходного напряжения и коэффициента пульсаций. Обобщая все приведенные в описаниях конкретных видов выпрямителей их достоинства и недостатки, можно предложить следующие основные критерии. Однополупериодные выпрямители применяются в основном с емкостным фильтром при токах нагрузки до десятков миллиампер. Преимуществом таких выпрямителей являются простота и возможность работать без трансформатора. К их недостаткам относятся: низкая частота пульсаций, высокое обратное напряжение на вентильных диодах, плохое использование трансформатора, подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током. Двухполупериодные выпрямители со средней точкой применяется при напряжениях нагрузки до нескольких десятков вольт и выходной мощности до 50 Вт. На выходе выпрямителя обычно устанавливаются Г или П-образные LC и RC фильтры. Основные преимущества этих выпрямителей: повышенная частота пульсаций, малое число вентилей, возможность применения общего радиатора без изоляции вентилей, малое падение напряжения на вентилях. Недостатками являются: большая требуемая габаритная мощность трансформатора по сравнению с мостовыми выпрямителями, повышенное обратное напряжение на вентильных диодах. Выпрямители, выполненные по мостовой схеме, обладают наилучшими показателями и применяются наиболее часто. Их можно использовать при любом характере нагрузки (емкостная, индуктивная) при выходной мощности до 500 Вт. Такие выпрямители применяются в основном с емкостным, Г или П-образными LC и RC фильтрами. Достоинствами мостовых выпрямителей являются: повышенная частота пульсаций, небольшое обратное напряжение на вентильных диодах, эффективное использование трансформатора, возможность питания симметричных нагрузок при наличии вывода средней точки во вторичной обмотке трансформатора. К недостаткам относят: повышенное падение напряжения на вентилях, невозможность установки однотипных диодных вентилей на одном радиаторе без изолирующих прокладок. studfiles.net Однополупериодный выпрямитель или четвертьмост является простейшим выпрямителем и включает в себя один вентиль (диод или тиристор). Допущения: нагрузка чисто активная, вентиль — идеальный электрический ключ. Напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт, всё падение напряжения происходит на вентиле, а напряжение на нагрузке Uн равно нулю. Среднее значение переменного тока по отношению к подведенному действующему составит: Эта величина вдвое меньше, чем в полномостовом. Важно отметить, что среднеквадратичное (устар. эффективное, действующее) значение напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя будет в корень из 2 меньше подведенного действующего, а потребляемая нагрузкой мощность в 2 раза меньше (для синусоидальной формы сигнала) Отношение среднего значения выпрямленного напряжения Uн ср к действующему значению входного переменного напряжения Uвх д называется коэффициентом выпрямления (Kвып). Для рассматриваемой схемы Kвып=0,45. Максимальное обратное напряжение на диоде Uобр max=Uвх max=πUн ср , т.е. более чем в три раза превышает среднее выпрямленное напряжение (это следует учитывать при выборе диода для выпрямителя). Коэффициент пульсаций, равный отношению амплитуды низшей (основной) гармоники пульсаций к среднему значению выпрямленного напряжения, для описываемой схемы однополупериодного выпрямителя равен: Kп=Uпульс max01Uн ср=π2=1,57. На интервале времени [0;T/2] под действием напряжения Uвх1 диод VD1 смещен в прямом направлении (диод VD2 при этом смещен в обратном направлении) и поэтому ток в нагрузочном резисторе определяется только напряжением Uвх1. На интервале [T/2;T] диод VD1 смещен в обратном направлении, а ток нагрузки протекает через прямосмещенный диод VD2 и определяется напряжением Uвх2. Таким образом, средние значения тока и напряжения на нагрузочном резисторе в случае двухполупериодного выпрямления будут в два раза превышать аналогичные показатели