Расчет выпрямителя

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Омский государственный технический университет»

Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»

Домашнее задание

«Расчет выпрямителя»

По дисциплине: «Электротехника и электроника»

Вариант 23

Выполнила: ст. гр. ТЭС-161

Шахова А. Г.

Проверил: доцент, к.н. кафедры ТиОЭ

Татевосян А.С.

Введение

Выпрямители находят широкое применение в источниках питания электронных и электротехнических устройств. Во многих случаях улучшение технических характеристик устройств тесно связано с повышением качества их источников питания, поэтому к параметрам выпрямителей применяются весьма высокие требования. Целью расчетно-графической работы является разработка схемы выпрямителя для блока питания систем автоматического управления, электроприводов постоянного тока, радиоэлектронных устройств и т.д. В процессе выполнения задания необходимо выбрать схему выпрямителя и фильтра, рассчитать режимы работы элементов, определить тип вентиля, параметры трансформатора, а также рассчитать значения элементов сглаживающего фильтра.

Общие сведения

Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное. В зависимости от числа фаз переменного напряжения различают однофазные и многофазные (обычно трёхфазные) выпрямители. По величине мощности выпрямители подразделяются на выпрямители малой (до 1 кВт), средней (от 1 кВт до 100 кВт) и большой (> 100 кВт) мощности. Структурная схема выпрямителя приведена на рис.1. Она включает в себя: Т - трансформатор, необходимый для преобразования напряжения сети UС до величины U2, определяемой требованиями нагрузки; В - вентильную группу, которая обеспечивает одностороннее протекание тока в цепи нагрузки, в результате чего переменное напряжение U2 преобразуется в пульсирующее; Ф - фильтр, передающий на выход схемы постоянную составляющую напряжения Ки сглаживающий его пульсации.

Основными показателями работы выпрямителя являются: среднее значение выпрямленного тока и напряжения Id и Ud; коэффициент пульсаций:

КП= UО.Г./Ud ,

где UО.Г. - амплитуда основной (первой) гармоники выпрямленного напряжения; выходное сопротивление постоянному току RВЫХ., коэффициент полезного действия ; коэффициент использования вентилей по напряжению:

КО= UО.М./UО.Д. ,

где UО.М. - максимальное обратное напряжение на вентиле; UО.Д. - допустимое обратное напряжение вентиля; коэффициент использования вентилей по току:

Кi = Iа/Iа.н. ,

Где Iа - среднее значение тока, протекающего через вентиль, Iа.н. - номинальное значение тока вентиля. Основной характеристикой выпрямителя, как и любого источника питания, является внешняя (нагрузочная) характеристика Ud = f( Id ). Она позволяет определить номинальное значение выпрямленного напряжения и выходное сопротивление выпрямителя:

RВЫХ. =Ud /Id ,

Свойства выпрямителя в значительной степени зависят от характера на его выходных зажимах, которая может быть активной (омической), начинающейся с ёмкости.

Параметры типовых выпрямительных схем при активной нагрузке.

Таблица 1

Таблица 2

Задание

Рассчитать выпрямитель для системы автоматического управления по следующим данным: номинальное выпрямленное напряжение Udн=250 В; в выпрямленный ток Idн=0,5 А; коэффициент пульсации на выходе не более Кп = 0,05; напряжение сети U= 220 В, частота сети fc= 50 Гц.

Выбор схемы выпрямителя.

Сопротивление нагрузки (потребителя):

Rd=== 500 Ом.

2. Выпрямленная мощность:

Pdн= Udн. Idн = 250 . 0,5 = 125 Вт.

3. Так как мощность на выходе выпрямителя мала, а требования к пульсации высоки, то целесообразно выбрать двухполупериодную схему выпрямления. Выбираем мостовую схему.

Выбор типа вентиля.

4. Среднее значение тока через один вентиль:

Ia= Id/2 = 250/2 = 250 мА .

5. Максимальное обратное напряжение:

Uо.м.= 1,57 . Ud = 1,57 . 250 = 393 В.

