Расчет выпрямителя

Размещено на http://allbest.ru

Расчет выпрямителя

Вариант 66

Исходные данные:

- выпрямленное напряжение на нагрузке: U'_d=40 В;

- выпрямленный ток в нагрузке I_d=1А;

- коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения на нагрузке к_п.вых.=0,01%;

- напряжение и частота питающей трехфазной сети соответственно U₁=380 В и f=400 Гц;

- количество фаз 3

- рабочий диапазон температуры ДТ_окр. - от минус 60 до плюс 80?С.

1. Определяем мощность нагрузки выпрямителя

Р_d=I_dU'_d=1·40=40 Вт.

2. Входное напряжение трехфазное. Выбираем трехфазную мостовую схему трансформатора, соединение обмоток звезда- звезда (Y- Y). При большой разнице в напряжениях на первичной и вторичной обмотках такое соединение является оптимальным.

3. Поскольку выпрямитель маломощный (менее 1 кВт), то с учётом рекомендаций подраздела 3.2 выбираем фильтр с ёмкостной реакцией. Тип фильтра: П-образный сглаживающий LC-фильтр. Учитываем падение напряжения на дросселе фильтра, используя поправочный коэффициент k_др для найденной мощности нагрузки (таблица А.3 ПРИЛОЖЕНИЯ А),

k_др = 0,045

U_др.= k_дрU'_d=0,045·40=1,8 В.

3. Определяем постоянное напряжение на входе сглаживающего LC-фильтра

U_d=U'_d+U_др.=40+1,8=41,8 В.

4. Выбираем трёхфазную мостовую схему выпрямления при соединении обмоток трансформатора по схеме звезда-звезда (Y/Y) и определяем для неё по таблице А.4 (строки 4 и 12) ПРИЛОЖЕНИЯ А типовую мощность трансформатора

Р_тип.=0,815*2,5I_dU_d.=0,815*2,5141,8=85,16 ВА

и расчётный коэффициент к_r=2,5.

Из таблицы А.1 ПРИЛОЖЕНИЯ А для стали марки 3412 выбираем величину магнитной индукции B_m=1,3 Тл. Для магнитопровода трёхфазного трансформатора S=3 (рисунок 2). С учётом этого по формуле (2) рассчитываем активное сопротивление трансформатора

)

5. Тип вентилей для указанной схемы выпрямления выберем, пользуясь расчётными соотношениями таблицы А.4 (строки 6, 8, 9) ПРИЛОЖЕНИЯ А,

I_пр.ср.=0,33I_d=0,33•1=0,33 А;

I_{пр.ср.макс.}=I_d=1 А.

При этом обратное напряжение на вентиле рекомендуется определять по выражению

U_{обр.и.макс.}=1,05U_{d х.х..},

где U_{d х.х..}- выпрямленное напряжение в режиме холостого хода; ориентировочно принимают U_d.х.х.=1,1U_d.

Тогда U_{обр.и.макс.}=1,051,1 U_d = 1,051,140 = 46,2 В.

С учётом этого и исходных данных (рабочий диапазон температуры) из справочника по полупроводниковым приборам выбираем диоды типа КД202Г. Основные электрические параметры диодов:

U_{обр.и.макс.спр.}=70 В;

I_{пр.ср.макс.спр.}=3,5 А;

U_пр.ср.=1 В.

6. По выражению (4) рассчитываем индуктивность рассеяния обмоток трансформатора, предварительно определив для выбранной схемы выпрямления по таблице А4 (строка 13) ПРИЛОЖЕНИЯ А расчётный коэффициент к_L=10^-3,

7. Используя выражения из таблицы А4 (строки 14, 15, 16) ПРИЛОЖЕНИЯ А, соответствующие выбранной схеме выпрямления, находим параметры

U_r=2I_dr_тр.=2*1* 0,2=0,4 В;

U_х.=6I_dfL_S=614000,0000976=0,23 B;

U_VD=2I_dR_i =3*I_d*(U_пр.ср/I_пр.ср)=3*1*1/0,33=9,09В

8. Определяем выпрямленное напряжение в режиме холостого хода выпрямителя

U_d.х.х..=U_d+U_r+U_х+U_VD=41,8+0,4+0,23+9,0951,5 В.

9. Уточняем величину обратного напряжения на вентиле с учетом того, что в каждом плече схемы включены два диода

U_{обр.и.макс.}=1,05U_{d х.х.}=1,05*51,5=54 В<70B

10. Используя таблицу А.4 (строки 1…4) ПРИЛОЖЕНИЯ А, находим, заменив в табличных выражениях U_d. на U_d.х.х.., действующее значение напряжения холостого хода фазы вторичной обмотки трансформатора U_2.х.х., действующие токи его первичной и вторичной обмоток I₁ и I₂, а также его типовую мощность Р_тип

U_2.х.х.=0,43U_d.х.х.=0,4351,5=25,5 В,

I₂=0,815I_d=0,8151=0,815 А;

I₁=0,815I_d*к_тр =0.815*1*0,105=0.086 А; к_тр = U_2x.x/U₁=40/380=0,105

Р_тип=1,05I_dU_d.х.х.=1,05151,5=54,1 Вт.