для однополупериодной схемы: Uвх max и Iвх max — максимальные амплитудные значения входного напряжения и тока выпрямителя (по одному из напряжений питания), Uвх д и Iвх д — действующие значения входного напряжения и тока выпрямителя . Отрицательным свойством двухполупериодной схемы выпрямления со средней точкой является то, что во время прохождения тока через один из диодов обратное напряжение на другом (закрытом) диоде в пике достигает удвоенного максимального входного напряжения: Uобр max=2Umax. Этого нельзя забывать при выборе диодов для выпрямителя. Основная частота пульсаций выпрямленного напряжения в данной схеме будет равна удвоенной частоте входного напряжения. Коэффициент пульсаций рассчитанный по методике, аналогичной описанной для схемы однофазного однополупериодного выпрямителя (разложение в ряд Фурье и выделение первой составляющей пульсаций) будет равен: Kп=0,67. параметры смотреть в предыдущем пункте. 28. Однофазный мостовой выпрямитель. Диаграммы работы и принцип действия. Основные параметры выпрямителя. Схема: Диаграммы работы: Принцип работы: В однофазной мостовой схеме к одной из диагоналей моста подключается источник переменного напряжения (вторичная обмотка трансформатора), а к другой – нагрузка. В мостовой схеме диоды работают попарно: в течение одной половины периода сетевого напряжения ток протекает от вторичной обмотки трансформатора по цепи VD1, RН, VD2, а на втором полупериоде – по цепи VD3, RН, VD4, причем в каждом полупериоде через нагрузку ток проходит в одном направлении, что и обеспечивает выпрямление. Коммутация диодов происходит в моменты перехода переменного напряжения через нуль. где U2 ─ действующее значение переменного напряжения на входе выпрямителя. Параметры: Максимальное обратное напряжение на диоде в непроводящую часть периода Амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения с частотой 2ω следовательно, 29. Назначение сглаживающих фильтров. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром. Особенности работы. Внешние характеристики выпрямителей с фильтрами Сглаживающий фильтр - устройство, предназначенное для уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения до величины, при которой обеспечивается нормальная работа питаемой аппаратуры или её каскадов. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром. Особенности работы. Для снижения уровня пульсаций на выходе выпрямителя включаются разнообразные индуктивно-емкостные фильтры. Наличие конденсаторов и индуктивностей в цепи нагрузки оказывает значительное влияние на работу выпрямителя. В маломощных выпрямителях обычно применяют простейший емкостный фильтр, который представляет собой конденсатор, включенный параллельно нагрузке. В установившемся режиме работы, когда напряжение на входе выпрямителя Uвх больше напряжения на нагрузке Uн и диод выпрямителя открыт, конденсатор будет подзаряжаться, накапливая энергию, поступающую от внешнего источника. Когда же напряжение на входе выпрямителя упадет ниже уровня открывания диода и он закроется, конденсатор начнет разряжаться через Rн, предотвращая при этом быстрое падение уровня напряжения на нагрузке. Таким образом, результирующее напряжение на выходе выпрямителя (на нагрузке) окажется уже не таким пульсирующим, а будет значительно сглажено, причем тем сильнее, чем большую емкость будет иметь применяемый конденсатор. Обычно, емкость конденсатора фильтра выбирают такой, чтобы его реактивное сопротивление было намного меньше сопротивления нагрузки (1/ωC ≪Rн). В этом случае пульсации напряжения на нагрузке малы и допустимо предполагать, что это напряжение постоянно (Uн ≈const). 30. Основные параметры стабилизаторов напряжения. Параметрические стабилизаторы. Основные параметры стабилизатора: 1. Коэффициент стабилизации, равный отношению приращений входного и выходного напряжений. Коэффициент стабилизации характеризует качество работы стабилизатора. 