Расчет схемы однофазного выпрямителя

Цель: Закрепить знание методов расчета однофазных выпрямителей,приобрести навык работы со справочными данными

Теоретические сведения

Исходными данными для расчета выпрямителя являются: Uно – среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке; Iо – среднее значение выпрямленного тока; U1 – напряжение сети; Кп.вых – коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения на нагрузке.

Рис. 1. Схема мостового выпрямителя с фильтром

В приводимых ниже расчетах напряжение выражается в вольтах, ток – в миллиамперах, сопротивление – в Омах, емкость – в микрофарадах, коэффициент пульсаций в процентах. Произведем расчет со следующими данными. Дано: Uно = 4 В; Iо = 2 А; U1 = 220 В; Кп.вых = 2 %.

Последовательность расчета

1. Для выбора типа диодов, определяют обратное напряжение на вентиле Uобр =1,5·Uо = 1,5 · 1,2 · 4 = 7,2 В, где Uо = 1,2 · Uно – напряжение на входе сглаживающего фильтра должно быть больше напряжения на нагрузке, т.к. учитывает потери напряжения на фильтре.

Средний ток через вентиль Iа ср = 0,5·Iо = 0,5 · 2 = 1 А. Выбираем диоды КД130АС с Iср = 3 А; Uобр.М = 50 В Выбор диода производится по этим двум параметрам Iа.ср и Uобр. Из справочника выписывают максимальное обратное напряжение, средний ток и внутреннее сопротивление вентиля Ri. Если величины Ri в справочнике нет, то его легко рассчитать. При падении напряжения на кремниевом диоде UД = 0,7 В величина Ri = UД / Iа ср = 0,7 / 1 = 0,7 Ом.

2. Расчет трансформатора при Uо = 1,2 · Uно = 1,2 · 4 = 4,8 В: 1.Определяют сопротивление трансформатора

1132 Ом.

2.Напряжение на вторичной обмотке трансформатора

11,5 В.

3.Токи обмоток

2,9 A,

[if !supportLineBreakNewLine]

0,18 A. [if !supportLineBreakNewLine] [endif] [endif]

3.Вычисляется габаритная мощность трансформатора, которая для двухполупериодной схемы определяется выражением [if gte vml 1]><v:shapetype id="_x0000_t75" coordsize="21600,21600" o:spt="75" o:preferrelative="t" path="m@4@5l@4@11@9@11@9@5xe" filled="f" stroked="f"> <v:stroke joinstyle="miter"></v:stroke> <v:formulas> <v:f eqn="if lineDrawn pixelLineWidth 0"></v:f> <v:f eqn="sum @0 1 0"></v:f> <v:f eqn="sum 0 0 @1"></v:f> <v:f eqn="prod @2 1 2"></v:f> <v:f eqn="prod @3 21600 pixelWidth"></v:f> <v:f eqn="prod @3 21600 pixelHeight"></v:f> <v:f eqn="sum @0 0 1"></v:f> <v:f eqn="prod @6 1 2"></v:f> <v:f eqn="prod @7 21600 pixelWidth"></v:f> <v:f eqn="sum @8 21600 0"></v:f> <v:f eqn="prod @7 21600 pixelHeight"></v:f> <v:f eqn="sum @10 21600 0"></v:f> </v:formulas> <v:path o:extrusionok="f" gradientshapeok="t" o:connecttype="rect"></v:path> <o:lock v:ext="edit" aspectratio="t"></o:lock> </v:shapetype><v:shape id="Рисунок_x0020_6" o:spid="_x0000_i1025" type="#_x0000_t75" alt="http://rudocs.exdat.com/data/34/33609/33609_html_43777c43.gif" style='width:177pt; height:16.5pt;visibility:visible;mso-wrap-style:square'> <v:imagedata src="file:///C:\Users\VKHRAM~1\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image001.gif" o:title="33609_html_43777c43"></v:imagedata> </v:shape><![endif][if !vml][endif]

57 В∙А. 4.Далее находится произведение площади сечения сердечника трансформатора Qc на площадь окна сердечника Q0, которое в зависимости от марки провода обмотки равно, см4: Qc Q0 = 1,6·Pг для провода марки ПЭЛ;

Qc Q0 = 2,0·Pг для провода марки ПЭШО;

Qc Q0 = 2,4·Pг для провода марки ПШД; [if !supportLineBreakNewLine] [endif]Таблица 1

