Двухполупериодный однофазный мостовой выпрямитель

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследование однофазной двухполупериодной схемы мостового выпрямителя и индуктивного сглаживающего фильтра.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ И РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Выпрямителем (источником вторичного электропитания) называют устройство, служащее для преобразования переменных напряжения и тока в постоянные, которые необходимы для питания ряда электронных устройств.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обобщённая структурная схема однофазного выпрямителя на полупроводниковых приборах, состоящая из трансформатора, выпрямительного блока, сглаживающего фильтра и стабилизатора, приведена на рис. 1

Трансформатор Тр предназначен для согласования входного (сетевого) напряжения u1 и выходного (выпрямленного) uн напряжения нагрузки Н. Блок вентилей В выполняет функцию выпрямления переменного тока. Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения (тока) в цепи нагрузки Н применяют сглаживающий фильтр СФ. В неуправляемые выпрямители встраивают блок стабилизации СТ, поддерживающий номинальный уровень выходного напряжения или тока нагрузки при колебаниях напряжения сети и при изменении сопротивления нагрузки.

Идеальный электрический вентиль не имеет потерь, его сопротивление в проводящем направлении от анода А к катоду К (рис. 22.1, б) равно нулю, в непроводящем бесконечности, т. е. ВАХ имеет вид 2 в отличие от ВАХ 1 реального вентиля. Простейшие вентили (диоды) являются неуправляемыми.

С учетом рассмотренных типов вентилей и предъявляемых требований к качеству напряжения питания нагрузочных устройств, строят различные схемы выпрямления, т. е. устройства, называемые выпрямителями.

НЕУПРАВЛЯЕМЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Мощность однофазных неуправляемых выпрямителей переменного тока колеблется от десятков до нескольких сотен ватт. Основными схемами однофазных выпрямителей являются: однополупериодная и двухполупериодная (мостовая или со средней точкой).

Мостовая схема двухполупериодного выпрямителя (рис. 2, а) состоит из трансформатора Тр и четырех диодов, собранных по мостовой схеме.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Одна из диагоналей моста соединена с выводами вторичной обмотки трансформатора, вторая диагональ - с нагрузкой Rн. Положительным полюсом нагрузки является общая точка соединения катодов вентилей, отрицательным - точка соединения анодов. Временные диаграммы выпрямленного напряжения uн и тока iн приведены на рис. 2, б. В положительный полупериод синусоидального напряжения u2, когда точка 1 находится под положительным, а точка 2 под отрицательным потенциалами, ток i2' протекает через вентиль VD1, сопротивление нагрузки Rн и вентиль VD3. Вентили VD2 и VD4 в этот момент закрыты, так как находятся под обратным напряжением.

Во второй полупериод, когда в точке 1 вторичной обмотки отрицательный потенциал, а в точке 2 - положительный, ток i2'' протекает через вентиль VD2, резистор Rн и вентиль VD4 в направлении, указанном стрелками с одним штрихом. Вентили VD1 и VD3 в этот момент закрыты, так как находятся под обратным напряжением.

Таким образом, токи i2' и i2'', протекающие через нагрузку Rн, совпадают по направлению. Кривые напряжения и тока на нагрузке (см. рис. 2, б) повторяют (при прямом напряжении на диодах Uпр 0) по величине и форме выпрямленные полуволны напряжения и тока вторичной обмотки трансформатора. Они пульсируют от нуля до максимального значения U2m.

Обратное напряжение на вентиле

СГЛАЖИВАЮЩИЙ ФИЛЬТР

Сглаживающие фильтры предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения на нагрузке до значений, при которых не сказывается их отрицательное влияние на работу электронной аппаратуры. Они должны пропускать постоянную составляющую выпрямленного напряжения и заметно ослаблять его гармонические составляющие.

Действие фильтра по уменьшению пульсации напряжения (тока) на нагрузке характеризуется коэффициентом сглаживания Ксгл, представляющим собой отношение коэффициента пульсации на выходе выпрямителя Кпуль.в. (до фильтра) к коэффициенту пульсации на нагрузке Кпуль.н. (после фильтра), т. е.

Ксгл = Кпуль.в./ Кпуль.н.

Принцип работы пассивных LC-фильтров основан на способности индуктивных катушек (дросселей) и конденсаторов изменять свои сопротивления при изменении частоты протекающего через них тока. На рис. 22.5. приведены схемы простейших однофазных сглаживающих LC-фильтров широкого применения.

В нашей схеме используется одноэлементный L-фильтр (рис. 3), его включают последовательно с нагрузкой Rн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

При нарастании выпрямленного напряжения и тока нагрузки iн магнитная энергия запасается в индуктивном элементе L (дросселе). При снижении напряжения uв ток в нагрузке поддерживается за счет накопленной энергии в дросселе (рис. 4). Коэффициент сглаживания L-фильтра Ксгл = ХL/Rн.

Требуемая индуктивность дросселя при заданном коэффициенте Ксгл

L ? Ксгл* Rн/ (n)

где п - номер основной гармоники выпрямленного напряжения uв.