2. Выходное сопротивление стабилизатора Rвых = Rдиф Для нахождения Кст и Rвых рассматривается схема замещения стабилизатора для приращений. Нелинейный элемент работает на участке стабилизации, где его сопротивление переменному току Rдиф является параметром стабилизатора. Дифференциальное сопротивление Rдиф определяется из уравнения: Для схемы замещения получаем коэффициент стабилизации с учетом, что Rн >> Rдиф и Rбал >> Rдиф,: Параметрический стабилизатор: В приведенной схеме, при изменении входного напряжения или тока нагрузки - напряжение на нагрузке практически не меняется (оно остаётся таким же, как и на стабилитроне), вместо этого изменяется ток через стабилитрон (в случае изменения входного напряжения и ток через балластный резистор тоже). То есть, излишки входного напряжения гасятся балластным резистором, величина падения напряжения на этом резисторе зависит от тока через него, а ток через него зависит в том числе от тока через стабилитрон, и таким образом, получается, что изменение тока через стабилитрон регулирует величину падения напряжения на балластном резисторе. Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения Кст = 5 ÷ 30 Для получения повышения стабилизированного напряжения применяют последовательное включение стабилитронов. Параллельное включение стабилитронов не допускается. С целью увеличения коэффициента стабилизации возможно каскадное включение нескольких параметрических стабилизаторов напряжения. 31. Структурные схемы компенсационных стабилизаторов. Принципиальная схема непрерывного стабилизатора напряжения. Получить выражение для выходного напряжения. Недостатки таких стабилизаторов. Компенсационный стабилизатор напряжения, по сути, является устройством, в котором автоматически происходит регулирование выходной величины, то есть он поддерживает напряжение на нагрузке в заданных пределах при изменении входного напряжения и выходного тока. По сравнению с параметрическими компенсационные стабилизаторы отличаются большими выходными токами, меньшими выходными сопротивлениями, большими коэффициентами стабилизации. Непрерывный Принципиальная схема стабилизатора напряжения непрерывного действия приведена на рис. б. Здесь роль ИЭ выполняет делитель напряжения на резисторах R1 и R2. Балластный резистор Rб и стабилитрон VD представляют собой маломощный параметрический стабилизатор, выполняющий роль ИОН. Операционный усилитель (ОУ) DA, включенный по схеме дифференциального усилителя, выполняет роль УС. ТранзисторVT является РЭ стабилизатора. Выходное напряжение стабилизатора можно регулировать, меняя соотношение сопротивлений делителя R1 и R2: studfiles.net Трехфазные выпрямители по сравнению с однофазными выпрямителями имеют меньшую пульсацию выпрямленного напряжения и могут использоваться без фильтров. Кроме этого трехфазные выпрямители имеют более высокие энергетические показатели. Наибольшее распространение получила трехфазная мостовая схема выпрямления, исследуемая в данной лабораторной работе (рис. 2.5,а), Схема трехфазного мостового выпрямителя (схема Ларионова) содержит выпрямительный мост из шести вентилей. Вентили V2, V4, Vб, у которых электрически соединены анода, образуют анодную группу. Вентили V1, VЗ, V5 с объединенными катодами образуют катодную группу. Нагрузку включают между точками соединения катодов и анодов вентилей. В любой момент времени работают два вентиля. В катодной группе в открытом состоянии будет находиться вентиль с наибольшим положительным потенциалом на аноде, в анодной группе работает вентиль, катод которого имеет наиболее отрицательный потенциал. Например, после момента времени ωt1 наибольший положительный потенциал имеет фаза а, поэтому в катодной группе работает вентиль V1, а наибольший отрицательный потенциал имеет фаза "b", поэтому в анодной группе работает вентиль V4 (рис. 2.5,6). Отметим на временных диаграммах фазных напряжений (рис. 2.5,6) интервалы проводимости вентилей: на интервале ωt1 — ωt2 проводят вентили VI, V4, на интервале ωt2 — ωt3 — вентили V1, Vб, на интервале, ωt3 — ωt4 — вентили V6, VЗ, на интервале и ωt4— ωt5 — вентили V3, V2 и т.