Таблица 2. Параметры диодов

Для провода ПЭЛ QС Q0 = 1,6 · Pг = 1,6 · 57 = 91 см4. Из таблицы 3.1, в которой приведены основные данные типовых Ш-образных пластин, по значению QС Q0 выбирают тип пластины и выписывают все ее параметры. Выбираем пластины УШ-30 с а = 3 см; b = 1,9 см; h = 5,3 см; Q0 = b h = 10,1 см2. При этом получают QС = (QС Q0) / Q0 = 91 / 10,1 = 9 см2. Необходимая толщина пакета пластин c = QС / a = 9 / 3 = 3 см. Отношение с/а рекомендуется брать в пределах 1…2. Если оно выйдет за эти пределы, то необходимо выбрать другой тип пластин. 5.Определяют число витков w и толщину провода d первичной и вторичной обмоток трансформатора при плотности тока в обмотках j = 3 А/мм2: d = 1,13 (I/j)1/2 = 1,13(I/3)1/2 = 0,65·I1/2, w1 = 48 U1/ QС = 48 · 220 / 9 = 1173 вит. d1 =0,65·I11/2 = 0,65 · 0,18½ = 0,28 мм, w2 = 54 U2/ QС = 54 · 11,5 / 9 = 69 вит., d2 =0,65·I21/2 = 0,65· 2,91/2 = 1,1 мм. С). Расчет фильтра.

1.Емкость конденсатор на входе фильтра Со =30·Iо / Uo = 30 · 2· 4,8 = 288 мкФ. Выбирают электролитические конденсаторы по величине емкости и номинальному напряжению, причем Uс ≥ 1,2 Uo B. 2.Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения на выходе фильтра Кп.вх =300·Iо / (Uo· Co) = 300 · 2/(4,8 · 288) = 0,43 %. 3.Необходимый коэффициент сглаживания фильтра q = Кп.вх / Кп.вых = 0,43 / 2 = 0,215. В данной схеме выбран двухзвенный LC-фильтр. Коэффициент сглаживания одного звена qзв =(q)1/2 = 0,2151/2 = 0,46. 4.Определяют произведение LфCф по формуле Lф Сф=2,5(qзв +1) = 2,5(0,45+1) = 3,63 Гн∙мкФ. Задаются емкостью Сф так, чтобы индуктивность дросселя фильтра не превышала 5 – 10 Гн и определяют индуктивность дросселя. Принимаем Lф = 7 Гн. Сф = 3,63 / 7 = 0,5 мкФ. 5.Находят сечение сердечника QС, число витков w и диаметр провода d обмотки дросселя: Qс = Lф Io2/2 = 7· 22 / 2 = 14 см2; w = 4·102/ Io =4·102/ 2 = 200 витков; d = 0,65·Iо1/2 = 0,65·21/2 = 0,92 мм. Сечение обмотки Qw =w·d2/1000 = 200 · 0,922/100 = 1,92 см2. QС QW = 14·1,92 = 27 см4. 6.По произведению QС QW из таблицы 3.1 выбирают тип сердечника и выписывают все параметры. С учетом объема, занимаемого стенками каркаса и изоляционными прокладками, сечение окна должно быть несколько больше сечения обмотки. Выбираем пластины Ш-19 с а = 1,9 см; b = 1,2 см; h = 3,35 см; Q0 = b h = 4,02 см2. D). Проверяют значение выпрямленного напряжения на нагрузке, для чего определяют среднюю длину витка обмотки lw и сопротивление провода обмотки Rw: lw =π·(a + b) = π·(1,9 + 1,2) = 9,73 см; Rw =2·w·lw/(104 d2) = 2·200·9,73 / (104 ·0,922) = 0,46 Ом. При этом падение напряжение на двухзвенном фильтре Uф =Rw · I0 = 0,46 · 2 = 0,92 B. Напряжение на нагрузке Uно = Uo – Uф = 4,8 – 0,92 = 3,88 B. Если напряжение на нагрузке получается меньше заданного, то необходимо провести корректировочный расчет. Простейшим является увеличение, до необходимого значения, диаметра провода обмотки дросселя. Увеличение диаметра провода приведет к уменьшению сопротивления обмотки Rw, что в свою очередь вызовет уменьшение падения напряжения на фильтре Uф. При этом необходимо проверить, может ли новый провод разместиться в окне выбранного сердечника дросселя фильтра.

[if !supportLineBreakNewLine] [endif]

[if !supportLineBreakNewLine] [endif] [if !supportLineBreakNewLine] [endif]