Задание:

Вариант 22;

Тип выпрямителя - двухполупериодный мостовой;

Характер нагрузки на выпрямитель - индуктивный;

Величина выпрямленного напряжения - Uвыпр. = 20 В;

Величина выпрямленного тока - Iвыпр. = 0.75 А;

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения - Kпуль.вып. = 10%;

Коэффициент сглаживания фильтра - Ксгл = 75;

Уровень выходного напряжения Uн = 15 В;

Максимальный ток нагрузки Iн.макс. = 0.75 А;

Коэффициент нестабильности выпрямленного напряжения Кнест ? 0.2%.

Выпрямитель работает от однофазной сети переменного тока с напряжением 220В (+10%; -15%) и частотой 50 Гц ± 5%.

1. Будем использовать одноэлементный «L» Сг. Ф (рис 3) и коэффициент пульсаций на его входе 0,1 (10%).

2. Расчеты выполним для наихудшего случая, когда напряжение на нагрузке Uн максимально и равно Uн = 16,5 В, а частота сети минимальна и равна Fc = 45 Гц,

3. Рассчитаем максимальную высоту импульса тока диода, среднее значение тока диодов, амплитуду напряжения на вторичной обмотке трансформатора и максимальное обратное напряжение на диоде:

Iпр. ср. = 0.5 Iн = 0.38 А;

4. По справочнику [3] выберем кремниевый выпрямительный диод типа Д229Ж со следующими справочными данными: Uобр.н.макс = 100В; Iобр.ср = 0.2 мА; Iпр.ср = 0.7 А; Uпр.ср = 1 В; Fмакс = 1 кГц; интервал рабочих температур (-60 ч +85)0C.

5. Рассчитаем сопротивление диода в прямом и обратном направлениях:

6. Рассчитаем коэффициент пульсации на выходе фильтра:

7. Из справочника [2] выбираем дроссель типа Д274Т три штуки с параметрами:

Индуктивность - 1.2 Гн;

Ток намагничивания обмотки 0.8 А;

Максимальное переменное напряжение на дросселе 18.7 В;

Сопротивление обмотки постоянному току 10.6 Ом.

Выбранный дроссель по всем электрическим параметрам удовлетворяет требованиям расчета.

8. Из справочника [4] выбираем стабилизатор КР142ЕН9Г с параметрами:

Температурный диапазон Ткорп.=-45 ё +70° C;

Выходное напряжение 20 В;

Ток потребления 1 А;

Максимальная рассеиваемая мощность 10 Вт;

9. Проведем расчет потерь в выпрямителе. Они складываются из потерь на выпрямительных диодах, в сглаживающем фильтре и стабилизаторе:

а) потери в Сг.Ф определяются потерями на омическом сопротивлении дросселя

Рпот.ф = I2н rдр = 0.752 * 31.8 = 17.89 Вт;

б) потери на выпрямительных диодах можно рассчитать по формуле

Рпот. VD = 0.5 I2н Rпр = 0.5* 0.752*0.43 = 0.12 Вт;

Рпот.в = nРпот.VD = 2*0.12 = 0.24 Вт;

в) суммарные потери в выпрямителе

Рпот = Рст + Рпот.в + Рпот.ф = 10 + 0.24 + 17.89 = 28.13 Вт;

13. Для выбора трансформатора воспользуемся формулой:

Wтр[BA] ? (Рн + Рпот.в)*Кнед/зтр;

Рн = Uн*Iн = 16.5*0.75 = 12.38 В*А;

Кнед = 1.4 - коэффициент недоиспользования трансформатора в выпрямителе с индуктивным Сг.ф.;

зтр = (0.9..0.95) - коэффициент полезного действия трансформатора;

Wтр[BA] - габаритная мощность трансформатора;

Wтр[BA] ? (12.38 + 28.13)*1.4/0.9 = 63 В*А;

10. По справочнику [2] наиболее подходящим является трансформатор типа ТПП282-127/220-50 со следующими параметрами:

габаритная мощность Wтр = 72 В*А;

ток вторичной обмотки i2 = 0.815 A;

4 вторичные обмотки по 20 В;

2 вторичные обмотки по 4 В;

ток первичной обмотки i1 = 0.42 А;

типоразмер сердечника - ШЛМ 25Х32;

Расчетные величины эффективных значений тока и напряжения вторичной обмотки:

Кпер = Rн/(Rн+rдр) = 0.38;

U2 = Uн/Кпер + Еотс = 15/0.38 + 0.7 = 40.17 В;

I2 = Iн = 0.75 А;

Трансформатор ТПП282 удовлетворяет требованиям выпрямителя по габаритной мощности. Последовательное соединение 2-х выводов обмотки по 20 В обеспечит напряжение, близкое к расчетному.

Схема расчетного выпрямителя представлена на рисунке 6.

Список литературы

двухполупериодный индуктивный выпрямитель ток

1. Выпрямители вторичных источников электропитания: учебное пособие / П.А.Крестов; Рязан. гос. радиотехн. уни-т; Рязань, 2007. - 40 с.

2. Малогабаритные трансформаторы и дроссели. Справочник. И.Н.Сидоров, В.В.Мукосеев, А.А.Христинин М. Радио и связь. 1985. 416 с.

3. Бокуняев А.А. и др. Электропитание устройств связи / под ред. В.Е. Китаева, - М.: Радто и связь, 1988.

4. Иванов-Цыганов А. И. - Электропреобразовательные устройства РЭС ... Издательство: Высшая школа, 1991 г.

5. Сайт: http://radiosayt.com от 07.01.2015.

Размещено на Allbest.ru