д. Таким образом, интервал проводимости каждого вентиля составляет 2π/3, а интервал совместной работы двух вентилей равен 2π/6. За период напряжения питания происходят шесть переключений вентилей, т. е. частота пульсации выпрямленного напряжения U0 равна 6f сети (300 Гц). Среднее значение выпрямленного напряжения определяют по формуле: U2 - фазное напряжение питания, U2л - линейное напряжение. Максимальное обратное напряжение в данном случае равно амплитудному значению линейного напряжения Uo6p max=U2лm=√6U2=l,045U0. Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения определяют по формуле: где т = 6 — число фаз. При исследовании одно- и трехфазных выпрямителей в работе измеряют и рассчитывают основные параметры, снимают осциллограммы напряжений и внешние характеристики при чисто активной нагрузке и с емкостным фильтром, делают выводы. Исследование однофазных выпрямителей. В работе используют следующие блоки стенда: ИсН1, АВ1, АВ2, ИзмВ, а также сменную панель 17Л-03/18 и съемные элементы V1 — V4 — диоды типа КД103А, резисторы Rн = 100 Ом, 200 Ом, 360 Ом, 620 Ом, 750 Ом, I кОм и осциллограф типа CI-55. Для исследования однофазного выпрямителя, выполненного по мостовой схеме, собирают цепь, схема которой приведена на рис, 2.6 (конденсатор Сф не устанавливают). В качестве источника питания используют блок ИсН1. Напряжение U2, снимают о гнезд "15 В" и "Общ" и измеряют ИзмВ, установив переключатель блока в положение "Исh2". Для измерения тока используют прибор АВ1, который работает в режиме амперметра постоянного тока. Для измерения напряжения U0 на нагрузке параллельно ей включают АВ2, который работает в режиме вольтметра постоянного тока. Для измерения среднего значения выпрямленного напряжения UQ, амплитудного значения напряжения U2m, максимального обратного напряжения Uобр maxи снятия осциллограмм устанавливают резистор RH = 360 Ом. Измерения этих напряжений выполняют c помощью осциллографа. Результаты измерений заносят в табл. 2.1 В табл. 2.1 заносят результаты расчета U2m,U0, иUобрmax по следующим формулам: U2m=√2U2; U0 =0,636 U2m, Uобр mах = 1,57 U0; Uобр max =U2m где U2m — амплитудное значение напряжения U2, измеренное по осциллографу U2m,B Uo, В U*обр max при U2= В Расчетное значение Показания осциллографа Показания вольтметра АВ2 Таблица 2.1 Определение амплитудного, среднего и обратного значений напряжений U*обр max — два значения напряжения, вычисленные по выше приведенным формулам.5. Методика расчета однофазных выпрямителей переменного тока. Коэффициент схемы выпрямителя
12 Выпрямители. Схемы выпрямления, их расчет
13.Стабилизаторы напряжения и тока: параметрические и компенсационные,их параметры и характеристики.
Выбор принципиальной схемы и расчет выпрямителя
Выбор типа выпрямителя
26. Однофазный однополупериодный выпрямитель. Диаграммы и принцип работы. Основные параметры схемы.
27. Двуполупериодный выпрямитель со средней точкой. Диаграммы работы. Принцип действия. Основные параметры.
Трехфазная мостовая схема выпрямления
Описание работы
В табл. 2.1 заносят результат измерения U0 по вольтметру АВ2.
Осциллограмму выпрямленного напряжения зарисовывают на кальку. На осциллограмме указывают амплитудное и среднее значения напряжения.
Внешнюю характеристику однофазного выпрямителя снимают для 5—6 значений сопротивления нагрузки Rн (200 Ом, 360 Ом, 620 Ом, 750 Ом, I кОм)
Таблица 2.2
Внешние характеристики
| Характер нагрузки | Rн, Ом | 1000 | 750 | 620 | 360 | 200 | 100 |
| Активная | U0,B Iо, ма, U2,В | ||||||
| Актвно-емкостная Сф = 50 мкФ | U0, B Iо, ма U0,B |
Осциллограмму выпрямителя с емкостным фильтром снимают на кальку при RH =360 Ом, на которой обозначают: U0; Umax; Umin.
