Расчет выпрямителя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет выпрямителя

Исходные данные

выпрямитель трансформатор схема

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

- выпрямленный ток в нагрузке I_d=1А;

- коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения на нагрузке к_п.вых.=1%;

- напряжение и частота питающей однофазной сети соответственно U₁=115 В и f=400 Гц;

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

Определяем мощность нагрузки выпрямителя

Р_d=I_dU'_d=1·40=40 Вт.

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).

Для мощности 40 Вт и частоты 400 Гц выбираем параметр k_др = 0,045

U_др.= k_дрU'_d=0,045·115=5,175 В.

Определяем постоянное напряжение на входе сглаживающего LC-фильтра

U_d=U'_d+U_др.=40+5,175=45,2 В.

Выбираем однофазную мостовую схему выпрямления. Определяем для неё расчётный коэффициент к_r=3,5.

Примем для предварительного расчёта B_m=1,4 Тл.

Примем для броневого типа магнитопровода S=1.

Рассчитаем активное сопротивление трансформатора

Выбор типа вентилей для однофазной мостовой схемы выпрямления произведём, пользуясь расчётными соотношениями

I_пр.ср.=0,5I_d=0,5•1=0,5 А;

I_{пр.ср.макс.}=0,5FI_d;

U_{обр.и.макс.}=1,41BU?_d .

Вспомогательные коэффициенты для предварительного расчета принимаются B=0,9…1,2; F=5,0…7,5.

Тогда, приняв B=1 и F=6,

I_{пр.ср.макс.}=0,5·6·1=3 А;

U_{обр.и.макс.}=1,41·1·45,2=56,4 В.

С учётом этого и исходных данных (рабочий диапазон температуры) из справочника по полупроводниковым приборам выбираем диоды типа КД202Г (4 шт.) с основными электрическими параметрами

U_{обр.и.макс.спр.}=70 В;

I_{пр.ср.макс.спр.}=3,5 А;

U_пр.ср.=0,9 В.

Рассчитываем индуктивность рассеяния трансформатора.

к_L=5·10^-3 (для мостовой схемы выпрямления по таблице А.2 ПРИЛОЖЕНИЯ А)

Определяем внутреннее сопротивление диода, работающего на ёмкостную нагрузку, [3, 5, 6]

Находим полное активное сопротивление фазы выпрямителя

0,53+2*3,6=7,72 Ом

Находим величину расчетного параметра А

0.26

Определим угол сдвига фаз за счет L_S

Рисунок 1 _ Вспомогательные графики для нахождения коэффициентов В, D, F

Рисунок 2 - График для нахождения коэффициента Н

Из графиков на рисунках 1 и 2 для найденных значений A и ц находим величины: В=1,02; D=2,2; F=6,1; H=70.

Используя выражения из таблицы А.2 (строки 1…4) ПРИЛОЖЕНИЯ А определяем величины, необходимые для расчета трансформатора

U₂=B·U_d=1,02·45,2=46 В;

I₂=0,707DI_d=0,707·2,2·1=1,555 A;

I₁=0,707к_тр.DI_d=0,707·0,348·2,2·1=0,623 А,

где к_тр.=U₂/U₁=46/115=0,4;

Р_тип.=0,707BDI_dU_d=0,707*1,02*2,2·45,2·1=71,67 ВА.

Определим при Р_тип до 70 ВА и f=400 Гц для стали 3423 значение В_m=1,51 Тл, з=0,88

Уточняем величины r_тр., L_S и R_в

Вычислим параметр А при уточненном Rв

Уточним параметр

Уточним параметры

B= 1.02; D= 2.2 F = 6.1; H=70

I_{пр.ср.макс. .}=0,5FI_d =0,5·6,1·1=3.05 А;

I_{пр.ср.макс.}< I_{пр.ср.макс.спр.}=3.5 А;

U_{обр.и.макс.}=1,41BU_d=1,411.0245.2=64 В;

U_{обр.и.макс.}<U_{обр.и.макс.спр.}=70 В;

U₂=BU_d=1.0245.2=46 В;

I₂=0,707DI_d=0,707·2.2·1=1.555 A;

к_тр.=U₂/U₁=46/115=0.4;

I₁=0,707к_тр.DI_d=0,707·0,4·2,2·1=0,623 А;

Р_тип.=0,707BDI_dU_d=0,707·1.02·2,2·45.2·1=71.6 ВА.