По справочным данным (стр.30 ) выбираем кремниевый диод Д226. Его номинальный прямой ток Iа.н.= 300 мА; допустимое обратное напряжение Uо.д = 400 В; прямое падение напряжения при номинальном токе Ua=1,0 В.

Выбор схемы фильтра.

6. Выбираем вид нагрузки выпрямителя, для чего рассчитываем минимальную ёмкость на выходе выпрямителя, обеспечивающую Кп.вых=0,1.

Согласно (6.14):

Смин. == 40 мкФ.

Так как полученное значение ёмкости невелико, то рационален простейший ёмкостной однозвенный фильтр.

Расчёт выпрямителя.

7. Прямое сопротивление вентиля у выпрямителя с ёмкостной нагрузкой:

ra Ом.

Сопротивление обмотки трансформатора (по таблице 4):

Rт=(0,06..0,04) . Rн 25 Ом.

Сопротивление фазы выпрямителя:

2ra+Rт= 2. 1,3+25 = 28 Ом.

8. Величина коэффициента А (6.1.):

А=.

9.Значения коэффициентов B,D,F,H (по графикам на рис.10):

B=0,8; D=2,4; F=7,5; H=150.

10. Проверяем нагрузочную способность выбранного типа вентиля:

Uом.=1,33. Ud= 1,33. 250= 333 В < 500 B,

Iом.=F. Id = 7,5 . 500 = 3750 мА.

Вентиль выбран правильно.

11. Параметры трансформатора.

напряжение вторичной обмотки U2= B. Ud= 0,8.250= 200 B;

коэффициент трансформации К= 220/200 =1,1 ;

ток вторичной обмотки I2= . Id = . 0,5 = 0,849 A;

ток первичной обмотки I1= = 0,849 /1,1 = 0,771 A;

габаритная (типовая) мощность Pт=1,66 . 125208 Вт.

12. Ёмкость конденсатора фильтра на выходе выпрямителя:

Cф= = = 108 мкФ.

принимаем Сф=110 мкФ.

13. Внешняя характеристика выпрямителя. Для её построения ординаты графика умножаются на U2м=U2 =200. =283 B , а абциссы - на =21А.

= 0, 0.01…1

ѓ() =

График 1. Внешняя характеристика выпрямителя

Схема однофазного мостового выпрямителя

Строится на однофазном трансформаторе Т. Вентильная группа образует мост, к одной диагонали которого подводится переменное напряжение, а в другую диагональ включается нагрузка.

Среднее значение выпрямляемого напряжения:

Ud=t.d(t) = . (2.10)

Cреднее значение тока через каждый вентиль:

Ia= Id/2 . (2.12)

Максимальное значение тока вентиля:

Iа.м.= = Id . (2.13)

Максимальное значение обратного напряжения:

Uо.м.=. U2 = 2,09 Ud . (2.14)

Частота первой (основной) гармоники:

fо.г.=3fc . (2.15)

Коэффициент пульсаций:

Кп== 0,25 . (2.16)

Параметры трансформатора:

Действующее значение тока вторичной обмотки:

I2== Id . (2.17)

Действующее значение тока первичной обмотки:

I1=Id = Id . (2.18)

Расчётная (габаритная) мощность:

Рт= = 1,48 Pd . (2.19)

Заключение

Разработала схему выпрямителя для блока питания систем автоматического управления, электроприводов постоянного тока, радиоэлектронных устройств и т.д. В процессе выполнения задания выбрала схему выпрямителя и фильтра, рассчитала режимы работы элементов, определила тип вентиля, параметры трансформатора, а также рассчитала значения элементов сглаживающего фильтра.

Список литературы

1. Опадчий Ю. Ф. Аналоговая и цифровая электроника (полный курс) : учебник для вузов / Ю. Ф. Опадчий, О. П. Глудкин, А. И. Гуров ;

2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. Учебник для вузов. - М.: Высш. шк., 1999. - 542с.

3. Электротехника: Учебное пособие для вузов. - В 3-х книгах. Книга 2. Электрические машины. Промышленная электроника. Теория автоматического управления / Под ред. П.А. Бутырина. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004.

Размещено на Allbest.ru