Для определения коэффициента пульсаций выпрямителя с емкостным фильтром по осциллографу измеряют Umax и Umin. Коэффициент пульсаций определяется для трех значений Rн и вычисляется по формуле:
Umax и Umin- показания осциллографа.
Результаты измерений заносят в табл. 2.3.
Таблица 2.3
Определение коэффициента пульсаций выпрямителя с емкостным фильтром
| Rн, Ом | Показания осциллографа | ||
| Umax, В | Umin,B | U0, B | |
| 100 | |||
| 360 | |||
| 1000 | |||
studfiles.net
5. Методика расчета однофазных выпрямителей переменного тока
Выпрямители являются вторичными источниками питания радиоэлектронной аппаратуры, для которых первичным источником электропитания является сеть переменного тока или выходная обмотка трансформатора. Выпрямители используются для преобразования переменного напряжения в постоянное. Выпрямители располагаются между трансформатором переменного напряжения и сглаживающим фильтром или стабилизатором напряжения и в основном работают на емкостную нагрузку.
Для выпрямления в настоящее время используются в основном полупроводниковые вентили (диоды). Существует три основных схемы однофазных выпрямителей: однополупериодная, двухполупериодная и мостовая (рис.6). Однополупериодную схему выпрямления применяют в основном при небольших мощностях нагрузки, когда не требуется малая амплитуда пульсаций выходного напряжения. Частота пульсаций выходного напряжения для этой схемы равна частоте питающей сети переменного тока. Двухполупериодную схему используют при выходных мощностях до 100 Вт и напряжениях до 500 В. Частота пульсаций выходного напряжения для этой схемы в два раза выше частоты питающей сети переменного тока. Недостатком такой схемы является необходимость иметь две одинаковые обмотки трансформатора, а достоинством – наличие только двух выпрямляющих вентилей. Мостовая схема выпрямления характеризуется хорошим использованием энергии трансформатора и используется при выпрямлении больших мощностей (до 1000 Вт). Обратное напряжение на выпрямляющих вентилях в этой схеме в 2 раза ниже, чем в предыдущих схемах выпрямления. Кроме того, для такой схемы необходима только одна обмотка трансформатор Частота пульсаций выходного напряжения для этой схемы в два раза выше частоты питающей сети переменного тока.
Входными данными для расчета выпрямителя на полупроводниковых вентилях, работающего на емкостную нагрузку являются:
напряжение на выходе выпрямителя ;
ток на выходе выпрямителя ;
напряжение пульсаций на выходе выпрямителя .
Эти данные были получены при расчете сглаживающего фильтра или стабилизатора напряжения.
После расчета элементов выпрямителя получим данные для расчета трансформатора:
напряжение на входе выпрямителя (напряжение вторичной обмотки трансформатора) ;
ток на входе выпрямителя (ток вторичной обмотки трансформатора) .
Методика расчета однофазного выпрямителя, работающего на емкостную нагрузку следующая.
Находим приблизительные значения обратного напряжения на вентиле , среднего тока, протекающего через вентильи амплитудного значения тока, протекающего через вентиль, из приблизительных соотношений, которые зависят от заданной схемы выпрямления:
- для однополупериодной или двухполупериодной схемы,
- для мостовой схемы выпрямления. (5.1)
- для однополупериодной,
- для двухполупериодной или мостовой схем выпрямления. (5.2)
- для однополупериодной,
- для двухполупериодной или мостовой схем выпрямления. (5.3)
По рассчитанным значениям ,ис помощью приложения 6 выбирают выпрямительные диоды, так чтобы максимально допустимые значения обратного напряжения, среднего и амплитудного тока выпрямительного диода превышали рассчитанные значения.