Коэффициент пульсации на входе выбранного П-образного сглаживающего LС-фильтра определяется выражением

Отсюда, задавшись к_п.вх., можно найти ёмкость фильтра.

Задаемся значением к_п.вх=1,2%. Определяем входную ёмкость фильтра

905мкФ

Из справочника выбираем конденсатор К50-27-160В-1000мкФ с номинальным напряжением U_{ном.конд.}=160 В и амплитудным значением напряжения переменной составляющей

U_~m.конд.=3% U_{ном.конд.}; U_~m.конд=0,01·3·40 = 1,2 В.

Коэффициент пульсаций, соответствующий С₁=1000 мкФ,

Амплитуда переменной составляющей напряжения на входном конденсаторе С1 фильтра

U_~m=0,009к_п.вх.U_d=0,009·1,2*46,6=0,5 В.

Так как 0,5 В<1,2 В , то конденсатор выбран правильно.

17. Коэффициент сглаживания оставшейся части П-образного фильтра (Г-образного звена LC₂) c учётом выбранного значения C₁ и к_п.вх.

q=к_п.вх./к_п.вых.=0,9/0,01=90.

Конденсатор на выходе фильтра С2 выбирают того же типа, что и С1.

Индуктивность дросселя фильтра

Из справочника выбираем дроссель типа Д45 0,3Гн 1,1А со следующими параметрами:

· индуктивность L=0,3 Гн;

· ток подмагничивания I=1,1 А;

· допустимое значение переменной составляющей напряжения U_{~др.доп.}=4 В;

· максимальное значение переменной составляющей напряжения

U_{~m др.доп.}=1,41 U_{~др.доп.}= 1,41·4=5,64 B.

При этом должно выполняться условие U_{~m др.доп.}>U_~m.

Так как амплитуда переменной составляющей 0,5 В< 5.6 В , то дроссель выбран правильно.

19. Фактический коэффициент сглаживания выбранного П_образного LC-фильтра

где к_f - коэффициент, учитывающий частоту питающей сети (при f=50 Гц

к_f=10, а при при f=400 Гц к_f=0,16).

Фактический коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке к_п.вых.=к_п.вх./q=1,2/7500=0,00016%, что меньше заданного значения (0.01%).

Для расчета нагрузочной характеристики выпрямителя задаемся значениями тока в нагрузке I_d соответствующими 0, 20, 40, 60, 80, 100 и 110% от I_{d ном.}=1 А и находим коэффициент г₀.

По графикам на рисунке 3 находим значения в зависимости от г₀ и ц.

Рис.3

Расчет нагрузочной характеристики выполняем по формуле

Результаты расчета сведены в таблицу 3.

Таблица 3 - Результаты расчета нагрузочной характеристики

Рис.4 Принципиальная электрическая схема выпрямителя

Рис.5 Нагрузочная схема выпрямителя

Из нагрузочной характеристики определяем:

_ напряжение холостого хода U_{d х.х.}=64,5 В при I_{d х.х.}=0;

_ ток короткого замыкания

_ максимальное отклонение выпрямленного напряжения

ДU=64,5- 45,2 = 19,3B

_ внутреннее динамическое сопротивление выпрямителя

КПД выпрямителя

где P_d=40 Вт;

P_VD=2I_dU_пр.=4I_пр.ср.U_пр.ср.=4·0,5·0,9=1,8 Вт;

P_тр.=P_тип.(1-з_тр.)=71*(1-0,95)=3,58Вт;

P_ф=U_др.I_d=5,175* 1=5,175 Вт.

или з=79%.

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