task_17225x

Ниже приведен расчет выпрямителя, необходимо сделать следующее:
1. Для построенной схемы выпрямителя составить эквивалентную схему с учетом
реальных параметров диодных ключей, рассчитать и построить характеристику
«вход-выход» (емкостной и индуктивный характер нагрузки при этом не
учитывать).
2. На основании полученной зависимости «вход-выход» и с учетом принципа
работы схемы выпрямительного устройства построить полную временную
диаграмму работы схемы.
Расчет выпрямителя
Исходные данные для расчета:
- Схема Латура
- напряжение на нагрузке выпрямителя U 0  12 B ;
- ток нагрузки I 0  5 А ;
- коэффициент пульсаций на выходе kп  0,001 ;
- напряжение сети U C  U1  220 B может изменяться в пределах  0,1 % (a  0,001) ;
- частота сети f c  400 Гц .
TV
+
VD1
С1
~
С2
VD2
- Таблица 7.4
Схема
Удвоения (схема Латура)
Нагрузка
RC
U0
2 U 2 / B
k п1
H / rф С
f п1
2 fc
U обр max
1,41  B  U 0
I ср
I0
IД
D  I0
IД
max
F  I0
U2
0,5  B  U 0
I2
1,41  D  I 0
S2
0,707  B  D  P0
I1
1,41  D 
S1
0,707  B  D  P0
S тр
0,707  B  D  P0
k тр
0,63
w2
I0
w1
1. Определяем потребляемую нагрузкой мощность
P0  U 0  I 0  12  5  60 Вт .
2. Определяем сопротивление нагрузки
Rн  U 0 / I 0  12 / 5  2,4 Ом .
3. Для схемы Латура количество фаз выпрямления m =1.
4. Определяем максимальное выпрямленное напряжение
U В max  U 0 (1  a)  12  (1  0,001)  12,012 В .
5. Выберем коэффициенты B и D : B  1; D  2,2 .
7. Пользуясь табл. 7.4 и выбранными коэффициентами B и D , определяем
ориентировочно постоянную составляющую тока и амплитуду обратного напряжения
вентиля
I ср  I 0  5 A,
U обр m  1,41 B U 0 max  1,41112,012  16,94 B.
7. Вентиль должен иметь допустимые значения U обр m и I ср , превышающие
вычисленные. По справочнику выбираем полупроводниковый диод Д242А, у которого
U обр m  100 B ,
допустимый выпрямленный ток
I пр ср max  10 A
и прямое падение
напряжения U пр  1 B . Параметры выбранного диода с запасом удовлетворяют
требованиям.
7. Определяем дифференциальное сопротивление вентиля
rVD  1,2  U пр / I 0 доп  1,2 1 / 10  0,12 Ом .
Коэффициент 1,2 учитывает, что значение U пр измерено на переменном токе и
меньше падения напряжения на вентиле при постоянном токе.
9. Для ориентировочного определения сопротивления трансформатора rтр и
индуктивности рассеяния Ls необходимо знать тип трансформатора. Выбираем
броневой трансформатор. У него обмотки расположены на одном центральном
стержне, поэтому коэффициент S  1 . Считаем, что максимальная индукция в
сердечнике трансформатора
Bm  1,2 Tл .
По табл. 7.5 выбираем коэффициенты
kr  0,9; kL  1,25 и вычисляем
rтр  k r
U0
S  f c  Bm
12
1 400 1,2
4
 0,9
4
 7,56 мОм ,
I 0 f c Bm
U0  I0
5  400 1,2
12  5
U 0 10 3 S 3 U 0  I 0
12 10 3
112  5
4
LS  k L

 1,25
4
 3,7 мкГн.
I 0 f c Bm
f c  Bm
5  400 1,2 400 1,2
Таблица 7.5
Схема
выпрямления
Емкостная реакция
kr
Однополупериодная 2,3
Индуктивная реакция
kL
kr
kL
4,1
-
-
Двухполупериодная 4,7
4,3
6,5
4,5
Мостовая
3,5
5,0
5,1
6,4
Удвоения
0,9
1,25
-
-
Реактивное сопротивление индуктивности рассеяния
xS  2  f c LS  2  3,14  400  0,0037 10 3  0,0093 Ом .
Сопротивление фазы выпрямления
rф  rтр  rVD  0,00756  0,12  0,12756 Ом.
10. Определяем расчетные параметры
  arctg
A
xS
0,0093
 arctg
 4,
rф
0,12756
  rф  I 0
m U 0

3,14  0,12756  5
 0,17.
112
11. Пользуясь найденным величинам  и A , определяем по графикам рис. 7.32
коэффициенты для расчета параметров трансформатора и вентиля
B  0,9; D  2,3; F  7; H  350 .
12. Определяем параметры трансформатора и вентиля. Действующее значение
напряжения вторичной обмотки
U 2  0,5  B  U 0  0,5  0,9  12  5,4 B.
Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора и вентиля
I B  I 2  1,41  D  I 0  1,41  2,3  5  16,22 A .
В
F


1,4
60 0
30 0

10
300

00
1,2
00
30 0
60 0
1,0
0,7
600

5
А
0
0,4
0,2
0,6
А
3
0
0,4
0,2
а
б
D
H (400 Гц)
0 0 100
H (50 Гц)
800
3,2
0,6

2,8
30 0
60 0
30 0
2,4
50
400
60 0
75 0
2,0

A
A
1,6
0
0,2
0,6
0,4
в
0
0,2
г
0,4
0,6
Рис. 7.32
Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора
I1  1,41 D  I 0 U 2 / U1  1,41 2,3  5  5,4 / 220  0,4 A .
Габаритные мощности вторичных, первичных обмоток и трансформатора
P2  2  I 2  U 2  2 16,22  5,4  175,2 B  A;
P1  I1 U1  0,4  220  88 Bm;
Pтр  ( P1  P2 ) / 2  (175,2  88) / 2  131,6 Bm.
Наибольшее приложенное к вентилю обратное напряжение
U обр max  1,41 B  U 0 max  1,41 0,9 12,012  15,24 B .
Среднее значение тока вентиля
I ср  I 0  5 A .
Амплитуда тока через вентиль или максимальное значение тока
I B max  F  I 0  7  5  35 A .
Предварительно выбранный диод Д242А пригоден для работы в проектируемом
выпрямителе, так как все его параметры выше требуемых.
13. Определяем емкость конденсатора, исходя из коэффициента пульсаций на
выходе схемы kп  0,001 :
C0 
kn
0,001

 0,17 мкФ .
m  2    f c  Rн 1  2  3,14  400  2,4
При выборе рабочего напряжения конденсатора обязательно нужно учитывать
значение выпрямленного напряжения на холостом ходу. В режиме холостого хода
выпрямителя конденсатор зарядится до амплитудного значения напряжения на
вторичной обмотке, а оно с учетом возможного повышения напряжения питающей
сети на 0,1 % составляет
U 0 xx m  2 U 2 (1  a)  1,41 5,4  (1  0,001)  7,62 B .
Выбираем конденсатор на ближайшее напряжение U раб  10 B . По справочнику
выбираем конденсатор типа К53-1А на напряжение U раб  10 B с емкостью 0,68 мкФ .