Находим сопротивление нагрузки выпрямителя :
. (5.4)
Находим сопротивление обмотки трансформатора
. (5.5)
При этом большие значения относятся к менее мощным выпрямителям.
Находим приблизительное значение прямого сопротивления выпрямительного диода :
, (5.6)
где - постоянное прямое падение напряжения на диоде, которое выбирается из приложения 6.
Определяем активное сопротивление фазы выпрямителя в зависимости от заданной схемы выпрямления из соответствующих выражений:
- для мостовой схемы выпрямления,
- для одно- и двухполупериодной схем выпрямления. (5.7)
Определяем значение вспомогательного коэффициента в зависимости от заданной схемы выпрямления:
- для однополупериодной схемы выпрямления,
- для двухполупериодной или мостовой схемы выпрямления. (5.8)
По графику рис.7а находим значения коэффициентов .
Находим значение напряжения на входе выпрямителя(напряжение вторичной обмотки трансформатора) и ток вторичной обмотки трансформаторав зависимости от заданной схемы выпрямления:
,- для однополупериодной схемы выпрямления,
,- для двухполупериодной схемы выпрямления,
, - для мостовой схемы выпрямления. (5.9)
Уточняем значение обратного напряжения и амплитудного значения тока вентильного диода в зависимости от заданной схемы выпрямления:
, - для однополупериодной схемы выпрямления,
, - для двухполупериодной схемы выпрямления,
, - для мостовой схемы выпрямления. (5.10)
Полученные значения обратного напряжения и амплитудного значения тока через выпрямительный диод не должны превышать соответствующих табличных параметров для выбранного диода, т.е.
и , (5.11)
иначе необходимо выбрать более мощные диоды и провести расчет сначала.
Находим требуемый коэффициент пульсаций на выходе выпрямителя:
. (5.12)
Полученное значение коэффициента пульсаций не должно превышать (0.1…0.15), в противном случае его принимают равным 0.15.
По графику рис.7б находим вспомогательный коэффициент.
Определяем необходимое значение емкости конденсатора выпрямителя в мкФ:
, (5.13)
и согласно приложению 2 выбираем номинальное значение емкости конденсатора фильтра.
Находим рабочее напряжение конденсатора фильтра :
, (5.14)
и выбираем требуемый тип конденсатора фильтра.
Для последующего расчета трансформатора используют следующие рассчитанные данные:
Далее переходят к расчету трансформатора согласно методике раздела 6.
studfiles.net
Проектирование выпрямительной схемы
⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 13Следующая ⇒В схемах питания электронной аппаратуры в основном применяются схемы выпрямителей, показанные на рисунках 4.1 - 4.5
Цель расчета выпрямителя: определить токи и напряжения обмоток трансформатора, его мощность, выбрать диоды и найти емкость конденсаторов фильтра. Надо отметить, что в большинстве случаев применяют простейшие фильтры в виде конденсатора большой емкости.
Исходными данными для расчета являются:
схема выпрямителя;
UО – постоянное напряжение на выходе выпрямителя;
IО – ток на выходе выпрямителя;
UС – сетевое напряжение;
fС – частота питающей сети;
KП% – коэффициент пульсаций (относительная величина пульсаций выпрямленного напряжения в процентах от величины среднего напряжения на выходе выпрямителя).
