Теоретические сведения

Схемы выпрямителей

Маломощные выпрямители, как правило, выполняются по схемам с однофазным питанием. Схемы таких выпрямителей, работающих на чисто активную нагрузку, показаны на рис. 2.1.

Задача расчета

Определить электрические нагрузки на вентили в схеме и сделать выбор вентилей, определить основные параметры трансформатора, на котором в дальнейшем может быть расчет трансформатора (I ₁, Е ₁, I ₂, Е ₂, Р ₁).

Исходные данные для расчета

Основными исходными данными для расчета выпрямителей являются параметры нагрузки, для питания которой предназначен выпрямитель. Эти параметры задаются двумя величинами из следующих четырех:

U_d – среднее значение напряжения на нагрузке;

I_d – среднее значение тока нагрузки;

P_d – средняя мощность нагрузки;

R_d – сопротивление нагрузки.

Два других параметра определяются по заданным с помощью очевидных соотношений. Дополнительными данными для расчета являются напряжение питающей сети U_c, температура окружающей среды t_окр, частота питающей сети f_c и др. В качестве примера примем следующие исходные данные: U_d = 150 В, R_d  = 350 Ом, U_c = 220 В.

Условия расчета

В ходе расчета учитывается неидеальность характеристик вентилей и трансформатора. Для вентилей принимается во внимание падение напряжения при протекании прямого тока, обратный ток считается пренебрежимо малым. Потери в трансформаторе учитываются введением в расчетные формулы величины сопротивления обмоток трансформатора.

Пример расчета выполнен для однополупериодной схемы выпрямителя. Для двухтактной схемы со средней точкой и мостовой схемы приводятся только расчетные формулы, если они отличаются от формул, применяемых для расчета однополупериодной схемы.

Порядок расчета

9.2.1Определяем параметры нагрузки:

а) ток нагрузки

I_d =  A;

б) мощность нагрузки

Р_d  = U_d I_d  = 150 ∙ 0.43 = 64.5 Вт.

9.2.2 Определяем основные параметры вентилей:

а) средний прямой ток, протекающий через вентили

I_a = I_d = 0.43 А.

Для двухтактной схемы со средней точкой и для мостовой схемы

I_a =

б) амплитуда обратного напряжения (предварительно)

U_{обр m} = π U_d = 3.14 ∙ 150 = 471 В.

Для мостовой схемы

U_{обр m}  =

9.2.3 По найденным величинам I_a и U_{обр m}  производим выбор вентиля

Для установки в схему выбираем кремниевый вентиль типа КД202С со следующими основными параметрами.

Максимально допустимый анодный ток (среднее значение)

I_{a макс доп} = 3.5 А (с радиатором);

I_{a макс доп} = 1.5 А (без радиатора).

Максимально допустимое обратное напряжение (амплитудное значение)

U_{обр mмакс доп} = 600 В.

Прямое падение напряжения при номинальном анодном токе

U ₀ = 0.9 В.

9.2.4 Определяем основные параметры трансформатора:

а) суммарное активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к вторичной обмотке

R _тр = R_d ν = 350 ∙ 0.049 = 17.2 Ом,

где ν – коэффициент, определяемый по графику (рис.2.2) как функция активной мощности трансформатора;

б) приближенное значение сопротивления вентиля в прямом включении

R_д = Ом;

в) действующее значение э.д.с. вторичной обмотки с учетом падения напряжения на диоде и активном сопротивлении обмоток трансформатора

E ₂ = 2.22 U_d + I_d (R _тр + R_д) == 2.22∙150 + 0.43(17.2 + 0.26) = 341 В.

Для двухполупериодной схемы со средней точкой:

E ₂ = 1.11 U_d + I_d (R _тр + R_д),

Для мостовой схемы:

E ₂ = 1.11 U_d + I_d (R _тр + 2 R_д);

г) коэффициент трансформации

n =

д) действующее значение тока вторичной обмотки

I ₂ =

Для схемы со средней точкой:

I ₂ =

Для мостовой схемы:

I ₂ = 1.11 I_d;

е) действующее значение тока первичной обмотки:

I ₁ = 1.21

Для схемы со средней точкой и мостовой схемы I ₁ =

ж) типовая мощность трансформатора (без учета подмагничивания сердечника):

Р _тр = .

Для схемы со средней точкой Р _тр =

з) типовая мощность трансформатора с учетом подмагничивания сердечника постоянной составляющей тока вторичной обмотки (только для однополупериодной схемы)

Р^¹ _тр ≈ 1.1 Р _тр = 1.1 ∙ 204 = 224 Вт.

2.5.5 Уточняем величину обратного напряжения на вентиле

U_{обр m} = Е ₂ = 1.41 ∙ 341 = 482 В, что вполне допустимо для выбранного вентиля.

Для схемы со средней точкой U_{обр m} = 2 Е ₂.

Задание для контрольной работы:

Рассчитать выпрямитель, работающий на активную нагрузку. Параметры нагрузки указаны в таблице 2.1.

Таблица 9.1 - Параметры нагрузки выпрямителя

Сопротивление нагрузки Rd, Ом	Напряжение на нагрузке Ud, В
	65	95	130	165	210
120	1	2	3	4	5
180	6	7	8	9	10
240	11	12	13	14	15
350	16	17	18	19	20
400	21	22	23	24	25
550	26	27	28	29	30

Схема выпрямителя – по указанию преподавателя. Напряжение сети принять равным 220 В.

Вопросы для самоконтроля:

1. Однофазная однополупериодная схема выпрямления. Принцип работы. Временные диаграммы.

2. Однофазная двухполупериодная схема выпрямления с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора. Принцип работы. Временные диаграммы

3. Мостовая схема выпрямления. Принцип работы. Временные диаграммы.