11. Нагрузочная характеристика выпрямителя строится по двум точкам: U=U_d.х.х.=51,5 В при I_d=0 и I_d=I_d.ном при U_ном=U'_d=40 B. Она представляет собой прямую линию. По нагрузочной характеристике находим внутреннее динамическое сопротивление выпрямителя

Рис. 1 Нагрузочная характеристика выпрямителя

12. Переменное напряжение на входе фильтра (на входе первого звена)

U_~m.др.= к_п.вх.U_d.х.х. = 0,05751,5= 2,935 В.

Для получения индуктивного характера реакции LC-фильтра на выпрямитель должны выполняться неравенства

mщL_др > R_н и

где щ=2рf ;

R_н - сопротивление нагрузки.

Чтобы исключить резонансные явления собственная частота фильтра щ₀ должна быть ниже частоты пульсаций. С этой целью значения L_др и C должны обеспечивать коэффициент сглаживания фильтра q ? 3.

Поэтому нужно определить минимально допустимое значение индуктивности дросселя фильтра

13. Определим коэффициент сглаживания фильтра

где к_п.вх. - коэффициент пульсаций на выходе выпрямительной схемы (на входе фильтра); для схемы выпрямления при m=6 к_п.вх.=5,7%.

Поскольку q=560>16, то для более эффективного сглаживания целесообразно фильтр выбрать трехзвенным с коэффициентом сглаживания [3]:

14. Определяем параметры элементов каждого из трех звеньев фильтра

где к_f - коэффициент, учитывающий частоту питающего напряжения; при f=50 Гц к_f=10, а при f=400 Гц к_f=0,16.

Из справочника выбираем конденсатор (3 шт.) типа К50-35 с параметрами

С₁ = С₂ = С₃ = 10 мкФ;

U_{ном. конд.}= 100 В.

Зная ёмкость выбранных конденсаторов фильтра, находим индуктивность дросселей

Дроссели фильтра должны иметь параметры

I 1 A;

U_m.др. 2 В.

Из справочника выбираем дроссель Д247-0,0054-4,5 с параметрами

L = 0,0045 Гн; I = 4,5 А; U_m.др.= 3 В; R_др.= 0,277 Ом

15 Уточняем падение напряжения на дросселях фильтра

U_др.= 2I_dR_др. = 0,5*10,277 = 0,14 В.

Так как реальное падение напряжения на дросселя фильтра (U_др.= 0,14 В) меньше 2, то уточняющий расчет не делается.

16. Величина сопротивления резистора, шунтирующего вентиль

(5,1…13кОм)

где ₁=(0,2…0,5) - коэффициент согласования обратного напряжения между последовательно соединенными вентилями;

U_{обр.сх..} - обратное напряжение на N последовательно включенных вентилях.

Используя расчётные соотношения таблицы А4 (строка 18) ПРИЛОЖЕНИЯ А, определяем мощность, рассеиваемую на резисторе:

Из справочника выбираем резистор МЛТ-1-10 кОм.

Принципиальная электрическая схема выпрямителя приведена на рисунке 7.

21. КПД выпрямителя

выпрямитель нагрузка напряжение индуктивность трансформатор резистор

где P_d=40 Вт;

P_VD=2I_dU_пр.=4I_пр.ср.U_пр.ср.=4·1,5·1=6 Вт;

P_тр.=P_тип.(1-з_тр.)=54,1*(1-0,95)=2,07 Вт;

P_ф=U_др.I_d=2* 1=2 Вт.

или з=80%.

Рис.2 - Принципиальная электрическая схема выпрямителя

Литература

1. Костиков В.Г., Парфёнов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для вузов. М.: Горячая линия - Телеком, 2001. 344 с.

2. Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М.: Энергоатомиздат, 1986. 375 с.

3. Горшков Б.И. Радиоэлектронные устройства: Справочник. М.: Радио и связь, 1985. 400 с.

4. Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник/ Под ред. Н.Н. Горюнова. М.: Энергоатомиздат. 1984. 744 с.

5. Электрические конденсаторы и конденсаторные установки: Справочник/ Под ред. Г.С. Кучинского. М.: Энергоатомиздат, 1987. 656 с.

6. Малогабаритные трансформаторы и дроссели. Справочник/ Я.Я. Сидоров [и др.]. М.: Радио и связь. 1985.416 с.

Размещено на Allbest.ru