Формулы для расчета выпрямителей с емкостным фильтром приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1 - Формулы для расчета схем выпрямителей
| № схемы | m | IВ, А | UОБР, В | IМАХ А | RВ, Ом | U2, В | I2, А | IВД, А | PГАБ, ВА |
| 4.1 |  | 2,82Ч·ВЧU0 |  | Ri+Rт |  |  | | 2PО | |
| 4.2 |  | 2,82Ч·ВЧU0 |  | Ri+Rт |  |  | | 1,7PО | |
| 4.3 | | 1,41Ч·ВЧU0 |  | 2ЧRi+Rт | |  | | 1,5PО | |
| 4.4 | | 1,41Ч·ВЧU0 |  | Ri+Rт |  |  | | 1,5PО | |
| 4.5 | | 2,82Ч·ВЧU0 | | 2ЧRi+Rт | | | | 1,5PО |
В таблице 4.1 приняты следующие обозначения:
IВ – среднее значение выпрямленного тока вентиля,
UОБР – обратное напряжение на вентиле,
IМАХ – максимальный ток (амплитудное значение) вентиля,
RВ – внутреннее сопротивление выпрямителя,
U2 – напряжение на вторичной обмотке трансформатора,
I2 – ток вторичной обмотки трансформатора,
IВД – действующее значение тока через вентиль,
PГАБ – габаритная мощность трансформатора,
m – число фаз выпрямления,
IО - ток нагрузки выпрямителя,
UО – напряжение на нагрузке выпрямителя (на конденсаторе фильтра),
РО = UОЧIО – мощность нагрузки;
B, F, D – вспомогательные расчетные коэффициенты, определяемые по графикам на рисунке 4.6.
| Рисунок 4.1 – Однополупериодный выпрямитель | Рисунок 4.2 - Двухполупериодный выпрямитель |
Рисунок 4.3 - Мостовой выпрямитель
Рисунок 4.4 - Выпрямитель с удвоением напряжения
Рисунок 4.5 - Мостовой выпрямитель со средней точкой
Методика расчета выпрямителя заключается в расчете ряда основных характеристик выпрямительных диодов и трансформатора выпрямителя. По данным, полученным в процессе расчета, используя справочники, выбирают марку диодов для выпрямителя, марку и тип конденсатора фильтра. Последовательность действий при расчете приведена ниже.
Определяем внутреннее сопротивление вентиля
, (4.1)
где, UП – прямое падение напряжения на диоде (0,4 – 0,5 В для германиевых диодов, 1,0 – 1,1 В для кремниевых диодов).
Определяем внутреннее сопротивление обмоток трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке
, (4.2)
где j – плотность тока в обмотках трансформатора (3 ё 5) А/мм2;
B – индукция магнитного поля в сердечнике. Она равна В = (1,1 ё 1,3)Т для пластинчатых сердечников и В = (1,5 ё 1,6)Т – для ленточных сердечников трансформаторов;
K - расчетный коэффициент. К = 2,0 ё 2,3 для схем на рисунках 4.1 – 4.3 и рисунка 4.5, для схемы на рисунке 4.4 коэффициент К = 0,5 ё 0,6.
Определяем основной расчетный коэффициент А.
, для схем на рисунках 4.1 –4.5. (4.3)
, для схем на рисунке 4.5. (4.4)
Определяем вспомогательные коэффициенты В, F, D.
Вспомогательные коэффициенты В, F, D, определяются по графикам, приведенным на рисунке 4.6.
Рисунок 4.6 - Графики для определения расчетных коэффициентов
С помощью коэффициентов В, F, D, по формулам таблицы 4.1, проводим расчет всех указанных в таблице параметров выпрямителя.
По значениям UОБР, IВДнаходим тип выпрямительных диодов. Выбранные из справочника диоды должны по своим параметрам превосходить расчетные значения.
Определяем емкость конденсатора фильтра.
Емкость конденсатора фильтра находят по эмпирической формуле:
. (4.5)
В заключение расчета следует выбрать марку диода и тип конденсатора [4 ].
При этом нужно указать тип конденсатора, его номинальную емкость и номинальное напряжение. Номинальная емкость выбранного конденсатора должна быть не менее полученной по формуле (4.5). Номинальное напряжение конденсатора должно быть не менее чем на 20% превосходить значение напряжения на нагрузке U0.
Читайте также:
lektsia.com
Поделиться с друзьями: